制藥廢水是一種高濃度難降解的有機(jī)廢水，具 有成分復(fù)雜、污染物種類多、濃度高、色度高、可生化性差、有毒、水量變化大等特點(diǎn)，已成為我國(guó) 工業(yè)廢水治理的重點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外處理制藥廢水比較成熟的方法是活性污泥法.通常包括普通活性污泥法、深井曝氣法、生物流化床和生物接觸 氧化法等，但存在剩余污泥量大、泡沫多、易產(chǎn)生污泥膨脹等問(wèn)題，而且動(dòng)力消耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、處理效率低。為此，本試驗(yàn)采用同時(shí)具備活性污泥法和生物膜法優(yōu)點(diǎn)的高效反應(yīng)器——復(fù)合式生物反應(yīng)器，以太原某制藥廠化學(xué)合成類制藥廢水為處理對(duì)象。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)小型試驗(yàn)，研究醫(yī)藥廢水處理新工藝，確定合理經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)，為該廠廢水處理工藝的實(shí)際改造及操作運(yùn)行提供依據(jù)。
 
1.材料與方法
 
1.1試驗(yàn)裝置
 
復(fù)合生物反應(yīng)器由透明有機(jī)玻璃制成。形狀為圓柱形，高為220cm，內(nèi)徑為18cm，內(nèi)置塑料球形填料，填充比為40%。反應(yīng)器設(shè)有進(jìn)水口、取樣口、出水VI，采用底部進(jìn)水，頂部出水的方式運(yùn)行。沉淀池為斜板式沉淀池，頂部設(shè)有溢流堰，底部設(shè)有污泥漏斗。試驗(yàn)裝置如圖1所示。
 

調(diào)節(jié)池出水從復(fù)合生物反應(yīng)器底部進(jìn)水口自流進(jìn)入，利用空氣壓縮機(jī)從反應(yīng)器底部多孔材料曝氣頭曝氣。水、氣流量均由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量。經(jīng)生物降解處理后，出水從反應(yīng)器頂部溢流堰排出，流人斜板沉淀池。上清液從沉淀池頂部溢流堰排出，泥斗中的沉淀污泥一部分通過(guò)回流泵回流到復(fù)合生物反應(yīng)器，另一部分剩余污泥通過(guò)底部排泥管進(jìn)行定期排放。
 
1．2廢水水量、水質(zhì)
 
試驗(yàn)采用的廢水取自太原某制藥廠調(diào)節(jié)池出水，試驗(yàn)水量為400L／d。該廢水主要是生產(chǎn)甲丙氨酯(眠爾通)、氯霉素等多種原料藥及醫(yī)藥中間體的混合廢水，其成分非常復(fù)雜，含有多種難降解的有機(jī)物，如乙醇、氯仿、苯、甲苯等。原水主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表l。
 

l-3試驗(yàn)方法
 
考察該藥廠生產(chǎn)車間有周期性生產(chǎn)不同藥物的情況．并監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)各生產(chǎn)車間的混合廢水水質(zhì)也隨之發(fā)生周期性改變。為此，試驗(yàn)從兩種水質(zhì)情況進(jìn)行研究．即進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度分別為200～500mg／L和500～1700mg／L。首先，要進(jìn)行復(fù)合生物反應(yīng)器的啟動(dòng)．并觀察啟動(dòng)過(guò)程中污泥馴化和生物膜生長(zhǎng)的情況。然后，通過(guò)不斷調(diào)節(jié)進(jìn)水量、曝氣量和回流量，考察兩種水質(zhì)情況下復(fù)合生物反應(yīng)器對(duì)COD的去除效果，并找出反應(yīng)器處理制藥廢水的優(yōu)化工藝參數(shù)。
 
1．4分析項(xiàng)目與方法
 
本試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，24h連續(xù)進(jìn)水，由藥廠調(diào)節(jié)池出水直接進(jìn)入復(fù)合生物反應(yīng)器。每日測(cè)定反應(yīng)器、沉淀池進(jìn)出水流量、COD、pH值、溫度、DO，定期測(cè)定BODMLSS、SV、SVI、TN、TP等。測(cè)定項(xiàng)目按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》進(jìn)行分析測(cè)定，主要儀器有HH一6型化學(xué)耗氧量測(cè)定儀、JENCO一9173型溶氧儀、水銀溫度計(jì)、PHS一2CW酸度計(jì)、752分光光度計(jì)等。
 
