抗生素是人类控制感染性疾病、保障身体健康及防治动植物病害的重要化学药物。抗菌素的生产始于第二次世界大战期间。我国自20 世纪50 年代初开始生产抗生素以来,产量年年增加,现已成为世界上主要的抗生素制剂生产国之一 。目前抗生素生产中在抗菌素的筛选和生产、菌种选育等方面仍存在着许多技术难点,从而出现原料利用率低、提炼纯度低、废水中残留抗菌素含量高等诸多问题,造成严重环境污染。
1、抗生素制药废水的来源及特点
抗生素生产包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学方法提取、精制等过程。以粮食或糖蜜为主要原料生产抗生素的废水主要来自分离、提取、精制纯化工艺的高浓度有机废水,如结晶液、废母液等,种子罐、发酵罐的洗涤废水以及发酵罐的冷却水等 。因此,废水有CODCr 含量高、存在生物毒性物质、色度高、p H 波动大、间歇排放等特点,是治理难度大的有毒有机废水之一。
2、抗生素制药废水处理方法
抗生素制药废水处理方法可归纳为以下几种:化学处理方法、物化处理方法、生物处理方法以及多种方法的组合处理等。现分别就各种方法的优势及不足进行分析。
2. 1、化学处理方法
在抗生素制药废水的化学处理方法中,采用臭氧氧化的方法能提高抗生素废水的BOD5 / COD 比值,同时对COD 有较好的去除率 。如Isil AkmehmetBalcioglu 等对3 种抗生素废水,包括2 种人类使用的抗生素和1 种兽医用抗生素的废水进行臭氧氧化处理,并研究了p H、进水COD 值和过氧化氢的加入量等因素对臭氧氧化过程的影响。结果显示,对于兽医用的抗生素,在臭氧用量为2. 96 g/ L 时,BOD5 / COD 从0. 077 增加至0. 38 ,而对于人类使用的抗生素,该比值分别是从0 到0. 1 和0 到0. 27 。同时结果显示在不调整废水p H 值的情况下,3 种废水的臭氧氧化过程均可以获得75 %以上的COD去除率。
2. 2、物化处理方法
由于抗生素生产废水成分复杂、有机物含量高、含有少量的残留抗生素,在采用生化处理时,残留抗生素对微生物的强烈抑制作用可造成废水处理过程复杂、成本高和效果不稳定。因此在抗生素废水的处理过程中,直接采用物化处理方法或作为后续生化处理的预处理方法以降低水中的悬浮物和减少废水中的生物抑制性物质。目前应用的物化处理方法主要包括混凝 、反渗透和膜过滤等。
直接应用好氧法处理抗生素制药废水仍需考虑废水中残留的抗生素对好氧菌存在的毒性,以减少因此引起的好氧菌受抑制、运行成本高及处理效果不甚理想等问题。
2. 3、厌氧处理方法
由于厌氧处理过程中起主要代谢作用的产酸菌和产甲烷菌具有相对不同的生物学特征,因此可以分别构造适合其生长的不同环境条件,利用产酸菌生长快、对毒物敏感性差的特点将其作为厌氧过程的首段,以提高废水的可生化性,减少废水的复杂成分及毒性对产甲烷菌的抑制作用,提高处理系统的抗冲击负荷能力,进而保证后续复合厌氧处理系统的产甲烷阶段处理效果的稳定性。
经单独的厌氧方法处理后的出水COD 仍较高,难以实现出水达标,一般采用好氧处理以进一步去除剩余COD。目前仍需加强高效厌氧反应器的开发设计及作深入的运行条件研究。
2.4、厌氧- 好氧处理方法及与其他方法的组合
由于单独的好氧处理或厌氧处理往往不能满足要求,而厌氧- 好氧处理方法及其与其他方法的组合处理工艺在改善废水的可生化性、耐冲击性、投资成本、处理效果等方面表现出的明显优于单独处理方法的性能,使其成为制药废水的主要处理方法。杨俊仕等采用水解酸化- AB 生物法新工艺处理多品种抗生素废水,工艺流程短,节能,处理费用也低于同种废水的化学絮凝- 生物法处理方法。
任立人等采用两相厌氧- 气提与H2 S 气体净化- 好氧生化法处理青霉素含硫有机废水研究取得较好的效果。在日处理200 m3 废水规模的工业性试验装置系统中,厌氧出水进一步经过好氧生化处理,废水COD 总去除率可达到93. 1 %。试验中提出的净化甲烷气体吹脱- 回流稀释法有效地控制了厌氧处理过程S2 - 的毒性影响,沼气中的H2 S 最终还被回收为硫磺副产物。买文宁等采用预处理系统、厌氧生物处理系统和好氧生物处理系统的综合处理技术对年产量为450 t 、以生物发酵法生产乙酰螺旋霉素为主的华中医药集团废水进行处理,由于该处理工程在厌氧处理过程中日产沼气6 260 m3 ,用于烘干制药过程中产生的菌丝蛋白以生产饲料添加剂,每年可以获得112. 7 万元的经济效益,从而使单元日处理费用降低至0. 86 元/ m3 。
3、结 语
抗生素制药废水是含难降解物质、生物毒性物质及高S 和N 的有机废水。在抗生素制药废水处理中,应针对废水中的高浓度硫酸盐和残留抗生素等生物抑制性物质,开展厌氧毒性分析及毒性物质对厌氧过程的抑制及降解特征等方面的研究,在了解废水水质的基础上,可采取较为理想的处理方法,如厌氧—好氧及其与其他新方法的组合处理工艺。目前厌氧、好氧处理的单元操作较多,亟待研究高效低耗的厌氧—好氧复合反应器,并建立生产性处理示范装置,确定最佳运行参数。
此外,针对抗生素制药废水可生化性差的特点,可以与其他可生化程度较高的废水,如城市生活污水或其他的食品工业废水等共同处理,开展废水的综合防治,降低处理浓度和处理成本。同时,在抗生素生产过程中,应加强清洁生产工艺的研究,提高原料的利用率以及中间产物和副产品的综合回收利用率。