复合生物反应器处理制药废水
制药废水是一种高浓度难降解的有机废水，具 有成分复杂、污染物种类多、浓度高、色度高、可生化性差、有毒、水量变化大等特点，已成为我国 工业废水治理的重点。目前，国内外处理制药废水比较成熟的方法是活性污泥法.通常包括普通活性污泥法、深井曝气法、生物流化床和生物接触 氧化法等，但存在剩余污泥量大、泡沫多、易产生污泥膨胀等问题，而且动力消耗大、运行费用高、处理效率低。为此，本试验采用同时具备活性污泥法和生物膜法优点的高效反应器——复合式生物反应器，以太原某制药厂化学合成类制药废水为处理对象。进行现场小型试验，研究医药废水处理新工艺，确定合理经济的运行参数。同时，为该厂废水处理工艺的实际改造及操作运行提供依据。
1.材料与方法
1.1试验装置
复合生物反应器由透明有机玻璃制成。形状为圆柱形，高为220cm，内径为18cm，内置塑料球形填料，填充比为40%。反应器设有进水口、取样口、出水VI，采用底部进水，顶部出水的方式运行。沉淀池为斜板式沉淀池，顶部设有溢流堰，底部设有污泥漏斗。试验装置如图1所示。
调节池出水从复合生物反应器底部进水口自流进入，利用空气压缩机从反应器底部多孔材料曝气头曝气。水、气流量均由转子流量计测量。经生物降解处理后，出水从反应器顶部溢流堰排出，流人斜板沉淀池。上清液从沉淀池顶部溢流堰排出，泥斗中的沉淀污泥一部分通过回流泵回流到复合生物反应器，另一部分剩余污泥通过底部排泥管进行定期排放。
1.2废水水量、水质
试验采用的废水取自太原某制药厂调节池出水，试验水量为400L/d。该废水主要是生产甲丙氨酯(眠尔通)、氯霉素等多种原料药及医药中间体的混合废水，其成分非常复杂，含有多种难降解的有机物，如乙醇、氯仿、苯、甲苯等。原水主要水质指标见表l。
l-3试验方法
考察该药厂生产车间有周期性生产不同药物的情况.并监测发现各生产车间的混合废水水质也随之发生周期性改变。为此，试验从两种水质情况进行研究.即进水COD的质量浓度分别为200～500mg/L和500～1700mg/L。首先，要进行复合生物反应器的启动.并观察启动过程中污泥驯化和生物膜生长的情况。然后，通过不断调节进水量、曝气量和回流量，考察两种水质情况下复合生物反应器对COD的去除效果，并找出反应器处理制药废水的优化工艺参数。
1.4分析项目与方法
本试验是现场试验，24h连续进水，由药厂调节池出水直接进入复合生物反应器。每日测定反应器、沉淀池进出水流量、COD、pH值、温度、DO，定期测定BODMLSS、SV、SVI、TN、TP等。测定项目按照《水和废水监测分析方法》进行分析测定，主要仪器有HH一6型化学耗氧量测定仪、JENCO一9173型溶氧仪、水银温度计、PHS一2CW酸度计、752分光光度计等。
2结果与讨论
2.1污泥驯化与挂膜试验所用接种污泥一部分来自太原河西北中部污水厂回流污泥，另一部分来自该药厂深井曝气处理系统的好氧污泥，二者以一定比例均匀混合后，投入反应器中，约占其有效容积的35%。再将制药废水注满反应器，闷曝2d，即曝气9h，静置2.5h，换水0.5h，每日运行2个周期。然后开始进水，并由初期的间歇进水变为连续进水，期间不断调整进水量、污泥回流量和曝气量，并随时监测进出水pH值、DO、MLSS、SV、SVI及观察微生物相的变化。
此过程可以分为两个阶段：第一阶段，控制一定的回流量和微小曝气量，不断提高进水流量。运行9d，观察到填料内表面长有一层约0.5mm厚的生物膜，外表面的生物膜尚未形成;运行15d，发现填料外表面已附着一层约1lllm厚的生物膜。呈棕黄色，极易脱落。此时，内表面生物膜呈灰黑色，结构较松散，但不易脱落;运行23d，可明显观察到填料外表面附着一层2—3mm厚的棕色生物膜，通过显微镜可发现生物膜中含有大量微生物。第二阶段。控制适宜的进水流量.不断改变回流量和曝气量。运行27d，接种污泥的质量浓度由1800mg/L达到2900mg/L左右.活性污泥表现出良好的沉降性和絮凝性，可以将微生物和细小有机物凝聚成较大颗粒，此时出水较清。运行30d，通过镜检发现，优势种属由开始的鞭毛虫、变形虫过渡为漫游虫、草履虫等游动型纤毛虫，最后出现大量的钟虫、累枝虫，还发现少量轮虫。此时，表明整个系统的污泥驯化和填料挂膜阶段完成。
2.2进水COD浓度的影响
试验考察了启动过程中进出水COD浓度和去除率随时间变化的关系，如图2所示。
由图2可知，在启动开始阶段，进水COD的质量浓度维持在200mg/L左右.COD去除率缓慢上升，这主要是因为初期污泥量少、较分散、沉降性能不好。随后污泥活性逐渐提高，在第9天时，COD去除率达到46.5%。然后，随着进水COD浓度的升高.COD去除率明显上升，这是由于填料内表面生物膜的初步形成和污泥活性增加双重作用引起的。
