抗生素廢水處理工藝研究綜述

羅 婷，杜 歡

（鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

如今，我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，人民生活水平不斷提高，人們對健康有了更高的要求。伴隨著這種需求，制藥行業(yè)悄然興起，制藥工廠林立。制藥行業(yè)雖然蓬勃發(fā)展，但是對環(huán)境造成了嚴重的負面影響。當前，我國有大量抗生素生產(chǎn)企業(yè)，其排放的廢水污染很多水體，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，抗生素廢水的處理已經(jīng)迫在眉睫。

1 抗生素簡介和廢水水質(zhì)特征

1.1 抗生素簡介

抗生素常見于日常生活中，可以有效幫助人類治愈疾病。20世紀20年代末，它開始進入人們的視線，現(xiàn)在種類繁多。近年來，抗生素在醫(yī)院被廣泛使用，在臨床醫(yī)藥上扮演著越來越重要的角色[1]。但是，抗生素會帶來環(huán)境危害，人們需要探尋相應(yīng)的方法來加以解決。

抗生素通常采用發(fā)酵法制作工藝，其一般制作工藝流程如圖1所示。

圖1 抗生素一般制作工藝

由圖1可以看出，抗生素制作流程比較繁瑣，制作過程可能導(dǎo)致出水含有許多雜質(zhì)，給后續(xù)治理帶來極大的難度。

1.2 抗生素廢水特征

抗生素廢水成分復(fù)雜，雜質(zhì)較多，pH波動大，而且具有一定的生物毒性，對治理過程中的微生物有一定的毒性作用[2]?？股貜U水的特性導(dǎo)致處理工藝難度的增大，同時也增大了治理成本，但人們似乎還沒有完全意識到治理抗生素的重要性，目前濫用抗生素現(xiàn)象依然普遍存在。

2 國內(nèi)外抗生素廢水處理工藝

2.1 生物處理技術(shù)

常用于抗生素廢水處理的生物技術(shù)一般為好氧、厭氧技術(shù)，也有好氧與厭氧相結(jié)合的技術(shù)。

2.1.1 好氧生物處理法

早在20世紀40年代，歐美等國家大都使用好氧生物技術(shù)治理抗生素廢水。好氧生物法具有處理過程周期短、速度快、污染少等優(yōu)點[3]。但是，處理高濃度抗生素廢水時，該法有很大的局限性。一般需要先用水稀釋，才能進行后續(xù)處理，這就造成成本增加、水資源浪費，而且處理效果很難達到預(yù)期。

（1）活性污泥法。1913年，英國人發(fā)明了活性污泥法，經(jīng)過前人的研究與發(fā)展，其處理效果日益完善，對化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）的去除率均可以達到95%?；钚晕勰喾ㄊ悄壳皯?yīng)用最為廣泛的好氧生物處理技術(shù)，程序簡單，設(shè)備要求低，適用于治理中型污水。但該法工作量大，對外界環(huán)境的適應(yīng)性不強，容易發(fā)生污泥膨脹，造成處理效果低下。

（2）序批式活性污泥法（SBR）。SBR法其實就是活性污泥法的變形，是序批式活性污泥法的簡稱。所有的反應(yīng)都在SBR反應(yīng)池進行。進水階段是SBR反應(yīng)器的廢水處理過程。適用于治理小型污水。該法處理效果穩(wěn)定，凈化效果好，設(shè)備簡單，占地面積少，現(xiàn)在已經(jīng)被許多制藥企業(yè)選作廢水處理核心技術(shù)。但SBR法自動化要求高，電能損耗大，設(shè)備閑置率高，且很難處理大型連續(xù)廢水。

（3）生物接觸氧化法。生物接觸氧化法是一種新興工藝，起源于20世紀70年代，是從生物膜法改良而來。該法減少了剩余污泥的產(chǎn)生，治理周期短，占地面積小，方便維護。但生物膜容易脫落，影響水質(zhì)，也容易堵塞填料，而填料的存在也會影響曝氣與攪拌的進行。

