高毒高濃度醫藥化工廢水預處理技術探討分析

摘要：探討醫藥化工廢水處理中解毒的關鍵任務，著重分析目前最廣泛應用的Fenton氧化工藝和新型的MCHS生物預處理工藝，并比較評估這2種工藝在廢水處理中的優劣勢和應用前景。結果顯示，MCHS生物預處理工藝相較于Fenton氧化工藝具有較高的效果，對COD的去除率為70%～85%、總氮的去除率為20%～40%。由于MCHS生物預處理工藝具有運行成本較低、過程控制簡單、安全性高、抗沖擊能力強等優點，因此通過深入研究和探討希望能為高毒性、高濃度化工廢水的預處理提供有益的參考和指導，進一步推動環境保護和可持續發展的進程。

關鍵詞：醫藥化工廢水；Fenton氧化；MCHS生物預處理；環境保護

引言

隨著醫藥化工行業的迅猛發展，高毒性、高濃度的醫藥化工廢水成為環境保護和可持續發展急需解決的重要問題。醫藥化工廢水中含有大量的有機物質和有毒害物質，可對環境和生態系統造成嚴重威脅。因此，對于高毒性、高濃度醫藥化工廢水的有效預處理成為了迫切需求。

在醫藥化工廢水預處理領域，Fenton氧化工藝和新型的MCHS生物預處理工藝是2種備受關注的技術。Fenton氧化工藝以其高效、快速的特點，廣泛應用于廢水處理領域。該工藝通過產生強氧化劑羥基自由基，在廢水中有效降解有機物質，使其轉化為無害物質。由于高毒性、高濃度化工廢水中的有機物種類繁多且濃度較高，Fenton氧化工藝在處理醫藥化工廢水時可能面臨效果不佳、處理時間長等問題。

為了克服Fenton氧化工藝的局限性，新型的MCHS生物預處理工藝（高階菌群多向催化生物反應）逐漸嶄露頭角[1]。該工藝利用特定的微生物菌種對廢水中的有機物進行生物降解，具有較高的處理效果和生物降解能力。MCHS生物預處理工藝在高毒性、高濃度醫藥化工廢水預處理中表現出良好的應用前景，能夠有效解除醫藥化工廢水中的微生物毒性，提高醫藥化工廢水的可生化性。

1醫藥化工廢水概述

醫藥化工廢水是指在醫藥和化工生產過程中產生的廢水，其中含有大量的有機物質、無機鹽和有害物質[2]。醫藥化工行業是一個高污染、高能耗的行業，其廢水的處理對環境保護和人類健康至關重要。醫藥化工廢水的主要特點是復雜性和高濃度。由于醫藥生產中使用的藥物原料、試劑和中間體等含有多種有機物質，其中部分為難降解的有機物，并且化工生產中使用的溶劑和催化劑也含有大量有機物質，因此這些有機物質在醫藥化工廢水中的濃度通常較高，使得醫藥化工廢水處理更加困難。

醫藥化工廢水中包含了生產過程的有機溶劑、醫藥化工產品等有機污染物，而這些有機物中的大部分都有較高的生物毒性，因此如果直接采用常規生化系統處理醫藥化工廢水，不僅會導致生化系統出現異常，還可能會導致污水處理系統崩潰。另外，醫藥化工廢水中還含有金屬離子、重金屬離子和其它有害物質，既會對水體和生態系統產生毒害性，又會對水環境造成嚴重的污染和破壞。因此，需對醫藥化工廢水進行一定的預處理，并在預處理過程中把廢水中的毒性物質分解或降解，降低廢水的微生物毒性，從而保證后端常規生化系統的正常運行。

2高濃度化工廢水預處理工藝介紹

預處理工藝作為保護后端常規系統受到毒性沖擊的一道屏障，在醫藥化工廢水處理中有著至關重要的作用。目前，高濃度醫藥化工廢水預處理的工藝主要有高級氧化工藝（鐵碳-Fenton氧化工藝、Fenton氧化工藝、臭氧氧化工藝和濕式氧化工藝等）、生化處理工藝（好氧生物預處理、厭氧反應器工藝）和脫鹽預處理工藝（蒸發工藝、膜過濾工藝）等。其中，高級氧化工藝中濕式氧化工藝因涉及高溫高壓造價和運行成本均較高，因而應用最為廣泛的主要是鐵碳-Fenton氧化工藝和Fenton氧化工藝；生化處理工藝中厭氧反應器因對毒性敏感，使得醫藥化工廢水無法采用厭氧工藝，因而好氧生物預處理工藝，即MCHS生物預處理工藝，在高濃度醫藥化工廢水中的應用較多；脫鹽預處理工藝是目前廢水處理中對鹽分去除最有效果的工藝，若排放標準對鹽分限定較嚴，且原水鹽分＞8%，則必須要采用脫鹽裝置[3]，由于脫鹽裝置處理廢水后，出水還是有一定的微生物毒性，因而應用該工藝處理高濃度醫藥化工廢水時需謹慎。

