升流式厭氧污泥床反應器處理制藥廢水研究進展

原 暢，韋朝霞，袁 雪，曹馨月

（黔西南民族職業技術學院，貴州 興義 562400）

近年來，隨著制藥工業、醫療企業的快速發展，原料藥及藥品制劑生產類企業與日俱增，制藥廢水量急速增長，制藥類廢水已然成為對環境威脅較為嚴重的污染源之一。制藥行業快速發展的同時，人工合成的有機物種類與數量與日俱增，隨之而來的是大量難降解有機污染物的產生。全國各大制藥廠紛紛新建或擴建，增加產量，以滿足市場需求，這些工廠生產過程中排出大量的有機廢水，一旦直接排放，不僅會對周邊環境造成嚴重污染，更會給人類健康和生態環境帶來嚴重的危害。

其中，制藥工業廢水年排放量達到0.25×109t，年平均處理率還達不到其總量的30%。制藥廢水具有成分復雜，水質、水量變化大，pH值波動范圍較大等特點，除此之外，制藥廢水中有機污染物種類繁多、濃度偏高、可生化性較差，是工業廢水中較難處理的一種。

2010年7月起，“制藥工業水污染物排放標準”在我國開始強制執行，就現階段而言，國內外的制藥廢水處理技術均仍存在一定問題。因此，如何處理制藥類廢水，使廢水能夠達標排放是當今環境保護的一個重要難題。20世紀70年代后期，厭氧工藝在制藥工業廢水處理中得到了廣泛應用，美國普強藥廠首先采用厭氧過濾法處理高濃度制藥廢水，開始了厭氧處理工藝在制藥廢水領域的應用，此后有關厭氧處理工藝的研究取得了一系列顯著的突破。其中UASB反應器被廣泛應用到制藥廢水處理中，至今UASB處理工藝在各國仍然是制藥廢水處理的主流工藝。

1 制藥廢水的組成

制藥廢水一般包括中成藥生產廢水、化學制藥廢水和生物制藥廢水。生物制藥廢水來源于發酵、生物反應、提取、結晶等過程。廢水組分主要含有微生物代謝物菌絲體、營養物質殘留物和抗生素等有機溶劑殘留物。生物制藥廢水可生物降解性較差，有毒有害物質較多，污染物的有機濃度較高?；瘜W制藥廢水中含有較高濃度的無機鹽有毒中間體。廢水主要來自藥材的沖洗、蒸煮和各種制備工藝。對于中藥廢水的產生，仍存在大量的有機物、木質素、糖，而且一般顏色較深、污染物種類較多。制藥廢水中主要的污染指標包括較為常見的pH、色度、SS、BOD、COD，氨氮等[1]，其中，COD和BOD因其濃度高、波動性大等特性，導致廢水的BOD/COD值差異懸殊，懸浮物和NH3-N濃度高，色度深，含有難生物降解有機物和毒性物質等特點，是較難處理的工業廢水之一[2]。

2 工藝研究的進展

升流式厭氧污泥床反應器（UASB）主要由進水分配系統、反應區、三相分離器、出水系統等幾部分組成，其中反應區是整個UASB系統的核心區域，主要包括污泥濃縮區和污泥懸浮區，在UASB底部反應區內加入大量厭氧污泥，經過沉淀，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水經蠕動泵從反應器底部的左端進水口流入，在反應區內與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥反應室固菌，攪動沼氣形成污泥濃度較稀薄的污泥，同時和水一起上升進入三相分離器，進而沼氣經反應器上端支管導出。

作為目前發展最快的厭氧反應器之一，UASB反應器具有很多優點，其一，裝置結構簡單、無需另外設置攪拌裝置；其二，固體停留時間、微生物滯留期較長，從而使得反應器負荷率提高；其三，反應器的占地面積小，節約能源且適應性強；其四，運行期內，反應器中形成的顆粒性污泥使得微生物得以固定在污泥表面，大大提高了穩定性，使反應器穩定運行。

