摘要：鉴于处理制药废水产生的制药污泥量大且处置费用高，文章采用污泥原位减量工艺对制药废水处理站进行提标改造。项目运行结果表明，污水的化学需氧量（COD）cr及氨氮满足GB 21904—2008《化学合成类制药工业水污染物排放标准》，制药污泥减量超80%。该项目案例为制药废水处理领域的改造及工程设计提供参考。

　　关键词：制药废水；污泥减量；纤维载体填料；食物链

　　制药企业在生产过程中会产生大量废水[1]，且废水成分复杂、水质变化大，含有大量有毒物质和有机物[2]，对人类和环境均有较大危害，须严格治理并达标排放[3]。制药废水处理过程中会产生大量污泥且一般为危废，若不能妥善安全处置，将对生态环境造成巨大威胁。而且，其处置费用占整个污水处理总运行费用的50%～60%[4]，亟须减量以实现制药厂持续运行。

　　1项目基本概况

　　本案例涉及的制药废水为某制药厂内膏霜剂及喷雾剂的生产废水。原有废水处理工艺采用厌氧池/好氧池（A/O池）+膜生物反应器（MBR）。研究为提高污染物的去除率，并对生化污泥进行原位减量，引进低污泥产量（less sludge process，LSP）生物阶梯生物膜工艺[5]，改造其中一组生物处理系统的A/O池，通过对池体分格，以及添加不同丝径、不同比表面积的纤维载体填料，实现CODCr去除效率提高和有机活性污泥的原位减量。具体工艺流程如图1所示。

　　近年来，国内外不断推出污泥减量技术，包括后续减量化和过程减量化。污泥的后续减量化主要是在污泥产生后通过一定的物理、化学、生物或联合工艺手段，减少已产生的污泥量。污泥过程减量化则指在污水处理过程中，通过改变工艺流程，或采用一定技术手段，在不影响污水出水水质的前提下，减小剩余污泥产量，从根本上降低污泥产率。污泥源头消减技术主要有热水解、超声波[6]、化学解偶联[7]、生物捕食[8-9]技术等。

　　2技术原理

　　在污水处理系统中，曝气池内存在大量好氧微生物。这些好氧微生物以菌胶团为主，摄取废水中的污染物，进行氧化还原分解，最终降解为CO2和H2O。在生物代谢过程中，伴随能量转换，会有一部分老化或死亡的微生物及其代谢终产物产生，形成最终排放的污泥。

　　污泥原位减量工艺技术实现污泥减量的原理为增加处理系统中微生物的相对丰度和数量，是模拟自然生态系统中的食物链原理进行的污泥减量化技术。特有纤维生物载体经改性后，其特殊结构造就超大的横纵比和比表面积，可为不同微生物的附着提供最优环境。微生物的附着量是其他常规生物填料的3～8倍，同时通过系统的分格设计，使菌胶团、原生动物、后生动物及水生动物阶梯性分段富集，形成生物链和食物链的良性结合，加之缺氧和好氧环境交替存在，达到相对清晰的微生物分解界限，促进生物链延长与多样化。在此基础上，通过氧化还原分解前段微生物（老化污泥），提高转碳率，形成稳定的水下微生物生态环境，实现污泥原位减量化。

　　3工程实施

　　3.1 LSP纤维载体填料

　　LSP纤维载体填料是LSP生物阶梯生物膜工艺的核心组成部分，其性能直接影响生物处理效果。本案例填料采用悬挂型软性载体填料，将填料固定在9 000×2 000×7 000 mm的304不锈钢配套支架上。每个支架上悬挂90片，每片12段。材质为多种有机聚合物，经特殊喷丝工艺制成。工程主要应用3种不同材质、不同结构、不同丝径及不同外表面积的载体填料——纤维单丝结构依次为三棱形、六角形及八角形，主丝直径在1～10μm，附丝为纳米级，横纵比>2 000∶1，比表面积>20 000 m2/kg，幅宽2 000 mm，单幅跨度480 mm。

　　3.2挂膜前后填料

　　图2a采用90倍拍摄，观察到填料结绳结构单丝间相互缠绕，交错形成多处空隙，为微生物提供丰富的生长空间。图2b采用200倍拍摄，引入软性填料，观察到填料单丝在挂膜后产生明显形变，三角棱角度排布不均匀，填料表层覆盖一层薄生物膜，且在单丝的一条棱上有后生动物附着，说明生物膜生长良好。挂膜前后图像显示，在填料单丝内凹三棱的结构设置，使微生物的生长载体面积大幅增加，实现阶梯性富集。

