ABR-MBR聯合工藝在生物制藥廢水處理中的應用研究

周 瑜，丁少華

（1.中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120；2.上海華強環保設備工程有限公司，上海 201210）

ABR-MBR聯合工藝在生物制藥廢水處理中的應用研究

周 瑜1，丁少華2

（1.中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120；2.上海華強環保設備工程有限公司，上海 201210）

采用處理能力2 m3/d的試驗系統對某生物制藥有限公司生產的廢水作研究，對于經過化學混凝預處理的廢水，通過厭氧折流板反應器（ABR）和膜生物反應器（MBR）聯合工藝，出水水質穩定，完全達到GB 21907-2008《生物工程類制藥工業水污染物排放標準》

生物制藥廢水；厭氧折流板反應器；膜生物反應器；難降解有機物

引 言

生物制藥是運用微生物學、化學、生物化學、生物技術、藥學等原理和方法，采用生物活體或轉基因動植物生產制造，用于預防、治療和診斷藥品的新興產業，是被世界各國確定為21世紀科技發展關鍵技術的一個新興主導產業。

生物制藥過程產生的廢水含有維生素、氨基酸、核酸、有機酸、輔酶、酶抑制劑、激素、免疫調節物質等，廢水來源于高濃度母液及濾液、工業冷卻水、純化水制備系統排水、設備及儲槽CIP沖洗水以及工廠生活污水等，一般具有以下特點：

（1）高濃度廢水間歇排放，其pH值和溫度變化大，但可單獨排放，集中收集；

（2）含氮量高，并以有機氮及氨氮形式存在，且碳氮比低，硫酸鹽濃度高，既不利于厭氧處理，又嚴重影響生物處理的營養要求，生物處理負荷以及效率不高；

（3）廢水中難降解物質多，甚至含有對微生物有抑制作用的有害物質。

由于上述原因，目前國內外普通采用的生物處理方法，如 ：A/O法、接觸氧化法、氧化溝法、SBR法、CASS法以及ICEAS法等，都存在著諸多不足，傳統生物處理工藝存在的主要問題有：

（1）由于沉淀池固液分離效率不高，曝氣池內的污泥難以維持到較高濃度，致使處理裝置容積負荷低，占地面積大；

（2）處理出水水質不夠理想，且不穩定；

（3）傳氧效率低，能耗高；

（4）剩余污泥產量大；

（5）管理操作復雜。

膜生物反應器對COD的去除率一般在90%~99%，NH3-N的去除率在80%~100%。達到了原來二沉池無法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果。

隨著GB 21907-2008《生物工程類制藥工業水污染物排放標準》[1]的實施和執行，一種有效的組合式廢水處理技術也成為研究和推廣應用的重點和難點。

本文通過實驗研究，擬采用ABR-MBR聯合工藝，探索生物制藥廢水處理的新途徑[2]，為生物制藥工廠工程設計提供技術支持和保障。

1 厭氧折流板反應器（ABR，Anaerobic Baffled Reactor）

該工藝是人們在充分認識第二代厭氧反應器的優點和不足的基礎上，開發的一種新技術，是一種理想的多段分相，混合流態的處理工藝。它具有結構簡單、運行管理方便、無須填料以及對生物量具有優良的截留能力和運行性能穩定可靠等特點，對有毒物質適應性較強。

2 膜生物反應器（MBR，Membrane Bioreactor）

膜生物反應器綜合利用了膜分離技術和生物處理技術的各自優點，其特點如下：

（1）容積負荷高，占地面積小，整個系統流程緊湊，不受設置場合限制；

（2）可去除氨氮及難降解有機物，由于微生物被完全截留在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物（如：硝化細菌），由于被膜截留，使生長狀態加強，系統硝化效率得以提高；可延長難降解有機物在系統中的水利停留時間，有利于降解效率的提高；

（3）操作管理方便，易于實現自動控制；

（4）由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優勢菌群）的出現，提高了生化反應效率；

（5）反應器內的微生物濃度高，抗沖擊負荷能力較強；

（6）系統運行不受污泥沉降性能的影響，因此不必考慮污泥膨脹問題，由于膜組件的高度分離作用，污泥膨脹、污泥上浮對出水質量無影響；并可利用絲狀菌的生長繁殖獲得良好的出水水質，降低了F/M；

（7）膜生物反應器大大增加了活性污泥的濃度，提高了生物降解效率，還具有高效的固液分離效果，可以取代二沉池，避免了由二沉池帶出的污泥對出水CODCr、BOD5等指標的影響。

