污水厂的进水负荷变化对处理效果、运行控制有重要影响。许多学者通过小试研究了印染、化工、重金属等行业废水的负荷冲击对污水厂处理效果的影响，而对于制药废水研究较少，尤其是低浓度制药废水。低浓度制药废水是制药企业产生的、经处理后达到园区污水纳管标准后排放的污水，其污染物浓度不高，但可生化性较差，且含有难降解及有毒有害物质^〔1〕。

目前关于制药废水处理的研究主要集中在制药车间废水^〔1-2〕、高浓度废水^〔2〕，且规模较小、处理量较低，多采用小试、中试形式进行，鲜有关于低浓度制药废水对污水厂处理效果影响的研究报道。基于此，笔者以某污水厂为研究对象，在分析低浓度制药废水的水质特点、有机物分子质量分布特征的基础上，探究负荷冲击对AAO工艺污水厂的污泥活性、出水水质及去除效率等的影响，以及采取的工艺调控措施的效果，以期为应对此类废水冲击的工艺对策提供参考。

该污水厂主要处理该地工业园区达到纳管标准的工业废水（占比约80%）和生活污水，设计处理规模1.0×10⁵ m³/d，实际处理规模约6.2×10⁴ m³/d，主要采用AAO+改良型Fenton工艺，设计总停留时间为23.8 h，其中好氧池停留时间为8.9 h。工艺流程如图1所示。

污水厂出水执行地表准Ⅴ类水质标准，设计进出水水质如表1所示。

近年来，受经济转型、产业调整及新冠病毒疫情的影响，工业园区内的企业数量、类型发生较大变化，导致污水厂出现多次且不定期的低浓度制药废水冲击，在整理之前冲击情况的基础上，选择2022年较有代表性的一次低浓度制药废水冲击进行研究。

污水厂遭受低浓度制药废水冲击可分为3个阶段：第一阶段（0~7 d），正常进水，系统正常稳定运行；第二阶段（8~21 d），低浓度制药废水冲击，系统处理效果逐渐降低，运行不稳定；第三阶段（22~30 d），进水恢复正常，系统处理效果逐渐恢复。进水正常时污水厂按照AAO+改良型Fenton工艺运行，主要工艺参数：进水水量6.2×10⁴ m³/d，污泥回流比100%，好氧池溶解氧保持2~4 mg/L，污泥质量浓度为6 500~7 200 mg/L，污泥龄约为16.5 d，碳源投加量为20 t/d（以COD计），排泥量约为10~15 t/d。实际运行第7 天时发现进水变化，水量下降至4.4×10⁴ m³/d，第13 天开始出水COD显著升高，当天对运行参数进行如下调整：（1）碳源投加量增至30 t/d；（2）适当增加曝气强度，保证好氧池溶解氧在2~4 mg/L；（3）调整污泥回流比为120%；（4）开展污水厂进水溯源工作；（5）在稳定池末端适当增投活性炭，保证出水达标。第15 天，出水COD、TN等进一步恶化，当天调整工艺措施：（1）碳源投加量增至45 t/d；（2）排泥量增至20~30 t/d；（3）增加活性炭投加量。第22天，进水水质水量逐渐恢复正常，根据出水情况，适当减少活性炭、碳源投加量，其余参数调整至受冲击之前。

进出水流量、COD、氨氮、TN、TP、SS等由污水厂在线监测仪器检测，取每日混合样检测生化段出水的COD、氨氮、TN，均按国家标准方法进行测定。每日取好氧池末端污泥样测定MLSS、MLVSS。

分别取正常进水、冲击负荷进水，用超滤膜法测定有机物分子质量：将水样调至中性，用0.45 μm的微滤膜过滤后，使用截留相对分子质量为0.5、1、5、10、15 ku的超滤膜进行过滤（Millipore新型再生纤维素膜，D 76 mm）。超滤膜使用前先用质量分数为5%的NaCl溶液浸泡30 min，再用超纯水浸泡漂洗3次，每次浸泡至少1 h，使用前用超纯水反复冲洗。超滤操作采用并联方式进行。所用超滤器为8400型超滤杯（美国Millipore），对超滤分级后的各组水样采用TOC-VCPH测定仪（日本岛津公司）进行测定。

实验期间该污水厂进水水质特征见表2。

由表2可知，不同时间段进水的水质、水量变化较大，第一到第二阶段，进水量下降29.03%，COD下降35.67%，SS下降24.24%，BOD₅下降尤其明显，达到72.25%；与此相反，总氮上涨89.09%，氨氮上涨50.44%，总磷变化不明显。根据水质、水量的变化情况，污水厂对上游工业园区污水进行溯源，发现受节假日、新冠病毒疫情等影响，园区内大多数小型企业（化工、食品、玻璃、机械等）已停产，仅剩少数大型制药类企业正常排放污水。由此推测，第二阶段进水以低浓度制药废水为主。由表2计算第二阶段进水B/C为0.13，B/N为1.07，说明低浓度制药废水的碳氮比失衡，可生化性极差，且含有较多难降解物质，这与王秀^〔3〕的研究类似。

分别取污水厂第一、二阶段的进水进行有机物分子质量检测，结果如图2所示。

由图2可见，第一、二阶段进水有机物分子质量主要分布在<1 ku、5~15 ku部分，其中1 ku以下占比最高，表明污水厂进水以小分子溶解性有机物为主。具体来看，相比于第一阶段，第二阶段进水中分子质量>0.5 ku的溶解性有机物增加，尤其是5~15 ku增加10.9%，说明第二阶段进水相对于第一阶段含有较多的大分子污染物^〔4〕。

