韓劍宏，趙 倩，朱浩君，2，李衛(wèi)平，敬雙怡，趙宇龍

（1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2. 中丹康靈（北京）生物技術(shù)有限公司，北京 100085；3. 神舟生物科技有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500）

SMBBR預(yù)處理發(fā)酵類制藥廢水

韓劍宏1，趙 倩1，朱浩君1，2，李衛(wèi)平1，敬雙怡1，趙宇龍3

（1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2. 中丹康靈（北京）生物技術(shù)有限公司，北京 100085；3. 神舟生物科技有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500）

采用高活性反硝化菌DNF409作為菌種，以SDC-03型生物載體作為填料，通過特異性移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器預(yù)處理發(fā)酵類制藥廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度為22～26 ℃、DO為2～4 mg/L、污泥質(zhì)量濃度為2 000 mg/ L、水力停留時(shí)間為16 h的條件下，COD，NH3-N，TN，TP的平均去除率分別為72.45%，27.72%，18.54%，84.58%，BOD5/COD由0.17提高到0.38，廢水的可生化性得到提高；出水經(jīng)后續(xù)生化處理達(dá)到GB 21903—2008《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求。

反硝化菌；生物載體；特異性移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器；發(fā)酵類制藥廢水

制藥過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢水是公認(rèn)的嚴(yán)重環(huán)境污染源之一［1］。近年來，我國制藥行業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，ρ（NH3-N）高，毒性大，色度深，固體懸浮物濃度高，含鹽量高，廢水水質(zhì)、水量波動(dòng)大，可生化性差的發(fā)酵類制藥廢水［2］。國家對(duì)制藥行業(yè)生產(chǎn)廢水的治理越來越重視，制定了GB 21903—2008《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［3］。但由于目前的制藥廢水處理工藝效果差、脫色效果不明顯、成本高、耐沖擊性差，處理后廢水仍不能達(dá)到排放要求，所以急需開發(fā)新的、有效的處理技術(shù)。開發(fā)簡單有效、處理成本低、適用能力強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣的制藥廢水處理技術(shù)仍處于探索階段［4］。

特異性移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（SMBBR）工藝技術(shù)是基于MBBR工藝的一種改進(jìn)技術(shù)，兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，依靠曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)［5］，使生物膜充滿整個(gè)反應(yīng)空間，懸浮的填料能與廢水多次且頻繁接觸，延長反應(yīng)時(shí)間且動(dòng)力消耗極低［6］。

本工作采用高活性反硝化菌DNF409作為菌種，以SDC-03型生物載體作為填料，通過SMBBR處理發(fā)酵類制藥廢水，為該工藝在實(shí)際中的應(yīng)用提供技術(shù)參數(shù)及科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料和儀器

反硝化菌DNF409：中丹康靈（北京）生物技術(shù)有限公司；SDC-03型生物載體：中丹康靈（北京）生物技術(shù)有限公司，直徑30 mm，高10 mm，比表面積大于900 m2/m3。

接種污泥：采用某生物制藥有限公司污水處理廠周期循環(huán)活性污泥池的泥水混合物，污泥沉降比為40%，含有大量的好氧固著型原生動(dòng)物，適宜接種馴化掛膜。

發(fā)酵類制藥廢水：取自某生物制藥有限公司污水處理廠的一級(jí)水解酸化池出水。廢水中包含的主要污染物為生物發(fā)酵剩余的營養(yǎng)物質(zhì)和生物代謝產(chǎn)物等。廢水的水質(zhì)、水量變化較大，成分復(fù)雜，碳氮營養(yǎng)比例失調(diào)（氮源過剩），顏色重，氣味大，易產(chǎn)生泡沫，含有抑菌作用的難降解物質(zhì)。廢水的水質(zhì)見表1。

表1 廢水的水質(zhì) mg/L

AZ8403型便攜式溶氧儀：臺(tái)灣衡欣儀器儀表廠；PB-S型pH計(jì)：上海博取儀器有限公司；UV-2000型紫外-可見分光光度計(jì)：上海精密儀器儀表有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

采用容積為600 L的塑料桶模擬SMBBR裝置，進(jìn)水泵功率為0.75 kW，進(jìn)水方式為連續(xù)進(jìn)水，下進(jìn)上出。桶的一側(cè)分別設(shè)置高、中、低位3個(gè)排水閥。桶底采用兩個(gè)直徑為25 cm的曝氣盤均勻曝氣。SMBBR裝置的示意圖見圖1。