2.1.2 厭氧生物處理

厭氧生物處理是指兼性菌或厭氧菌在沒有氧存在的條件下通過發(fā)生作用處理污水的技術(shù)。厭氧生物處理是多種微生物在厭氧環(huán)境下共同作用將有機物分解成碳源，釋放能量的過程。厭氧生物處理不要求供給氧氣，能量消耗小，還可以產(chǎn)生沼氣等清潔能源，污泥產(chǎn)量極低。但第一次啟動時間長，需要8周以上，對有毒物質(zhì)處理效果不佳，沼氣還會發(fā)臭，對周邊居民生活造成影響。對于BOD5超過2 000 mg/L的廢水，人們一般可以考慮使用厭氧技術(shù)。近些年來，厭氧生物處理技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)許多新工藝。

UASB其實是一個反應(yīng)器，于1977年被荷蘭人發(fā)明。進入污泥床底部的廢水，在厭氧條件下與污泥混合接觸，通過微生物作用將有機物分解，轉(zhuǎn)化為氣體。小氣泡不斷上升融合成大氣泡，氣泡在污泥床上層不斷攪動，污泥懸浮在表層。在繼續(xù)上升的過程中，氣體會與接觸擋板相撞，會率先離開這個狀態(tài)，從排氣管中排出，液體跟污泥則會下沉，在沉淀池里進行分離，液體從上面流出，污泥則從下面流出。UASB不需要外帶氧源，造價低廉，在反應(yīng)器里進行的反應(yīng)不容易被外界因素影響。但是，一旦廢水中的SS過高時，該法的去除效果就會受到影響，效率就會變得低下。

2.1.3 厭氧-好氧處理法

一般的處理工藝在處理抗生素廢水時，由于抗生素廢水廢渣多、濃度高，想要達到預(yù)期效果十分困難。因此，在實際工程應(yīng)用中，人們一般會把好氧跟厭氧組合成聯(lián)合工藝，以改善廢水處理結(jié)果。與單一工藝相比，這種聯(lián)合工藝可以針對廢水中的每一項不同指標進行修改，選用不同的工藝針對不同的廢水，處理效率明顯提高，出水結(jié)果也能達到預(yù)期。

2.2 物化處理方法

物理法一般有格柵去除、混凝法、沉淀法、吸附法、氣浮法、汽提法等[4]。

2.2.1 格柵去除

把粗、細格柵安裝在廢水的進水口，除掉一些大顆粒物質(zhì)跟SS，防止管道管路被這些雜質(zhì)堵塞，常把格柵當作廢水治理的第一步，以免在后面的治理工程中出現(xiàn)問題。

2.2.2 混凝法

該法是通過預(yù)先向廢水中添加化學(xué)藥劑，使膠體脫穩(wěn)，在分子間作用力下，使脫穩(wěn)膠體生成微小的聚集體，并與水中細微懸浮物絮凝，最終借助重力作用去除雜質(zhì)的方法。該法在凈化抗生素廢水中扮演著重要角色，對于去除細微懸浮物狀態(tài)下的有機和無機污染物具有顯著效果?；炷ㄈ菀资艿絧H、水溫、濁度、共存雜質(zhì)等影響。該法雖然在去除懸浮物方面效果顯著，但投入的藥劑量不當也會對水體造成污染，占地面積較大，浪費空間，并且還需要考慮到水質(zhì)變化時，藥劑投加種類的變化，操作麻煩，費時費力。

2.2.3 沉淀法

由于懸浮物跟水的重力不同，含有大量顆粒物的廢水，人們可利用重力作用將雜質(zhì)高效簡單去除。這種方法操作簡單，運行方便，在去除懸浮物方面的效果很好。

2.2.4 吸附法

吸附法是利用固體材料多孔的特性，將廢水中的污染物吸附去除，從而達到去除雜質(zhì)、凈化廢水的目的。吸附法的優(yōu)點在于可以回收部分材料，大大節(jié)約資源。相關(guān)研究表明，如果把廢水進行吸附預(yù)處理，那么廢水的凈化效率可以大大提高。

2.2.5 氣浮法

氣浮法主要是通過各種方法讓廢水中充滿微小氣泡，氣泡擴散分布到整個池子中，形成一個三種相態(tài)的共存模式，然后通過各種作用讓廢水中的細小雜質(zhì)融入氣泡中，隨著氣泡的上浮，雜質(zhì)也上浮，方便去除。氣浮池對輕小型雜質(zhì)的去除效率極高，但是對大型雜質(zhì)的去除效果不好，而且建造費用高，設(shè)備維護貴，一般用在中小型廢水的治理上。

