生物酶催化技術(shù)在制藥廢水處理中的應(yīng)用

齊愛玖，洪敏文，孫祥章

（福州晨翔環(huán)保工程有限公司，福州 350002）

生物酶催化技術(shù)在制藥廢水處理中的應(yīng)用

齊愛玖，洪敏文，孫祥章

（福州晨翔環(huán)保工程有限公司，福州 350002）

針對(duì)制藥廢水的特性及處理工藝普遍存在的問題，提出應(yīng)用生物酶催化技術(shù)處理制藥廢水的方法，可以高效迅速降解污染物，提高污染物去除效率，減少投資及處理費(fèi)用，為制藥廢水處理的技術(shù)升級(jí)與工藝探索提供新思路。

生物酶催化技術(shù);制藥廢水;達(dá)標(biāo)排放

近幾年來，我國各類醫(yī)藥化工及保健品制造業(yè)迅猛發(fā)展，而在制藥過程中排放的大量有毒有害廢水卻嚴(yán)重危害著人們的健康。制藥廢水已成為重要的污染源之一。制藥廢水除具有高濃度難降解有機(jī)廢水的有機(jī)物濃度高、難于生物降解的基本特點(diǎn)外，還具有含鹽量較高這一突出特點(diǎn)，從而使其處理難度加大。目前對(duì)制藥廢水的治理機(jī)理及處理技術(shù)都有研究，而且對(duì)含鹽量的影響、生物處理技術(shù)等的研究還較為深入。尋求工藝合理，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)管理方便，能最大限度地體現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的工藝技術(shù)，是亟待研究的方向和思路。

國內(nèi)某環(huán)保企業(yè)采用生物酶催化技術(shù)處理制藥廢水，并將該技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用于多家制藥廢水，經(jīng)過小試、中試及大批量實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明，該技術(shù)的處理效果好，運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)便，出水穩(wěn)定。

1 制藥廢水的水質(zhì)特征

制藥工業(yè)廢水通常屬于較難處理的高濃度有機(jī)廢水，因藥物產(chǎn)品不同、生產(chǎn)工藝不同而成分差異較大，生產(chǎn)特點(diǎn)是流程長(zhǎng)、反應(yīng)復(fù)雜、副產(chǎn)物多，反應(yīng)原料常為溶劑類物質(zhì)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，使得廢水中污染物組分繁雜，其廢水特點(diǎn)是組成復(fù)雜，有機(jī)污染物種類多、濃度高，COD值和BOD5值高且波動(dòng)性大，廢水的BOD5/COD值差異較大，生物難降解物質(zhì)多，NH3-N濃度高，色度深，毒性大，SS濃度高，含鹽量高。而且制藥廠通常是采用間歇生產(chǎn)，產(chǎn)品的種類變化較大，造成了廢水的水質(zhì)、水量及污染物的種類變化較大。特別是生化性很差，往往治理難度大且處理成本高，是廢水治理中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水。

2 制藥廢水的處理方法

制藥廢水因?yàn)槠涓邼舛?、有毒、有害、難生化降解的特點(diǎn)，在生化處理前必須進(jìn)行必要的預(yù)處理，將廢水中對(duì)活性污泥微生物有毒成分去除，并采取必要的方法提高廢水的可降解性，使廢水得到有效的處理。制藥廢水常用的處理方法大多為：物化法、化學(xué)法、生物法等。

物化法主要有混凝沉淀法、氣浮法、吸附法和吹脫法等；化學(xué)法主要有混凝法、Fe-C處理法、Fenton試劑法、深度氧化法、濕式氧化法、超臨界氧化法等；生物法主要有序批式間歇活性污泥法（SBR法）、普通活性污泥法、生物接觸氧化法、上流式厭氧污泥床法（UASB法）、復(fù)合式厭氧反應(yīng)器等。但物化法的不足之處為：會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，出水pH值較低，含鹽量高，氨氮的去除率較低等?；瘜W(xué)法的缺點(diǎn)為：會(huì)產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，流程復(fù)雜，出水不能直接排放等。生物法的缺陷表現(xiàn)在：廢水需要大量稀釋，運(yùn)行中泡沫多，易發(fā)生污泥膨脹，剩余污泥量大，去除率不高，常必須采用二級(jí)或多級(jí)處理。

制藥廢水種類繁多，屬于高濃度有機(jī)廢水，水中含有大量的高濃度、大分子，因此選擇什么樣的治理技術(shù)路線取決于廢水的性質(zhì)。制藥廢水普遍具有濃度高、色度深、可生化性較差的特點(diǎn)，一般都是通過預(yù)處理以提高廢水的可生化性和初步去除污染物，再結(jié)合采用生化方法處理。雖然傳統(tǒng)的處理方法很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用任何一種方法處理制藥廢水，均不能使出水水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 生物酶催化技術(shù)

