醫(yī)藥化工高鹽廢水的處理技術研究與應用

邱寧 郝景潤(鹽城開元醫(yī)藥化工有限公司，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

醫(yī)藥化工行業(yè)是我國化工行業(yè)的重要組成部分，近年來發(fā)展勢頭迅猛，伴隨醫(yī)藥化工技術的發(fā)展，醫(yī)藥化工廢水，尤其是高鹽廢水的處理難度也成倍增加。由于成分復雜、鹽分高、有毒有害物質多、難降解等特點，導致該類廢水的處理難以形成有效的廢水處理系統(tǒng)[1]。目前，醫(yī)藥化工類高鹽廢水的處理方法主要有物理化學法、生物法、物化—生化組合法等。

1 物理化學法

1.1 電解法

由于高鹽廢水具有極好的導電性，因此電解法被廣泛應用于該類廢水的處理中。電解法的原理是通過外部電源在極板間產(chǎn)生各種自由基與廢水中的有機污染物進行氧化還原反應，從而使水中的有機污染物降解為小分子有機物甚至直接生成二氧化碳和水。劉占孟[2]應用電解法處理染料中間體高鹽廢水，考察了電極材料、電流密度、電解時間等因素對處理效果的影響，試驗結果表明，在一定的試驗條件下，對COD和色度的去除率分別可達65%和70%，去除效果良好。電解法工藝設備少、易操作、運行費用低，是高鹽廢水處理一個合理的選擇方向。

1.2 膜分離法

膜分離法是利用特殊薄膜的選擇透過性將液體中的某些成分，如離子、分子或某些微粒分離出來的方法的統(tǒng)稱。膜分離法主要包括電滲析法、滲透法、反滲透法、超濾等。馬娜等[3]采用電滲析法對油脂基兩性表面活性劑α-癸基甜菜堿進行脫鹽純化，考察了各種因素對脫鹽效果的影響，在最佳運行條件下，α-癸基甜菜堿粗產(chǎn)品脫鹽率可達92%。王京峰等[4]介紹了山東紅日阿康化工股份有限公司“反滲透+離子交換”脫鹽水系統(tǒng)的特點及運行狀況，該系統(tǒng)脫鹽率和回收率分別達到97.5%和72%。但是，由于膜分離法對廢水預處理的要求較高，且單一的膜處理法不能對高鹽廢水中的污染物質進行有效處理，必須與其他方法聯(lián)合使用，因此導致其在高鹽廢水的處理中成本較高，一定程度上限制了該類工藝的發(fā)展。

1.3 蒸餾法

蒸餾法脫鹽最早應用于海水淡化，目前已廣泛應用在工業(yè)高鹽廢水的處理上。其原理是通過對廢水進行加熱，在不同的沸點將廢水中不同組分的有機物分類收集從而達到對廢水降濃除鹽的目的。目前在醫(yī)藥化工高鹽廢水處理中應用較為廣泛的蒸餾技術主要是多效蒸餾技術和膜蒸餾技術。楊家村[5]采用高效三效蒸發(fā)技術處理高鹽廢水，通過對設備進行優(yōu)化，提高了傳熱效率和蒸發(fā)速度，最終對廢水中鹽分的去除率達到了98%以上，為后續(xù)處理創(chuàng)造了有利條件。蒸餾法設備結構簡單、易操作、運行效率高、技術成熟，現(xiàn)已廣泛應用于醫(yī)藥化工高鹽廢水的處理中，但是該技術也存在設備易腐蝕、一次投入和運行成本相對較高的缺點。

1.4 焚燒法

焚燒法是指通過一定方式將高鹽廢水噴入富含氧氣的高溫(通常為800～1000℃)環(huán)境中，使其中的有機物與氧氣發(fā)生化學反應，生成二氧化碳、水、少量有機物分子及性質穩(wěn)定的固體殘渣。采用焚燒法處理醫(yī)藥化工高鹽廢水對廢水的水質具有一定的選擇性，只有當高鹽廢水的COD、熱值、有機成分質量高于一定數(shù)值才適合使用焚燒法進行處理，這類廢水焚燒過程中產(chǎn)生的熱量可以為后續(xù)的反應提供能量，從而大大降低能耗，否則需添加補充助燃材料。王偉等[6]采用焚燒法處理江蘇某廠醫(yī)藥中間體廢水，原水COD在40000mg/L以上，鹽分質量分數(shù)5%以上，焚燒后廢水COD降為150mg/L，直接達到外排標準。焚燒法去除效率高，反應產(chǎn)生的無機鹽可以達到回用標準；但該工藝運行過程中一方面廢水中的鹽類對設備腐蝕嚴重，另一方面反應會產(chǎn)生氮氧化物、二噁英、SO、HCl等有毒有害氣體，需對污染氣體處理達標后才能排放。

2 生物法

生物法處理醫(yī)藥化工高鹽廢水是指通過定向培養(yǎng)的嗜鹽細菌來降解廢水中的有機污染物。該方法處理成本低，處理效率高，對實際應用和理論研究都有重要意義。

2.1 好氧生物法

好氧生物法主要是指好氧微生物和兼性微生物在有氧氣存在的條件下，經(jīng)過一系列的化學反應，將污水中的有機物降解的污水處理方法[7]，主要包括活性污泥法和生物膜法。