2結(jié)果與討論
 
2．1污泥馴化與掛膜試驗(yàn)所用接種污泥一部分來(lái)自太原河西北中部污水廠回流污泥，另一部分來(lái)自該藥廠深井曝氣處理系統(tǒng)的好氧污泥，二者以一定比例均勻混合后，投入反應(yīng)器中，約占其有效容積的35％。再將制藥廢水注滿反應(yīng)器，悶曝2d，即曝氣9h，靜置2．5h，換水0．5h，每日運(yùn)行2個(gè)周期。然后開(kāi)始進(jìn)水，并由初期的間歇進(jìn)水變?yōu)檫B續(xù)進(jìn)水，期間不斷調(diào)整進(jìn)水量、污泥回流量和曝氣量，并隨時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)出水pH值、DO、MLSS、SV、SVI及觀察微生物相的變化。
 
此過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：第一階段，控制一定的回流量和微小曝氣量，不斷提高進(jìn)水流量。運(yùn)行9d，觀察到填料內(nèi)表面長(zhǎng)有一層約0．5mm厚的生物膜，外表面的生物膜尚未形成；運(yùn)行15d，發(fā)現(xiàn)填料外表面已附著一層約1lllm厚的生物膜。呈棕黃色，極易脫落。此時(shí)，內(nèi)表面生物膜呈灰黑色，結(jié)構(gòu)較松散，但不易脫落；運(yùn)行23d，可明顯觀察到填料外表面附著一層2—3mm厚的棕色生物膜，通過(guò)顯微鏡可發(fā)現(xiàn)生物膜中含有大量微生物。第二階段?？刂七m宜的進(jìn)水流量．不斷改變回流量和曝氣量。運(yùn)行27d，接種污泥的質(zhì)量濃度由1800mg／L達(dá)到2900mg／L左右．活性污泥表現(xiàn)出良好的沉降性和絮凝性，可以將微生物和細(xì)小有機(jī)物凝聚成較大顆粒，此時(shí)出水較清。運(yùn)行30d，通過(guò)鏡檢發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)種屬由開(kāi)始的鞭毛蟲、變形蟲過(guò)渡為漫游蟲、草履蟲等游動(dòng)型纖毛蟲，最后出現(xiàn)大量的鐘蟲、累枝蟲，還發(fā)現(xiàn)少量輪蟲。此時(shí)，表明整個(gè)系統(tǒng)的污泥馴化和填料掛膜階段完成。
 
2．2進(jìn)水COD濃度的影響
 
試驗(yàn)考察了啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)出水COD濃度和去除率隨時(shí)間變化的關(guān)系，如圖2所示。
 

由圖2可知，在啟動(dòng)開(kāi)始階段，進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度維持在200mg／L左右．COD去除率緩慢上升，這主要是因?yàn)槌跗谖勰嗔可?、較分散、沉降性能不好。隨后污泥活性逐漸提高，在第9天時(shí)，COD去除率達(dá)到46．5％。然后，隨著進(jìn)水COD濃度的升高．COD去除率明顯上升，這是由于填料內(nèi)表面生物膜的初步形成和污泥活性增加雙重作用引起的。
 
此時(shí)，生物膜易脫落，COD去除率不穩(wěn)定，但由于填料外表面生物膜的初步形成，COD去除率仍會(huì)上升。當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度超過(guò)500mg／L時(shí)．進(jìn)水負(fù)荷過(guò)大造成剛剛形成的外表面生物膜極易脫落，COD去除率明顯降低。當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度從500mg／L升高到1700mg／L左右時(shí)．由于污泥逐步培養(yǎng)及生物膜逐步增厚，COD去除率緩慢升高。到第28天時(shí)，達(dá)到62．9％。這時(shí)，改變進(jìn)水COD濃度，COD去除率有所降低，但很快恢復(fù)到50％以上，說(shuō)明進(jìn)水負(fù)荷的沖擊對(duì)系統(tǒng)影響不大，此時(shí)污泥馴化和掛膜已取得成功圖3為正式運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)出水COD濃度和去除率隨時(shí)間變化的關(guān)系。從圖3可以看出，當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度在200～1700mg／L范圍內(nèi)變化時(shí)，COD去除率在48％～67％之間波動(dòng)，較穩(wěn)定。
 
試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度小于500mg／L時(shí)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器運(yùn)行處理，出水COD的質(zhì)量濃度一般可達(dá)到180mg／L以下。當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度小于850mg／L時(shí)，COD去除率維持在50％左右：當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度大于850mg／L時(shí)，COD去除率將達(dá)到60％以上。
 

2．3水力停留時(shí)間的影響
 
試驗(yàn)采用現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)進(jìn)水方式運(yùn)行，進(jìn)水COD濃度變化比較大，但具有周期性改變。在進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度分別為200～500mg／L和500—1700mg／L兩種水質(zhì)情況下，分別調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，改變水力停留時(shí)間?？疾煜到y(tǒng)水力停留時(shí)間與COD去除率的變化關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。
 