由于傳統(tǒng)的物化、生化處理方法對(duì)制藥廢水中污染物的去除往往不夠理想，難以達(dá)到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，因此探求高效、低耗、投資省且穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的制藥廢水處理新技術(shù)已日趨重要。國內(nèi)外許多學(xué)者致力于將環(huán)境工程技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展，以環(huán)境生物技術(shù)為新技術(shù)體系解決環(huán)境污染成為當(dāng)今乃至未來發(fā)展的方向。生物酶技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是環(huán)境生物技術(shù)中重要的部分，為制藥廢水治理提供了新的技術(shù)手段。

3.1 生物酶催化技術(shù)去除污染物的機(jī)理

將生物酶催化技術(shù)應(yīng)用于污染物的去除，是采用不同于普通微生物菌的系列生物酶結(jié)合技術(shù)，通過酶打開不同污染物質(zhì)中的化學(xué)鍵，將其迅速降解為小分子，從大分子有機(jī)物降解為低分子有機(jī)物或CO2、H2O等無機(jī)物，降低 COD值，從而達(dá)到去除污染物的目的，大大降低污水處理費(fèi)用。

生物酶催化降解污染物通過以下兩種效應(yīng)完成：（1）接近定向效應(yīng)—酶催化反應(yīng)與酶的濃度成正比，酶具有使反應(yīng)物集中的作用，即酶可以將反應(yīng)物集中到分子周圍，產(chǎn)生有效碰撞機(jī)會(huì)增多；

（2）形變效應(yīng)—酶分子可以使反應(yīng)物分子中化學(xué)鍵拉長(zhǎng)、扭曲和變形，使他們更容易被水解。

與其他微生物處理相比，生物酶處理法具有催化效能高、反應(yīng)條件溫和、對(duì)廢水質(zhì)量及設(shè)備情況要求較低，反應(yīng)速度快，對(duì)溫度、濃度和有毒物質(zhì)適應(yīng)范圍廣，可以重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 生物酶催化技術(shù)特點(diǎn)

生物酶催化技術(shù)與產(chǎn)品為具有脫色除臭，去除COD，脫氮除磷等多功能的環(huán)境友好型產(chǎn)品，能強(qiáng)烈地分解雜環(huán)類、苯環(huán)類等污染物，分解蛋白質(zhì)和復(fù)雜多糖，對(duì)水溶性有機(jī)物分解也有重要的作用。生物酶通過催化降解作用將廢水中大量如側(cè)鏈脂、石油醚、丙酮、甲醇、乙醇、二氯甲烷、甲苯有毒有機(jī)物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)打開，使之開環(huán)斷鍵，形成小分子物質(zhì)，不僅能去除部分污染物，而且可以提高制藥廢水的可生化性。

（1）替代現(xiàn)有傳統(tǒng)藥劑，可降低30%～50%的處理成本。

（2）去除COD效果明顯，特別是對(duì)消解氨氮有特效。

（3）對(duì)制藥廢水中的特征污染物具有高效去除作用。

（4）提高處理效率與處理量，可與原有處理設(shè)施生化段相結(jié)合，即原有設(shè)施不需要新建或者增建，可提高處理量30%左右。

（5）生物酶催化技術(shù)使用方便，容易操作，效果穩(wěn)定，環(huán)境友好。

（6）經(jīng)處理后的出水COD、氨氮等指標(biāo)可確保達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 生物酶催化技術(shù)在制藥廢水處理中的應(yīng)用

針對(duì)目前制藥廢水的處理現(xiàn)狀，國內(nèi)某環(huán)保企業(yè)已應(yīng)用生化工程技術(shù)與環(huán)境科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，通過應(yīng)用系統(tǒng)方法，對(duì)生物酶類的選用與開發(fā)進(jìn)行研究，以成本低、速度快、效率高、安全簡(jiǎn)便的操作解決制藥廢水的處理問題。即應(yīng)用生物酶催化技術(shù)處理制藥廢水，取得了顯著的效果。制藥廢水濃度高、色度深、可生化性較差，采用針對(duì)性生物酶可直接分解難降解污染物，提高廢水的可生化性。在制藥廢水處理工藝中，投加專性生物酶，通過特殊生物酶的催化作用，增加廢水的可生化性，出水可達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，并且在運(yùn)行過程中，降低了運(yùn)行成本和工作強(qiáng)度，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

