SBR、PAC－SBR反应器处理制药废水对比研究
摘要：盐酸林可霉素原料液生产废水成分复杂、有机物浓度高、含有难生物降解和有抑制作用的抗生素等毒性物质。采用SBR反应器和PAC-SBR反应器处理该类废水，在曝气时间、废水浓度、葡萄糖投加量及活性炭投加量等方面对废水的处理效果进行了对比 研究 。研究表明，从处理效果看，PAC-SBR较SBR有一定的优势，但单独采用SBR或PAC-SBR法处理将难以达到排放标准，必须进行工艺的组合。
关键词：SBR PAC-SBR 制药废水 盐酸林可霉素
医药 工业 是国民 经济 的一个重要支柱产业。在众多的发酵工程制药产品中，抗生素生产废水占医药废水的大部分，属高浓度有机污染废水。制药废水的特点是成分复杂，有机物浓度高，而且含有难生物降解和有抑制作用的抗生素等毒性物质，带有颜色及异味。盐酸林可霉素原料液生产废水就是其中之一。制药废水处理 方法 主要包括物化处理和生化处理。物化处理包括气提、吸附、蒸馏、絮凝等，但运行费用较高，而生化处理制药废水是最适合的[1]。本文将进行SBR、PAC-SBR反应器处理盐酸林可霉素原料液生产废水的对比实验研究。
1 SBR工艺概述
SBR(Seqencing Batch Activated Sludge Process)是一种间歇运行的废水生物处理方法，具有工艺简单、节省费用，理想的推流过程使生化反应推力大、底物去除率高，运行方式灵活、脱氮除磷效果好，耐冲击负荷处理能力强等优点[2]。其工艺类型包括：(1)单一SBR反应器，又可分为限制曝气，非限制曝气和半限制曝气3种;(2)组合工艺SBR反应器，即将SBR工艺与其他工艺组合，可针对不同性质的废水采取最佳处理工艺，如湿式氧化SBR组合工艺、HA—SBR组合工艺等;(3)强化SBR反应器，包括强化脱氮除磷SBR反应器，投加介质式强化工艺SBR反应器等[3、4]。
投加介质式强化工艺SBR反应器是在反应器中投加介质，其目的是控制微生物群的组成、浓度和活度。其中投加活性炭的SBR工艺(PAC—SBR工艺)是在SBR反应器中投加活性炭。利用活性炭在进水阶段的吸附作用，减少进水中的有毒和难降解的污染物的浓度，从而减轻其对生物的抑制作用。被活性炭吸附的有机物在反应阶段解吸、降解，而活性炭在沉淀闲置过程中经进一步再生，仍可保持一定的活性。同时活性炭的大比表面积为微生物的生长提供了空间[5]。
2 实验装置及材料
实验装置采用2个有机玻璃反应器，分别作为SBR反应器和PAC—SBR反应器。反应器高为41.5 cm，有效容积为1.5 L，沿反应器高度方向等距布置6个排水口，反应池配1个小型曝气器(见图1)。
实验测试仪器包括：TL-1A型污水COD测定仪(承德市环保仪器厂);722型光栅分光光度计(上海市实验仪器总厂);TG328B型电光 分析 天平(上海天平仪器厂);202-V1型电热恒温干燥箱(上海市实验仪器总厂);90-2台式低速离心机(上海手术器械厂)。
实验试剂及材料包括：葡萄糖(分析纯);普通颗粒活性炭(粒径20～50目);中速定性、定量滤纸等。
接种污泥：取自合肥市王小郢污水处理厂氧化沟，其污泥浓度(MLSS)为2500～3000 mg/L，污泥沉降比(SV30)为15%，污泥指数(SVI)为50 mL/g。
废水：废水原水采自安徽省皖北制药厂盐酸林可霉素原料药的生产废水。其有机物浓度较高，COD值为8000 mg/L左右，pH为7～8，SS为0.2～0.3 g/L。废水中含有生产过程中残留的抗生素、溶媒等。
图1 实验装置示意图
1.SBR反应器;2.出水口;3.曝气头及曝气机
3 反应器运行对比研究
接种污泥经驯化后，SBR反应器和PAC—SBR反应器开始正常运行。本文对运行阶段反应器曝气时间、不同制药废水投加量的 影响 、葡萄糖投加量的影响以及活性炭对处理效果的影响等方面进行了对比研究。
3.1 曝气时间
曝气时间是在制药废水投加量为10%(体积浓度)时讨论的(进出水为一次性进出水，沉淀时间为3 h，闲置时间为14 h);PAC—SBR反应器活性炭投加量为2 g。运行结果见图2。由图2可见，在SBR反应器及PAC—SBR反应器中，随着曝气时间的不断增加，COD去除率也不断增加，直到21 h时达到最高，分别有67.6%和73.1%。而继续曝气，去除率不升反降，表明SBR反应器及PAC—SBR反应器处理此种制药废水其最佳曝气时间约为21 h左右。此外，随着曝气时间的不同，PAC—SBR反应器比SBR反应器COD去除率高出的比率基本不变，因此曝气时间不是PAC—SBR反应器优于SBR反应器的主要因素。
图2 不同曝气时间的处理效果
3.2 废水浓度的影响
由于研究对象是盐酸林可霉素原料药生产废水，其中含有对生物有抑制作用的抗生素及溶媒等，因此废水投加量的不同会对活性污泥生化处理产生影响。本文研究了废水投加量分别为2%、6%、10%、20%(体积浓度)时的运行情况，其中废水投加量为20%时进行了葡萄糖投加量的改变，结果如表1和图3所示。可见，随着废水投加量的增加，无论SBR反应器还是PAC—SBR反应器，去除率都呈下降的趋势。废水投加量为2%、6%时，PAC—SBR反应器与SBR反应器相比，处理优势并不明显，而废水投加量为10%、20%时，PAC—SBR反应器已明显优于SBR反应器，这应与活性炭的投加量有关。当废水投加量为10%时，去除率基本上能保持在50%以上。而当废水投加量为20%时，去除率随葡萄糖投加量的不同而有所不同，在没有添加葡萄糖的情况下，去除率基本维持在30%～40%之间，说明废水的抑制作用随着废水投加量的增加变强，继续增加废水投加量意义已不大。同时也表明，单纯采用SBR或PAC—SBR工艺处理此种废水难以满足要求，必须进行工艺的组合。此外，运行结果也说明，PAC—SBR反应器处理此种废水的效果总体上优于SBR反应器。
