陈建发 （漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建 漳州363000）

刘福权，姚红照 （福州江阴工业区污水处理厂，福建 福州353000）

陈艺敏，黄慧珍 （漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建 漳州363000）

蔡孝光 （福州江阴工业区污水处理厂，福建 福州353000）

抗生素生产废水是一类成分复杂、色度高、含多种抑制物质、生物毒性大的高浓度难降解有机废水，是目前国内外水处理的难点和热点。目前，该类废水主要采用物理化学预处理—厌氧 （水解酸化或厌氧消化）—好氧生化—后续物化工艺处理，如UASB＋生物接触氧化、厌氧滤池＋好氧流化床、厌氧硝化＋活性污泥法等［1－2］，以及光催化氧化法和Fenton试剂法等。由于这些方法存在着投资和处理成本高、废水处理达标率较低等缺点，因此在工程应用中受到限制［3］。

污水处理工艺的选择决定了污水处理的最终出水水质、运营管理难度和处理成本。MSBR （即改进型SBR）是SBR技术结合传统活性污泥法技术开发出的一种更为理想的污水处理技术，被认为是目前世界上最新、集约化程度最高的污水处理工艺。目前MSBR工艺主要应用在城镇生活污水处理领域，对工业废水处理效果少见报道，特别是对抗生素为主的混合工业废水尚未见报道。抗生素生产废水处理是目前国内外水处理的难点和热点，MSBR工艺能否应用于抗生素生产废水处理将为抗生素生产废水处理提供新途径。

本研究以某工业区二级污水处理厂为例，首次在国内采用 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺处理以抗生素为主的混合工业废水。目前，该工业区累计签订入区企业72家、合同项目74项，总投资250.87亿元。区内某抗菌素厂主要产品有硫酸粘杆菌素、硫酸西索米星、硫酸奈替米星、硫酸阿米卡星、利福平、琥乙红霉素、丙古二肽、帕司异烟肼等8个品种；另一抗生素厂主要生产盐酸金霉素及硫酸庆大霉素等，均通过发酵制药，2家企业生产废水占该工业区目前工业废水约80%，其特点为CODCr含量较高，水量变化较大，BOD5／CODCr比低，废水难生物降解。

1 试验方案

1.1 设计标准

采用 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺处理该污水厂以抗生素为主的混合工业废水，废水处理达标后通过管道深海排放，出水水质执行GB 8978－1996《污水综合排放标准》的二级排放标准。设计进水、出水水质见表1。一期设计处理水量为20000t／d。

表1 设计进、出水水质

1.2 工艺流程与原理

MSBR法的反应器由3个主要部分组成，即曝气格和2个交替序批处理格。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，而每半个周期过程中，2个序批处理格交替分别作为SBR池和沉淀池。实际上MSBR是由A／A／O工艺和SBR工艺串联而成，它既不需要初沉池和二沉池，又能在反应器全充满并在恒定液位下连续进水运行［4－5］。

本研究采用 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺处理以抗生素为主的混合工业废水，其工艺流程如图1所示。

图1 废水处理工艺流程

调节池前设置人工粗格栅、转鼓式格栅和曝气沉砂池各1道，相应去除废水中较大颗粒的悬浮物、细小颗粒和砂粒，防止堵塞后续处理装置及管道并保护水泵机组不受磨损。栅渣由齿耙刮送至栅渣箱中，定期清理外运。废水经格栅、沉砂后汇入初沉池。初沉池的主要功能是初沉的作用，去除部分CODcr和悬浮物等；同时起到一定程度的调节水质水量，为后续厌氧水解、MSBR生化处理创造良好的进水条件，少受废水水质、水量波动的影响等。废水从初沉池出来后，进入厌氧水解池，把大分子、难降解有机物降解为小分子、易降解有机物，提高废水的可生化性。废水从厌氧水解池出来后，进入核心构筑物MSBR池，MSBR池分别利用厌氧、缺氧、好氧、沉淀、污泥浓缩等过程，充分利用不同形态的氧作为电子受体，通过硝化与反硝化和厌氧释放磷及好氧吸收磷等多种代谢途径，以使有机物降解、脱氮除磷及悬浮物的去除达到较好的效果；MSBR系统可以维持较高的污泥浓度，同时排除出的剩余污泥含水率也相对较低，有利于污泥的后续处理；连续进水可极大地改善系统承受水力冲击负荷和有机物冲击负荷的能力。废水从MSBR池出来后，进入絮凝沉淀池，在絮凝剂和助凝剂的作用下，化学除磷及进一步去除CODcr、悬浮物和氨氮等；最后，出水经现场制备二氧化氯消毒达标排放。厌氧水解池、MSBR池均设置自身泥水分离设施和强大的污泥内回流系统，根据混合液悬浮固体浓度 （MLSS）和混合液挥发性悬浮固体浓度 （MLVSS）确定回流比；由于厌氧水解池、MSBR池的剩余污泥和絮凝沉淀池的污泥含水率较高，均泵送至初沉池前端，经初沉池的沉淀作用，通过刮吸泥机得到含水率较低的污泥，再泵送至污泥浓缩池以备后续压泥。

