SMBBR预处理发酵类制药废水

韩剑宏，赵 倩，朱浩君，2，李卫平，敬双怡，赵宇龙

（1. 内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2. 中丹康灵（北京）生物技术有限公司，北京 100085；3. 神舟生物科技有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 011500）

SMBBR预处理发酵类制药废水

韩剑宏1，赵 倩1，朱浩君1，2，李卫平1，敬双怡1，赵宇龙3

（1. 内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2. 中丹康灵（北京）生物技术有限公司，北京 100085；3. 神舟生物科技有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 011500）

采用高活性反硝化菌DNF409作为菌种，以SDC-03型生物载体作为填料，通过特异性移动床生物膜反应器预处理发酵类制药废水。实验结果表明：在反应温度为22～26 ℃、DO为2～4 mg/L、污泥质量浓度为2 000 mg/ L、水力停留时间为16 h的条件下，COD，NH3-N，TN，TP的平均去除率分别为72.45%，27.72%，18.54%，84.58%，BOD5/COD由0.17提高到0.38，废水的可生化性得到提高；出水经后续生化处理达到GB 21903—2008《发酵类制药工业水污染物排放标准》的排放要求。

反硝化菌；生物载体；特异性移动床生物膜反应器；发酵类制药废水

制药过程中产生的有机废水是公认的严重环境污染源之一［1］。近年来，我国制药行业快速发展，产生了大量成分复杂，有机物含量高，ρ（NH3-N）高，毒性大，色度深，固体悬浮物浓度高，含盐量高，废水水质、水量波动大，可生化性差的发酵类制药废水［2］。国家对制药行业生产废水的治理越来越重视，制定了GB 21903—2008《发酵类制药工业水污染物排放标准》［3］。但由于目前的制药废水处理工艺效果差、脱色效果不明显、成本高、耐冲击性差，处理后废水仍不能达到排放要求，所以急需开发新的、有效的处理技术。开发简单有效、处理成本低、适用能力强、适应范围广的制药废水处理技术仍处于探索阶段［4］。

特异性移动床生物膜反应器（SMBBR）工艺技术是基于MBBR工艺的一种改进技术，兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，依靠曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态［5］，使生物膜充满整个反应空间，悬浮的填料能与废水多次且频繁接触，延长反应时间且动力消耗极低［6］。

本工作采用高活性反硝化菌DNF409作为菌种，以SDC-03型生物载体作为填料，通过SMBBR处理发酵类制药废水，为该工艺在实际中的应用提供技术参数及科学依据。

1 实验方法

1.1 材料和仪器

反硝化菌DNF409：中丹康灵（北京）生物技术有限公司；SDC-03型生物载体：中丹康灵（北京）生物技术有限公司，直径30 mm，高10 mm，比表面积大于900 m2/m3。

接种污泥：采用某生物制药有限公司污水处理厂周期循环活性污泥池的泥水混合物，污泥沉降比为40%，含有大量的好氧固着型原生动物，适宜接种驯化挂膜。

发酵类制药废水：取自某生物制药有限公司污水处理厂的一级水解酸化池出水。废水中包含的主要污染物为生物发酵剩余的营养物质和生物代谢产物等。废水的水质、水量变化较大，成分复杂，碳氮营养比例失调（氮源过剩），颜色重，气味大，易产生泡沫，含有抑菌作用的难降解物质。废水的水质见表1。

表1 废水的水质 mg/L

AZ8403型便携式溶氧仪：台湾衡欣仪器仪表厂；PB-S型pH计：上海博取仪器有限公司；UV-2000型紫外-可见分光光度计：上海精密仪器仪表有限公司。

1.2 实验装置及流程

采用容积为600 L的塑料桶模拟SMBBR装置，进水泵功率为0.75 kW，进水方式为连续进水，下进上出。桶的一侧分别设置高、中、低位3个排水阀。桶底采用两个直径为25 cm的曝气盘均匀曝气。SMBBR装置的示意图见图1。