2.3 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法一般用來對廢水進行消毒，屬于三級處理，具有處理效率高、周期短、處理量大等優(yōu)點。

2.3.1 化學(xué)氧化還原法

化學(xué)氧化還原法就是使廢水中有毒有害的污染物與所添加的化學(xué)藥劑發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，從而使這些污染物轉(zhuǎn)化成低毒甚至無毒的物質(zhì)。因為抗生素廢水含有一定的生物毒性，用化學(xué)氧化法進行預(yù)處理，能有效降低廢水對微生物成長的抑制作用，而且廢水在處理過后無異味，藥劑也簡單易得。但是，藥劑的成本不容忽視，藥劑的投加量必須精確把握，否則會再次污染水質(zhì)。

2.3.2 Fenton氧化法

Fenton氧化法在處理難降解有機廢水方面有一定的優(yōu)勢，但對COD的去除效果一般，如果將該法作為單獨的工藝來使用，費用過于昂貴，現(xiàn)在一般都跟其他工藝聯(lián)合起來使用。

2.3.3 中和法

工業(yè)廢水呈酸性或堿性是常態(tài)，為了保證后續(xù)過程pH的穩(wěn)定，這些廢水就不能直接進入反應(yīng)池，必須先進行中和處理。一種方法是投加石灰等中和試劑，即向堿性廢水中投酸，向酸性廢水中投堿，使廢水中和，達到酸堿平衡。另一種方法是混合酸、堿兩種屬性廢水，通過廢水自帶的酸堿混合，讓廢水呈現(xiàn)中和狀態(tài)。

2.3.4 臭氧氧化法

臭氧是一種強氧化劑，臭氧氧化法的本質(zhì)就是利用臭氧的強氧化性對水體進行消毒處理。除了用于廢水治理，現(xiàn)如今這項工藝已經(jīng)應(yīng)用到人們的日常生活中。目前，臭氧合成技術(shù)不夠先進，人們無法在減小能耗的基礎(chǔ)上大規(guī)模生產(chǎn)臭氧，如果人們能發(fā)明一種低耗生成臭氧的方法，這種工藝會應(yīng)用得更廣泛。

2.3.5 光催化氧化法

光催化氧化法一般用在大型工廠，投資巨大。該法可以顯著降低廢水中的有機物濃度，不需要考慮二次污染，但處理對象單一，很難同時處理多種廢水。

2.3.6 電化學(xué)法

電化學(xué)法也就是電鍍廢水，實質(zhì)就是給廢水通電，利用電流使得廢水中的污染物在陰、陽兩級發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終污染物被氧化，達到處理的目的。電化學(xué)法的優(yōu)點是操作靈活，排污少，而且面向污染物的范圍廣。缺點就是電力損耗比較大，但隨著風(fēng)力等清潔電能的開發(fā)，電能會越來越充足，電化學(xué)法應(yīng)用還是有一定前途的。

3 結(jié)語

制藥行業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，對環(huán)境造成的影響卻日益嚴重。目前，我國有300多家抗生素生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的20%，廢水排放量大，加劇了水體污染。這就要求抗生素生產(chǎn)企業(yè)必須加大技術(shù)研發(fā)和引進力度，綜合運用各種抗生素廢水處理工藝，避免水體被污染，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展，為建設(shè)美麗中國貢獻力量。

1 姜友蕾，姜 棟，宋雅建.UASB-絮凝-SBR處理高含量頭孢類抗生素廢水[J].水處理技術(shù)，2012，38（10）：65-69.

2 吳 靜，趙宇菲，曹炯準.某頭孢制藥廢水的水質(zhì)指紋特征[J].光譜學(xué)與光譜分析，2016，6（4）：15-19.

3 Gillot S，Héduit A.Effect of air flow rate on oxygen transfer in an oxidation ditch equipped with fine bubblediffusers and slow speed mixers[J].Water Research，2000，34（5）：1756-1762.

4 王路光，賈 璇，王靖飛.EGSB工藝處理青霉素生產(chǎn)廢水實驗研究[J].水處理技術(shù)，2009，35（2）：92-96.