采用活性污泥法處理醫(yī)藥化工高鹽廢水的關鍵是通過對活性污泥的長期馴化，培養(yǎng)優(yōu)勢菌種，得到能夠對高鹽廢水中的有機污染物具有良好有機物降解性能的耐鹽微生物。楊健等[8]通過SBR活性污泥法處理石油發(fā)酵工業(yè)高鹽廢水，在COD有機負荷為1.0kg/(kg VSS·d) 時，COD的去除率可達90%以上，BOD5的去除率也穩(wěn)定在95%以上，說明高含鹽量對經(jīng)過馴化的耐鹽活性污泥沒有明顯的抑制作用。

與活性污泥法相比，生物膜法有效菌種數(shù)量多、種類多，對廢水的適應能力和降解能力都得到提高，鹽耐受力也更強。L.Yang等[9]采用生物濾池和滴濾塔處理石油高鹽廢水，試驗過程中，逐步增加原水TOC質量濃度至1000mg/L，逐步增加鹽度至3.4%、3.6%、4%，在HRT為18h，TOC容積負荷為1.5kg/(m3·d)時，TOC去除率達到95%。本試驗也說明了與單一工藝相比，兩段式接觸氧化工藝抗毒性和抗沖擊能力都更強，而且還具有生物相更加穩(wěn)定的優(yōu)點。

2.2 厭氧生物法

厭氧生物法是利用厭氧微生物將污水中大分子有機物降解為低分子化合物，進而轉化為甲烷、二氧化碳的有機污水處理方法。厭氧生物法處理醫(yī)藥化工高鹽廢水的關鍵在于培養(yǎng)馴化出耐高鹽的厭氧微生物，經(jīng)過長期馴化，使厭氧反應器中的耐鹽菌逐漸成為優(yōu)勢菌，使反應器能夠承受一定濃度的高鹽廢水。Lefebvre 等[10]使用UASB對高鹽廢水進行處理，在有機負荷0.5kgCOD/(m3·d)，水力停留時間5d，總固體濃度79g/L的條件下，COD的去除率達到78%，說明采用UASB-好氧工藝處理高鹽廢水能夠提高處理效率，減少運行成本。鄒小玲等[11]通過對厭氧生物反應器鹽度馴化影響因素和厭氧生物反應器處理高鹽廢水的研究進展的介紹，展望了耐鹽菌種的馴化、優(yōu)勢菌種的確定和反應器材料的選擇將是下一步厭氧生物法處理高鹽廢水的研究方向。

3 物化-生化組合法

從目前醫(yī)藥化工高鹽廢水的各類處理技術來看，單獨使用某項技術來將廢水處理達標的難度較大，在實際運行中，一般是多種處理方法聯(lián)用，如物化—生化組合法，才能將廢水處理達標。江蘇鹽城某醫(yī)藥化工廠以生產(chǎn)頭孢類醫(yī)藥中間體為主，該廠產(chǎn)生的高鹽廢水鹽度大于6%，COD大于50000mg/L。該廠采用“薄膜蒸發(fā)+電解+UASB+A/O”工藝對高鹽廢水進行處理，出水COD＜350mg/L，鹽分＜5000mg/L，去除率分別達到了99.3%和91.7%。

另外，“新型鐵碳裝置+PSB生化”處理工藝[12]由于其對醫(yī)藥化工高鹽廢水良好的處理效果，也越來越得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關注。與傳統(tǒng)鐵碳裝置相比，新型鐵碳裝置優(yōu)化了鐵碳填料的構造，采用了高碳扁狀生鐵塊，解決了填料“結疤”“鈍化”的問題；另外，該裝置還設置了內(nèi)外筒體及特殊的導流裝置，增加了污水在設備中的停留時間，從而達到更好的處理效果。新型鐵碳裝置的COD去除率可達40%以上，B/C值提高0.1～0.3，色度去除率在80%以上。PSB生化處理系統(tǒng)是指以具有原始光能合成體系、能在厭氧條件下進行不放氧光合作用的光合細菌組成的生化處理系統(tǒng)。對于進水濃度6000～10000mg/L、鹽分45000mg/L的廢水而言，該系統(tǒng)的CODCr去除率可達70%以上。另外，該系統(tǒng)還具有負荷高、抗沖擊性強、能耗低、占地面積小等優(yōu)點。浙江貝得藥業(yè)有限公司采用“新型鐵碳裝置+芬頓反應+PSB生化系統(tǒng)+A/O生化系統(tǒng)”組合工藝處理制藥廢水，進水水質CODCr20000mg/L，鹽分30000mg/L，處理后CODCr＜500mg/L，達到國家三級排放標準。

4 結語

膜分離法、蒸餾法和焚燒法等物理化學方法可以有效去除醫(yī)藥化工高鹽廢水中的鹽分和有機污染物。但膜分離法膜成本較高，對廢水預處理要求高，而且存在二次污染的問題；蒸餾法可回收廢水中的無機鹽，但設備一次投入高，運行成本高，設備易腐蝕；焚燒法有機物去除率高，反應產(chǎn)生的無機鹽可達回用標準，但也存在設備腐蝕嚴重和廢氣二次污染的問題；電解法對高鹽廢水中有機物的去除效果良好，且設備少、易操作、運行費用低，但是處理出水往往還需要進一步處理才能達標排放。可見，物理化學法需與生物法聯(lián)用才能更好地去除醫(yī)藥化工高鹽廢水中的有機污染物，做到達標排放。如何優(yōu)選不同的物理化學法和生物法組合工藝，以最大程度兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益將成為醫(yī)藥化工高鹽廢水處理下一步的研究方向。