從圖4可以看出，在進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為200～500mg／L，水力停留時(shí)間小于4h的情況下，系統(tǒng)COD去除率低于40％。甚至達(dá)到30％．去除效果不理想，這是因?yàn)樗νＡ魰r(shí)間較短，微生物與廢水的接觸時(shí)間也就較短，不能使其充分降解水中的有機(jī)物，致使COD去除率較低。當(dāng)水力停留時(shí)間大于4h時(shí)，COD去除率逐漸增大，說(shuō)明微生物與廢水中有機(jī)物接觸的機(jī)會(huì)增多，從而使去除的有機(jī)物增多。比較水力停留時(shí)間為6h和10h的COD去除效果，發(fā)現(xiàn)COD去除率提高不大，主要是廢水中可降解的有機(jī)物經(jīng)6h的處理后大部分都被降解，增加停留時(shí)間并不能有效增加去除效果，而且隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率還會(huì)有所下降．這是因?yàn)殡S著停留時(shí)間的增加．廢水上升流速減小，污泥流動(dòng)減緩，易使曝氣頭發(fā)生堵塞，最終導(dǎo)致污泥堆積，降低了系統(tǒng)的傳質(zhì)效率。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為200500mg／L時(shí)，最佳水力停留時(shí)間為6h在進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為500一l700mg／L，水力停留時(shí)間由2h延長(zhǎng)到6h的情況下，COD去除率波動(dòng)不大．基本維持在49％左右。
 
當(dāng)水力停留時(shí)間為7～9h時(shí)，去除率顯著提高。最高達(dá)到72％。因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定后．填料表面形成了穩(wěn)定的較厚生物膜．可在較短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制截留廢水中的溶解性有機(jī)物：而且系統(tǒng)內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度由1800mg／L升高到2900mg／L左右，比較穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的停留時(shí)間，與廢水充分混合．最終二者共同的作用使得COD去除率穩(wěn)定在70％附近。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，為了保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，而且考慮到經(jīng)濟(jì)因素，最后選定當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為500～l700mg／L時(shí)，最佳水力停留時(shí)間為8h。
 
2．4曝氣量對(duì)COD去除率影響
 
進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為200～500mg／L，水力停留時(shí)間為6h時(shí)，考察不同曝氣條件下系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水COD的去除效果，如圖5所示。
 

由圖5可知，當(dāng)曝氣量低于0．20m／h時(shí)．COD去除率在45％以下。并且隨著曝氣量的增大而提高，期間測(cè)得溶解氧的質(zhì)量濃度小于3mg／L。原因是當(dāng)溶解氧較低時(shí)．系統(tǒng)中的泥水混合不均勻，傳質(zhì)速率較慢，可能會(huì)形成局部的厭氧或缺氧狀態(tài)，導(dǎo)致污泥活性的降低，從而影響COD的去除效果，但隨著曝氣量逐漸增大，水中溶解氧含量增多，污泥活性會(huì)慢慢改善，致使COD去除率逐漸升高。當(dāng)曝氣量在0．20～0．32m3／h時(shí)，COD去除率維持在48％左右。測(cè)得溶解氧的質(zhì)量濃度為3～4mg／L。當(dāng)曝氣量在0-36～O．52m3／h時(shí)．COD去除率明顯提高，最高達(dá)到64％，此時(shí)溶解氧的質(zhì)量濃度在5mg／L附近。但隨著曝氣量的再次增大，COD去除率陡然下降，主要是因?yàn)榉磻?yīng)器中氣泡增多，溶解氧含量增加，造成絮狀污泥解體，不易沉降以及填料上生物膜的脫落，影響了處理效果。因此．系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中曝氣量應(yīng)保持在0．360．52m3／h范圍內(nèi)。
 
3結(jié)論
 
(1)采用復(fù)合式生物膜反應(yīng)器處理化學(xué)合成類制藥廢水，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣量為0．36～0．52m3／h，溶解氧的質(zhì)量濃度為5mg／L時(shí)，當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為200500mg／L時(shí)，最佳水力停留時(shí)間為6h，出水COD的質(zhì)量濃度可降低到180mg／L以下：當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為500～1700mg／L時(shí)，最佳水力停留時(shí)間為8h，COD去除率達(dá)到46％～72％。
 
(2)復(fù)合式生物膜反應(yīng)器在處理化學(xué)合成類制藥廢水時(shí)工藝運(yùn)行穩(wěn)定．對(duì)低濃度化學(xué)合成類制藥廢水有較好的處理效果．當(dāng)進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為200～500mg／L時(shí)，出水水質(zhì)可達(dá)到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21904--2008)的排放要求。