向反應(yīng)器中投加固液比（生物載體與廢水的體積比）為30%的SDC-03型生物載體，在廢水中浸泡48 h后，加入接種污泥，控制COD容積負(fù)荷為1 kg（/m3·d），悶曝24 h，使微生物與填料充分接觸，采用排泥法進(jìn)行掛膜。SMBBR中控制污泥質(zhì)量濃度為2 000 mg/L、DO為2～4 mg/L、反應(yīng)溫度為22～26 ℃、水力停留時(shí)間為16 h、COD容積負(fù)荷為1 kg/（m3·d）左右。運(yùn)行初期，進(jìn)水流量為400 mL/ min；待運(yùn)行效果改善后加大進(jìn)水流量至600 mL/ min。生物掛膜成功后，填料內(nèi)部生長厭氧菌，通過反硝化作用脫氮；填料外部生長好氧菌，并且在填料單元內(nèi)形成細(xì)菌→原生動(dòng)物→后生動(dòng)物的食物鏈，在SMBBR處理廢水的過程中實(shí)現(xiàn)同步硝化-反硝化反應(yīng)。

圖1 SMBBR裝置的示意圖

1.3 分析方法

采用便攜式溶氧儀測定反應(yīng)溫度和DO；采用pH計(jì)測定廢水pH；采用重鉻酸鉀法測定廢水COD［7］211-213；采用紫外分光光度法測定TN［7］255-257；采用鉬銻抗分光光度法測定TP［7］246-248；采用納氏試劑光度法測定ρ（NH3-N）［7］279-281。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥的馴化與掛膜

向SMBBR中每次投加的高活性反硝化菌DNF409為20 g，早晚各一次，保證菌液中反硝化菌DNF409含量為2 000個(gè)/mL。經(jīng)過7 d的接種培養(yǎng)，填料的內(nèi)表面開始掛膜。將進(jìn)水流量由400 mL/min提高至600 mL/min。運(yùn)行10～15 d后，載體內(nèi)表面出現(xiàn)淺褐色微生物，肉眼可見大量微小的黃褐色菌斑。運(yùn)行30 d左右時(shí)，載體內(nèi)表面長滿厚度為0.5～1.0 mm、致密的褐色生物膜，通過鏡檢可以看到大量的輪蟲和鐘蟲等后生動(dòng)物，此時(shí)污泥對(duì)廢水的適應(yīng)能力明顯增強(qiáng)，對(duì)各污染物的去除率明顯提高，表明掛膜已基本完成。掛膜污泥中的微生物有很好的活性，微生物的酶系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)發(fā)酵類制藥廢水。SDC-03型生物載體有利于增加反應(yīng)池中微生物的數(shù)量和富集各種細(xì)菌，從而提高SMBBR系統(tǒng)的處理效率。填料照片見圖2。

圖2 填料照片

2.2 COD的去除效果

COD的去除效果見圖3。由3可見，在進(jìn)水水質(zhì)變化波動(dòng)較大（COD為900～2 000 mg/L）的情況下，出水COD均在600 mg/L以下，處理效果十分穩(wěn)定，COD去除率最大達(dá)83.94%，平均COD去除率為72.45%。在運(yùn)行的前10 d里，SMBBR抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，由于載體表面的生物量不斷增加，使載體內(nèi)部的水流速率減慢，變相地延長了反應(yīng)時(shí)間［8］，所以COD的去除率有所提高；運(yùn)行至第15天時(shí)，雖然廢水水質(zhì)變化較大，進(jìn)水COD達(dá)到最大值且出現(xiàn)大量白色泡沫，但出水COD比較穩(wěn)定，COD去除率也相對(duì)穩(wěn)定。

2.3 NH3-N和TN的去除效果

NH3-N的去除效果見圖4。由圖4可見，當(dāng)進(jìn)水ρ（NH3-N）為290～380 mg/L時(shí)，出水ρ（NH3-N）明顯下降，均在280 mg/L以下，NH3-N去除率最大為33.91%，平均NH3-N去除率為27.72%。由于填料具有極強(qiáng)的親水性，且填料密度接近水的密度而呈懸浮狀態(tài)，載體的流動(dòng)性有所提高，因此減少了動(dòng)力消耗。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，廢水與填料上的生物膜接觸頻繁，DO的利用率得到了提高，NH3-N的去除率也有所增加。由于該廢水中的NH3-N主要來源于有機(jī)氮，隨著有機(jī)污染物的不斷降解，有機(jī)氮不斷轉(zhuǎn)化成NH3-N，所以在運(yùn)行一段時(shí)期后，出水ρ（NH3-N）有所增加。

TN的去除效果見圖5。

圖3 COD的去除效果

圖4 NH3-N的去除效果

圖5 TN的去除效果

由圖5可見，當(dāng)進(jìn)水TN為330～400 mg/L時(shí)，出水TN均在320 mg/L以下，TN去除率最大為23.76%， 平均TN去除率為18.54%。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，微生物數(shù)量增加，DO相對(duì)降低，氧氣不易滲透到生物膜的內(nèi)部，形成的兼氧環(huán)境反而適宜反硝化菌生存；反硝化菌與硝化菌之間的競爭作用加強(qiáng)，不利于硝化菌的生長，TN去除率以平穩(wěn)趨勢增長。

