组合生物技术处理制药废水及其生物相

1、第卷第期吉林大学学报（地球科学版）年月（）组合生物技术处理制药废水及其生物相刘鹏，张兰英，刘莹莹，刘娜，刘峰，刘虹，崔哲，许国欣吉林大学环境与资源学院，长春东北制药集团股份有限公司，沈阳吉林化工学院环境与生物工程学院，吉林省吉林市摘要：为有效治理化学制药废水和生物制药废水，采用水解酸化一活性污泥一曝气生物滤池组合工艺对制药废水进行室内模拟生物处理研究。结果表明：该工艺对出水、的去除率均大于，已达到污水综合排放标准（）二级标准。对生物相的显微镜观察分析表明，污泥絮体和生物膜生长良好，并出现变形虫、轮虫和漫游虫等原生和后生动物。对各构筑物中的细菌进行分离纯化，同时应用。细茵鉴定系统进行鉴定，分别得

2、到株、株、株可培养的细茵。关键词：制药废水；水解酸化；活性污泥；曝气生物滤池；（）（）中图分类号：；文献标识码：文章编号：（），。，。，。，：（），“”（），：；：收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）；国家“”项目（）；沈阳市科技攻关项目（）；吉林大学环境与资源学院重点实验室项目作者简介：刘鹏（），男，山东淄博人。博士研究生，主要从事环境生物技术研究，：通讯联系人：刘娜（），女，辽宁辽中人，副教授，主要从事环境生物技术研究，：。吉林大学学报（地球科学版）第卷引言东北制药总厂是以生物制药和化学制药为主的企业，其特点是：产品种类多、生产工序多、原材料品种多。而原料的流失率也较高。化学制药废

3、水和生物制药废水是治理难度较大的两类废水，直接排放对环境危害大吨。制药废水的处理方法可简单归纳为物化处理和生物处理【，两种方法各有优势和不足。物化方法适于高浓度难降解制药废水的处理，但是其处理费用相对较高；而生物处理方法费用较低，污染物的去除较彻底，但不适于高浓度废水的处理。目前对制药废水的生物处理研究多集中在工艺上的研究¨。，对处理过程中起核心作用的细菌研究较少引。以东北制药总厂废水为处理对象，模拟水解酸化（）一活性污泥（）一曝气生物滤（）池处理工艺对其进行处理研究。此组合工艺兼有物化处理方法中的曝气吹脱、吸附截留和生物处理中的缺氧与好氧处理工艺。同时对生物相进行显微镜观察，对个反

4、应池污泥中的细菌进行分离纯化，应用细菌鉴定系统对其进行鉴定。实验材料与方法实验材料实验用接种污泥采自东北制药总厂污水处理厂水解酸化池、曝气池沉淀污泥；填料为陶粒，购自江西全兴化工填料有限公司，粒径；鉴定板购自。公司；实验用废水采自东北制药总厂污水处理厂进水，为，（）为，（）为，（）为，（一）为，（一）为，（：一）为。实验装置及工艺废水处理工艺流程如图所示。水解酸化池、活性污泥池、二次沉淀池及曝气生物滤池均由有机玻璃柱制作，高，内径，液面高度分别为、，曝气生物滤池填料高度为，曝气头位于底部。装置中水流为自重力流，污泥回流采用气提的方法。回一区亟圈圈一匝囹图废水处理工艺流程图实验方法污泥的驯化及装

5、置运行方法水解酸化池污泥驯化方法：将取回的污泥放入水解酸化池中，并添加一定量的原水，慢速搅拌，静置沉降，排出的上清液，再加入新鲜的原水，重复本过程并逐渐增加原水的比例，直至原水比例为，本过程大约持续。活性污泥池驯化及曝气生物滤池挂膜方法：分别将适量的污泥投入活性污泥池和曝气生物滤池，同时在各池中按比例投加葡萄糖、硝酸铵、磷酸二氢钾、微量元素溶液。向池通人空气闷曝，再少量连续加进制药废水，逐渐增加制药废水比例，至完全为废水。约后污泥和生物膜培养驯化结束。整套装置的运行分为启动运行、提负荷和稳定运行个阶段，在反应器启动运行阶段，水解酸化池、活性污泥池、曝气生物滤池采用单级并联运行，进入到提负荷运行

