水解酸化+EGSB+A/O組合工藝處理硫酸粘菌素生產廢水

邢蘇芳，李賽鈺

(1.山東大學環境科學與工程學院，山東 濟南 250100;2.山東省分析測試中心，山東 濟南 250014)

近年來隨著現代醫學技術的發展，醫藥品的銷售和使用量在逐年增加。目前國內投入生產較多的藥類產品，大多屬于微生物發酵產品，是微生物在其生命過程中產生的化合物。這些化合物具有在低濃度條件下抑制或殺滅其他病原微生物的特性，而對人體的影響較小，是人類控制感染性疾病、防治動植物病害，保障身體健康的重要化學藥物［1－2］。因為微生物發酵技術一般存在著有效成分提取困難、利用率低以及發酵液中殘留物較多等問題，所以該技術在生產藥物的同時，會產生大量濃度高、成分復雜的有機廢水，是制藥廢水中最主要的污染物。這類廢水必須經過適當的預處理，在處理過程穩定運行后，達到較好的去除效果，才可能滿足生物處理法的要求［3－4］。近幾年來，由于生物改良與馴化技術的發展，專一性生物降解菌的培育成功，使得生物處理法的應用前景更加廣闊［5－6］。本研究的目的是利用水解酸化+膨脹顆粒污泥床(EGSB)+A/O組合工藝，實現對硫酸粘菌素生產廢水的有效處理，設計一套抗有機物負荷沖擊能力強、降解效率高、操作維護簡單，而且運行費用經濟合理的處理方案［7］。

1 材料與方法

1.1 廢水來源及水質

廢水來源于某制藥廠生產硫酸粘菌素和10%硫酸粘菌素預混劑等微生物發酵相關產品的制藥廢水。其有機物組成復雜、生物降解困難、含鹽量高，而且間歇生產使得其中污染物種類及水質、水量變化波動性大。相關監測數據見表1。

表1 廢水水質及排放標準［8］Table 1 Wastewater quality and its discharge standard

1.2 廢水處理工藝流程

廢水首先經過格柵去除較大的顆粒狀物質，并經過調節池調節均化水質、水量后進入水解酸化池中進行初步水解，使一些難以生物降解的大分子物質轉化為易于生物降解的小分子物質，提高廢水的BOD5/COD值;之后將其出水經泵提升到EGSB反應器中，通過厭氧反應后進行氣、液、固三相分離，出水進入A/O反應器，經過沉淀分離，最后達標排放。工藝流程見圖1。初期EGSB中的接種污泥為淀粉廢水培養所得到的厭氧顆粒污泥。

圖1 水解酸化+EGSB+A/O組合工藝流程圖Fig.1 Flow chart of hydrolytic acidification+EGSB+A/O combination process

1.3 檢測指標以及分析方法

本研究中分別對EGSB反應器以及A/O單元進、出水進行監測，根據監測數據調試此工藝。COD、SO42－、氨氮、揮發酸(VFA)等指標均采用國家規定的標準方法測定。

2 結果與討論

2.1 EGSB處理單元進、出水水質變化情況

工藝調試階段EGSB處理單元進、出水COD隨時間的變化情況見圖2a。由圖可見，該制藥廠廢水EGSB進水的COD波動較大，最小值為1083 mg/L，最大值為10040mg/L，平均值為5763 mg/L;但是EGSB出水水質較為穩定，出水COD的最小值為918mg/L，最大值為2694 mg/L，平均值為1832.5 mg/L，說明EGSB對COD的去除效果較為明顯。這是因為前期污泥尚未得到完全馴化，COD去除效果較差，去除率基本在50%左右，后期在進水量和循環量不斷增加的情況下，COD去除率能夠穩定達到60% ～80%，去除效果較為明顯。

在運行過程中對EGSB反應器進、出水氨氮濃度進行檢測(圖2b)。由圖可見，進水氨氮的平均值為544.71 mg/L，最大值為799.00mg/L，最小值為 113 mg/L;出水氨氮的平均值為 711.86 mg/L，最大值為805.00mg/L，最小值為509.00mg/L。由此可知，出水氨氮的濃度超過了進水氨氮濃度，這是由于EGSB反應器中的厭氧過程不但對氨氮去除無效果，而且還會由于部分厭氧微生物作用產生氨氮，從而導致出水氨氮濃度升高。

