浅论发酵工程制药的废水处理方法

浅论发酵工程制药的废水处理方法梁永达09301030038制药工业生产工序繁多，使用原料种类多、数量大，原材料利用率低，产生的“三废”量大，排放物成分复杂。在制药过程中会排放大量有毒有害废水，废水中污染物组分繁杂，污染物含量高、COD值高、有毒有害物质多、生物难降解物质多，因此，制药废水已逐渐成为重要的污染源之一，如何治理制药废水，已成为现阶段国内外环境保护领域亟待解决的一个难题。而发酵工程是制药工艺中极为重要的一环节，发酵工程制药的废水因其成份复杂以及污染物含量高而使得该类废水的治理尤为重要。本文将着重论述发酵工程制药的废水处理问题。一、发酵制药废水的种类和特点经文献1显示，在发酵类药物中，抗生素类占发酵类药物产量的26．6%，其生产过程产生的废水污染物浓度高、水量大，废水中所含成份主要为发酵残余物、破乳剂和残留抗生素及其降解物，还有抗生素提取过程中残留的各种有机溶剂和一些无机盐类等。废水带有较重的颜色和气昧，悬浮物含量高，易产生泡沫，含有难降解物质和有抑菌作用的抗生素，并且有毒性等，这类废水难生化降解。维生素类药物占发酵药物产量的72．1％。维生素生产废水主要来自洗罐水、母液及釜残。其特点是：①排放量大，污染物浓度高；②高浓度有机废水多为间歇排放，造成排水水质不均匀；③废水中主要含有有机污染物，水质偏酸性。另外还含有氮、磷及无机盐。废水可生化性好。氨基酸产量仅占发酵药的1．1％，主要排放的废水为发酵罐中对气体产物的洗涤水、消毒系统中蒸发气的洗涤水和树脂洗涤水，水中含有蛋白、糖等。某些具有副产品生产能力的氮基酸生产企业，废水还部分来源于副产品车间蒸发结晶工序及制肥车间等，废水中主要含有氨氮等．二、制药废水处理技术现况目前，制药工业废水常用的处理方法大多为：物化法、生物法、物化法—生物法联用等处理工艺。1、物化处理技术（1）凝聚法对于像小诺霉素等抗生素废水，从发酵工艺过程知道，鸟氨酸脱羧酶LMN和米黑根毛霉脂肪酶RML的绝大部分是培养基成分，即葡萄糖、淀粉、蛋白胨、鱼粉、玉米粉等。这些成分主要以胶体形态存在，加入硫酸亚铁等凝聚剂后，可以使体系形成三价铁，从而改善絮体的沉降性能，激活废水中降解微生物某些酶的活性。投加的硫酸亚铁还可与废水中的有机硫化物，特别是硫醇类化合物形成铁盐沉淀而去除。（2）气浮法气浮法通常包括充气气浮、溶气气浮、化学气浮和电解气浮等多种形式。化学气浮适用于悬浮物含量较高废水的预处理，具有投资少、能耗低、工艺简单、维修方便等优点，但不能有效地去除废液中可溶性有机物，尚需用其他方法作进一步的处理。（3）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。（4）反渗透反渗透法是利用半透膜将浓、稀溶液隔开，以压力差作为推动力，施加超过溶液渗透压的压力，使其改变自然渗透方向，将浓溶液中的水压渗到稀溶液一侧，可实现废水浓缩和净化目的。（5）吹脱法当氨氮浓度大大超过微生物允许的浓度时，在采用生物处理过程中，微生物受到NH3-N的抑制作用，难以取得良好的处理效果。赶氨脱氮往往是废水处理效果好坏的关键。在制药工业废水处理中，常用吹脱法来降低氨氮含量，如乙胺碘呋酮废水的赶氨脱氮。2、生物处理技术该部分内容较多，不一一阐述，但生物处理技术由于其高效性和环保性，有着长远的发展前景，事实上，生物处理技术在环境治理中已大量使用了。详细内容可参见楼菊青的《制药废水处理进展综述》2，其中包括：（1）普通活性污泥法；（2）深井曝气法；（3）序批式间歇活性污泥法（SBR法）；（4）生物流化床法；（5）上流式厌氧污泥床（UASB）法；（6）生物接触氧化法；（7）优势菌株生物膜法；（8）光合细菌处理法（PSB）；（9）固定化微生物法；（10）固定化微生物法；（11）生物活性炭法三、发酵工程制药废水处理实例由前文所述可以看出，由于制药工业废水的多样化，因此采取的处理方法亦是千差万别的。在预处理—厌氧—好氧—后处理的工序中，可根据废水的水量水质等特征，采取相应的组合工艺路线。廖志民3提出了一种较为先进的发酵制药废水的处理工艺，即兼氧+好氧+MBR工艺。MBR是一种将膜分离技术与传统污水生物处理技术有机结合的一种新型废水生物处理技术。作为一种集浓缩和分离于一体的污染治理工艺，MBR利用膜分离装置将生化反应中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，克服传统活性污泥法中污泥膨胀对处理效果的影响，灵活控制反应器水力停留时间和污泥停留时间，增加曝气池活性污泥的浓度，提高生物的降解速率，实现自动控制。