升流式厌氧污泥床反应器处理制药废水研究进展

原 畅，韦朝霞，袁 雪，曹馨月

（黔西南民族职业技术学院，贵州 兴义 562400）

近年来，随着制药工业、医疗企业的快速发展，原料药及药品制剂生产类企业与日俱增，制药废水量急速增长，制药类废水已然成为对环境威胁较为严重的污染源之一。制药行业快速发展的同时，人工合成的有机物种类与数量与日俱增，随之而来的是大量难降解有机污染物的产生。全国各大制药厂纷纷新建或扩建，增加产量，以满足市场需求，这些工厂生产过程中排出大量的有机废水，一旦直接排放，不仅会对周边环境造成严重污染，更会给人类健康和生态环境带来严重的危害。

其中，制药工业废水年排放量达到0.25×109t，年平均处理率还达不到其总量的30%。制药废水具有成分复杂，水质、水量变化大，pH值波动范围较大等特点，除此之外，制药废水中有机污染物种类繁多、浓度偏高、可生化性较差，是工业废水中较难处理的一种。

2010年7月起，“制药工业水污染物排放标准”在我国开始强制执行，就现阶段而言，国内外的制药废水处理技术均仍存在一定问题。因此，如何处理制药类废水，使废水能够达标排放是当今环境保护的一个重要难题。20世纪70年代后期，厌氧工艺在制药工业废水处理中得到了广泛应用，美国普强药厂首先采用厌氧过滤法处理高浓度制药废水，开始了厌氧处理工艺在制药废水领域的应用，此后有关厌氧处理工艺的研究取得了一系列显著的突破。其中UASB反应器被广泛应用到制药废水处理中，至今UASB处理工艺在各国仍然是制药废水处理的主流工艺。

1 制药废水的组成

制药废水一般包括中成药生产废水、化学制药废水和生物制药废水。生物制药废水来源于发酵、生物反应、提取、结晶等过程。废水组分主要含有微生物代谢物菌丝体、营养物质残留物和抗生素等有机溶剂残留物。生物制药废水可生物降解性较差，有毒有害物质较多，污染物的有机浓度较高。化学制药废水中含有较高浓度的无机盐有毒中间体。废水主要来自药材的冲洗、蒸煮和各种制备工艺。对于中药废水的产生，仍存在大量的有机物、木质素、糖，而且一般颜色较深、污染物种类较多。制药废水中主要的污染指标包括较为常见的pH、色度、SS、BOD、COD，氨氮等[1]，其中，COD和BOD因其浓度高、波动性大等特性，导致废水的BOD/COD值差异悬殊，悬浮物和NH3-N浓度高，色度深，含有难生物降解有机物和毒性物质等特点，是较难处理的工业废水之一[2]。

2 工艺研究的进展

升流式厌氧污泥床反应器（UASB）主要由进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统等几部分组成，其中反应区是整个UASB系统的核心区域，主要包括污泥浓缩区和污泥悬浮区，在UASB底部反应区内加入大量厌氧污泥，经过沉淀，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水经蠕动泵从反应器底部的左端进水口流入，在反应区内与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥反应室固菌，搅动沼气形成污泥浓度较稀薄的污泥，同时和水一起上升进入三相分离器，进而沼气经反应器上端支管导出。

作为目前发展最快的厌氧反应器之一，UASB反应器具有很多优点，其一，装置结构简单、无需另外设置搅拌装置；其二，固体停留时间、微生物滞留期较长，从而使得反应器负荷率提高；其三，反应器的占地面积小，节约能源且适应性强；其四，运行期内，反应器中形成的颗粒性污泥使得微生物得以固定在污泥表面，大大提高了稳定性，使反应器稳定运行。

