在藥品的生產過程中會產生大量高鹽度、高濃度的有機廢水，其中不僅含有大量鹽類物質，而且還有大量有毒有害難生物降解的有機物(如硝基類、芳香類和烴類等有機化合物)。
為了有效控制制藥廢水的污染問題，哈爾濱工業大學的研究人員與東北制藥總廠的技術人員合作，對高鹽度、高濃度制藥廢水進行了為期兩年的小試和中試研究，取得了大量的實驗數據，確定了以厭氧與微氧相結合、懸浮與固定生長微生物相協調的水解酸化預處理工藝；以復合式交替流生物反應器與曝氣生物濾池相組合的好氧生物處理主體工藝，并將其研究成果應用到廢水處理工程中。
1 廢水處理工程概況
1.1 建設方案
某制藥廠是一個歷史悠久的老企業，地處市區，因此建設廢水處理工程的場地十分有限，而且周圍環境對該廢水處理工程也提出了較高的要求。為了徹底解決廢水處理問題，并為工廠的發展留出空間，在設計該工程時，采用了加大縱向高度、地上地下結合的立體式建設方案，解決了占地問題；采用封閉凈化、內部循環等氣體控制方案，消除了對周邊環境的影響；采用深層曝氣、垂直流態、多元復合等工藝技術，使該工程的占地面積僅為8000m2，在保證了有效實現污水經濟處理的同時，也節約了土地的使用，保護了周邊環境。
1.2 設計水量
該工程的設計廢水處理量為30000m3/d，出水達到國家排放標準。處理后的廢水，部分直接回用，部分可通過進一步的深度凈化實現處理水的再生利用。
1.3 廢水水質
該工程處理的廢水為制藥廠排放的綜合性生產廢水，廢水中含有維生素類、激素類和抗生素類等多種原料藥殘余物、醫藥中間體殘余物、鹽類及生產過程中產生的其他有機物。這些廢水水質具有成分復雜、有機物濃度高、pH值變化大、懸浮物多、色度大、總鹽量高等特點，并且廢水中還含有大量難生物降解物質和對微生物有抑制作用的有毒有害物質。廢水水質如下表所示。
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2 廢水處理工藝設施
2.1 工藝流程
研究與工程實踐表明，此類廢水采用生物處理是適宜的，但采用常規生物處理時，由于鹽分的影響，會使微生物的胞質萎縮、生物活性降低，只有少量的適鹽類微生物能夠正常代謝，再加上有毒有害等物質的抑制作用，使得常規生物處理法在不稀釋廢水的情況下很難達到理想的處理效果。經過對比研究，本工程采用了具有較強的抗沖擊能力、較高的去除效率的“水解酸化—交替流生物反應器—雙流向曝氣生物濾池”復合生物處理工藝。
2.2 主要構筑物工藝特征與運行參數
該制藥廢水處理工程的主體構筑物的工藝特征與運行參數如下表所示。
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2.3 主要構筑物技術特點分析
2.3.1 曝氣調節池
由于企業生產的周期及產品的更換，導致水質和水量有較大的波動，pH值在2～12之間變動，COD等其它參數變化也較大，這對整個生化處理系統會造成較大的沖擊負荷。因此，該調節池采用微曝氣式調節池，利用壓縮空氣攪拌均化水質、防止沉淀，并且去除廢水中易揮發性物質，池內還接納兩級水解酸化和復合交替流生物反應器的部分剩余污泥，對廢水中的污染物進行初級吸附。實踐表明，經過該調節池的有效調節，可使出水pH保持在6左右，節省了大量的酸堿藥品，同時也有效地消減了COD有機負荷和有毒有害物質造成的沖擊負荷，為后續的處理工藝提供了水質和水量穩定的廢水。
2.3.2 復合式水解酸化池
根據該制藥廢水的水質特點，采用兩級復合式水解酸化池。每級水解酸化池設置為2級4組共8個，均為圓柱型折流式且全部采用半地上式。考慮到該廠地處北方寒冷地區，氣溫對水解酸化會有一定影響，因此采用保溫隔層，有效保持了水解酸化的溫度。兩級復合式水解酸化池的不同之處在于第一級采用缺氧形式，出水端設有波紋板狀生物填料；第二級采用微氧形式，后端設有軟性纖維狀生物填料。該水解酸化池將懸浮生長微生物與固定生長微生物結合起來，發揮各自的優勢，在高鹽度的狀態下，對有毒有害物質和高濃度有機物進行水解酸化。一級水解pH控制在5.5～6.5，對溶解氧濃度不做控制；二級水解池內設有氣提循環攪拌，控制溶解氧濃度使其處于微氧狀態(前端0.2～0.4mg/L，末端0.1～0.2mg/L)，有效地抑制了甲烷菌的生長，并將出水的pH控制在6.0～7.5。