通过污水厂溯源发现上游制药类企业以生物制药为主，主要产品有头孢唑林钠、阿莫西林、头孢曲松钠、氨苄西林钠、丁苯酞等药品以及抗生素中间体、注射类制剂、片剂等。头孢、阿莫西林等抗生素制药废水经过制药企业处理后排放的废水（低浓度制药废水）污染物特性如表3所示^〔3〕。

从表3可知，低浓度制药类废水中主要含有单环双环杂环类芳香烃、长链烷烃和酰胺类物质，这些物质大多来源于制药废水中未能降解的医药中间体、有机溶剂及副产物，属于难生化降解类物质，对微生物有一定毒性^〔3〕。第二阶段进水（低浓度制药废水）中分子质量在0.5 ku以上的溶解性有机污染物以环类芳香烃、长链烷烃和酰胺类污染物为主，碳氮比失衡、可生化性极差。

进水负荷冲击会直接影响污泥活性和微生物生长状况，从而影响污水的处理效果。检测污泥MLSS、MLVSS、MLVSS/MLSS配合污泥镜检观察，可间接反映污泥活性状况。

污泥受冲击期间MLSS、MLVSS、MLVSS/MLSS的变化情况如图3所示。

从图3看出，受低浓度制药废水冲击后，污泥MLSS、MLVSS及其比值变化较大，总体呈现先降低后恢复的趋势。具体来看，从第8天受冲击开始，MLVSS首先缓慢降低，第15天后显著降低，到第21天降至最低后逐渐恢复；而MLSS受冲击后保持稳定，第10天后开始缓慢降低，第22天后逐渐恢复。这是因为低浓度制药废水具有一定生物毒性^〔3〕，受其冲击后活性污泥中的有机部分首先解体、死亡，之后整个污泥受到影响，污泥镜检及二沉池出水情况也得到相似结论。实际运行至第15天，发现二沉池出水由澄清变浑浊，部分地方有污泥上浮，严重影响后续深度处理工艺。当天取好氧池污泥进行镜检，发现污泥整体细碎松散，含较多杂质，间隙水浑浊，微生物数量较少，未发现附着类、纤毛类微生物，一个镜面下仅发现少量轮虫、线虫等后生动物。

综上分析可知低浓度制药废水冲击首先导致活性污泥中微生物数量、种类显著减少，污泥的整体活性变差、老化，二沉池出水浑浊、污泥上浮，从而导致出水水质超标。污水厂从受冲击到污泥活性显著变化约有7 d，因此在实际运行中，受到冲击后应在7 d内实施有效的调控措施，否则污泥活性会进一步降低，影响出水水质。

从表1可知，低浓度制药废水冲击主要影响COD、氨氮、总氮，对总磷、SS等影响较低，因此，主要对进水、生化段出水、总出水的COD、氨氮、总氮进行分析。

低浓度制药废水冲击过程中COD去除率变化情况见图4。

从图4可知，受到低浓度制药废水冲击后，对生化段COD的去除效果影响较大，由79.10%下降到46.66%。具体来看，冲击后生化段出水、总出水COD均逐渐升高，于第13天达到峰值，其中生化段达到108.80 mg/L，总出水达到41.30 mg/L（超过地表准Ⅴ类标准）；此后，生化段出水COD持续增加，而总出水COD得到控制。这期间污水厂进行工艺调控，增大了碳源投加量、曝气强度、污泥回流比及脱泥量，并在稳定池末端增投加活性炭。工艺调控后生化出水COD并未好转，而总出水COD却得到控制，这是由于低浓度制药废水的COD主要由难降解及有毒物质构成，对活性污泥有一定的毒害性，仅通过常规生化工艺调控措施难以在短时间内恢复去除效果；在出水端增投活性炭等物理措施可作为应急使用，快速恢复去除效果^〔5〕。从COD去除率来看，低浓度制药废水冲击对于生化段影响较大，对整个系统影响较小，说明深度处理段的改良型Fenton工艺、增投活性炭等措施对低浓度制药类废水有较好的处理效果，这与祁佩时等^〔5〕的研究结论相似。

从图5（a）可以看出，低浓度制药废水的氨氮冲击对于系统的影响较小，氨氮去除率保持稳定，这是由于氨氮的冲击负荷远小于污水厂的设计进水标准，且通过工艺调控增加曝气量，从而保证了氨氮的稳定去除。系统中氨氮的有效去除，说明低浓度制药废水对于硝化菌的影响较小。从图5（b）中可以看出，低浓度制药废水对于总氮去除影响较大，系统总氮去除率整体波动较大。从受冲击负荷到第15 天开始，出水总氮由8.82 mg/L增加至峰值12.27 mg/L，之后开始逐渐降低。这是由于污水厂第13天和第15天增投碳源，碳源的及时补充提高了脱氮效率。由此可知，增投碳源、加强曝气等常规工艺调控对于低浓度废水冲击的氨氮、总氮控制具有一定效果，对于COD控制效果不显著。

（1）低浓度制药废水碳氮比失衡，可生化性极差，B/C为0.13，B/N为1.07，大分子难生物降解有机污染物含量较多，具有一定的微生物毒性。

（2）低浓度制药废水冲击会导致活性污泥性能变差、中毒、老化，影响在7 d左右显现，污泥性能及出水水质显著变化，COD去除率降低，污水厂需及时进行调控。

（3）低浓度制药废水冲击下，常规工艺调控措施短时间内对提升COD去除效果的作用不大，对于稳定氨氮、总氮去除率具有较好的效果；采用投加活性炭、Fenton工艺等物化措施对缓解低浓度制药废水的冲击效果明显，能有效保障出水水质稳定。