UASB反应器具有厌氧消化效率高、结构简单等特点，其中，UASB系统能否高效、稳定运行的关键在于在于反应器内能否形成微生物适宜、产甲烷活性高、沉降性能良好的颗粒污泥，实际生产过程中UASB反应器的使用非常广泛，同时，在厌氧处理的过程当中，有很多因素均会对处理结果产生不同程度的影响，反应过程的温度、pH、营养物质、C/N 值、微量元素以及毒性物质，包括污水处理过程中不当的人为操作等。厌氧生物处理技术利用兼性厌氧菌将污水中大分子有机物降解为低分子化合物，进而转化为甲烷、二氧化碳等。在工程实践中常采用厌氧生物技术处理制药废水以降低整体处理成本，其中，颗粒污泥的形成是反应器高负荷稳定运行的关键，而污泥颗粒化受多种因素的制约，特别是对于具有生物毒性和抑制性的化学合成制药废水，获得自然形成的颗粒污泥则更加困难。因此，UASB反应器在实际应用中，多采用组合工艺。Lu Li[3]等采用实验室厌氧污泥床（UASB）和厌氧膜生物反应器（ANMBR）处理含约2 000 mg/L N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的合成工业废水；Pijush Kanti Mondal等[4]采用以含结晶紫（CV）的合成废水为碳源，醋酸钠为共基质，研究了上向流式厌氧污泥滤池（UASFB）反应器的性能。UASB工艺的多重优势使得此项技术在国内外多种工业废水处理中有较为广泛的应用。

近年来，也有很多学者致力于应用升流式厌氧污泥床工艺处理制药废水，张博菲等[2]在UASB反应器中接种PVA厌氧颗粒污泥，用PVA凝胶颗粒作为生物载体接种的絮状污泥，形成颗粒污泥所需的时间最短，实现了UASB反应器的快速启动。此外，进一步研究表明，通过PVA颗粒污泥的接种，UASB反应器对化学合成类制药废水的降解速率更高。刘玉等[5]采用预处理-上流式厌氧污泥床（UASB）-A/O-高级氧化联合工艺处理制药废水，处理结果中出水水质可达到此类废水排放标准。Zheng Ping[6]等研究了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器处理制药废水的两种启动策略。结果表明，先利用混合废水启动反应器，再利用氯霉素废水启动反应器的策略可以节省23%的时间。肖青峰[7]等探究了温度、pH值等多种条件因素对水解酸化+UASB联合处理系统处理中成药制药废水运行效能的影响。实际工艺中除了利用单级UASB 反应器，更多研究者采用组合工艺对制药废水进行研究：例如，王宗华[8]等采用微电解-UASB-MBBR组合工艺处理中药提取废水，实验结果表明，中药提取类企业生产的产品种类在不同季节、不同时期均有不同，导致出水水质变化较大，然而，对于中药提取类废水，该工艺表现出很强的适应能力。因此，此种工艺对于处理中药提取废水可行。

实际在制药废水的处理过程中多种反应器的组合工艺较为常见，除此之外，同种反应器的多级组合也有很多，杜家绪[9]等以UASB反应器为单级反应器，使用两个 UASB 相连的两级厌氧工艺处理中药企业生产的制药废水，实验结果表明，两级厌氧系统的总COD去除率可达到92.51%。两级厌氧系统对于挥发酸的去除效果较好。除此之外，考察了温度、HRT等环境因子对两级厌氧系统处理效能的影响，结果表明，每种条件的变化均会对反应器运行效能造成不同影响，因此，UASB反应器的运行受到多种环境因素的制约。

3 制药废水厌氧技术的发展方向

我国目前已有几十座UASB反应器投入生产运行，国外生产性规模的UASB反应器总数已达到数百个。随着相关部门加大环境保护和管理的投入，加大力度深化医药废水处理技术的研发，使医药废水的排放尽可能地减少，使制药废水中的有毒有害物质最大限度地降解。基于国内外对UASB处理制药废水的广泛的研究，对UASB的应用主要集中在组合工艺的优化。今后的研究热点可能是通过控制多种可能影响微生物生长的因素，强化特种微生物的作用，从而使组合工艺更好地达到脱氮除磷的效果。充分利用厌氧生物技术产生的沼气中的生物质能，减少沼气中硫化物等污染物的排放量，使厌氧生物技术遵循绿色化发展的趋势，到达可持续发展的要求。