3.3 葡萄糖投加量的影响
废水投加量为20%(体积浓度)时，改变葡萄糖投加量，分别为0.5、0.25、0 g，运行结果见表1和图3。可见，随着葡萄糖投加量的增加，无论SBR反应器还是PAC—SBR反应器，COD去除率都有上升。但是图4所示的结果反映出，对于SBR反应器，投加葡萄糖使得COD去除率上升，但是其出水COD值与未投加葡萄糖时的出水COD值相比没有明显改善，甚至有所上升，说明COD去除率的上升是由于处理了葡萄糖的缘故，并未使得处理制药废水的效率上升。而对于PAC—SBR反应器来说，图中反映出投加葡萄糖对于制药废水的处理效率有一定的提升作用，并且投加葡萄糖0.5、0.25 g对制药废水处理效率的提升作用差别不大。
表1 反应器运行情况
|
废水投加量/%
|
运行时间/d
|
反应器
|
活性炭投加量/g
|
葡萄糖投加量/g
|
进水COD值/mg·L-1
|
出水COD值/mg·L-1
|
COD去除率/%
|
|
2
|
第1
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
510
|
80
|
84.3
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
512
|
84
|
83.5
|
|||
|
第2
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
518
|
61
|
88.2
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
523
|
60
|
88.6
|
|||
|
第3
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
520
|
66
|
87.4
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
527
|
59
|
88.8
|
|||
|
第4
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
526
|
63
|
88.0
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
524
|
62
|
88.1
|
|||
|
第5
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
520
|
72
|
86.2
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
528
|
64
|
87.8
|
|||
|
6
|
第1
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
578
|
116
|
79.9
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
584
|
91
|
84.5
|
|||
|
第2
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
577
|
123
|
78.7
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
570
|
121
|
78.8
|
|||
|
第3
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
563
|
130
|
76.9
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
565
|
129
|
77.2
|
|||
|
第4
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
582
|
142
|
75.6
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
570
|
132
|
76.8
|
|||
|
第5
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
548
|
155
|
71.8
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
555
|
132
|
76.3
|
|||
|
第6
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
549
|
170
|
69.1
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
1
|
559
|
133
|
76.2
|
|||
|
10
|
第1
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
597
|
213
|
64.3
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
605
|
194
|
67.9
|
|||
|
第2
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
622
|
243
|
61.0