向反应器中投加固液比（生物载体与废水的体积比）为30%的SDC-03型生物载体，在废水中浸泡48 h后，加入接种污泥，控制COD容积负荷为1 kg（/m3·d），闷曝24 h，使微生物与填料充分接触，采用排泥法进行挂膜。SMBBR中控制污泥质量浓度为2 000 mg/L、DO为2～4 mg/L、反应温度为22～26 ℃、水力停留时间为16 h、COD容积负荷为1 kg/（m3·d）左右。运行初期，进水流量为400 mL/ min；待运行效果改善后加大进水流量至600 mL/ min。生物挂膜成功后，填料内部生长厌氧菌，通过反硝化作用脱氮；填料外部生长好氧菌，并且在填料单元内形成细菌→原生动物→后生动物的食物链，在SMBBR处理废水的过程中实现同步硝化-反硝化反应。

图1 SMBBR装置的示意图

1.3 分析方法

采用便携式溶氧仪测定反应温度和DO；采用pH计测定废水pH；采用重铬酸钾法测定废水COD［7］211-213；采用紫外分光光度法测定TN［7］255-257；采用钼锑抗分光光度法测定TP［7］246-248；采用纳氏试剂光度法测定ρ（NH3-N）［7］279-281。

2 结果与讨论

2.1 污泥的驯化与挂膜

向SMBBR中每次投加的高活性反硝化菌DNF409为20 g，早晚各一次，保证菌液中反硝化菌DNF409含量为2 000个/mL。经过7 d的接种培养，填料的内表面开始挂膜。将进水流量由400 mL/min提高至600 mL/min。运行10～15 d后，载体内表面出现浅褐色微生物，肉眼可见大量微小的黄褐色菌斑。运行30 d左右时，载体内表面长满厚度为0.5～1.0 mm、致密的褐色生物膜，通过镜检可以看到大量的轮虫和钟虫等后生动物，此时污泥对废水的适应能力明显增强，对各污染物的去除率明显提高，表明挂膜已基本完成。挂膜污泥中的微生物有很好的活性，微生物的酶系统可以很好地适应发酵类制药废水。SDC-03型生物载体有利于增加反应池中微生物的数量和富集各种细菌，从而提高SMBBR系统的处理效率。填料照片见图2。

图2 填料照片

2.2 COD的去除效果

COD的去除效果见图3。由3可见，在进水水质变化波动较大（COD为900～2 000 mg/L）的情况下，出水COD均在600 mg/L以下，处理效果十分稳定，COD去除率最大达83.94%，平均COD去除率为72.45%。在运行的前10 d里，SMBBR抗冲击负荷能力较强，由于载体表面的生物量不断增加，使载体内部的水流速率减慢，变相地延长了反应时间［8］，所以COD的去除率有所提高；运行至第15天时，虽然废水水质变化较大，进水COD达到最大值且出现大量白色泡沫，但出水COD比较稳定，COD去除率也相对稳定。

2.3 NH3-N和TN的去除效果

NH3-N的去除效果见图4。由图4可见，当进水ρ（NH3-N）为290～380 mg/L时，出水ρ（NH3-N）明显下降，均在280 mg/L以下，NH3-N去除率最大为33.91%，平均NH3-N去除率为27.72%。由于填料具有极强的亲水性，且填料密度接近水的密度而呈悬浮状态，载体的流动性有所提高，因此减少了动力消耗。随着反应的进行，废水与填料上的生物膜接触频繁，DO的利用率得到了提高，NH3-N的去除率也有所增加。由于该废水中的NH3-N主要来源于有机氮，随着有机污染物的不断降解，有机氮不断转化成NH3-N，所以在运行一段时期后，出水ρ（NH3-N）有所增加。

TN的去除效果见图5。

图3 COD的去除效果

图4 NH3-N的去除效果

图5 TN的去除效果

由图5可见，当进水TN为330～400 mg/L时，出水TN均在320 mg/L以下，TN去除率最大为23.76%， 平均TN去除率为18.54%。随着反应的进行，微生物数量增加，DO相对降低，氧气不易渗透到生物膜的内部，形成的兼氧环境反而适宜反硝化菌生存；反硝化菌与硝化菌之间的竞争作用加强，不利于硝化菌的生长，TN去除率以平稳趋势增长。