2.4 TP的去除效果

TP的去除效果見圖6。由圖6可見，當(dāng)進(jìn)水TP為37～49 mg/L時(shí)，出水TP均穩(wěn)定在8 mg/L以下，且變化不大，TP去除率穩(wěn)定在80%以上，TP去除率最大為88.29%，平均TP去除率為84.58%左右。聚磷菌利用反硝化過程中產(chǎn)生的能量吸收磷［9-10］。發(fā)酵類制藥廢水中含有大量的有機(jī)物，雖然給系統(tǒng)帶來了很大的沖擊負(fù)荷，但同時(shí)充足的碳源也促進(jìn)了厭氧釋磷［11］，從而為好氧條件下的攝磷創(chuàng)造了先決條件。因此，SMBBR對(duì)發(fā)酵類制藥廢水中TP的去除率較高，并有較強(qiáng)的抗TP沖擊能力。

圖6 TP的去除效果

2.5 可生化性

經(jīng)SMBBR系統(tǒng)處理后出水的BOD5/COD由 0.17提高到0.38，廢水的可生化性得到提高。出水經(jīng)后續(xù)二級(jí)水解酸化池和接觸氧化池的生化處理后可達(dá)到GB 21903—2008《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求。采用SMBBR處理發(fā)酵類制藥廢水，雖然進(jìn)水沖擊負(fù)荷較大，水質(zhì)水量變化較大，但出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，說明SMBBR不僅對(duì)廢水的預(yù)處理效果較好，而且具有一定的抗沖擊能力。

3 結(jié)論

a）采用SMBBR預(yù)處理發(fā)酵類制藥廢水。以高活性反硝化菌DNF409作為菌種，以SDC-03型生物載體作為填料，在反應(yīng)溫度為22～26 ℃、DO為2～4 mg/L、污泥質(zhì)量濃度為2 000 mg/L、水力停留時(shí)間為16 h的條件下，SMBBR對(duì)廢水中的污染物有較好的去除效果。

b）運(yùn)行30 d后掛膜啟動(dòng)階段基本完成，污泥對(duì)廢水的適應(yīng)能力明顯增強(qiáng)，對(duì)各污染物的去除率明顯提高。

c）SMBBR對(duì)發(fā)酵類制藥廢水中的COD去除率最大達(dá)83.94%，平均COD去除率為72.45%；NH3-N去除率最大為33.91%， 平均NH3-N去除率為27.72%；TN去除率最大達(dá)23.76%，平均TN去除率為18.54%；TP去除率最大為88.29%，平均TP去除率為84.58%。

d）經(jīng)SMBBR系統(tǒng)預(yù)處理后的出水BOD5/COD由0.17提高到0.38，廢水的可生化性得到提高，出水經(jīng)后續(xù)二級(jí)水解酸化池和接觸氧化池的生化處理后可達(dá)到GB 21903—2008《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求。

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（編輯 王 馨）

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Pretreatment of Pharmaceutical Fermentation Wastewater by SMBBR

Han Jianhong1，Zhao Qian1，Zhu Haojun1，2，Li Weiping1，Jing Shuangyi1，Zhao Yulong3
（1. School of Energy and Environment，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010，China；2. Sino-Danske Cloning （Beijing） Bio-Technology Co. Ltd.，Beijing 100085，China；3. Shenzhou Biology and Technology Co. Ltd.，Hohhot Inner Mongolia 011500，China）

The pharmaceutical fermentation wastewater was pretreated in a special moving bed biof lm reactor （SMBBR）using high-activity denitrifying bacteria DNF409 as degrading strain and biological carrier SDC-03 as packing. The experimental results show that：Under the conditions of reaction temperature 22-26 ℃，DO 2-4 mg/L，MLSS 2 000 mg/L and HRT 16 h，the average removal rate of COD，NH3-N，TN and TP are 72.45%，27.72%，18.54% and 84.58% respectively，and BOD5/COD is increased from 0.17 to 0.38，which indicates that the biodegradability of the wastewater is improved. After further biological treatment，the eff uent quality can meet the wastewater discharge standards for pharmaceutical industry （GB 21903-2008） .

denitrifying bacteria；biological carrier；special moving bed biof lm reactor （SMBBR）；pharmaceutical fermentation wastewater

X703

A

1006 - 1878（2015）02 - 0169 - 05

2014 - 10 - 27；

2015 - 01 - 06。

韓劍宏（1966—），女，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市人，博士，教授，電話 13171250789，電郵 hjhlpm@163.com。聯(lián)系人：朱浩君，電話 13011810677，電郵 zhuhaojun@yahoo.com。