膨胀颗粒污泥床反应器在中成药废水处理中的应用探析

张克勤 彭望峰

（江西济民可信药业有限公司，江西宜春336000）

0 引言

中成药是我国历代医药学家经过千百年医疗实践创造和不断总结出来的有效方剂的精华。近些年来，我国医药体系发展已经较为成熟，中成药成为国家鼓励发展的重点产业。与西药相比，中成药靶点多，产生的副作用比较小，不仅能起到治病的作用，还具有预防保健功能，因此，中成药的市场发展前景广阔，我国中成药产量呈现出稳定增长的趋势。

中成药是以中草药为原料，经过加工制成不同剂型的中药成品。在中成药的生产提取过程中会产生大量废水，常规的废水处理技术效果不理想，对水体环境造成了污染。随着中成药生产技术的发展，中成药的废水处理问题也日益突出，制约了中成药产业的发展。

1 废水特点

我司是一家集科研、生产、销售为一体的大型医药企业，公司生产经营的主要品种有金水宝胶囊、妇炎平阴道泡腾片、小儿热咳口服液、金水宝片、复方鲜竹沥液、黄杨宁滴丸和清肝扶正胶囊等。中成药产品的主要生产工艺有领料、净选、清洗、切制、干燥、粉碎、榨汁、提取、浓缩、醇沉、回收乙醇、装桶和混合。

我司的生产废水主要来自于提取车间的煎煮废水、部分提取液和制剂车间的浓缩废水。废水中含有生物碱、木质素、蒽醌、色素等各种天然有机污染物，污染物成分复杂，色度高，水质波动大，污染物浓度较高。其中，化学需氧量（COD）为4 500～6 000 mg/L，五日生化需氧量（BOD5）为1 000～2 500 mg/L，固体悬浮物（SS）为800～1 500 mg/L，B/C（BOD5/COD）约为0.4，废水的可生化性能较好，属于较难处理的高浓度有机废水。

2 膨胀颗粒污泥床反应器

膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB），是指由底部的污泥区和中上部的气、液、固三相分离器组合为一体，通过回流和结构设计使得废水在反应器内具有较高的上升流速，反应器内部颗粒污泥处于膨胀状态的有机物降解高塔式厌氧装置设备[1]。EGSB是在上流式污泥床反应器（UASB）的基础上开发出来的第三代高效厌氧反应器，它推动了厌氧处理技术在高浓度有机废水处理中的进一步发展[2]，采用3～8的高径比，运用出水循环系统，使上升流速达到7 m/h，可以使颗粒污泥在污泥床处于膨胀状态，废水与颗粒污泥能够充分接触，并且布水均匀，传质效果好，解决了UASB所存的内死角和短流问题，大大提高了有机污染物的去除率。

田文超等[3]利用膨胀颗粒污泥床反应器在中温条件下处理阿维菌素废水，容积负荷达到4.7 COD/（m3·d），化学需氧量去除率达到83%；李津[4]运用膨胀颗粒污泥床反应器处理啤酒废水，运行184 d后，有机负荷达到10 COD/（m3·d），总的化学需氧量去除率达到85%以上。我司生产的废水化学需氧量为4 500～6 000 mg/L，可生化性好，有机物浓度高，由于进水水质波动特别大，膨胀颗粒污泥床反应器在进水浓度高时，通过出水循环稀释来降低进水浓度。因此，选用膨胀颗粒污泥床反应器处理中成药生产废水最为适宜。

3 工艺参数的设置

我司污水站新建一个废水处理设施，规格为φ8.0 m×20.0 m，膨胀颗粒污泥床反应器的有效容积为1 000 m3，三相分离器采用PP材质制造，外循环泵采用变频方式控制。罐体采用碳钢材质进行防腐，布水装置、水封、沼气火炬、取样管采用304不锈钢材质进行防腐，罐体四周采用聚氨酯发泡保温。在膨胀颗粒污泥床反应器前设置中间池，用于进水浓度和pH的调节。膨胀颗粒污泥床反应器进水的化学需氧量为6 000 mg/L，pH为6.5～8，采用中温（30～35℃），进水水量为600 m3/d。

4 实际工程案例分析

以我司的中成药生产废水为例，选用膨胀颗粒污泥床反应器为工程废水处理设备，反应器包括布水装置、三相分离器、出水收集装置、循环装置、气液分离器、排泥装置和加热保温装置。膨胀颗粒污泥床反应器构造如图1所示。

