生物膜法在制药厂废水处理中的应用毕业设计论文.docx

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生物膜法在制药厂废水处理中的应用毕业设计论文

黄河水利职业技术学院

毕业论文（设计）报告

题目：

生物膜法在制药厂废水处理中的应用

2013年01月13日

学生毕业设计指导教师意见

设计课题：

生物膜法在制药厂废水处理中的应用

指导教师意见：

是否同意参加答辩：

同意（）不同意（）

指导教师签名：

摘要

制药废水是一类高色度、含难生物降解、对微生物具有抑制毒害作用的高浓度有机废水，且制药厂通常是间歇生产，产品的种类变化较大，造成废水的水质、水量、污染物的种类不断变化，传统的厌氧—好氧生物处理工艺难以承受变化很大的水力冲击。

生物膜法处理制药废水工艺成熟可靠，其衍生工艺生物膜水解酸化—接触氧化法处理制药废水工艺在稳定性、抗冲击性、生物菌种耐温性等方面均能满足制药废水处理的实际要求。

本文通过介绍生物膜法及有效预处理组合工艺处理废水的特点，结合其在制药工业废水中实际操作及处理效果（即：

产泥量、氨氮、BOD5、CODcr、TOC等），论证了生物膜法及其衍生工艺在制药厂废水处理中应用的可行性。

关键词：

生物膜法、制药废水、水解酸化、接触氧化

0引言

制药废水通常属于较难处理的高浓度有机废水之一，因药物产品不同、生产工艺不同而差异较大，其特点：

组成复杂，有机物的种类多,浓度高；CODcr值和BOD5值高且波动性较大，废水的BOD5/CODcr值差异较大；NH3-N浓度高，毒性大；色度高；固体悬浮物SS浓度高。

制药工业废水主要包括抗四种：

抗生素生产废水；合成药物生产废水；中成药生产废水；各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水。

近年来，我国各类医药化工及保健品制造业迅猛发展，而在制药生产过程中排放的大量有毒、有害废水已成为严重的危险源之一。

因此寻求工艺合理，运行稳定，维护管理方便的制药废水处理方法是亟待研究的方向和思路。

本文以“临海天宇药业有限公司”废水处理站采用的生物膜法接触氧化法及废水预处理组合工艺为例,介绍生物膜法在制药废水处理中实际应用的可行性。

目前国内的制药废水处理方法很多，例如铁碳微电解—生化法【2】、生物膜法、SBR法、纳米TiO2光催化剂降解法【3】等。

生物膜【4】是由固定附着生长在载体上的并经常镶嵌在有机多聚物结构中的细胞所组成。

生物膜具有孔状结构，有很强的吸附性能，研究发现，构成生物膜的微生物主要有：

细菌、真菌、藻类（在有光条件下）、原生动物和后生动物，此外还有病毒【5】。

生物膜技术【6】实质上是微生物固定化技术，它是将微生物细胞固定在载体（即填料）上，细胞与载体间不发生任何化学反应，并在其上生长繁殖，最后形成膜状生物污泥。

生物膜法适用于处理高浓度有机废水，近年来人们在处理低浓度水及饮用水中也进行了尝试。

生物膜法有以下优点【7】：

（1）设备占地小，空间利用率高；

（2）设备容积负荷高，抗冲击力强；

（3）产泥量少减少污泥回流，降低机械损耗；

（4）反应器易于实现自动化；

（5）当生物膜脱落时，填料表面还会继续生长新的生物膜，提高了生物膜活性。

1生物膜处理技术

1.1生物膜法的发展概况

生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）等为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。

其反应过程是：

①基质向生物膜表面扩散；②在生物膜内部扩散；③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应；④代谢生成物排出生物膜。