2.4 TP的去除效果

TP的去除效果见图6。由图6可见，当进水TP为37～49 mg/L时，出水TP均稳定在8 mg/L以下，且变化不大，TP去除率稳定在80%以上，TP去除率最大为88.29%，平均TP去除率为84.58%左右。聚磷菌利用反硝化过程中产生的能量吸收磷［9-10］。发酵类制药废水中含有大量的有机物，虽然给系统带来了很大的冲击负荷，但同时充足的碳源也促进了厌氧释磷［11］，从而为好氧条件下的摄磷创造了先决条件。因此，SMBBR对发酵类制药废水中TP的去除率较高，并有较强的抗TP冲击能力。

图6 TP的去除效果

2.5 可生化性

经SMBBR系统处理后出水的BOD5/COD由 0.17提高到0.38，废水的可生化性得到提高。出水经后续二级水解酸化池和接触氧化池的生化处理后可达到GB 21903—2008《发酵类制药工业水污染物排放标准》的排放要求。采用SMBBR处理发酵类制药废水，虽然进水冲击负荷较大，水质水量变化较大，但出水水质较为稳定，说明SMBBR不仅对废水的预处理效果较好，而且具有一定的抗冲击能力。

3 结论

a）采用SMBBR预处理发酵类制药废水。以高活性反硝化菌DNF409作为菌种，以SDC-03型生物载体作为填料，在反应温度为22～26 ℃、DO为2～4 mg/L、污泥质量浓度为2 000 mg/L、水力停留时间为16 h的条件下，SMBBR对废水中的污染物有较好的去除效果。

b）运行30 d后挂膜启动阶段基本完成，污泥对废水的适应能力明显增强，对各污染物的去除率明显提高。

c）SMBBR对发酵类制药废水中的COD去除率最大达83.94%，平均COD去除率为72.45%；NH3-N去除率最大为33.91%， 平均NH3-N去除率为27.72%；TN去除率最大达23.76%，平均TN去除率为18.54%；TP去除率最大为88.29%，平均TP去除率为84.58%。

d）经SMBBR系统预处理后的出水BOD5/COD由0.17提高到0.38，废水的可生化性得到提高，出水经后续二级水解酸化池和接触氧化池的生化处理后可达到GB 21903—2008《发酵类制药工业水污染物排放标准》的排放要求。

［1］ 宋鑫，任立人，吴丹，等. 制药废水深度处理技术的研究现状及进展［J］. 广州化工，2012，40（12）：29 - 31.

［2］ 李琛，杨娜娜，郑凯，等. 化学氧化法在制药废水预处理中的应用［J］. 杭州化工，2011，41（4）：7 - 10.

［3］ 河北省环境科学研究院，环境保护部环境标准研究所. GB 21903—2008 发酵类制药工业水污染物排放标准［S］. 北京：中国标准出版社，2008.

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（编辑 王 馨）

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Pretreatment of Pharmaceutical Fermentation Wastewater by SMBBR

Han Jianhong1，Zhao Qian1，Zhu Haojun1，2，Li Weiping1，Jing Shuangyi1，Zhao Yulong3
（1. School of Energy and Environment，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010，China；2. Sino-Danske Cloning （Beijing） Bio-Technology Co. Ltd.，Beijing 100085，China；3. Shenzhou Biology and Technology Co. Ltd.，Hohhot Inner Mongolia 011500，China）

The pharmaceutical fermentation wastewater was pretreated in a special moving bed biof lm reactor （SMBBR）using high-activity denitrifying bacteria DNF409 as degrading strain and biological carrier SDC-03 as packing. The experimental results show that：Under the conditions of reaction temperature 22-26 ℃，DO 2-4 mg/L，MLSS 2 000 mg/L and HRT 16 h，the average removal rate of COD，NH3-N，TN and TP are 72.45%，27.72%，18.54% and 84.58% respectively，and BOD5/COD is increased from 0.17 to 0.38，which indicates that the biodegradability of the wastewater is improved. After further biological treatment，the eff uent quality can meet the wastewater discharge standards for pharmaceutical industry （GB 21903-2008） .

denitrifying bacteria；biological carrier；special moving bed biof lm reactor （SMBBR）；pharmaceutical fermentation wastewater

X703

A

1006 - 1878（2015）02 - 0169 - 05

2014 - 10 - 27；

2015 - 01 - 06。

韩剑宏（1966—），女，内蒙古自治区包头市人，博士，教授，电话 13171250789，电邮 hjhlpm@163.com。联系人：朱浩君，电话 13011810677，电邮 zhuhaojun@yahoo.com。