3 主要工藝過程

廢水→化學混凝處理及pH調節→厭氧折流板反應器ABR→膜生物反應器MBR→出水

4 試驗條件、裝置、方法和目的

4.1 采用某生物制藥公司的生產廢水，經化學混凝沉淀及pH調節后作為試驗用廢水，水質特性列于表1。

表1 某生物制藥公司生產廢水成份一覽表

4.2 實驗裝置

4.2.1 自制ABR反應槽一臺，外形尺寸1 200×300×1 000 mm（L×B×H），CODCr容積負荷 5kg/m3?d，HRT 3.6 h，隔室數4個。

4.2.2 一體化平板膜生物反應器一套，外形尺寸1 050×630×1 200 mm（L×B×H），由曝氣池和膜組件及配套抽吸泵、風機及儀表自控系統組成。膜池有效容積0.5 m3，膜組件處理能力2 m3/d（平均膜通量 0.4 m3/m2?d）。

4.2.3 主要測試手段

（1）CODCr：化學需氧量速測儀QCOD-2F（ 深圳市昌鴻科技有限公司），以及加熱裝置等；

（2）BOD5：恒溫培養箱（上海試科儀器科技有限公司），BDO-200A型溶解氧測定儀，（貝爾分析儀器（大連）有限公司），以及過濾儀器等；

（3）氨氮：752型紫外分光光度計（南京麒麟分析儀器有限公司），以及蒸餾裝置等；

（4）pH：pH計PH-B-4（上海誠磁電子有限公司）。

4.3 試驗方法和目的

4.3.1 以GB 21907-2008《生物工程類制藥工業水污染物排放標準》為試驗目標

表2 新建企業水污染排放濃度限值

4.3.2 通過分析進水和出水的COD、NH3-N等指標確定去除效率

4.3.3 在實驗裝置設計和運行調整過程中積累工程設計經驗[3]

5 結果與討論

（1） 在連續運行條件下，COD去除效果列于表3，NH3-N變化情況列于表4；

表3 ABR-MBR聯合工藝COD出水水質及去除率

表4 ABR-MBR聯合工藝NH3-N出水水質一覽表

（2）由于MBR出水的懸浮物和濁度幾乎為零，故在試驗過程中未作檢驗；

（3）試驗過程中發現：低的初始負荷有利于污泥顆?；蛐躞w的形成；但未達到設計流量時，接種的污泥層懸浮困難，后通過加設穿孔曝氣管，利用間歇空氣攪拌可以解決此問題；

（4）增設回流可稀釋進水中的有毒物質，減少溶解性有機物質；但回流比過高，會導致污泥流失；

（5）本次試驗尚未對硫酸鹽（SO42-）還原與有機物降解之間的關系作深入研究；本次研究在硫酸鹽（SO4

2-）濃度在300 mg/L以下時，ABR反應器表現出良好的適應性。

6 結論

（1）本試驗研究表明了ABR-MBR聯合工藝在生物制藥廢水處理中的可行性，下一步還將進一步探討有機負荷、水力負荷以及MBR膜污染的問題；

（2）ABR-MBR聯合工藝，對于生物制藥廢水處理工程中，克服現有生物處理系統的一些不足，具有積極的推廣應用意義；

（3）ABR反應器和膜生物反應器（MBR）的共同特點在于污泥停留時間（SRT）與水力停留時間（HRT）完全分離，使反應器容積大大縮小，處理能力大大提高，是一種有發展前途的節能型生物反應技術，同時，通過試驗確定的一些設計參數是工程設計和運行成功的有效保證。

[1] GB 21907-2008生物工程類制藥工業水污染物排放標準[S].

[2] 沈耀良，王寶貞．廢水生物處理新技術——理論與應用（二版）[M].北京：中國環境科學出版社，2006.83-84.

[3] 阮文權.廢水生物處理工程設計實例詳解[M].北京：化學工業出版社，2006.67-68.

Research of ABR-MBR Process Applied in Treatment of Biological Pharmaceutical Waste Water

Zhou Yu1Ding Shaohua2
（1. SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd Shanghai, 200120;2. Shanghai Huaqiang Environmental Protection Equipment & Engineering Co., Ltd Shanghai, 201210）

By using the test system with the treatment capacity of 2 m3/d, the waste water produced in one biological pharmaceutical company was studied. For chemical mixing pretreated waste water, with ABR and MBR combined process, the water quality from outlet is stable and reaches the requirements in GB21907-2008 “Discharge Standard of Water Pollutants for Pharmaceutical Industry, Biopharmaceutical Category”.

Bio-pharmaceutical waste water; anaerobic baffled reactor; membrane bioreactor; refractory organics

X787

A

1008-455X(2012) 03-0055-03

2012-03-05

周 瑜（1962－），女，高級工程師，主要從事制藥工程設計與項目技術管理工作。

Tel： 021-58354187 E-mail：zhouyu.ssec@sinopec.com