ABR-MBR联合工艺在生物制药废水处理中的应用研究

周 瑜，丁少华

（1.中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120；2.上海华强环保设备工程有限公司，上海 201210）

ABR-MBR联合工艺在生物制药废水处理中的应用研究

周 瑜1，丁少华2

（1.中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120；2.上海华强环保设备工程有限公司，上海 201210）

采用处理能力2 m3/d的试验系统对某生物制药有限公司生产的废水作研究，对于经过化学混凝预处理的废水，通过厌氧折流板反应器（ABR）和膜生物反应器（MBR）联合工艺，出水水质稳定，完全达到GB 21907-2008《生物工程类制药工业水污染物排放标准》

生物制药废水；厌氧折流板反应器；膜生物反应器；难降解有机物

引 言

生物制药是运用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等原理和方法，采用生物活体或转基因动植物生产制造，用于预防、治疗和诊断药品的新兴产业，是被世界各国确定为21世纪科技发展关键技术的一个新兴主导产业。

生物制药过程产生的废水含有维生素、氨基酸、核酸、有机酸、辅酶、酶抑制剂、激素、免疫调节物质等，废水来源于高浓度母液及滤液、工业冷却水、纯化水制备系统排水、设备及储槽CIP冲洗水以及工厂生活污水等，一般具有以下特点：

（1）高浓度废水间歇排放，其pH值和温度变化大，但可单独排放，集中收集；

（2）含氮量高，并以有机氮及氨氮形式存在，且碳氮比低，硫酸盐浓度高，既不利于厌氧处理，又严重影响生物处理的营养要求，生物处理负荷以及效率不高；

（3）废水中难降解物质多，甚至含有对微生物有抑制作用的有害物质。

由于上述原因，目前国内外普通采用的生物处理方法，如 ：A/O法、接触氧化法、氧化沟法、SBR法、CASS法以及ICEAS法等，都存在着诸多不足，传统生物处理工艺存在的主要问题有：

（1）由于沉淀池固液分离效率不高，曝气池内的污泥难以维持到较高浓度，致使处理装置容积负荷低，占地面积大；

（2）处理出水水质不够理想，且不稳定；

（3）传氧效率低，能耗高；

（4）剩余污泥产量大；

（5）管理操作复杂。

膜生物反应器对COD的去除率一般在90%~99%，NH3-N的去除率在80%~100%。达到了原来二沉池无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果。

随着GB 21907-2008《生物工程类制药工业水污染物排放标准》[1]的实施和执行，一种有效的组合式废水处理技术也成为研究和推广应用的重点和难点。

本文通过实验研究，拟采用ABR-MBR联合工艺，探索生物制药废水处理的新途径[2]，为生物制药工厂工程设计提供技术支持和保障。

1 厌氧折流板反应器（ABR，Anaerobic Baffled Reactor）

该工艺是人们在充分认识第二代厌氧反应器的优点和不足的基础上，开发的一种新技术，是一种理想的多段分相，混合流态的处理工艺。它具有结构简单、运行管理方便、无须填料以及对生物量具有优良的截留能力和运行性能稳定可靠等特点，对有毒物质适应性较强。

2 膜生物反应器（MBR，Membrane Bioreactor）

膜生物反应器综合利用了膜分离技术和生物处理技术的各自优点，其特点如下：

（1）容积负荷高，占地面积小，整个系统流程紧凑，不受设置场合限制；

（2）可去除氨氮及难降解有机物，由于微生物被完全截留在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物（如：硝化细菌），由于被膜截留，使生长状态加强，系统硝化效率得以提高；可延长难降解有机物在系统中的水利停留时间，有利于降解效率的提高；

（3）操作管理方便，易于实现自动控制；

（4）由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群）的出现，提高了生化反应效率；

（5）反应器内的微生物浓度高，抗冲击负荷能力较强；

（6）系统运行不受污泥沉降性能的影响，因此不必考虑污泥膨胀问题，由于膜组件的高度分离作用，污泥膨胀、污泥上浮对出水质量无影响；并可利用丝状菌的生长繁殖获得良好的出水水质，降低了F/M；