6、和稳定运行时，采用串联运行。污水各指标分析方法及细菌分离鉴定方法、。、氨根、总磷测定采用标准方法【，硝酸根、亚硝酸根、氯离子、硫酸根用离子色谱仪测定，用溶解氧仪测定，值用计测定。细菌的分离纯化方法参考文献进行。应用细菌鉴定系统鉴定细菌的方法按说明书鉴定。实验仪器细菌鉴定系统（版本，美国），双抑制型离子色谱仪（，瑞士），分光光度计（上海第一仪器厂，中国），仪（雷磁，中国），计（，德国），显微镜（，本）。仪器参数离子色谱：分离柱为。，洗脱液由和第期刘鹏，等：组合生物技术处理制药废水及其生物相：。溶于超纯水制备，进样体积，流量，抑制器再生液（叫）。溶液，冲洗液为去离子超纯水。实验结果及讨论处理效果驯

7、化阶段出水指标分析在驯化阶段，各构筑物出水和。的变化如图所示。，、；邑吾气，口图提负荷驯化阶段各构筑物出水和变化曲线水解酸化池出水；活性污泥池出水曝气生物滤池出水从图中可以看出，各构筑物出水、。总体趋势在降低。第三天时各反应池的较低，因为各构筑物的污泥和生物膜经过的闷曝后，有机物的含量低；开始提负荷运行时，污泥絮凝体的吸附能力强，对有机物的去除以污泥絮凝体吸附为主。曝气生物滤池中的陶粒填料在进水初期对有机物有很强的吸附能力，会大量吸附有机物，使出水、。降低。随着污泥培养驯化的进行，污泥的活性提高，由前期的以吸附为主转化为以降解为主，有机污染物在微生物的作用下，进行同化或异化分解代谢，一部分有机

8、物被转化为细胞内物质，用于菌体生长；而另一部分有机物被分解代谢为和：，产生能量，为微生物的其他生命活动提供能量。稳定运行阶段处理效果分析（）装置运行参数装置在稳定运行期间，污水处理量为，供气量为，负荷为（），负荷为（）。活性污泥的性能指标：为（±），为（±），为（±）。，。为（±），为（±）。（）水力停留时间对去除效果的影响水力停留时间（）是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间。通常越长，处理效果越好，但所需建造的反应池体积越大，经济上不合理。在保持其他条件相同的前提下，考察不同对处理效果的影响

9、。不同下出水、。的去除率如表所示。表对处理效果的影响从表中可以看出：当总为时，和；的总去除率低于；当总为时，和的总去除率高于；但当停留时间再增加时，去除率的提高不明显，所以选择、的分别为、。（）温度对处理效果的影响东北地区一年四季温差较大，而且污水处理过程中起核心作用的微生物对温度较敏感。在保持其他条件相同的前提下，设计不同温度下的处理效果实验，以确定温度对处理效果的影响。不同温度下枷枷枷咖咖枷枷瑚。吉林大学学报（地球科学版）第卷总、。的去除率如表所示。从表可以看出，当温度为时，、。的总去除率都小于；当温度高于时，总去除率都大于。这说明温度对处理效果的影响较大，实际工程应用时温度要保持在以上，

10、冬天可以通过对反应池安装保温材料，尽可能提高温度，或者适当延长，保持其去除率。表温度对处理效果的影响（）出水指标分析装置在稳定运行期间的各项出水指标如表所示。从表中可以看出，该套工艺装置对制药废水处理效果较好，出水达到污水综合排放标准（一，实施）二级标准，对和。的去除率分别达到和。处理完成后出水（井出水）氨态氮低，为左右，亚硝态氮未检出，硝态氮高，主要是因为有机态氮转化为氨态氮，又转化为亚硝态氮和硝态氮，反硝化进行不完全，致使出水硝态氮较高。氯离子的含鼍在处理过程中是急剧增加的，这是因为原水样中含有较多的含氯有机物（原样中有机物的全扫描数据未列），当其被降解后，氯从有机物上脱除，致使其含量增加

11、。微生物相分析生物相的显微镜观察对接种污泥、驯化期间及稳定运行期间各构筑物的生物相进行镜检，记录污泥的驯化及生长状况，用数码相机拍摄照片，如图所示。从图中可以看出，样品中污泥絮体已经松散，丝状菌大量繁殖，这是因为取回的污泥在实验室保存后接种。随着处理过程的进行，污泥絮体由开始的颗粒细小、分散，成长为后来的活性高、颗粒大、沉降性能良好的絮体。同时（）（水解酸化池）中出现单核变形虫，（）（活性污泥池）中出现轮虫，（）（曝气生物滤池）中出现漫游虫。应用。细菌鉴定系统鉴定细菌应用传统的培养基对水解酸化池、活性污泥池的污泥及曝气生物滤池的生物膜中的细菌进行分离纯化，分别分离出株、株、株可培养的细菌，应用