1.3 主要构筑物及设备选型

（1）粗格栅渠与进水泵房 采用半地下式钢砼结构，设置机械粗格栅2台。设计流量：Q＝833 m3／h；粗格栅渠尺寸：L×B×H＝8.0m×3.5m×7.5m，机械粗格栅为不锈钢材质，栅条间距：20mm；尺寸：1.0m×5.0m。水泵的工作由调节池中水位自动控制。进水泵房尺寸：L×B×H＝8.0m×9.0m×9.0m，污水提升泵型号 SOWDQ10－10－3.75；电机功率：3.75kW；扬程：15m：流量：450m3／h；数量3台 （2用1备）。

（2）转筒式格栅及旋流沉砂池 采用地上钢砼结构，设置转筒式细格栅1台。旋流沉砂池：Φ3050mm，H＝3.5m。

（3）调节池 调节池为半地下式钢砼结构，尺寸L×B×H＝37.4m×18.6m×5.5m；有效容积为4000m3（HRT为4h，有效水深5m）。

（4）厌氧水解池 厌氧水解反应池和泥水分离池中设置有穿孔导流墙。采用半地下式钢砼结构，设计流量为833m3／h；HRT为19h；反应池尺寸：66.2m×48.3m×6.9m；有效水深：6.4m；运行周期：15.0h。

（5）MSBR池 MSBR系统包括7个单元，7个单元组合成1座矩形池，单座池设计规模2×104m3／d，尺寸82m×51m×5.8m，如图2所示，它由回流污泥浓缩池 （3＃单元）、缺氧池 （4＃单元）、厌氧池 （5＃单元）、缺氧 （6＃单元）、好氧池 （1＃单元）、2个SBR池 （2＃单元、7＃单元）组成。污泥质量浓度3000m3／L；BOD5污泥负荷：Nv＝0.15kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）（按进出水最高浓度计）；单座MSBR系统水力停留时间HRT＝20h。各单元具体分配详见表2。曝气系统采用水下微孔曝气膜曝气方式，罗茨鼓风机3台，型号为AR－35－65；供气量为120m3／h，P＝34.3kPa，功率为2.2kW。

图2 MSBR系统平面布置示意图

（6）絮凝沉淀池 为地下式钢砼结构，尺寸L×B×H＝29m×13m×5.1m；有 效 容 积 为60m3（HRT 为1.5h，有效水深4.4m）。

（7）消毒池 为地下式钢砼密闭结构，尺寸为L×B×H＝10.8m×2.8m×2.0m。

2 运行效果及达标情况

2.1 运行效果

表2 MSBR池系统各单元容积及水力停留时间

该污水厂2011年1～12月出水水质检测结果见表3。从表3可看出，进水CODCr、NH3－N含量、TP等水质指标有些时间超过设计值，但出水水质较稳定且优于设计值。

表3 2011年1月～12月进水、出水水质检测结果

2.2 达标情况

该污水厂投产运行2年多以来，运行正常，出水水质优于设计水质，完全达到GB8978－1996《污水综合排放标准》中的二级标准要求，部分指标还达到一级标准要求。

3 结论与讨论

3.1 结论

采用 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺处理不仅能处理以抗生素类制药生产废水为主的混合工业废水，而且能取得很好的处理效果，为难生物降解的混合工业废水的处理提供了新途径。工程运营表明最终出水CODCr的质量浓度为110mg／L，CODCr平均去除率75.17%；NH3－N的质量浓度为2.20mg／L，NH3－N平均去除率90.27%；TP的质量浓度为0.62mg／L，TP平均去除率89.05%，出水水质均达到GB8978－1996的二级排放标准。该工艺结构简单，连续高效，运行成本较低，处理效果好，即使低温情况下仍具有较好的处理能力，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。