3微電解-Fenton氧化預處理和MCHS生物預處理工藝對比

醫藥化工廢水的處理中最首要的任務即為解毒，目前最廣泛的解毒工藝即為Fenton氧化工藝（包括微電解-Fenton氧化預處理工藝等），另外就是新型的MCHS生物預處理工藝。

Fenton氧化工藝是一種基于過氧化氫和鐵離子的反應機制，它能有效地降解醫藥化工廢水中的有機污染物。在該工藝中，過氧化氫與鐵離子反應生成高活性的羥基自由基，同時這些自由基能夠迅速氧化廢水中的有機物，將其分解為較小的無毒物質。Fenton氧化工藝具有處理效率高、反應速度快、操作簡便等優點，因此被廣泛應用于醫藥化工廢水的解毒處理中。

MCHS生物預處理工藝是改進后的傳統厭氧消化工藝，它通過利用特定的微生物群落來降解醫藥化工廢水中的有機物。MCHS生物預處理工藝中的微生物可將有機物分解為CO2和H2O，從而實現廢水的解毒處理。相比傳統的厭氧消化工藝，MCHS生物預處理工藝具有更高的解毒效率和穩定性。此外，MCHS生物預處理工藝還能夠有效地去除醫藥化工廢水中的氮、磷等營養物質，減少對環境的污染。

盡管Fenton氧化工藝和MCHS生物預處理工藝在醫藥化工廢水處理中取得了顯著的成果，但仍存在一些挑戰。Fenton氧化工藝，如微電解-Fenton氧化預處理工藝中需要添加大量的鐵離子和過氧化氫，造成了較高的成本；MCHS生物預處理工藝對微生物群落的穩定性和適應性要求較高，需要更多的研究和改進。

3.1技術原理

3.1.1 微電解-Fenton氧化預處理工藝

由于Fenton氧化過程的自由基降解污染物是非特異性過程，自由基會優先攻擊小分子有機化合物，導致Fenton氧化工藝對大分子的降解效果較差，因此Fenton氧化工藝對高濃度廢水的解毒效果較差，且效果不穩定。為了解決Fenton氧化工藝對高濃度廢水的解毒效果不理想以及效果不穩定的問題，研究人員對微電解和Fenton氧化工藝進行了聯用，形成了微電解-Fenton氧化聯用工藝即微電解-Fenton氧化預處理工藝。微電解-Fenton氧化預處理工藝充分利用了微電解的優點和Fenton氧化的有效性，針對高濃度廢水的處理提供了更為可靠和有效的解決方案。如，鐵碳微電解工藝與Fenton氧化工藝聯用，已被證實相對于單獨使用微電解工藝在去除成分復雜的廢水方面具有更高的效果[4][5]，尤其是對CODCr、脫色和可生化性的去除具有更為明顯的優勢。

相較于僅僅投加Fenton試劑中的Fe2+，微電解- Fenton氧化預處理工藝不僅能夠節約藥劑成本，還能達到廢物利用的目標，因而被廣泛應用于預處理高濃度廢水[6]，尤其適用于處理高鹽、高濃度、難降解、高色度、具有強烈氣味和高毒性的廢水。微電解工藝通過電解過程產生的電解氧化劑，如氫氧根離子等，能夠快速分解有機物，促使廢水中的CODCr、脫色物質、可生化性物質得到有效去除；Fenton氧化工藝則利用過氧化氫和鐵離子的反應產生強氧化劑羥基自由基，能夠對廢水中的有機污染物進行高效氧化降解。

由于Fenton氧化工藝的非特異性過程，其自由基更容易攻擊小分子有機化合物，對于大分子有機物的降解效果較差。然而，通過與微電解工藝聯用，微電解過程在廢水中產生的電解氧化劑可以切斷大分子有機物的結構，使其更易于被Fenton氧化劑降解。這樣，在微電解-Fenton氧化預處理工藝中，微電解起到了預處理的作用，將廢水中的大分子有機物部分降解為小分子有機物，使Fenton氧化更加高效和穩定[7]。微電解-Fenton氧化預處理工藝不僅能夠有效去除高濃度廢水中的有機污染物，還能夠解決廢水中的顏色、氣味等問題。同時，與傳統的Fenton試劑投加Fe2+相比，聯用預處理工藝不僅能節約藥劑成本，還能提高廢水處理的效率和降解效果，實現以廢治廢的目的，減少對環境的二次污染。

3.1.2" MCHS生物預處理工藝

MCHS預處理工藝是基于高效的嗜耐鹽電化學活性菌種而建立的一種新型好氧生物預處理技術。MCHS菌種的種子菌種優選自高污染、深海、極地等特殊環境，MCHS菌種耐受鹽分4%～8%、耐受溫度55～57℃、耐受pH值區間6.0～9.5，可高效降解醫藥化工廢水中的有機污染物，如DMF、DMSO、三乙胺、吡啶、哌嗪、苯胺、硝基苯、四氫呋喃、甲苯、氯苯等。MCHS菌種在耐受污染物過程中，通過自身的快速繁殖來降解廢水中的污染物，而污染物被分解后毒性隨之也會降低。

