制药废水是一类难以处理的工业废水,具有成分复杂、毒性大等不利于生物降解的因素等特点。针对制药废水中的有机物和氨氮去除难的问题,本研究以实际工艺中制药废水为研究对象,分别使用一组SBR和两组不同填料的SBBR进行试验,并对三组反应器处理制药废水深度脱氮的启动与驯化进行了研究。启动与驯化期共经历99天,在制药废水氨氮浓度为200 mg/L±20 mg/L的条件下,三组反应器都实现了在不补充外碳源的条件下,实现对制药废水97%以上的总氮去除率。在C/N为3的条件下,系统无法实现深度脱氮。通过提高C/N可以提高脱氮效率,在C/N提高至5:1以后,三组反应器都实现了深度脱氮。得益于填料上的大量生物膜,固定填料式SBBR在曝气结束后就实现了深度脱氮,运行模式确定为进水-搅拌-曝气搅拌-沉淀-排水。SBR和流动填料式SBBR由于曝气后依然存在大量硝态氮,需要后置搅拌才能完成深度脱氮,运行模式依旧为进水-搅拌-曝气搅拌-搅拌-沉淀-排水。同时,通过对在反应过程中对典型周期内的pH、DO、ORP和对三氮、COD的实时监控,利用氨谷、硝酸盐膝来指示出硝化和反硝化过程的终点。经过99天的试验,得到以下结论:(1)三组反应器最终都实现了在不补充外碳源条件下,对制药废水的深度脱氮,总氮去除率都高于97%。其中SBR出水总氮低于1.9 mg/L,流动填料式S0042BR出水总氮低于1.5 mg/L,固定填料式SBBR出水总氮低于0.8 mg/L。(2)对三组反应器的同步硝化反硝化脱氮量、内源反硝化脱氮量、总氮去除率和总反应周期进行比对。得出结论,在固定填料式SBBR系统中,同步硝化反硝化作用能够提供100%的脱氮量,远远高于流动填料式SBBR(60%)系统和SBR(25%)系统。固定填料式SBBR在第64天就实现了深度脱氮,比流动填料式SBBR(72天)提前了8天,比SBR(84天)提前了20天。同时固定填料式SBBR的总反应周期最终稳定在6.1h,比流动填料式SBBR(15 h)提前了8.9 h,比SBR(19 h)提前了12.6 h。综合分析可知,增加填料能够提高脱氮效率,缩短反应时间,增强污泥的脱氮能力,固定式填料的效果比流动式填料更好。(3)SBBR相对SBR虽然同步硝化反硝化效果明显增强,但通过对典型周期内的pH、DO和ORP进行实时监控发现,系统依然会出现氨谷、硝酸盐膝等指示点,能够准确判断出硝化、反硝化的终点,以便于及时停止曝气,减少不必要的资源浪费,提高系统的脱氮效率。(4)对比三组反应器在一个典型周期内三氮及COD的变化,得出结论:固定填料式SBBR反应器的生物膜最厚,量最大,因此脱氮效果最好,曝气结束就能够完成深度脱氮,曝气后总氮低于0.2 mg/L,完成脱氮所需要的时间最少(4.6 h);流动填料式SBBR脱氮效果稍差,由于反应器内生物膜较少,曝气后剩余22 mg/L的硝态氮,需要后置搅拌才能去除剩余氮素,完成脱氮所需要的时间较长(13 h)。SBR脱氮效果最差,反应器由于没有生物膜,曝气后剩余37.5 mg/L的硝态氮,需要长时间后置搅拌才能去除剩余氮素,完成脱氮所需要的时间最长(17.6 h)。由此可见,同等反应条件下,生物膜的量和脱氮效率成正比,主要原因是生物膜内的微环境有利于提高系统的同步硝化反硝化效果,提高系统内碳源的利用率。(5)对比不同条件下固定填料式SBBR反应器对制药废水的脱氮效果,可以得出结论:(1)低温明显降低脱氮效率,减弱SND作用,20°C时周期时长延长到8.5 h,曝气后剩余15 mg/L的硝态氮。高温对脱氮效率提升不大,30°C时周期时长仅缩短到4.5 h,曝气后剩余硝态氮低于0.2 mg/L。(2)低溶解氧明显降低脱氮效率,减弱SND作用,DO=1mg/L时周期时长延长到9 h,曝气后剩余12 mg/L的硝态氮。高溶解氧对脱氮效率提升不大,周期时长仅缩短到4.5 h,曝气后剩余硝态氮低于0.2 mg/L。(3)5:1是最合适的C/N,在5:1的C/N下,周期时长为6.1 h,曝气结束后总氮低于0.2 mg/L。当C/N为4.5:1时,周期时间延长到14 h,曝气后剩余14 mg/L的硝态氮。当C/N为6:1时周期时间延长到12 h,曝气后剩余16 mg/L的硝态氮。