12、细菌鉴定系统进行鉴定，其结果如表、所示。从表中可以看出，个构筑物中的优势菌群都为芽孢杆菌属，说明芽孢杆菌属在废水处理领域起着重要作用，其中蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌是一种重要的微生物资源阳。，也是废水处理中的常见微生物。表各构筑物出水指标值注：为原水；为水解酸化池出水；为活性污泥池出水；为曝气生物滤池出水；温度为（）；数值为平均值±标准误差。第期刘鹏等：组合生物技术处理制药废水及其生物相 图接种污泥、驯化及稳定运行期间生物相观察接种污泥；（）第天水解酸化池污泥（）第天水解酸化池污泥；（）第天活性污泥池污泥；（）第天活性污泥池污泥；（）第天曝气生物滤池生物膜；（）第天曝气生物滤池生物膜

13、表水解酸化池中细菌鉴定结果注：一表示细菌鉴定仪未给出数值；、为鉴定系统个参数，分别表示测试结果与数据库中数据条的可能性、相似性、位距；表、表同表。表活性污泥池中细菌鉴定结果吉林大学学报（地球科学版）第卷表曝气生物滤池中细菌鉴定结果 结论（）整套工艺共驯化，稳定运行，出水达到污水综合排放标准（，实施）二级标准，对的去除率达到，。的去除率达到。（）对各构筑物的生物相显微镜观察可知，污泥絮体由开始的颗粒细小、分散，成长为后来的活性高、颗粒大、沉降性能良好的絮体。并且水解酸化池中出现单核变形虫。活性污泥池中出现轮虫，曝气生物滤池中出现漫游虫，是处理效果好的指示生物。（）对各构筑物牛物相中的细菌进行分离

14、纯化，应用细菌鉴定系统进行鉴定。水解酸化池、活性污泥池和曝气生物滤池分别鉴定出株、株、株可培养的细菌。以上分析表明，室内模拟水解酸化一活性污泥一曝气生物滤池处理工艺是一种很好的制药废水处理组合工艺。参考文献（）：郎咸明。赵玉彬，孑祥顺，等应用复合生物技术处理制药综合废水的探讨环境工程，（）：，。，（）：唐凯峰，仝致琦，祁佩时，等复合式交替流生物工艺处理制药废水的研究中国给水排水，（）：，。，（）：郎咸明水解酸化一工艺处理制药废水的研究沈阳：东北大学，。：，张兰英，刘峰。刘娜预处理复合水解酸化复合好氧氧化工艺处理综合制药废挝吉林大学学报：地球科学版，（）：。，：。，（）：刘峰，张兰英，刘鹏。等混

15、凝和膜分离联用处理制药废水二级出水中试试验吉林大学学报：地球科学版，（）：，。，：。（）：刘峰，张兰英，刘鹏，等采用法分析制药废水处理工艺中微生物多样性中国给水排水，。（）：。，（）：国家环保局水与废水监测分析方法版北京：中国环境科学出版社，第期刘鹏，等：组合生物技术处理制药废水及其生物相 公告本刊成为数据库源刊从年第期开始，本刊被数据库收录。据中国网站报道，数据库从年月起，所收录的中国期刊数据不再分核心数据与非核心数据。本刊年第期的全部文献已经被数据库收录，有需要的作者和读者可到中国网站查询：。本刊被数据库收录，说明其在国内外的影响力进一步提高。本刊编辑部感谢新老读者与作者多年来给予本刊的支

16、持与帮助。本刊编辑部将继续努力，全面提高学报质量，借助数据库的强大功能，把本刊办得更精、更优，为科学技术的发展贡献力量。本刊编辑部 组合生物技术处理制药废水及其生物相作者：刘鹏， 张兰英， 刘莹莹， 刘娜， 刘峰， 刘虹， 崔哲， 许国欣， LIU Peng， ZHANG Lan-ying ， LIU Ying-ying， LIU Na， LIU Feng， LIU Hong， CUI Zhe， XU Guo-xin作者单位：刘鹏,张兰英,刘莹莹,刘娜,崔哲,许国欣,LIU Peng,ZHANG Lan-ying,LIU Ying-ying,LIUNa,CUI Zhe,XU Guo-xin(吉

