膜生物反應器在制藥廢水處理的研究進展

付騰飛，王 璐

（德州市環境保護科學研究所有限公司，山東 德州 253034）

隨著我國經濟的快速發展，制藥行業也取得了很大進步，目前我國生產的常規藥物有2 000 多種。因此，制藥行業是污水的重要來源之一。由于不同種類的藥物采用的原料及生產工藝存在不同，產生的廢水也不盡相同，導致制藥工業的廢水組分復雜。大多數的制藥廢水屬于難降解類廢水，有機物種類繁多、濃度高、色度大，而且毒性大，BOD5/CODCr值差異較大。由于制藥企業大多采用間歇生產，產品種類變化較大，進而增加了處理難度[1]。膜生物反應器是微生物降解作用與膜的高效分離結合的一種新型污水處理技術，是污水處理物理技術與微生物技術的結合。膜生物反應器最早用于微生物的發酵工程，隨后于20世紀60年代開始用于污水處理[2]。隨后在美國、日本等專家的研究下，在污水處理領域得到了快速的發展。與傳統的污水處理技術相比，膜生物反應器具有適應性強、污染物降解效率高、占地面積小、耐沖擊負荷高、易于自動控制等優點。因此，膜生物反應器在污水處理中具有獨特的優勢，得到了越來越廣泛的應用。

1 膜生物反應器

膜生物反應器是采用膜過濾取代傳統生物處理技術中二沉池同時結合生物處理技術的新型污水處理工藝。它既有膜分離技術的優勢，也吸取了生物處理技術的優點。其憑借獨特的污水處理優勢，在環保治理領域中應用越來越廣泛。膜生物反應器主要有三種類型，分別為分離式膜生物反應器、無泡曝氣膜生物反應器及萃取式膜生物反應器[3]。

1.1 分離膜生物反應器

分離膜生物反應器是應用最為廣泛的形式，其具有裝置體積小、耐沖擊負荷強、處理效果穩定等優點。在傳統的活性污泥處理工藝中，需要較高的污泥濃度以保證污染物的降解，但污泥濃度太高又影響了二沉池污泥的沉降性能，進而影響出水水質。而分離膜生物反應器中，以膜組件代替了二沉池，既保證了生物反應池中的污泥濃度，也保證了出水水質的穩定。

1.2 無泡曝氣膜生物反應器

無泡曝氣膜生物反應器采用了一種新型的無泡曝氣器，以提高氧氣在反應器中的傳質效率，提高了水溶液中的溶解氧濃度，保證了好氧微生物的微生物氧化分解作用。該曝氣系統采用的膜是一種透氣性膜，傳質阻力小，能夠在高壓下運行。在濃度差的作用下，空氣或者氧氣能夠在膜腔內流動，進而向膜外擴散。和傳統曝氣系統相比，曝氣膜供氧更穩定，而且對不同類型的污水可以選擇不同的曝氣系統。大量的研究表明，無泡曝氣膜生物反應器是一種小型、高效的污水處理裝置。但其也存在一些缺點，相比傳統的曝氣裝置，膜曝氣系統的基建費用更高，在運行過程中需要克服推動力，也增加了運行費用。

1.3 萃取膜生物反應器

萃取膜生物反應器是針對工業污水處理而研制的反應器，其中被處理的廢水不和微生物直接接觸，廢水與活性污泥膜組件被隔離開來。該生物反應器中使用的膜組件由硅膠和其他流水性聚合物制成，具有選擇透過性。在反應器運行過程中，膜內廢水中的污染物透過萃取膜進入生物反應器中，利用轉性的微生物進行污染物的降解與處理，而水與其他物質則留在膜內，隨著膜內污染物的不斷轉移，在膜兩側形成了濃度差，進而不斷推動反應器的運行。

2 膜生物反應器在制藥廢水中的應用

2.1 處理中藥類制藥廢水

中藥制藥廢水水質分成復雜，主要污染物有溶解性物質、膠體以及固體物質等，可生化性較好。廢水主要來自中藥生產過程的提取工段廢水、設備清洗水和下腳料廢水等。但由于中藥制藥過程水量間歇排放，因此水質波動較大，pH 值不穩定，而且排出廢水水溫較高，還帶有顏色及味道[4]。

中成藥是采用物理或者化學方法從動植物中提取或者直接形成藥物的生產方式。由于不同的藥物所選用的材料和生產方法不同，生產過程中形成的污水也不盡相同。有研究者采用膜生物反應器處理“三七”藥物廢水，處理規模為25 m3/d，進水COD 濃度為 2 000 mg/L。“三七”屬于難降解物質，廢水中殘留一部分藥劑，不利于微生物降解作用的發揮。但是，采用膜生物反應器處理該廢水，取得了良好的效果，出水能夠滿足制藥生產的回用水標準。