生物膜法是属于好氧生物处理的方法，它是将废水通过好氧微生物、原生动物、后生动物等在载体填料上生长繁殖形成的生物膜，吸附和降解有机物，使废水得到净化的方法。

根据装置的不同，生物膜法可分为生物滤池、生物转盘、接触氧化法和生物流化床等四类。

在石油和化工工业的废水处理中，其中应用最多的是生物接触氧化法。

19世纪末，英国科研人员在单相滤料上喷洒污水进行净化试验取得了良好的净化处理效果，作为生物膜反应器的生物滤池开始应用，并从此开始了污水处理的实践。

到了20世纪60年代，由于新型有机人工合成填料的广泛使用，从而使生物膜技术飞速发展。

到了20世纪70年代，除了普通的生物滤池外，生物转盘，淹没式生物滤池，生物流化床等技术得到了比较多的研究应用。

1.2生物膜反应器

迄今为止，应用于污水处理的生物膜反应器各式各异，从传统的生物滤池、生物转盘、生物接触氧化到新型的生物流化床、移动床生物膜反应器、复合式生物膜反应器等，均得到了不同程度的研究应用。

1.2.1传统生物膜反应器

1.2.1.1生物滤池

生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。

它是当代污水生物处理系统中认识的最早的处理工艺，是19世纪末发展起来的。

生物滤池的发展经历了普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池三个阶段，成为一种比较熟悉的工艺，具有负荷率高、占地面积小、对水质、水量突变适应性强的优点。

近些年，将生物滤池应用于微污染水源水的预处理工艺是一个新的发展方向。

1.2.1.2生物转盘

生物转盘是60年代在联邦德国开创的一种污水生物处理技术。

我国从70年代初开始引进生物转盘技术，对其展开了广泛的科学研究，不仅在生活污水和城市废水方面得到了应用，而且在化纤、石化、印染、制革、造纸、煤气发生站等行业的工业废水处理领域也得到了应用，并取得了良好的效果。

按照有无氧气的参与，生物转盘可分为好氧生物转盘和厌氧生物转盘。

好氧生物转盘的接触反应槽敞开，盘片有45％～50％浸没在污水中；厌氧生物转盘的接触反应槽密封，以利于厌氧反应的进行和收集沼气，在国内外尚处于小试及中试阶段，主要用于处理高浓度含碳有机废水、进行反硝化脱氮与除磷和进行硫酸盐还原脱硫等。

1.2.1.3生物接触氧化

生物接触氧化法就是淹没式生物滤池，于1971年在日本首创。

此法是在池内设有人工曝气装置，提供微生物所需要的氧，起到搅拌与混合作用，污水流经池内填料与生物膜接触，在微生物新陈代谢作用下使污染物降解去除。

它是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术，兼具两者优点。

生物接触氧化法广泛应用于城市污水处理，还用于印染废水、石油化工废水、啤酒厂废水、粘胶纤维废水等工业废水。

1.2.2新生生物膜反应器

1.2.2.1生物流化床

生物流化床于70年代初期应用于污水生物处理领域，美国和日本首先进行了多方面的研究工作并取得了大量较好的成果。

它是以砂、活性炭、焦炭这类较小的颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流动状态。

生物流化床是一种强化生物处理、提高微生物降解有机物能力的高效工艺。

它可分为两相流化床（污水和生物膜载体为两相，预先充氧曝气）、三相流化床（污水、生物膜载体和空气或纯氧为三相）和厌氧一好氧流化床等。

该工艺多用于处理COD浓度较高的工业生产有机废水，如酵母发酵废水、土霉素废水、豆制品废水、啤酒糖化废水、化粪池污水和屠宰废水等。

此法具有BOD容积负荷率高、处理效果好、效率高、占地少和投资省等优点，而且还可取得脱氮的效果。

生物流化床的组合工艺有很多，如：

曝气生物流化床（生物工程、微生物固定化技术和浮动床的组合）、生物流化床一化学絮凝法、生物流化床预处理一传统工艺（混凝一沉淀一过滤一消毒）的饮用水组合工艺等。

1.2.2.2移动床生物反应器

MBBR是1988年挪威KaldnesMijecpteknogi公司与SINTEF研究机构联合开发，是为解决固定床反应器定期反冲洗、流化床需使载体流化、淹没式生物滤池堵塞需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的。

它模拟了大自然生态系统中水体的自净功能，具有耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少、高效性和运转灵活性等优点。