17、林大学,环境与资源学院,长春,130026， 刘峰,LIU Feng(东北制药集团股份有限公司,沈阳,110026， 刘虹,LIU Hong(吉林化工学院,环境与生物工程学院,吉林省吉林市,132022刊名：吉林大学学报（地球科学版） 英文刊名：JOURNAL OF JILIN UNIVERSITY(EARTH SCIENCE EDITION年，卷(期：2010，40(1被引用次数：0次参考文献(13条1. 郎咸明. 赵玉彬. 孔祥顺. 刘峰. 魏德洲. 祁佩时 应用复合生物技术处理制药综合废水的探讨期刊论文-环境工程2004(52. 唐凯峰. 仝致琦. 祁佩时. 李正. 赵乐军. 郭淑琴 复

18、合式交替流生物工艺处理制药废水的研究期刊论文-中国给水排水 2007(93. 郎咸明 水解酸化-UNITANK-BAF工艺处理制药废水的研究 20064. 张兰英. 刘峰. 刘娜 预处理/复合水解酸化/复合好氧氧化工艺处理综合制药废水 2008(65. 刘峰. 张兰英. 刘鹏 混凝和膜分离联用处理制药废水二级出水中试试验 2008(36. 刘峰. 张兰英. 刘鹏. 刘莹莹. 高松 采用Biolog法分析制药废水处理工艺中微生物多样性期刊论文-中国给水排水 2007(217. 国家环境保护总局 水与废水监测分析方法 19978. 苑宝玲. 李云琴 环境工程微生物学实验 20069. 潘建华. 刘

19、瑞霞 蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus吸附铅的研究期刊论文-环境科学 2004(210. 王琳. 李季. 张鹏岩 巨大芽孢杆菌对富营养化景观水体的净化效果 2009(111. Molva C. Sudagidan M. Okuklu B Extracellular enzyme production and enterotoxigenic gene profiles ofBacillus cereus and Bacillus thuringiensis strains isolated from cheese in Turkey 2009(912. Reddy S V. Thiru

20、mala M. Mahmood S Production of PHB and P (3HB-co-3HV biopolymers by Bacillusmegaterium strain OU303A isolated from municipal sewage sludge 2009(313. Suresh K. Harisaranraj R. Babu Saravana S Optimization of environmental and nutritional conditionsfor the production of alkaline protease by a newly i

21、solated Bacillus cereus from decaying organicsoil 2008(4相似文献(10条1.期刊论文 娄锦丽. 黄胜炎. LOU Jinli. HUANG Shenyan 水解酸化预处理制药废水研究与应用现状及展望 -医药工程设计2006,27(5综述了水解酸化作为制药废水预处理工艺的研究与应用现状,指出水解酸化预处理中低浓度制药废水具有较好的效果.对于可生化性较差的制药废水,采用水解酸化预处理,可提高其可生化性.同时展望了水解酸化的研究、应用发展前景.2.期刊论文 宋勇. 于海涛. SONG Yong. YU Hai-tao 微电解/水解酸化/SBR工

22、艺处理化学制药废水 -中国给水排水2009,25(23学院学报2005,11(34.学位论文 郎咸明 水解酸化-UNITANK-BAF工艺处理制药废水的研究 2006本文以东北制药总厂生产过程中产生的化学制药废水和生物制药废水的混合废水作为研究对象，该废水成分复杂，可生化性较差。在参阅大量参考文献的基础上，本文以水解酸化-UNITANK-BAF处理工艺为主线，通过实验室试验和扩大试验，对剩余污泥一级处理、水解酸化、UNITANK和BAF等主要工艺环节进行了创新性的整合，并对部分环节作了局部改进，对最佳控制条件进行了系统研究，得出了最佳工艺控制参数；并对污泥膨胀、冲击负荷、非平衡增长、生物除臭、

23、抑制甲烷气体产生等敏感问题结合试验进行了理论分析，为高浓度制药废水的有效治理开辟了新的途径。生化剩余污泥对制药废水具有较强的絮凝吸附作用，在泥水比1：2.5的条件下，COD去除率可达到29，SS去除率可达到84，并可降低废水的生物毒性，为后续生物处理提供了良好的基质准备。，DO=3.0mg/L，温度T=20，HRT=45h是最佳运行参数。此外UNITANK反应器具有间歇曝气区，反应器内反复出现高浓度基质，丝状菌不易形成优势，不易发生丝状菌污泥膨胀。曝气生物滤池(BAF是一种新型膜法生物处理工艺，适合于废水的深度处理，同时可为废水的再生回用打下良好的基础。试验表明，BAF反应器的启动宜采用接种挂

