PW膜－生物反應器法處理制藥發酵廢水
前言
浙江省某生物化工公司，是一家專門生產醫用、獸用和農用抗生素的企業，主要產品有柱晶白霉素、農用井崗霉素、農畜兩用阿維菌素等原料藥。制藥發酵廢水水質、水量變化較大，且常含有難降解有機污染物、毒性化合物，這些物質的存在抑制了廢水處理中某些微生物的生長，從而干擾了廢水處理系統的處理效果。因此，制藥發酵廢水的處理存在著相當大的難度。采用PW膜生物反應器處理工藝成功地解決了制藥發酵廢水的達標排放問題，現將該工程有關設計和運行情況介紹如下。
1 污水的水記、水質和排放標準
1.1 污水的水量
本工程廢水主要來源于各生產工序，各產品廢水排放量匯總于表1（廢水設計規模按200m3/d計算）。
表1 各產品廢水排放情況
表1 各產品廢水排放情況 |
1.2 污水的水質及排放標準
不同產品排放的廢水水質是各不相同的。我們按產品生產周期對工廠排污口排水水質進行了監測分析，綜合廢水水質和GB 8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準見表2：
表2 設計水質
表2 設計水質 |
2 工藝流程
2.1 處理工藝路線的確定
本工程廢水屬于高濃度有機廢水，較適合于厭氧-好氧生化聯合處理。但考慮到厭氧處理對溫度、pH值等環境因素很敏感，操作范圍窄，構筑物停留時間長等原因以及采用厭氧處理產生的沼氣由于產量小利用經濟價值低，若直接排放將會產生二次污染和引起安全隱患。若采用單一的常規好氧生化處理工藝，存在占地面積大、停留時間長、處理效果差等缺點。因此，經綜合考慮，本工程采用膜生物反應器法處理。該技術是國家專利技術，已在高濃度有機廢水、中小水量的有機化工廢水、制藥廢水和食品加工廢水處理中得到應用，并都取得了成功。
PW膜生物反應器技術是由膜組件和生物反應器組成的膜生物反應器，它可使得反應器中維持很高的MLSS濃度和很長的SRT時間，所以反應器的效率相當高，提高了單位體積的有機負荷，減小了占地面積。由于膜的隔離作用，使得生長速度很慢的硝化細菌得以在反應器中積累，且隨著MLSS的逐漸提高硝化細菌數量不斷增加，反應器中的硝化能力增強，并且膜出水可不含細菌、病毒、寄生蟲卵等，出水濁度低，完全符合國家排放標準。
2.2 工藝流程
本工程采用的處理工藝流程見圖1：
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2.3 工藝流程簡要說明
混合廢水通過格柵，大顆粒可沉固體及漂浮物被攔截，進入調節池，經調節水量、水質和預曝氣后用泵輸送至混凝反應池，分別加入適量的PAC、PAM溶液進行混凝和絮凝反應，反應液自流入沉淀池進行固液分離。經過上述預處理的廢水上清液溢流進入PW-W膜生物反應器，在充氧曝氣和微生物的作用下將有機物降解為二氧化碳和水，并由膜組件進行固液分離，處理后廢水達標排放。
物化沉淀池分離的污泥和PW-W膜生物反應器排放的少量剩余污泥分別排至污泥池，再用泵輸送至污泥脫水機進行脫水，泥餅外運填埋處理。
3 主要構筑物及設備
3.1 調節預曝池
調節預曝池兼作提升泵集水井，HRT=16.9h，內設穿孔曝氣管，進行定期曝氣以防污泥在池內沉淀。調節池尺寸為8.0m×5.0m×4.0m，有效水深為3.50m。采用鋼筋混凝土結構，池內設WQK15-10-1.5型潛水排污泵2臺，一用一備。
3.2 反應沉淀池
反應沉淀池為組合池體，混凝和絮凝反應池的HRT分別為20.9min，沉淀池采用豎流式沉淀池，設計表面負荷為q=0.80m3/(m2·h)，組合池體尺寸為4.5m×4.0m×4.2m，鋼筋混凝土結構。
3.3 PW-W膜生物反應器