MBBR污水处理工艺适合应用于中、小型生活污水和制药工业有机废水处理，特别是一体化或地埋式污水处理装置，在我国有很好的应用前景。

天津大学研究了MBBR在污水处理中的应用，将好氧MBBR处理生活污水、厌氧复合床移动膜反应器处理高浓度有机废水、厌氧一好氧MBBR处理食品废水，取得了良好效果。

MBBR两级联用或与其它工艺结合使用，能够提高系统的有机负荷和效率。

采用塑料填料，应用两级MBBR对制药厂废水回用处理进行中试，结果表明，当HRT为3h时，可溶解性BOD平均去除率为93％以上。

此外，MBBR与一些其它工艺结合使用还可达到同时脱氮除磷的目的，具有广阔的应用前景。

1.2.2.3升流式厌氧污泥床—厌氧生物滤池

UASB—AF是一种新型的复合式厌氧反应器，其底部设有三相分离器的升流式厌氧污泥床，其内颗粒污泥生物量浓度平均高达20～30g/l，而上部则是厌氧生物滤池，以进一步去除有机污染物，并可防止处理水中携带大量悬浮物。

该工艺充分发挥了污泥床内颗粒污泥大与去除有机物效率高、滤池能有效截留生物污泥与悬浮固体的双重功效，其运行的关键在于培养生成颗粒污泥和高活性的生物膜。

其优点是：

1.有机负荷高,水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；

2.无混合搅拌设备，降低能耗；

3.污泥床不填载体，节省造价及避免填料堵塞问题。

2制药废水预处理方法简述

2.1物化处理

因制药工业废水的复杂性与常规生化处理工艺的高耗、低效性，是导致当前大量制药废水难以处理和不易达标排放的最直接原因。

因此在采用生物膜法废水处理工艺过程中，需要对制药废水采用物化处理作为生化处理的预处理或后处理工序。

目前较成熟的制药废水物化处理的方法有很多，主要包括混凝沉淀法、氧化絮凝法、气浮法、吸附法、氨吹脱法、膜分离法、电解法、离子交换法等。

2.1.1混凝沉淀法

该技术是目前国内外普遍采用的一种水质处理方法，它广泛用于制药废水预处理及后处理过程中。

通常，采用混凝处理后，不仅能够有效地降低污染物浓度，而且废水的生物降解性能也能得到改善。

在制药工业废水中常用的凝聚剂有：

聚合硫酸亚铁铵、氯化铁、亚铁盐、聚合氯化硫酸铝、聚合氯化铝、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺（PAM）等。

临海天宇药业有限公司废水处理站采用的是硫酸亚铁、聚丙烯酰胺（PAM）混凝剂，其处理效果良好，出水水质达标。

2.1.2氧化絮凝法

氧化絮凝是一项废水处理新技术，尤其适于高浓度、难生物降解有机废水的预处理，或经生化处理后不达标的深度处理。

该方法通过电解催化或H2O与铁盐等催化氧化反应机制，产生具有极强氧化性的羟基自由基（·OH），借助·OH具有“攻击”有机物分子内高电子云密度部位的特点，使微生物难降解的大部分有机物迅速变为易分解的小分子有机物，甚至往往会被·OH彻底矿化为CO2和H2O。

进一步通过投加絮凝剂，将形成的絮状有机物分离去除。

氧化絮凝法对改善废水的可生化性效果显著，对COD等有机物的去除率一般可达20～40%【8】。

2.1.3气浮法

气浮法也称浮选法，是在废水中通入大量微细气泡，使其粘附废水中的污染物，造成因粘合体密度小于水、上浮到水面而实现固—液或液—液分离的的废水净化过程。

气浮法包括布气气浮、溶气气浮、电解气浮、生物及化学气浮等多种形式，是用于处理含油废水的一种非常有效的方法。

在制药工业废水处理中，如庆大霉素、土霉素、麦迪霉素等废水的处理，常采用化学气浮法。

庆大霉素废水经化学气浮法处理后，COD去除率可达50%以上，固体悬浮物去除率可达70%以上【9】。

2.1.4吸附法

吸附法是指利用多孔性固体吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除污染物，从而使废水得到净化的方法。

按机理有物理吸附、化学吸附和交换吸附之分。

按接触、分离的方式可分为：

（1）静态间歇吸附法，即将吸附剂投入反应池的废水中，使吸附剂和废水充分接触，经过一段时间达到吸附平衡后，利用沉淀法再借助过滤将其与废水分离；

（2）动态连续吸附法，即当废水连续通过吸附剂填料时，吸附去除其中的污染