24、膜方式，挂膜时间为15d。经筛选，陶粒采用江西萍乡生产的粘土陶粒效果较好。在气水比为15：1、HRT=4h时，处理效果最好，为最佳运行参数。在进水有机物浓度为323mg/L1021mg/L时，COD去除率随进水有机物浓度的增加而增加。在扩大试验条件下(处理水量10m3/d-25m3/d，水解反应器的COD平均去除率为15.9，BOD5平均去除率为5.44；UNITANK反应器的COD平均去除率为80.9，BOD5平均去除率为90.4；BAF反应器的COD平均去除率为38.8，BOD5平均去除率为61.8。COD总去除率为90.2，BOD5总去除率为96.5。出水水质达到污水综合排放标准GB89

25、78-1996新改扩三级标准。采取调节DO、加强污泥回流、投加营养盐和铁盐等措施可以有效防止或减少由COD、进水量、含盐量、有毒物质、表面活性剂和pH等因素对活性污泥系统产生的冲击负荷。活性污泥在平衡增长时期DO对SS影响不大，在非平衡时期当COD跳跃式增加时，活性污泥对氧的利用率非常高，应加大曝气量，以提高DO。当非平衡增长后期，COD跳跃式减少时，应减少DO，防止活性污泥的自耗。本研究还采用生物过滤除臭工艺去除制药废水处理过程中产生的臭气，试验数据表明，微生物除臭装置启动速度快，稳定运行后，总H2S的去除率在99以上，处理后排放气体指标远低于国家规定的恶臭气体排放标准(恶臭污染物排放执行标

26、准GB14554-93。5.期刊论文 张兰英. 刘峰. 刘娜. ZHANG Lan-ying. LIU Feng. LIU Na 预处理/复合水解酸化/复合好氧氧化工艺处理综合制药废水 -吉林大学学报（地球科学版）2008,38(6针对传统水解酸化和好氧氧化处理工艺存在的问题,对水解酸化工艺及好氧氧化处理工艺进行了改进;并针对东北制药集团制药废水水质特征,设计开发了预处理+复合水解酸化+复合好氧氧化的生物处理技术.工程设计规模为30 000 m3/d,两年的运行结果表明,此工艺运行稳定,耐冲击负荷能力强.当平均进水浓度COD为3 600 mg/L、B0135为1 000 mg/L、SS为450

27、 mg/L时,平均出水浓度COD300mg/L、BOD5100 mg/L、SS50 mg/L,达到了国家城市排水三级标准医药企业污水排放标准(COD300mg/L.6.期刊论文 齐嵘. 杨敏. 马文林 水解酸化-厌氧-好氧法处理NF合成制药废水研究 -环境污染治理技术与设备2004,5(8研究了序批式水解酸化-厌氧-好氧生物处理工艺对NF合成制药废水的处理.由于NF制药废水中含有大量有毒有机化合物,在生物处理过程中这些有毒物质会抑制活性污泥的活性,因此需经过适当稀释原水以达到处理单元可接受的毒性范围.采用BOD Track快速测定了不同原水稀释条件下活性污泥呼吸曲线第一段斜率的变化,结果表明,

28、当原水稀释20倍以上后,对活性污泥的活性没有明显的抑制.通过批量实验,优化了工艺的运行条件,并进行了小试的连续运行.采用本工艺可以达到NF制药废水COD的稳定高效去除,结果显示,COD的去除率可达76%.7.会议论文 齐嵘. 杨敏. 马文林 水解酸化-厌氧-好氧法处理NF合成制药废水研究近年来我国合成制药业有了长足的发展,随之也带来了生产废水的处理问题.一般来说,合成制药需要经过比较复杂的合成路线,每一步都会有些残留原料以及中间产物进入生产废水中.因此,合成制药废水的特征是有机物种类复杂,可生化性较差,有些废水还有一定的生物毒性.本文即主要进行了水解酸化-厌氧-好氧法处理NF合成制药废水的研究与探讨。8.期刊论文 王永广. 朱永恒. Wang Yongguang. Zhu Yongheng 水解酸化/好氧生化/Fenton氧化工艺处理制药废水的研究 -环境工程学报2007,1(11进行了"水解酸化/好氧生化/Fenton氧化"工艺处