PW-W膜生物反應器HRT=4.4d，有效容積為880m3，設計容積負荷為1.4kg[BOD5]/(m3·d)，尺寸為25.0m×10.0m×4.5m，采用鋼筋混凝土結構，內設置日本生產UFM424外進內出式PW膜300片，采用交叉流過流法，分離液由3臺（二用一備）丹麥進口的 JPF9T抽吸泵抽吸，H=8.0m、Q=4.2m3/min、N=1.47kW。在PW膜分離單元的下部裝有微孔曝氣器，氣源由4臺TSd-150型鼓風機供應，P=44.1kPa、Qs=18.9m3/min、N=22kW。三用一備。
3.4 污泥池
污泥池有效容積為33.3m3，尺寸為3.5m×3.5m×4.0m，有效水深3.7m，采用鋼砼結構。
3.5 控制系統
本廢水處理裝置采用NB2系列可編程序控制器（PLC）控制。設備的運行完全通過PLC進行全自動控制（可切換成手動控制模式），可完成水泵、風機等設備的啟閉和自動切換，并備有過壓、缺相、短流等保護和報警功能。
3.6 主要技術經濟指標
本工程總投資金額為352萬元，其中土建費用為96萬元，設備費用為183.83萬元，設計、安裝調試等其它費用為72.12萬元，主要技術經濟指標匯總于表3。
表3 主要技術經濟指標
表3 主要技術經濟指標 |
4 運行結果、工程特點與存在問題
4.1 運行結果
該廢水處理站經過近1年的試運行，于2000年9月12日至13日由環保監測部門進行了連續采樣監測，廢水采樣點為調節池、物化沉淀池和PW-W膜生物反應器出水口，每天采樣5次，監測結果列于表4中。
表4 制藥發酵廢水驗收監測結果 mg·L-1
表4 制藥發酵廢水驗收監測結果 mg·L-1 |
由表4結果可見，各項指標達到了國標一級排放標準。
4.2 工程特點
從系統運行近1a的情況表明，本工程有以下特點：
①膜生物反應器是一種將高效膜分離技術與傳統活性污泥法相結合的新型水處理反應器，由于膜的過濾作用，生物被完全截留在生物反應器中，實現了水力停留時間與泥齡的徹底分離，消除了傳統活性污泥工藝中的污泥膨脹問題。由于膜能將生物污泥完全截留在生物反應器內，所以其污泥濃度可以高出傳統活性污泥法的 10倍以上，且能使SRT無限延長，這樣便可不排泥或少排泥，減少污泥的處理和處置費用。
②本工程一體式膜生物反應器采用交叉流過濾法，在PW膜分離單元的下部裝有曝氣器，鼓出的空氣一方面分解水中的有機物，另外氣泡帶有的液體與膜表面產生平行流動，使得混合液中的活性污泥或懸濁物不會粘附在膜表面。而且在工程中采用的PW膜的內外表面非常光滑，污泥不易粘附，從近1a的運行情況來看，未出現過膜堵塞現象。另外，本工程膜生物反應器采用的是外進內出式膜（即內部吸引），操作壓力僅為：0.15～0.20kg/cm2左右，與傳統的內進外出式膜（即內部加壓）處理單元相比，能耗大大降低。
4.3 存在問題
①對本工程一體式膜生物反應器調試過程中考察了不同SRT和HRT對污染去除效果得出的初步結果表明，一體式膜生物反應器在不同SRT和HRT下均能表現出良好的污染物去除效果和運行穩定性。但隨著SRT的延長，生物反應器內污泥濃度不斷增加，到一定程度則會由于營養的極度貧乏導致微生物大量死亡，產生大量不可生物降解的細菌殘留物質。同時隨著污泥濃度的增加，微生物的內源呼吸加劇，又會產生大量的溶解性微生物代謝產物，使上清液中的COD上升，出水 COD出現波動。由此可見，在制藥發酵處理中，污泥負荷、體積負荷不再是制約處理效果的重要指標，可將HRT、SRT作為膜生物反應器工藝生物反應器單元的設計依據，因為這樣不僅能確保工藝操作的長期穩定性，而且能簡化設計過程。
②在制藥發酵廢水處理中，膜生物反應器前處理工藝及膜的性質和工藝條件是造成膜污染的主要原因。雖然，本工程中采用了日本生產的UFM424外進內出式PW膜片，在膜生物反應器中又采用交叉流過流法，大大延長了膜的使用壽命，但隨著時間的推延，由于操作和管理上的原因會引起膜污染問題，膜的分離功能被破壞，勢必依靠更換膜組件來恢復反應器的運行，將會增加維修保養費用及運行周期的中斷。
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