還有研究者以廣州某制藥企業廢水為例，采用混凝沉淀結合膜生物反應器來處理中成藥廢水，由于該企業產生的廢水水質和水量波動較大，色度和懸浮物濃度較高，還含有難降解物質，其中設計水量為 120 m3/d，進水COD 濃度為3 000～6 000 mg/L，該工藝出水COD 濃度為100 mg/L，去除率約為98%，而且其他各項指標均符合排放標準[5]。

2.2 處理發酵類制藥廢水

發酵工程是生物制藥中重要的一部分，發酵類制藥廢水主要來自發酵、過濾、提取和精制過程，還有一部分來自溶劑回收、地面沖洗產生的高濃度有機廢水。該類型的廢水主要特點是有機物濃度高、成分復雜、廢水中含有大量發酵過程的代謝產物及鹽類，懸浮物含量高，水質、水量波動大。此外，有些發酵類制藥廢水中含氮量，碳氮比低，對微生物具有抑制作用。

有研究者以某維生素制藥廠產生的廢水為例，該企業最初的污水處理工藝為厭氧-兼氧-兩段接觸氧化的組合工藝，出水效果差，而且整個工藝存在很多問題。后采用膜生物反應器代替兼氧池結合接觸氧化池的工藝，結果表明，出水水質穩定，各項指標均能滿足排放要求，而且降低了運行成本。還有研究者以對發酵類制藥廢水進行膜生物反應器中試研究，該制藥廠主要生產潔霉素、蟲草菌粉等，其中進水COD濃度為400～1 000 mg/L，氨氮50～110 mg/L。試驗期間不斷調整HRT 來控制反應器運行狀態，膜生物反應器HRT 為8 h 時，COD、氨氮出水穩定，出水濃度分別為120 mg/L 和2 mg/L 左右，而同樣的進水指標采用兼氧-好氧工藝，其運行HRT 為40 h，出水COD 濃度為300 mg/L 左右，相比之下，膜生物反應器處理效果更佳，運行費用更低[6]。

2.3 處理化學制藥廢水

制藥企業中大部分為化學合成制藥，其在制藥行業中占比很大。化學合成類制藥廢水主要是生產工藝中產生的廢水，主要包括母液類廢水、沖洗廢水、回收的殘液、輔助過程及生活污水。不同車間產生的廢水成分不同，相比生物制藥類廢水，化學制藥廢水產生量不僅少，而且污染物比較單一，成分相對簡單。但COD 濃度較高，有的可高達幾十毫克每升，含鹽量也很高，pH 值變化大，有的污染物甚至具有毒性。

對于處理制藥廢水，膜生物反應器具有一定的優勢，但是由于化學合成類制藥廢水的特點，單獨的膜生物反應器不能滿足廢水中污染物的降解，大多數情況下都需要膜生物反應器與其他污水處理工藝相結合來處理。鄭煒等針對頭孢類制藥廢水進行處理，采用了接觸氧化、水解結合膜生物反應器的工藝，其中設計水量為350 m3/d，進水COD 濃度為2 125～11 561 mg/L，結果表明，COD 的出水濃度可達79～282 mg/L，符合當地工業園區的排放要求[7]。

還有研究者針對賴諾普利依那普利制藥廢水利進行研究，采用了混凝、接觸氧化結合MBR 的組合工藝來處理，設計水量為500 m3/d，進水COD 濃度為3 000 mg/L，結果表明，該工藝處理效果良好，COD 的出水濃度為45 mg/L，去除率可達93%，而且該工藝在運行過程中運行費用只有1.06 元/m3，排放的污水還可以直接回用，減少了水資源的消耗[8]。

干建文等采用一體式膜生物反應器（IMBR）改造工藝開展頭孢類制藥廢水的處理中試研究，發現膜生物反應器的處理大大提高了生化效率，縮短了水力停留時間，并且出水水質明顯好于傳統生化工藝。頭孢類廢水厭氧出水經過MBR 處理后，COD 可從3 500 mg/L 降至350 mg/L，去除率平均在90%，污泥齡在40～50 d，污泥濃度控制在6 000～10 000 mg/L，MBR 可長期穩定運行，出水COD、停留時間HRT等參數有很大程度的降低，出水基本無懸浮物，COD去除率好于傳統活性污泥處理，系統抗負荷沖擊能力強[9]。

3 結語

膜生物反應器是一種新型的污水處理技術，是提高污水處理效率和出水水質的重要技術，在當前水資源短缺、水污染現象嚴重、環保意識不斷增強的社會環境下，膜生物反應器蘊藏著巨大的潛力。該工藝針對制藥污水處理具有獨特的優勢，在試驗探索及實際應用中均有良好的效果，近年來，該技術越來越多地應用在制藥廢水的處理中。膜生物反應器也存在一些缺點，主要是膜污染及壽命限制了其發展與應用，但隨著對膜生物反應器的不斷深入研究，期必將得到更深入、更廣泛的應用。