張萍

（中聯(lián)環(huán)股份有限公司，福建　廈門(mén)　361004）

一體式膜生物反應(yīng)器處理制藥廢水的中試研究

張萍

（中聯(lián)環(huán)股份有限公司，福建廈門(mén)361004）

采用一體式膜生物反應(yīng)器（IMBR）改造工藝對(duì)制藥廢水進(jìn)行中試研究，介紹工藝啟動(dòng)方法和工藝運(yùn)行情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，在系統(tǒng)污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，HRT為10 h，氣水比為10：1的運(yùn)行工況下，跨膜壓差保持穩(wěn)定，CODCr平均去除率約為89%，NH3-N平均去除率約為85%，此時(shí)出水CODCr的質(zhì)量濃度超過(guò)100 mg/L，無(wú)法滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)一步采取活性炭吸附深度處理后，出水CODCr濃度可達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用IMBR-活性炭組合工藝處理制藥廢水，出水效果優(yōu)于原二級(jí)好氧處理工藝，值得推廣應(yīng)用。

IMBR工藝；制藥廢水；跨膜壓差；反清洗；活性炭吸附

膜生物反應(yīng)器是生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝，反應(yīng)器內(nèi)生物濃度高，增強(qiáng)了吸附和降解有機(jī)物的能力，水力停留時(shí)間與污泥停留時(shí)間的分離使得世代周期較長(zhǎng)的硝化及亞硝化細(xì)菌也能很好的增長(zhǎng)，從而提高硝化能力［1-3］。一體式膜生物反應(yīng)器（IMBR）將膜組件置入反應(yīng)器內(nèi)，具有占地面積小，容積負(fù)荷高，泥量少，易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)［4］。生物制藥廢水具有有機(jī)物濃度高、水質(zhì)成分復(fù)雜、含有對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用的污染物的特點(diǎn)，是一種難降解有機(jī)廢水［5］。采用傳統(tǒng)工藝處理制藥廢水，不僅運(yùn)行成本高［6］，且出水難以保證長(zhǎng)期、穩(wěn)定地達(dá)標(biāo)排放。

某制藥企業(yè)建有1座規(guī)模500 m3/d的廢水處理站，采用氣浮-水解酸化-二級(jí)好氧工藝，出水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。現(xiàn)由于擴(kuò)建新廠，廢水處理規(guī)模為2 000 m3/d，同時(shí)出水水質(zhì)提升至一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，因此急需對(duì)原廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造。本研究在原處理工藝的基礎(chǔ)上，采用IMBR工藝處理水解酸化單元出水，考察了該工藝對(duì)CODCr、NH3-N的去除效果和膜污染情況，以期為原廢水處理系統(tǒng)的升級(jí)改造提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置為一體好氧浸沒(méi)式IMBR，如圖1所示。池體容積：2 m3；膜組件：外壓式PVDF中空纖維微濾膜，面積為1.0 m2，膜孔徑為0.2 μm，最大膜通量為250 L/（m2·h），平均膜通量為200 L/ （m2·h），操作壓力為5～10 kPa，適用污泥質(zhì)量濃度范圍為5～12 g/L；其它組件有出水泵、流量計(jì)、微孔曝氣頭等。

圖1IMBR試驗(yàn)裝置與工藝流程Fig.1　IMBR test equipment and process f1ow

1.2試驗(yàn)廢水

原制藥廢水ρ（CODCr）=2 200～2 600 mg/L，ρ（BOD5）=700～900 mg/L，ρ（NH3-N）=75～90 mg/L。廢水在經(jīng)過(guò)預(yù)處理及酸化水解后進(jìn)入IMBR單元，進(jìn)水IMBR的水質(zhì)一般為ρ（CODCr）≤500 mg/L，ρ（BOD5）≤300 mg/L，ρ（NH3-N）≤50 mg/ L，ρ（SS）≤150 mg/L。

1.3試驗(yàn)方法

在不同的運(yùn)行工況下，考察IMBR對(duì)CODCr和NH3-N的去除率；采用活性炭吸附柱深度處理IMBR出水，考察活性炭吸附柱對(duì)CODCr的去除率。通過(guò)分析污染物去除效果，評(píng)價(jià)IMBR工藝作為原工藝升級(jí)改造的可行性。主要試驗(yàn)步驟如下：