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
610
|
215
|
64.7
|
|||
|
第3
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
632
|
276
|
56.3
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
616
|
253
|
59.0
|
|||
|
第5
|
SBR反应器
|
|
0.75
|
612
|
296
|
51.6
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
619
|
284
|
54.1
|
|||
|
20
|
第1
|
SBR反应器
|
|
0.5
|
961
|
448
|
53.4
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
992
|
377
|
62.0
|
|||
|
第3
|
SBR反应器
|
|
0.5
|
935
|
484
|
48.2
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
956
|
399
|
58.3
|
|||
|
第5
|
SBR反应器
|
|
0.5
|
957
|
516
|
46.1
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
979
|
421
|
57.0
|
|||
|
第7
|
SBR反应器
|
|
0.25
|
750
|
418
|
44.3
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
748
|
374
|
50.0
|
|||
|
第9
|
SBR反应器
|
|
0.25
|
716
|
438
|
38.8
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
728
|
392
|
46.2
|
|||
|
第11
|
SBR反应器
|
|
0.25
|
735
|
482
|
34.4
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
730
|
402
|
44.9
|
|||
|
第13
|
SBR反应器
|
|
0
|
663
|
443
|
33.2
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
673
|
433
|
35.7
|
|||
|
第15
|
SBR反应器
|
|
0
|
658
|
438
|
33.4
|
|
|
PAC-SBR反应器
|
2
|
678
|
433
|
36.1
|
3.4 活性炭投加量的影响
在废水投加量为2%和6%时，活性炭投加量为1 g。从运行结果(表1、图3)可见，当废水投加量为2%时，刚刚投加活性炭的PAC—SBR反应器的处理效果并没有立即改善，而是COD去除率逐渐上升，略高于SBR反应器;当废水投加量为6%时，PAC—SBR反应器的处理效果基本上比SBR反应器的好，但是程度不明显。因此，投加1 g活性炭对处理效果影响不是很大。在PAC—SBR反应器中投加2 g活性炭后，废水浓度分别提高到10%和20%，从运行结果看，PAC—SBR反应器处理效果明显优于SBR反应器，而且随着废水投加量的增加，优势更明显。表明在一定时间内投加一定量活性炭对提高PAC—SBR反应器的抗冲击负荷能力有利，但在运行13 d左右，PAC—SBR比SBR的COD去除率高出的比率开始降低，反映活性炭的吸附作用开始下降。
图3 反应器运行情况
图4 投加葡萄糖的影响
4 结 论
本文进行了PAC—SBR和SBR反应器处理盐酸林可霉素原料药生产废水的对比 研究 ，得出以下结论。
(1)曝气时间对SBR反应器及PAC—SBR反应器处理盐酸林可霉素原料药生产废水的效率有 影响 ，但不是PAC—SBR反应器优于SBR反应器的主要因素。
(2)随着废水投加量的增加，PAC—SBR法较SBR法的优势更为明显，但PAC—SBR和SBR反应器的处理效果均有降低，表明了盐酸林可霉素制药废水有较强的抑制作用。进一步增加废水投加量，单独采用SBR或PAC—SBR法处理将难以达到排放标准，必须进行工艺的组合。而在好氧处理之前增加厌氧处理改善废水的生化性能，是一种较好的 方法 。
(3)投加葡萄糖对SBR反应器处理盐酸林可霉素制药废水的影响不明显，而对于PAC—SBR反应器的处理效率有一定的提升作用。
(4)在一定时间内投加一定量活性炭有利于提高对有机物的处理效果及反应器的抗冲击负荷能力，但是在运行一定时间后，活性炭的吸附能力会接近饱和，若不对其进行再生，处理效果将下降。
总体看来，PAC—SBR法较SBR法处理盐酸林可霉素原料药生产废水有一定的优势。
参考 文献
1 邹 平，高廷耀.SBR法处理制药废水的试验研究.给水排水，2000，26(5)：43～45
2 彭永臻.SBR法的五大优点. 中国 给水排水，1993，9(2)：29～31
3 陈郭建，魏兴义.PAC—SBR法处理高浓度有机废水.环境工程，1995，13(5)：3～6
4 佘宗莲，李世美.序列间歇式好氧活性污泥法处理生物制药废水研究.环境工程，1997，15(6)：3～6
5 兰淑澄.活性炭水处理技术.北京:中国环境 科学 出版社，1991
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