图1 膨胀颗粒污泥床反应器构造

现主要对膨胀颗粒污泥床反应器的调试运营进行探讨，调试过程主要分为污泥接种、启动阶段和负荷提升阶段。

4.1 污泥接种

所接种的污泥来自同类废水某制药厂的颗粒污泥，接种污泥浓度为20 kg/m3，总接种厌氧污泥量约为20 t，含水率按70%～80%计算，总需颗粒污泥量约为100 t。颗粒污泥的粒径为0.5～2 mm，颗粒度大于50%，VSS（微生物）/TSS（总悬浮物）为0.7～0.75，沉降速度为50～100 m/h，污泥接种完成后，采用中温，反应器内的温度约为35℃。

4.2 启动阶段

采用低进水负荷、高去除率的方式启动，开始进水时控制化学需氧量浓度为800～1 000 mg/L，启动负荷为0.3 kg/（m3·d），调节进水pH为7～8，启动运行的第1～10 d，出水带有少量黑色细小絮状污泥，化学需氧量去除率在50%～60%。继续驯化培养，带泥情况消失。在第15 d时，上升流速提高至1.5 m/h，当出水量在150 mg/L以下，化学需氧量去除率大于80%，驯化成功。

4.3 负荷提升阶段

通过驯化，接种的颗粒污泥适应了中成药生产废水的水质。此后的运行中，通过逐步提高进水化学需氧量浓度来提高进水负荷，每次提高量为0.5倍，在去除率达到80%以上时，稳定运行3 d后提高进水负荷，经过65 d的6次负荷提升，达到设计负荷目标。

当每天处理中成药生产废水量为600 t时，表明膨胀颗粒污泥床反应器运行成功，为后续的好氧处理提供了保障。

5 设备运行结果分析

5.1 容积负荷对反应器运行效果的影响

膨胀颗粒污泥床反应器从启动到稳定运行过程中，需要把容积负荷控制在一定范围内。在启动初期，随着容积负荷提高，化学需氧量去除率逐渐增大，由于进水量增加，上升流速增大，搅拌更剧烈，微生物与废水的接触更充分；在负荷提升期，当反应器的COD容积负荷为2.0 kg/（m3·d），污染物去除率从80%降至65%，主要是由于随着进水量增大，废水中的污染物与颗粒污泥接触不充分，传质受限，通过增加回流，加强系统搅拌，污染物去除率上升至80%以上。当COD容积负荷为3.6 kg/（m3·d），上升流速为6.5 m/h时，出水量小于850 mg/L，污染物去除率达到85%以上，且运行稳定。当反应器负荷继续提升时，污染物去除效果明显下降。因此，对于该中成药生产废水，EGSB的最大COD容积负荷在3.6 kg/（m3·d）。

5.2 进水pH对反应器运行效果的影响

膨胀颗粒污泥床反应器的进水pH为6.5～7.8时，是保证厌氧微生物生长的最佳pH。随着微生物对中成药生产废水的适应性增加，微生物不断繁殖增长，当反应器稳定运行后，系统内的碱性降低，会出现酸化现象，在pH低于6.5时，适当增大进水pH值，当pH维持在8左右时，EGSB达到设计负荷目标，适当增大pH不仅可以减少碱的大量使用，降低运行成本，还可以提高污染物的去除效率。

5.3 挥发性脂肪酸对反应器运行效果的影响

对于膨胀颗粒污泥床反应器，挥发性脂肪酸是非常重要的一个参数，出水pH下降的主要原因就是挥发性脂肪酸浓度增高，当累积到一定程度，pH才会相应变化，对于厌氧反应器的运行来说，测定挥发性脂肪酸是非常必要的，通过确定反应器的厌氧微生物进行到产酸还是产甲烷阶段，从而采取相对应的措施控制，以达到最佳反应条件，提高微生物对有机污染物的去除效果。

6 结语

本文介绍的膨胀颗粒污泥床反应器在处理中成药废水的实际运行中，需要优化每个运行控制参数，在进水化学需氧量为4 500～6 000 mg/L，上升流速为6.5 m/h，COD容积负荷达到3.6 kg/（m3·d），出水量为850 mg/L以下时，污染物去除率可达到85%以上，为企业中成药废水处理的设备选型提供了参考与借鉴。