4.1 福建某制藥廠廢水處理

福建某制藥廠日排放制藥廢水70m3，其廢水主要來自于中藥前處理及提取工序，主要以有機(jī)污染為主，其主要成分為植物酸、植物堿、多糖類、木質(zhì)素、色素等，主要污染因子為COD、BOD、SS和色度等。具有有機(jī)污染物濃度高、難以生化降解、水質(zhì)波動(dòng)大等特點(diǎn)。原設(shè)計(jì)主體采用生化處理工藝，即進(jìn)水—集水池—調(diào)節(jié)池—反應(yīng)池—厭氧池—好氧池—沉淀池—過濾池—出水。具體工藝流程見圖1。

圖1 現(xiàn)有廢水處理工藝流程

該制藥廠現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)采用厭氧—好氧—過濾工藝處理污水，由于現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)存在諸多問題，出水水質(zhì)未能穩(wěn)定達(dá)到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)存在的主要問題，在盡量利用現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)的前提下，采用生物酶催化+生物強(qiáng)化技術(shù)為主體工藝。針對(duì)廢水中有機(jī)物濃度高，屬典型的高濃度難降解有機(jī)廢水，單純依靠厭氧—好氧—過濾工藝處理無法使出水有機(jī)物達(dá)標(biāo)的問題，通過在反應(yīng)池增設(shè)生物酶催化工藝，即投加高效生物酶凈水劑，通過生物酶的自固定化及復(fù)合固定化作用，提高處理負(fù)荷，并可抗較高的沖擊負(fù)荷，以促進(jìn)并加快整個(gè)廢水處理系統(tǒng)的處理過程，保證整個(gè)處理系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)升級(jí)改造的工藝流程見圖2。

圖2 現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)升級(jí)改造工藝流程

該制藥廠于采用生物酶催化技術(shù)后，生化系統(tǒng)的處理效率大大提高。最終出水達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用生物酶處理制藥廢水的處理效果見下表。

廢水處理系統(tǒng)升級(jí)改造后的處理效果數(shù)據(jù)表

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，生物酶催化技術(shù)應(yīng)用于制藥廢水處理中，可以迅速高效去除污染物，COD去除率可以達(dá)到95%以上，NH3-N去除率可以達(dá)到94%以上, 處理效果能夠達(dá)到現(xiàn)階段污水處理的要求。同時(shí)特定的生物酶可將制藥廢水中各種形態(tài)的高濃度大分子有機(jī)物，降解為小分子的有機(jī)物，并且將其中的特征污染物如二氯甲烷及DMF斷鍵，催化降解生成小分子化合物及無毒無害化合物，很好地解決了該制藥廠廢水出水難以達(dá)標(biāo)的問題，具有投資省、效果好、處理成本低、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可降低投資和運(yùn)行成本。

4.2 山東某制藥廠廢水處理

山東某制藥廠日排放制藥廢水600t，其產(chǎn)生的廢水中含大量有毒有機(jī)物，如側(cè)鏈脂、石油醚、丙酮、甲醇、二氯甲烷、甲苯和各類酸、堿物質(zhì)，還帶有頭孢類抗生素殘留物。此類廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高、分子量大、水中的有毒物質(zhì)和抗生素類對(duì)生化處理的菌種有很強(qiáng)的抑制作用，常規(guī)處理方法很難達(dá)到理想的處理效果。采用生物酶催化技術(shù)處理抗生素廢水的方法后，處理效果顯著。該制藥廠司制藥廢水中的COD原在2000mg/L以上，經(jīng)生物酶催化處理后，出水COD≤80mg/L，可達(dá)標(biāo)排放。采用生物酶催化技術(shù)處理制藥廢水效果顯著，處理能力大，污泥生成量少，經(jīng)濟(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能耗小，節(jié)能減排，是該類廢水理想的處理方法。

5 結(jié)語

制藥廢水水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)污染物種類多、濃度高，COD值和BOD5值高且波動(dòng)性大，廢水的BOD5/COD值差異較大，NH3- N濃度高，色度大，毒性大，固體懸浮物SS濃度高，廢水處理有一定的難度。采用生物酶催化技術(shù)處理制藥廢水，具有工藝先進(jìn)、技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省、占地少、處理效率高、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，并對(duì)特征污染物有獨(dú)特的去除效果。經(jīng)該技術(shù)處理后的廢水，可提高廢水可生化性，各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)標(biāo)，尤其對(duì)處理難度較大的廢水脫色以及有機(jī)物的降解效果顯著。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)制藥廢水的處理有新的突破，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)、環(huán)境效益。

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Application of Bio-enzyme Catalyzing Technique in Treatment of Pharmaceutical Wastewater

QI Ai-jiu, HONG Min-wen, SUN Xiang-zhang

X703

A

1006-5377（2012）07-0032-04