（1）進(jìn)行工藝調(diào)試，投加污泥進(jìn)行微生物馴化。

（2）設(shè)定2種工況考察IMBR運(yùn)行處理效果。其中，工況1：設(shè)定HRT為10 h，污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，氣水比為10：1；工況2：設(shè)定HRT為 10 h，污泥質(zhì)量濃度為10 g/L，氣水比為15：1。

（3）采用活性炭吸附法進(jìn)一步處理IMBR出水，優(yōu)化出水水質(zhì)。

1.4分析方法

CODCr濃度采用重鉻酸鉀法測(cè)定，NH3-N濃度采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，SV30采用靜置沉淀法測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1微生物馴化階段分析

由于裝置進(jìn)水濃度較高，啟動(dòng)階段投加原工藝好氧池內(nèi)活性污泥對(duì)微生物進(jìn)行馴化，污泥量為裝置池容的2%～5%。本階段采用間歇性少量進(jìn)水，進(jìn)行悶曝，水力停留時(shí)間設(shè)計(jì)較長(zhǎng)，同時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)、出水CODCr濃度，具體數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2　微生物馴化階段進(jìn)出水CODCr濃度Fig.2　Inf1uent and eff1uent water qua1ity of microbia1 acc1imation stage

經(jīng)過(guò)1周左右的調(diào)試，微生物已逐漸適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)，取IMBR池中混合液測(cè)定SV30為25%左右，通過(guò)顯微鏡觀察到鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)等原生動(dòng)物，表明馴化階段已完成。

2.2IMBR在工況1下的運(yùn)行效果

微生物馴化階段結(jié)束后，調(diào)整IMBR在工況1條件下運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

工況1的運(yùn)行結(jié)果表明，IMBR對(duì)CODCr的平均去除率約為89%，IMBR出水CODCr的質(zhì)量濃度為200～280 mg/L，無(wú)法滿足GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（ρ（CODCr）≤100 mg/L）；IMBR對(duì)NH3-N的平均去除率約為85%左右，出水NH3-N的質(zhì)量濃度不超過(guò)15 mg/L，達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。為了考察本系統(tǒng)對(duì)廢水的生化處理效果，采取停止進(jìn)水，連續(xù)3 d監(jiān)測(cè)出水CODCr濃度，結(jié)果表明出水CODCr濃度仍無(wú)明顯下降趨勢(shì)，說(shuō)明水解酸化單元出水中含有極難生化降解或不可生物降解的污染物。

圖3　IMBR運(yùn)行階段污染物去除率（工況1）Fig.3　Remova1 rates of po11utants in IMBR operation phase （conditionⅠ）

2.3IMBR在工況2下的運(yùn)行效果

反應(yīng)器內(nèi)維持較高的生物濃度是IMBR工藝的一大特點(diǎn)。為了考察污泥濃度對(duì)工藝運(yùn)行效果的影響，將反應(yīng)器污泥濃度上升至10 g/L，氣比水增至15：1。工況2運(yùn)行條件下，MBR對(duì)CODCr和NH3-N的去除效果如圖4所示。運(yùn)行結(jié)果表明，出水CODCr的質(zhì)量濃度為200～280 mg/L，平均去除率約為88%，無(wú)法達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，提高污泥濃度和增大氣比水對(duì)CODCr去除率沒(méi)有明顯增加；出水NH3-N的質(zhì)量濃度為15～20 mg/L，去除率為78%左右，略微下降，此時(shí)出水NH3-N濃度也無(wú)法達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖4　IMBR運(yùn)行階段污染物去除率（工況2）Fig.4　Remova1 rates of po11utants in IMBR operation phase （conditionⅡ）

工況2氣水比升高，增加了反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度，導(dǎo)致污泥細(xì)胞內(nèi)部氧濃度上升，不利于反硝化的進(jìn)行［7］，從而使得NH3-N的去除率稍有下降。污泥濃度上升，反應(yīng)器中微生物代謝旺盛，內(nèi)源呼吸加劇，排出的代謝產(chǎn)物也增多，包括胞外溶解性物質(zhì)，其中分子直徑較小的會(huì)透過(guò)膜而進(jìn)入出水中影響系統(tǒng)的有機(jī)物去除率［8］。因此，2種條件下CODCr去除率相差不大。但污泥濃度增加，將加劇膜污染，縮短了膜的使用壽命，而且直接導(dǎo)致泵的抽吸水頭和曝氣量增加，從而增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用［9］。