由于該廠的硫酸粘菌素生產廢水含有較多硫酸根離子，對EGSB進、出水硫酸根濃度進行了監測(圖2c)。由圖可見，進水硫酸根濃度平均值為1164.29 mg/L，最大值為1664.00mg/L，最小值為184.00mg/L;出水硫酸根濃度平均值為410.75 mg/L，最大值為719.00mg/L，最小值為74.00mg/L。由此可見，厭氧過程對硫酸根的去除效果明顯，同時在較高的硫酸根濃度下，EGSB對COD的去除率仍然能夠達到60%～80%，可見較高的硫酸根濃度對EGSB的處理效果影響不大。厭氧階段硫酸根被還原生成的H2S氣體，在本工藝中采用廢氣吸收裝置去除，從而減少硫酸根所產生的H2S對廢水處理的影響。

圖2 運行期中EGSB進出水COD、氨氮、SO42－濃度Fig.2 COD，NH4+-N and SO42－concentrations in influent and effluent of EGSB in operation period

2.2 EGSB運行情況變化

EGSB的進水量和循環水量隨著反應器的運行逐步增加，其數值根據EGSB的監測數據不斷調整。當出水效果較差時，進水量適當降低，從而降低EGSB的負荷，防止負荷過高對EGSB造成不良影響。循環水量則關系到對污泥剪切力的大小，對于EGSB中厭氧顆粒污泥的形成有重要影響。在厭氧污泥馴化和培養過程中，要根據EGSB揮發酸堿度、顆粒污泥狀態等主要參數調整進水量、循環水量的數值。由圖3可見，進水量和循環水量在穩定3～7 d后均勻增加，說明EGSB的循環較為順利，顆粒污泥形成較快。在EGSB運行過程中，容積負荷(圖4)不斷增加。EGSB的去除效果變化不大的主要原因是隨著容積負荷的增加，EGSB的實際處理量也不斷增加。在EGSB運行過程中，揮發酸(VFA)是重要的監測指標(圖5)。揮發酸的監測主要是為了評價EGSB的運行質量。由運行情況看，在反應器運行6 d之后，EGSB的出水揮發酸濃度為400～500mg/L，這對EGSB的污泥質量及處理效果基本無影響，不會造成厭氧顆粒污泥的解體。

圖3 運行期中EGSB進水量、循環水量的變化Fig.3 Volume variety of inflow and circulating water of EGSB in operation period

圖4 運行期中EGSB容積負荷Fig.4 Volume load of ESGB in operation period

圖5 運行期中EGSB出水VFA濃度Fig.5 VFA concentration of EGSB effluent in operation period

2.3 A/O處理單元進、出水質變化情況

在工藝運行階段對A/O進、出水COD觀測結果如圖6所示。A/O處理單元運行初期處理效果較差，COD處理效率并不穩定，波動較大，主要由于此時A/O的污泥培養不到位，好氧污泥處理效果較差。經過一段時間的馴化(16 d左右)，A/O處理單元的處理效果較為明顯，COD處理率趨于穩定，出水COD基本穩定在500mg/L以下。

A/O處理單元氨氮處理效果(圖7)呈現同COD處理相同的變化規律:在反應器運行初期，氨氮處理效率較低，且變化較大，后期趨于穩定。但是氨氮處理率并不是很理想，出水氨氮的平均值為300.46 mg/L，氨氮處理率為70%。這說明此組合工藝中對氨氮的處理效果還需進一步提高。

圖6 運行期中A/O進、出水COD濃度變化Fig.6 COD concentrations variety of A/O influent and effluent in operation period

圖7 運行期中A/O進、出水氨氮濃度變化Fig.7 NH4+-N concentrations variety of A/O influent and effluent in operation period

2.4 組合工藝總COD以及氨氮去除率變化

綜合分析組合工藝中進、出水的變化情況，總COD、氨氮處理率分別如圖8所示。工藝開始運行時，COD、氨氮處理率波動較大，但經過一段時間運行后趨于穩定;整個工藝對于制藥廢水的處理效果較好，COD去除率能夠穩定在90%左右;但氨氮的處理效果不穩定，主要是由于好氧污泥及厭氧污泥的硝化反硝化效果不明顯，應該再馴化一段時間。

圖8 運行期中組合工藝總COD，氨氮去除率Fig.8 Total COD，NH4+-N removal rate of the combination process in operation period

3 結論

本文以某制藥廠的制藥廢水為研究對象，針對制藥廢水水質波動比較大，COD、氨氮、有機物濃度高，可生化性差，處理難度比較大等特點，選擇了水解酸化+EGSB生物反應器+A/O聯合生物氧化法對制藥廢水進行綜合處理。通過對廢水處理站出水水質的監測，用該方法處理的實際制藥廠廢水，出水的COD、氨氮、pH值等各項指標都得到了很好的改善。在此工藝運行期要對各個單元的運行條件進行監控并嚴格控制，保證工藝穩定運行。

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［8］GB 8978－96，污水綜合排放標準［S］.