此时，生物膜易脱落，COD去除率不稳定，但由于填料外表面生物膜的初步形成，COD去除率仍会上升。当进水COD的质量浓度超过500mg/L时.进水负荷过大造成刚刚形成的外表面生物膜极易脱落，COD去除率明显降低。当进水COD的质量浓度从500mg/L升高到1700mg/L左右时.由于污泥逐步培养及生物膜逐步增厚，COD去除率缓慢升高。到第28天时，达到62.9%。这时，改变进水COD浓度，COD去除率有所降低，但很快恢复到50%以上，说明进水负荷的冲击对系统影响不大，此时污泥驯化和挂膜已取得成功图3为正式运行过程中进出水COD浓度和去除率随时间变化的关系。从图3可以看出，当进水COD的质量浓度在200～1700mg/L范围内变化时，COD去除率在48%～67%之间波动，较稳定。
试验结果表明，当进水COD的质量浓度小于500mg/L时，经过反应器运行处理，出水COD的质量浓度一般可达到180mg/L以下。当进水COD的质量浓度小于850mg/L时，COD去除率维持在50%左右：当进水COD的质量浓度大于850mg/L时，COD去除率将达到60%以上。
2.3水力停留时间的影响
试验采用现场连续进水方式运行，进水COD浓度变化比较大，但具有周期性改变。在进水COD的质量浓度分别为200～500mg/L和500—1700mg/L两种水质情况下，分别调节进水流量，改变水力停留时间。考察系统水力停留时间与COD去除率的变化关系，结果如图4所示。
从图4可以看出，在进水COD的质量浓度为200～500mg/L，水力停留时间小于4h的情况下，系统COD去除率低于40%。甚至达到30%.去除效果不理想，这是因为水力停留时间较短，微生物与废水的接触时间也就较短，不能使其充分降解水中的有机物，致使COD去除率较低。当水力停留时间大于4h时，COD去除率逐渐增大，说明微生物与废水中有机物接触的机会增多，从而使去除的有机物增多。比较水力停留时间为6h和10h的COD去除效果，发现COD去除率提高不大，主要是废水中可降解的有机物经6h的处理后大部分都被降解，增加停留时间并不能有效增加去除效果，而且随着停留时间的延长，去除率还会有所下降.这是因为随着停留时间的增加.废水上升流速减小，污泥流动减缓，易使曝气头发生堵塞，最终导致污泥堆积，降低了系统的传质效率。结果表明，当进水COD的质量浓度为200500mg/L时，最佳水力停留时间为6h在进水COD的质量浓度为500一l700mg/L，水力停留时间由2h延长到6h的情况下，COD去除率波动不大.基本维持在49%左右。
当水力停留时间为7～9h时，去除率显著提高。最高达到72%。因为当系统运行趋于稳定后.填料表面形成了稳定的较厚生物膜.可在较短时间内强制截留废水中的溶解性有机物：而且系统内的污泥质量浓度由1800mg/L升高到2900mg/L左右，比较稳定，经过较长的停留时间，与废水充分混合.最终二者共同的作用使得COD去除率稳定在70%附近。在实际的工程应用中，为了保证出水水质的稳定，应适当延长水力停留时间，而且考虑到经济因素，最后选定当进水COD的质量浓度为500～l700mg/L时，最佳水力停留时间为8h。
2.4曝气量对COD去除率影响
进水COD的质量浓度为200～500mg/L，水力停留时间为6h时，考察不同曝气条件下系统对进水COD的去除效果，如图5所示。
由图5可知，当曝气量低于0.20m/h时.COD去除率在45%以下。并且随着曝气量的增大而提高，期间测得溶解氧的质量浓度小于3mg/L。原因是当溶解氧较低时.系统中的泥水混合不均匀，传质速率较慢，可能会形成局部的厌氧或缺氧状态，导致污泥活性的降低，从而影响COD的去除效果，但随着曝气量逐渐增大，水中溶解氧含量增多，污泥活性会慢慢改善，致使COD去除率逐渐升高。当曝气量在0.20～0.32m3/h时，COD去除率维持在48%左右。测得溶解氧的质量浓度为3～4mg/L。当曝气量在0-36～O.52m3/h时.COD去除率明显提高，最高达到64%，此时溶解氧的质量浓度在5mg/L附近。但随着曝气量的再次增大，COD去除率陡然下降，主要是因为反应器中气泡增多，溶解氧含量增加，造成絮状污泥解体，不易沉降以及填料上生物膜的脱落，影响了处理效果。因此.系统运行过程中曝气量应保持在0.360.52m3/h范围内。
3结论
(1)采用复合式生物膜反应器处理化学合成类制药废水，对工艺参数进行优化研究。试验结果表明，曝气量为0.36～0.52m3/h，溶解氧的质量浓度为5mg/L时，当进水COD的质量浓度为200500mg/L时，最佳水力停留时间为6h，出水COD的质量浓度可降低到180mg/L以下：当进水COD的质量浓度为500～1700mg/L时，最佳水力停留时间为8h，COD去除率达到46%～72%。
(2)复合式生物膜反应器在处理化学合成类制药废水时工艺运行稳定.对低浓度化学合成类制药废水有较好的处理效果.当进水COD的质量浓度为200～500mg/L时，出水水质可达到《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB21904--2008)的排放要求。
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