基于MCHS技術建成的MCHS生物反應器，可以去除50%～90%的COD和 35%～40%

的總氮[8]，解除醫藥化工廢水的微生物毒性，保障后續常規活性污泥系統穩定運行，因此在醫藥化工廢水處理領域的應用潛力巨大。由于MCHS菌種的種子菌種來自于高污染的環境，使得它們對廢水中的污染物有出色的降解能力。MCHS菌種在預處理過程中，能通過自身快速繁殖的能力，迅速降解廢水中的有機污染物[9]。因此，這樣的循環效應使得MCH生物預處理工藝能夠在較短的時間內大幅度降低醫藥化工廢水中的COD濃度，改善廢水的品質，減少廢水對環境的污染。

此外，由于醫藥化工廢水中的有機污染物往往會對后續的常規活性污泥系統造成很大影響，導致其運行不穩定甚至崩潰。而經過MCHS生物預處理后，醫藥化工廢水中的有機污染物得到大幅降解，微生物毒性也隨之減少，從而保障了后續常規活性污泥系統的穩定運行。

3.2 工藝指標對比

微電解-Fenton氧化預處理工藝和MCHS 生物預處理工藝在醫藥化工廢水處理過程中各有優劣。選擇合適的方法取決于廢水的特性、處理需求及經濟和環境考慮。無論哪種方法，都應該在盡可能減少對環境的污染的前提下，實現高效、經濟和可持續的醫藥化工廢水處理。微電解-Fenton氧化預處理工藝和MCHS生物預處理工藝的指標對比，如表1所示。

3.3" 技術經濟指標分析

以150 m3/d的流量（COD濃度按30000 mg/L

計）為例，對比微電解-Fenton氧化預處理工藝和MCHS 生物預處理工藝的技術經濟指標，按照新建反應罐體的價格作為估算。如表2所示，從技術經濟指標的角度來看，微電解-Fenton氧化預處理工藝在處理效果和反應速度方面更加優越，適用于對于水質要求較高的廢水處理場合[10]；MCHS 生物預處理工藝在投資成本和能耗方面具有一定的優勢，適用于中小型廢水處理廠。此外，微電解-Fenton氧化預處理工藝的運維成本較高，需要定期添加鐵離子和過氧化氫，增加了運營成本[11]。

3.4 MCHS生物預處理工藝優勢

MCHS生物預處理工藝在高濃度醫藥化工廢水預處理中具有很明顯的優勢。按照150 m3/d、1年按365d計，MCHS生物預處理工藝為生物解毒可有效解除廢水中的微生物毒性，抗沖擊能力強；MCHS生物預處理工藝對廢水中的COD去除率為70%～85%，總氮去除率為20%～40%，高于微電解-Fenton氧化預處理工藝；MCHS生物預處理工藝運行過程簡單，而微電解-Fenton氧化預處理工藝要控制pH值控制難度大；MCHS生物預處理工藝不涉及危險廢物和危險化學品，安全性高于微電解-Fenton氧化預處理氧化工藝；MCHS生物預處理工藝年運行費82萬元，微電解-Fenton氧化預處理工藝年運行費274～438萬元（每年高200萬元以上）；MCHS生物預處理工雖然藝建設成本高，但綜合運行成本后，從第2年開始，Fenton氧化預處理工藝的費用就大于MCHS生物預處理工藝的費用。

結論

Fenton氧化工藝在高毒性、高濃度醫藥化工廢水預處理中具有廣闊的應用前景。該工藝通過產生強氧化劑羥基自由基，能夠高效降解廢水中的有機物，使COD和總氮的去除率顯著提高。由于Fenton氧化工藝具有操作簡便、反應時間短、處理效果穩定等優點，因此在醫藥化工廢水處理領域得到了廣泛應用。隨著技術的進一步完善和成本的降低，Fenton氧化工藝的應用前景更加可觀。

新型的MCHS生物預處理工藝在高毒性、高濃度醫藥化工廢水預處理中也展示出良好的應用前景。該工藝可利用特定的微生物菌種對廢水中的有機物進行降解，具有較高的生物降解能力。研究結果表明，MCHS生物預處理工藝能夠有效解除廢水中的微生物毒性，提高廢水的可生化性。由于MCHS生物預處理工藝具有低運行成本、對環境友好和操作簡便等優勢，因此在高毒性、高濃度醫藥化工廢水預處理領域更具有廣泛的應用前景。

總之，無論是Fenton氧化工藝還是新型的MCHS生物預處理工藝，在高毒性、高濃度化工醫藥廢水預處理方面都展示出了良好的應用前景。在實際應用中，應根據廢水的特性和處理需求選擇合適的工藝。同時，也可結合2種工藝的優勢進行聯合應用，以達到更好的預處理效果。但這些還需要進一步的研究和優化，以提高工藝的經濟性和環境友好性，并適應不同廢水處理需求的實際應用。

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作者簡介

林寶春（1977—），男，漢族，浙江杭州人，工程師，大學本科，研究方向為廢水處理及環境污染治理技術等。