MBR反应器作为新型的生物处理技术逐渐被大家关注，但目前关于MBR反应器针对制药废水处理方面的报道很少，现对其进行案例分析，工艺流程如下图：1、高浓度废水预处理设施(1)pH调节池。加酸调节高浓度废水pH至7．5～8．0，利于后续生化处理。(2)冷却塔。将高浓度废水从80℃以上降到30℃左右，有利于后续生化处理(3)水解吸附池。冷却后的高浓度废水流入水解吸附池，吸附污泥来自MBR池，污泥回流比为2：1．同时在水解吸附调节池中加曝气设施。(4)反应池1。发酵液悬浮物浓度高，通过在反应池1中投加PAC和PAM与之充分反应，经沉淀池1沉淀后可进一步降低其SS和COD。2、低浓度废水预处理设施(1)格栅池。格栅耙齿间距5mm，用以拦截废水中较大的悬浮物和漂浮物．保护后续设施的稳定运行。(2)调节池。用来均衡水量，均匀水质。3、混合废水处理设施(1)缓冲池。低浓度废水和经过水解吸附的高浓度废水在缓冲池中充分混合后进生化处理池。(2)A／O池。兼性生化处理段对水量、水质的冲击负荷有一定的适应能力，并且将混合废水中的长链有机物打断，为后续的好氧处理创造有利条件。而好氧处理则采用接触氧化法处理。所谓接触氧化法就是在池内装挂填料。经过曝气的废水淹浸全部填料，并以一定的速度流过填料，使填料上长满生物膜，在生物膜及悬浮状态的活性污泥作用下，对废水进行净化。(3)MBR池。本工艺改造的核心技术为MBR技术。运行中好氧池出水采用膜生物反应器法进一步处理。膜生物反应器(MBR)的主要特点是将活性污泥法和膜分离技术有机结合，并以膜组件代替传统污水生物处理工艺中的二次沉淀池，在膜组件的高效截留作用下使泥水彻底分离。由于MBR中的高浓度活性污泥和污泥中特效菌的作用，提高了生化反应速率，减少了剩余污泥产量，并能截留制药废水中的大分子物质。改造工艺主要包括：兼氧阶段、好氧阶段(接触氧化)和膜生物反应阶段。其中，MBR技术是整个水处理工艺的核心技术。由于制药厂发酵滤液浓度高、悬浮物多，废水中含有的有机物主要是丁醇、丙酮、发酵残余的蛋白质以及少量提取不完全的洁霉素，所以首先对其单独进行预处理，以保证后续生化反应正常运行。主要污染物的去除先通过兼性处理．通过水解吸附在降解一部分有机物的同时将高浓度废水中的长链有机物打断，为后续的好氧段创造有利条件．再通过好氧处理将大部分有机物降解。少量难降解的高分子有机物通过膜的截留作用留在MBR池中，通过MBR池中较高的生物量以及相对较长的停留时间来降解。四、总结与展望由前文所述可以看出，由于制药工业废水的多样化，因此采取的处理方法亦是千差万别的。发酵废水是经提取有用物质后的发酵残液，含大量未被利用的有机物组分及其分解产物。BOD一般在3000—14000m/L。发酵过程中采用一些化工原料，废水中含有一定的酸、碱和有机溶剂等。其水质特点使得多数制药废水单独采用生化法处理根本无法达标，所以在生化处理前必须进行必要的预处理。一般应设调节池，调节水质水量和pH，且根据实际情况采用某种物化或化学法作为预处理工序，以降低水中的SS、盐度及部分COD，减少废水中的生物抑制性物质，并提高废水的可降解性，以利于废水的后续生化处理。预处理后的废水，可根据其水质特征选取某种厌氧和好氧工艺进行处理，若出水要求较高，好氧处理工艺后还需继续进行后处理。具体工艺的选择应综合考虑废水的性质、工艺的处理效果、基建投资及运行维护等因素。总的工艺路线为预处理－厌氧－好氧－（后处理）组合工艺。在预处理—厌氧—好氧—后处理的工序中，可根据废水的水量水质等特征，采取相应的组合工艺路线。通过以上对发酵制药工业废水处理的具体例子的论述，不难看出，今后应从以下几个方面进行研究和实践：（1）实行以废治废。如以氯霉素的副产物邻硝基乙苯为燃料，利用邻硝基乙苯燃烧所释放的热量，对维生素C的古龙酸母液进行重结晶处理，回收维生素C和古龙酸，实现以废治废，节约能源之目的。（2）资源回收与再利用。（3）推行绿色化生产工艺和清洁化生产管理，力求实施生产工艺的闭路循环。对药物生产的各个工序进行清洁化生产与管理，消除“漏、滴、跑、冒”等现象；同时，也应考虑物流的闭路循环，努力实现“零”排放。（4）采取清污分流，避免重复污染。（5）开发新型废水处理技术、高效低能耗的废水处理装置，特别是复合反应器的研究开发。（6）在上游生产过程中采用更加先进的生产工艺，提高生产原料的利用率，加强生产过程的控制力度，尽量减少污染物的排放量。参考文献：1朱文杰，陈建华，苏建文，国内发酵类制药废水处理的现状与分析，首届沂蒙科技论坛论文集：287-2902楼菊青，制药废水处理进展综述，重庆科技学院学报(自然科学版)第8卷第4期，2006年12月3廖志民，ＭＢＲ工艺处理发酵类制药废水中试研究，中国给水排水，第２６卷第９期２０１０年５月