水解酸化池容積負荷最高可達6.2kgCOD/m3·d，COD去除率為20%～40%，出水的BOD5/COD與水解前相比有大幅提高。
2.3.3 交替流生物反應器
交替流生物反應器(Alternate-flow Biological Reactor，ABR)是在結合了UNITANK的特點，針對處理高鹽度、高濃度制藥廢水的水質特性的基礎上發展而成的。它將連續流反應器和間歇式反應器的優點結合起來，形成了交替流生物反應器。
該生物反應器池體為深層曝氣式，保證了充足的氧氣供應和較高的氧轉移效率。池體外作保溫處理，以保證處理構筑物在寒冷季節的運行溫度，使微生物具有較高的生物活性。該反應器為完全混合與推流式相結合的流態，前端為連續流活性污泥形式，后端為間歇式活性污泥形式。該生物反應器的運行參數為：MLSS2500～3500mg/L，DO1.0～3.0mg/L。出水COD≤300mg/L，BOD5≤100mg/L，pH7.0～8.0。出水可直接排放或進入后端的生物深度處理系統進行凈化，做為再利用水源。
2.3.4 雙流向曝氣生物濾池
為了實現水資源的充分利用，該工程在交替流生物反應器之后，設置了雙流向曝氣生物濾池(Two-way-flow Aerated Biological Filter，TABF)處理單元，將廢水進行深度處理，使出水達到企業中水回用的要求。此外，該生物濾池還消除了交替流生物反應器的周期性運行對出水水質的影響。
雙流向曝氣生物濾池系統采用上流式與下流式串聯的方式同時運行。前端采用4～6mm改性粘土生物陶粒，后端采用2～3mm改性粘土生物陶粒。該生物濾池采用氣水聯合反沖洗，沖洗周期約為2～3天。出水pH7.0～8.0，COD150mg/L，BOD530mg/L，SS20mg/L，可為進一步深度處理提供穩定可靠的水源或在此基礎上進行直接回用。
3 運行效果分析
3.1 啟動研究
該工程采用先啟動好氧處理設施，再啟動水解酸化與曝氣生物濾池的方案。接種污泥來自于城市生活污水處理廠的脫水污泥，采用直接高強度的馴化培養方式。經過幾天的轉型馴化和十余天快速培養后，通過生物鏡檢可看到，交替式生物反應器內的生物相種類比較豐富，以菌膠團為主，兼有少量具有耐鹽性的裂口蟲(Amphieptus Sp)和漫游蟲(Litonotus SP)等原生動物。培養出的菌膠團具有良好的吸附、凝聚、氧化和沉降性能。同時，少量的原生動物的存在，能夠捕食游離態的細菌和微小顆粒以及可溶性有機物，并能分泌粘液使細菌活化，促使細菌絮凝，有助于改善出水水質，還可作為指示生物。
3.2 處理效果分析
經過格柵、初沉池的預處理和曝氣調節池均化后的制藥綜合廢水，其COD約為3600mg/L。工程運行結果表明，兩級復合式水解酸化系統對高濃度高鹽度的制藥廢水有較強的抗沖擊能力，系統的穩定性較好，COD去除率在30%左右。此外，廢水鹽含量在小于5%以下的范圍內變化時，微生物并沒有受到明顯的抑制，運行過程中COD去除率變化不大。生物鏡檢發現污泥為無機成分較高的細小顆粒污泥，具有良好的水解酸化性能和耐鹽性能。經過水解酸化，使廢水的BOD5/COD值得到提高。
交替流生物反應器可馴化出具有良好的有機物降解性能的耐鹽性微生物，能有效去除廢水中的有機物，去除率在90%以上，并能抵抗有毒有害物質及鹽分的影響，出水可以直接排放或者進入后段進行深度處理。
雙流向曝氣生物濾池系統能夠對廢水進行有效地凈化處理，其COD去除率在40%左右，出水可直接部分回用或經過進一步的深度處理進行中水的回用。總的處理效果如下表所示。
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4 結論
工程運行結果表明，該廢水處理工藝結合了多種廢水處理技術的優點，培養出耐鹽性活性微生物，并通過該微生物群落的作用，對廢水中的有機物進行有效的降解，使出水不僅能達到國家排放標準，而且可通過后續的深度凈化實現中水回用，實現企業內部水資源的良性循環和綠色生產。作者: 祁佩時 陳戰利 于桂清 劉云芝 趙月龍