UASB反應器具有厭氧消化效率高、結構簡單等特點，其中，UASB系統能否高效、穩定運行的關鍵在于在于反應器內能否形成微生物適宜、產甲烷活性高、沉降性能良好的顆粒污泥，實際生產過程中UASB反應器的使用非常廣泛，同時，在厭氧處理的過程當中，有很多因素均會對處理結果產生不同程度的影響，反應過程的溫度、pH、營養物質、C/N 值、微量元素以及毒性物質，包括污水處理過程中不當的人為操作等。厭氧生物處理技術利用兼性厭氧菌將污水中大分子有機物降解為低分子化合物，進而轉化為甲烷、二氧化碳等。在工程實踐中常采用厭氧生物技術處理制藥廢水以降低整體處理成本，其中，顆粒污泥的形成是反應器高負荷穩定運行的關鍵，而污泥顆粒化受多種因素的制約，特別是對于具有生物毒性和抑制性的化學合成制藥廢水，獲得自然形成的顆粒污泥則更加困難。因此，UASB反應器在實際應用中，多采用組合工藝。Lu Li[3]等采用實驗室厭氧污泥床（UASB）和厭氧膜生物反應器（ANMBR）處理含約2 000 mg/L N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的合成工業廢水；Pijush Kanti Mondal等[4]采用以含結晶紫（CV）的合成廢水為碳源，醋酸鈉為共基質，研究了上向流式厭氧污泥濾池（UASFB）反應器的性能。UASB工藝的多重優勢使得此項技術在國內外多種工業廢水處理中有較為廣泛的應用。

近年來，也有很多學者致力于應用升流式厭氧污泥床工藝處理制藥廢水，張博菲等[2]在UASB反應器中接種PVA厭氧顆粒污泥，用PVA凝膠顆粒作為生物載體接種的絮狀污泥，形成顆粒污泥所需的時間最短，實現了UASB反應器的快速啟動。此外，進一步研究表明，通過PVA顆粒污泥的接種，UASB反應器對化學合成類制藥廢水的降解速率更高。劉玉等[5]采用預處理-上流式厭氧污泥床（UASB）-A/O-高級氧化聯合工藝處理制藥廢水，處理結果中出水水質可達到此類廢水排放標準。Zheng Ping[6]等研究了上流式厭氧污泥床（UASB）反應器處理制藥廢水的兩種啟動策略。結果表明，先利用混合廢水啟動反應器，再利用氯霉素廢水啟動反應器的策略可以節省23%的時間。肖青峰[7]等探究了溫度、pH值等多種條件因素對水解酸化+UASB聯合處理系統處理中成藥制藥廢水運行效能的影響。實際工藝中除了利用單級UASB 反應器，更多研究者采用組合工藝對制藥廢水進行研究：例如，王宗華[8]等采用微電解-UASB-MBBR組合工藝處理中藥提取廢水，實驗結果表明，中藥提取類企業生產的產品種類在不同季節、不同時期均有不同，導致出水水質變化較大，然而，對于中藥提取類廢水，該工藝表現出很強的適應能力。因此，此種工藝對于處理中藥提取廢水可行。

實際在制藥廢水的處理過程中多種反應器的組合工藝較為常見，除此之外，同種反應器的多級組合也有很多，杜家緒[9]等以UASB反應器為單級反應器，使用兩個 UASB 相連的兩級厭氧工藝處理中藥企業生產的制藥廢水，實驗結果表明，兩級厭氧系統的總COD去除率可達到92.51%。兩級厭氧系統對于揮發酸的去除效果較好。除此之外，考察了溫度、HRT等環境因子對兩級厭氧系統處理效能的影響，結果表明，每種條件的變化均會對反應器運行效能造成不同影響，因此，UASB反應器的運行受到多種環境因素的制約。

3 制藥廢水厭氧技術的發展方向

我國目前已有幾十座UASB反應器投入生產運行，國外生產性規模的UASB反應器總數已達到數百個。隨著相關部門加大環境保護和管理的投入，加大力度深化醫藥廢水處理技術的研發，使醫藥廢水的排放盡可能地減少，使制藥廢水中的有毒有害物質最大限度地降解?；趪鴥韧鈱ASB處理制藥廢水的廣泛的研究，對UASB的應用主要集中在組合工藝的優化。今后的研究熱點可能是通過控制多種可能影響微生物生長的因素，強化特種微生物的作用，從而使組合工藝更好地達到脫氮除磷的效果。充分利用厭氧生物技術產生的沼氣中的生物質能，減少沼氣中硫化物等污染物的排放量，使厭氧生物技術遵循綠色化發展的趨勢，到達可持續發展的要求。