生物制藥廢水污染特征及處理方法研究

橙志（上海）環保技術有限公司 張煥杰

一、前言

在新型冠狀病毒肺炎疫情影響下，全社會對醫療及醫藥產業，給予更多地關注和支持。國家重視生物醫藥發展，需大力扶持創新型生物醫藥企業，生物醫藥行業發展前景廣闊。近年來，生物醫藥行業發展迅速，隨之產生的生物制藥廢水已成為環保領域關注的重點污染源之一。因此，對生物制藥廢水處理技術的研究具有重要意義。應按照生物制藥工藝及原理，其中生物制藥主要包括以下四類：發酵類生物制藥、提取類生物制藥、制劑類生物制藥、生物工程類生物制藥。其中應用最為廣泛的是發酵類生物制藥。本文以發酵類生物制藥為例，分析探討生物制藥廢水污染特征及處理技術。

二、生物制藥廢水來源

發酵類生物制藥是利用微生物代謝過程生產藥物，其典型生產工藝為“培養→發酵→過濾→提取→精制”，產生的廢水主要包括以下四類：

（一）工藝廢水

也稱為“發酵廢水”，其中主要包括提取、精制過程中所產生的廢母液及廢水，例如提取廢母液、精制廢母液、純化材料（樹脂等）再生廢水等。該類廢水含有大量未被利用的有機組分及其分解產物，且具有污染物濃度高、存在生物毒性（由于藥物活性成分的殘留）、pH值變化大等特點，從而導致廢水處理難度增加。

（二）生產沖洗排水

其中包括生產過程中設備、地面等沖洗產生的廢水等。該類廢水水質變化較大，廢水中濃度較高地污染物主要為懸浮物，由于沖洗水的稀釋作用，BOD濃度一般在300-2000mg/L。

（三）動力系統排水

主要包括冷卻塔運行、純水及注射用水制備，等過程產生的設備排水等。該類廢水量較大，污染物濃度較低，可通過回用或循環使用等方式減少廢水排放。

（四）生活污水

生活污水來源于員工生活及辦公，不屬于生產廢水。該廢水的水質水量特征與企業的員工人數、工作班制、管理制度等有關。

三、生物制藥廢水污染特征

根據發酵類生物制藥工藝特點及廢水產生環節，其廢水污染特征如下：（1）排污節點較多，各節點排放的廢水污染程度不同，高、低濃度廢水可實現分類收集、排放，有利于清污分流。（2）根據生產批次，高濃度廢水（例如精制廢母液，COD濃度＞10000mg/L）通常間歇排放，該類廢水水量波動較大，溫度、pH值變化較大。（3）成分復雜、碳氮營養比例失衡（碳氮比低）、可生化性較差。因此，發酵類生物制藥廢水不適用于直接進行生物處理。（4）廢水中存在難生物降解物質、殘留抗生素效價及其降解物等。該類物質屬于生化抑制物，將會給廢水的生化處理帶來一定困難；廢水中硫酸鹽濃度過高，會對厭氧細菌造成毒性，從而會導致厭氧反應器的COD降解能力下降。

四、生物制藥廢水處理技術

根據廢水處理原理，目前生物制藥廢水處理方法可分為物化處理、生物處理、物化-生物聯用處理技術等。其中生物處理技術是生物制藥廢水處理的核心。

（一）物化處理技術

物化處理技術，在應用于發酵類生物制藥廢水處理時，是通常作為生物處理工藝的預處理或后處理工序。在生物制藥廢水處理中采用的物化處理方法很多，其中包括凝聚法、吸附法、離子交換法、吹脫法、電解法以及化學氧化還原法等。

應根據制藥廢水水質不同，高氨氮廢水宜采用汽提、蒸發、吹脫等預處理工藝；難降解有機物廢水宜采用化學氧化、鐵碳微電解、精餾等預處理工藝；高含鹽廢水宜采用蒸發方式等。

（二）生物處理技術

生物處理作為生物制藥廢水處理的核心技術，它被廣泛應用于各種類型制藥廢水的處理。根據利用微生物類型的不同，該技術分為好氧生物處理、厭氧生物處理、好氧-厭氧等組合方法。

1.好氧生物處理

各類好氧生物處理方法的特點，及運行處理效果情況見表1。

表1 好氧生物處理方法及特點一覽表

2.厭氧生物處理

厭氧生物處理方法具有可適應性強、負荷高、剩余污泥少等優點。在處理生物制藥廢水方面，厭氧微生物具有不可替代的作用。各類厭氧生物處理方法及特點見表2。目前，厭氧生物處理方法的實際工程應用研究不斷取得顯著效果，使得厭氧生物工藝越來越廣泛應用于制藥廢水處理。

表2 厭氧生物處理方法及特點一覽表

3.厭氧-好氧組合處理

對于廢水的生物處理技術，單采用厭氧生物處理或者好氧生物處理均非最佳選擇。在明確廢水特征的前提下，且可針對性采取厭氧-好氧組合處理。該方法具備以下優勢：厭氧生物處理能去除廢水中大量的有機物和懸浮物，可使生物處理的有機負荷減小、污泥產量降低（從而節省反應容積），并且能提高廢水的可生化性，并為后續的好氧生物處理提供支持，從而提高污染物去除效率。厭氧-好氧組合工藝自20世紀80年代開始，就已逐漸成為處理高濃度有機廢水的主流工藝。在生物制藥廢水處理方面，該處理技術能夠根據實際處理廢水的水質特性、處理工藝的使用范圍靈活組合，還可與物化處理技術相結合，從而以達到更優的處理效果。

（三）典型處理工藝

由于發酵類制藥廢水成分復雜、生物毒性較高、且含有難降解物質，通常采用“物化預處理→生化處理（厭氧、好氧處理）→深度處理”的組合處理工藝。根據不同廢水污染物特性，對應采取的處理工藝分別如圖1、圖2所示。

圖1 發酵類制藥廢水處理工藝流程（預處理+二級組合生化+深度處理）

圖2 發酵類制藥廢水處理工藝流程（預處理+厭氧-缺氧-好氧+深度處理）

五、結束語

生物制藥廢水水質水量波動較大，廢水處理設計單位，在進行廢水處理工藝設計前，應充分收集廢水水質水量及變化規律相關材料、進行全面調查，并進行必要的監測、分析。在實際生產過程中，一方面推行清潔生產減少污染源產生；另一方面針對實際情況開發高處理效率的廢水處理工藝是每個生物制藥企業應踐行的環保之路。