3.2 讨论

MSBR技术已在国内外多个污水处理厂应用，实践表明MSBR是一种可连续进水、高效的污水处理工艺，结构简单，池体容积小，单池多格，易于实现计算机自动控制。在较低的投资和运行费用下，能有效地去除含高浓度CODCr、BOD5、氨氮和总磷的污水。总之，MSBR系统在低MLSS、低HRT和低温情况 （即使在严寒条件下造成一些冰冻问题）下，具有优异的处理能力［6－8］。

新型的活性污泥处理工艺 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺，与传统的SBR工艺以及A／A／O工艺比较，具有如下优点。

（1）工艺稳定性 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺中，厌氧水解池起到了水量调节和防止进水水质波动及超标进水对出水水质的影响，特别是在处理高浓度工业废水时，厌氧水解池连续推流加强了系统对难降解有机物的降解，提高了废水的可生化性，相对缩短了运行周期，提高了处理效率；另外，厌氧水解池也使整个系统更接近了完全混合式，更有利于消除高浓度工业废水中CODcr浓度过高积累或毒性物质而带来的不良影响。在SBR反应池中易产生污泥膨胀的丝状菌因反应条件厌氧、缺氧、好氧的不断循环变化而得到有效抑制［9］。

传统SBR工艺中，连续进水时，需要较大的调节池，对水量水质变化的适应性较强，可以根据水量变化调整运行周期中各个工序的运行时间、反应器内混合液容积的变化及运行状态，灵活性较强，运行较可靠，效果较稳定［9－10］。

A／A／O工艺很难同时取得很好的脱氮除磷效果，主要是因为该工艺的回流污泥全部进入厌氧阶段，而回流污泥中大量的硝酸盐被带回厌氧池，反硝化菌会以有机物先进行反硝化，脱氮完全后进而开始磷的厌氧释放，导致厌氧段磷的释放的有效容积减少，使得除磷效果较差，脱氮效果较好；相反，好氧段的硝化作用不好，则随回流污泥进入厌氧段的硝酸盐减少，磷能充分地厌氧释放，则除磷效果好，脱氮效果较差［9－10］。

（2）设备利用率 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺中，对于曝气池和二沉池合建的废水处理构筑物来说，在保证泥水分离效果前提下，尽可能提高曝气容积比，与传统SBR法及其他变型方法来比，主曝气池连续曝气，使该工艺的曝气容积比更高，有效提高曝气装置的利用率，鼓风机的额定风量和功率也相应减少。主曝气池连续进水，无需顺序进水的闸阀及自控装置。而传统SBR工艺中，设备的闲置率较高，进水和排水的阀门自动切换频繁，设备故障率较高，增加维修工作量。A／A／O工艺中，反应器单元较多，设备利用率相对较低。

（3）系统的灵活性 “厌氧水解＋MSBR”组合工艺中，可根据进出水的水量、水质变化来调整厌氧水解池的运行状态和MSBR池的运转周期，使之处于最佳工况，同时也可根据脱氮除磷要求，调整曝气时间和曝气强度，创造厌氧或缺氧环境。

传统SBR工艺脱氮除磷需延长周期，增加搅拌。A／A／O工艺对水质、水量的变化适应性则较差。

（4）工程投资 MSBR系统借助大流量低扬程过墙式回流泵、浮筒搅拌器及空气堰等设备，使各处理功能区可以有机组合在一起，配上自控系统，各反应区域相互协调，功能上相互促进，使灵活、集约化的设计理念得以实现。MSBR采用单池多格方式，集合了传统活性污泥法和SBR技术的优点，不但实现连续进出水，还省去了多池工艺所需要的更多的泵、连接管和阀门，自动化程度较高。整体结构紧凑简单，土建投资比其他2种工艺小，管线、设备也较之其他2种工艺少。

综合考虑投资和运行管理成本，根据在满足达标排放的前提下尽可能降低投资成本和运行成本的原则，对比以上比选，“厌氧水解＋MSBR”组合工艺比传统的SBR工艺以及A／A／O工艺有明显的技术、成本的优势。

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