（7）膜生物反应器大大增加了活性污泥的浓度，提高了生物降解效率，还具有高效的固液分离效果，可以取代二沉池，避免了由二沉池带出的污泥对出水CODCr、BOD5等指标的影响。

3 主要工艺过程

废水→化学混凝处理及pH调节→厌氧折流板反应器ABR→膜生物反应器MBR→出水

4 试验条件、装置、方法和目的

4.1 采用某生物制药公司的生产废水，经化学混凝沉淀及pH调节后作为试验用废水，水质特性列于表1。

表1 某生物制药公司生产废水成份一览表

4.2 实验装置

4.2.1 自制ABR反应槽一台，外形尺寸1 200×300×1 000 mm（L×B×H），CODCr容积负荷 5kg/m3•d，HRT 3.6 h，隔室数4个。

4.2.2 一体化平板膜生物反应器一套，外形尺寸1 050×630×1 200 mm（L×B×H），由曝气池和膜组件及配套抽吸泵、风机及仪表自控系统组成。膜池有效容积0.5 m3，膜组件处理能力2 m3/d（平均膜通量 0.4 m3/m2•d）。

4.2.3 主要测试手段

（1）CODCr：化学需氧量速测仪QCOD-2F（ 深圳市昌鸿科技有限公司），以及加热装置等；

（2）BOD5：恒温培养箱（上海试科仪器科技有限公司），BDO-200A型溶解氧测定仪，（贝尔分析仪器（大连）有限公司），以及过滤仪器等；

（3）氨氮：752型紫外分光光度计（南京麒麟分析仪器有限公司），以及蒸馏装置等；

（4）pH：pH计PH-B-4（上海诚磁电子有限公司）。

4.3 试验方法和目的

4.3.1 以GB 21907-2008《生物工程类制药工业水污染物排放标准》为试验目标

表2 新建企业水污染排放浓度限值

4.3.2 通过分析进水和出水的COD、NH3-N等指标确定去除效率

4.3.3 在实验装置设计和运行调整过程中积累工程设计经验[3]

5 结果与讨论

（1） 在连续运行条件下，COD去除效果列于表3，NH3-N变化情况列于表4；

表3 ABR-MBR联合工艺COD出水水质及去除率

表4 ABR-MBR联合工艺NH3-N出水水质一览表

（2）由于MBR出水的悬浮物和浊度几乎为零，故在试验过程中未作检验；

（3）试验过程中发现：低的初始负荷有利于污泥颗粒或絮体的形成；但未达到设计流量时，接种的污泥层悬浮困难，后通过加设穿孔曝气管，利用间歇空气搅拌可以解决此问题；

（4）增设回流可稀释进水中的有毒物质，减少溶解性有机物质；但回流比过高，会导致污泥流失；

（5）本次试验尚未对硫酸盐（SO42-）还原与有机物降解之间的关系作深入研究；本次研究在硫酸盐（SO4

2-）浓度在300 mg/L以下时，ABR反应器表现出良好的适应性。

6 结论

（1）本试验研究表明了ABR-MBR联合工艺在生物制药废水处理中的可行性，下一步还将进一步探讨有机负荷、水力负荷以及MBR膜污染的问题；

（2）ABR-MBR联合工艺，对于生物制药废水处理工程中，克服现有生物处理系统的一些不足，具有积极的推广应用意义；

（3）ABR反应器和膜生物反应器（MBR）的共同特点在于污泥停留时间（SRT）与水力停留时间（HRT）完全分离，使反应器容积大大缩小，处理能力大大提高，是一种有发展前途的节能型生物反应技术，同时，通过试验确定的一些设计参数是工程设计和运行成功的有效保证。

[1] GB 21907-2008生物工程类制药工业水污染物排放标准[S].

[2] 沈耀良，王宝贞．废水生物处理新技术——理论与应用（二版）[M].北京：中国环境科学出版社，2006.83-84.

[3] 阮文权.废水生物处理工程设计实例详解[M].北京：化学工业出版社，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，高级工程师，主要从事制药工程设计与项目技术管理工作。

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