　　3.3生物相

　　在项目调试过程中，利用显微镜检测观察附着在填料上的微生物，共发现14种原生动物、后生动物及大量菌胶团：丝状菌、草履虫、钟虫、线虫、寡毛虫、吸管虫、楯纤虫、累枝虫、水丝蚓、桡足虫、轮虫、摇蚊幼虫、水蚤和腹足类螺丝。其中，较常见的有线虫、草履虫、钟虫及轮虫。这些微生物在全段均有分布，但分布数量和密度不同：前段以菌胶团优势菌属为主；中前段除菌胶团优势菌属外还有多种原生动物；中后段以原生动物和后生动物为主，如钟形虫、累枝虫、水丝蚓等；后段则多见后生动物及水生生物，如腹足类螺丝。通过在纤维载体上增殖微生物，形成完善的食物链体系，彻底消化和降解菌胶团的残骸（污泥）。

　　3.4进出水水质分析

　　在项目调试完成后，对1～4号池的上清液及MBR的出水展开为期7 d的水质指标检测。CODcr及氨氮（NH3-N）数据如表1所示。

　　数据显示，原有工艺MBR的出水COD项目已接近排放限值100 mg/L，而改造后的出水COD平均值为80 mg/L，提高约20%，表明改造后COD的去除效果优于原有工艺。改造后的出水氨氮平均值为1 mg/L，去除率>90%，较原MBR工艺实现大幅提升，数值远小于20 mg/L的水质标准。

　　3.5污泥产量

　　污泥沉降比（SV30）：将混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒入100 mL量筒至满刻度，静置沉淀30 min，测定沉淀污泥与所取混合液的体积比。该指标反映曝气池运行过程的污泥量，可控制、调节活性污泥的排放量。原水及LSP工艺1～4号池的污泥沉降结果如图3所示。其中，左侧量筒取自调节池原水；右侧4个量筒依次取自改造后LSP工艺1～4号氧化池（未经沉淀）。结果显示，4号池样品的浊度低于3NTU。

　　污泥浓度MLSS指曝气池出口端混合液悬浮固体的含量。原有工艺和改造后工艺的污泥质量浓度分别为371 mg/L和44 mg/L（悬浮态污泥，未包含载体上挂载的污泥），显示改造后工艺较原有工艺的污泥减量达88%，实现了源头上污泥减量。改造前污泥量为2 t/d（80%含水率），而改造后为250 kg/d（80%含水率），且不需要添加其他药剂及营养剂，不仅缩小了后续污泥脱水系统的规模，还增强了污泥脱水性，整体降低了污泥处置费和处置难度。

　　4结论

　　项目竣工验收时委托第三方进行水质取样检测工作，出水水质检测结果均满足GB 21904—2008《化学合成类制药工业水污染物排放标准》[10]要求，且优于原有工艺出水水质。低污泥产量生物阶梯生物膜工艺利用微生物的捕食行为，形成自然生态系统食物链，对制药废水污泥减量显著，活性污泥减除率稳定在80%以上，处理系统运行稳定，经济和环境效益可观。

参考文献

　　［1］曾萍,宋永会,肖书虎,等.制药行业废水治理政策与技术展望［C］//全国制药废水处理技术研究及工程应用新技术,新设备交流研讨会.中国高科技产业化研究会,2011.

　　［2］赵红梅.制药废水的处理技术现状及研究进展［J］.中国资源综合利用,2020,38(4):130-132.

　　［3］张涛,李金国,许春凤.我国制药废水处理技术的研究及应用现状［J］.大众科技,2019,21(10):38-40.

　　［4］马岚茜娅,于晓华,姚宏,等.超声波联合厌氧消化处理制药污泥［J］.环境工程学报,2015,9(11):5597-5603.

　　［5］北京中大立信环境技术有限责任公司.LSP污泥减量生物处理系统:201620683862.3［P］.2017-11-17.

　　［6］杨顺生,高晓勇.超声波技术在污泥处理利用中的应用现状及前景预测［J］.四川环境,2006(1):61-64,69.

　　［7］CHEN G H,MO H K,LIU Y.Utilization of a metabolic uncoupler,3,3',4',5-tetrachlorosalicylanilide(TCS)to reduce sludge growth in activated sludge culture［J］.Water Research,2002,36(8):2077-2083.

　　［8］翟小蔚,潘涛,W.GHYOOT,等.利用原生动物削减剩余活性污泥产量［J］.中国给水排水,2000(11):6-9.

　　［9］王琳,王宝贞.污泥减量技术［J］.给水排水,2000(10):28-31+2-1.

　　［10］哈尔滨工业大学,河北省环境科学研究院,环境保护部环境标准研究所.化学合成类制药工业水污染物排放标准:GB 21904—2008［S］.北京:中国环境科学出版社,2008.