2.4IMBR運(yùn)行期間跨膜壓差的變化

在工況1和工況2條件下，IMBR運(yùn)行期間跨膜壓差的變化情況如圖5所示。

圖5IMBR運(yùn)行階段跨膜壓差變化Fig.5　Variation of TMP during IMBR operation

在膜通量保持相對(duì)穩(wěn)定的情況下，膜污染程度的變化主要以跨膜壓差的變化為表征［10］。在工況1運(yùn)行條件下，跨膜壓差基本維持在5～10 kPa范圍，增加較緩慢，而進(jìn)入工況2條件（4月19日～25日）運(yùn)行后，跨膜壓差急劇增加，容易加劇膜污染。根據(jù)該膜的產(chǎn)品運(yùn)行要求，跨膜壓差在5～10 kPa范圍內(nèi)為正常運(yùn)行值，超過(guò)15 kPa則需對(duì)膜組件進(jìn)行反清洗，可采用次氯酸鈉或檸檬酸進(jìn)行在線化學(xué)清洗，如跨膜壓差不能恢復(fù)至5～10 kPa，則需要進(jìn)行系統(tǒng)外浸漬清洗。在了解膜污染機(jī)理的基礎(chǔ)上，選用適當(dāng)?shù)哪そM件和運(yùn)行工況可以有效地控制膜污染，提高整個(gè)系統(tǒng)地使用性能和壽命［11］。

2.5深度處理

采用活性炭吸附法對(duì)IMBR出水進(jìn)行深度處理，考察深度處理出水水質(zhì)能否達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（ρ（CODCr）≤100 mg/L），活性炭吸附柱尺寸為Ф 500 mm×2 000 mm，填充高度為1 600 mm，活性炭顆粒粒徑為0.5～2.0 mm，接觸時(shí)間為30 min?；钚蕴可疃忍幚沓鏊瓹ODCr濃度如圖6所示。結(jié)果表明，出水CODCr的質(zhì)量濃度一直穩(wěn)定在80 mg/L，可達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖6　IMBR深度處理階段出水監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.6　Eff1uent water qua1ity in IMBR advanced treatment stage

3　結(jié)論

（1）IMBR工藝的污泥濃度、氣水比的變化對(duì)CODCr的去除效果影響不大，但可導(dǎo)致NH3-N的去除率下降。污泥濃度過(guò)高，跨膜壓差急劇增加，容易加劇膜污染。

（2）在HRT為10 h，污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，氣水比為10：1的運(yùn)行工況下，CODCr平均去除率約為89%，NH3-N平均去除率約為85%，此時(shí)出水CODCr的質(zhì)量濃度超過(guò)100 mg/L，出水NH3-N的質(zhì)量濃度小于15 mg/L，CODCr無(wú)法滿足GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，說(shuō)明廢水中含有極難生化或不可生化的污染物。經(jīng)活性炭吸附進(jìn)一步深度處理后，出水CODCr濃度可達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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A pilot scale test on pharmaceutical wastewater treatment by IMBR process

ZHANG Ping
（China Union Engineering Co.，Ltd.，Xiamen 361004，China）

A pi1ot sca1e test on pharmaceutica1 wastewater treatment using integrated membrane bioreactor （IMBR）process was carried out，the starting method and operation condition of the said process were introduced. The resu1ts of the test showed that，under the condition that the mass concentration of s1udge was 8 g/L，the HRT was 10 h，the gas-water ratio was 10：1，the transmembrane pressure was stab1e，the average remova1 rates of CODCrand ammonia nitrogen were about 89%and 85%respective1y，the mass concentration of CODCrin the eff1uent water was above 100 mg/L，which cou1d not meet the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard.Taking advanced activated carbon adsorption as the further treatment process，the eff1uent water qua1ity reached the above standard.It cou1d draw a conc1usion that，using IMBR-activated carbon combined process to treat pharmaceutica1 wastewater，the eff1uent water qua1ity was superior to that treated by two-stage aerobic process，therefore，it was a process worth popu1arizing.

IMBR process；pharmaceutica1 wastewater；transmembrane pressure；backwashing；activated carbon adsorption

X787.031

A

1009-2455（2016）02-0031-04

張萍（1985-），女，福建福鼎人，工程師，注冊(cè)環(huán)保工程師，環(huán)境工程碩士，主要從事市政污水及工業(yè)廢水處理工程技術(shù)設(shè)計(jì)及施工圖繪制工作，（電子信箱）1563366855@qq.com。

2016-03-03（修回稿）