制藥廢水處理系統(tǒng)中抗生素抗性基因的研究進展

摘要：制藥行業(yè)水環(huán)境污染問題突出，成為國內(nèi)外治理難點問題之一。歐盟和美國等國家已實現(xiàn)綜合污染防治和管理排污許可證的立法，建立并完善了可行技術(shù)（bestavailabletechnology，BAT）體系。目前，我國尚未形成適于制藥行業(yè)排放標準要求的可行的水污染防治技術(shù)體系，制藥行業(yè)在水污染防治工作中缺乏技術(shù)支撐。2016年12月，國務院辦公廳發(fā)布了《控制污染物排放許可制實施方案》，對固定污染源的環(huán)境管理將逐步轉(zhuǎn)向綜合許可、一證式管理。污染防治可行技術(shù)是環(huán)境保護主管部門對排污許可證申請材料審核的重要參考和依據(jù)之一。因此，急需篩選先進、成熟、達標的污染防治技術(shù)及最佳可行工藝路線，滿足制藥企業(yè)水污染防治設施在方案制訂、工程設計、實施運行等過程，針對不同類產(chǎn)品廢水水質(zhì)特點確立優(yōu)化的組合工藝路線需求，為我國制藥工業(yè)排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范的有效實施提供技術(shù)支撐，為我國制藥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

關(guān)鍵詞：制藥廢水;抗生素;抗生素抗性基因;抗生素抗性菌

引言

抗生素是由細菌、真菌等微生物及動植物在生命活動中產(chǎn)生的，具有抗病原體或其他生物活性的次級代謝產(chǎn)物。因其可以殺菌、抑制微生物生長或繁殖的特性，廣泛應用于人類和動物疾病的預防和治療之中。目前，全球特別是中國，對抗生素的使用甚至已達到濫用的程度。目前在世界各地的地表水、沉積物和生物群中都已檢測到抗生素。這些含抗生素的廢水進入自然界后，會通過食物鏈富集累積，最終會對人體和動植物體產(chǎn)生更大的危害。因此，含抗生素廢水的處理已成為關(guān)乎人類健康和命運的重要問題。

1抗生素廢水的水質(zhì)特征

抗生素為發(fā)酵類藥物，抗生素企業(yè)制藥廢水是抗生素廢水的最大來源。因此，以抗生素企業(yè)制藥廢水為例來描述抗生素廢水的水質(zhì)特征，其廢水具有以下特征：①COD含量高，抗生素生產(chǎn)工藝流程復雜，抗生素廢水主要有肟化廢水、重排廢水、成品廢水、抗生素清洗廢水等，致使其廢水COD濃度較高;②廢水中懸浮物濃度高，抗生素廢水中的懸浮物主要來自于發(fā)酵過程中的殘留培養(yǎng)基質(zhì)及微生物絲菌體;③成分復雜，抗生素生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生廢水，其廢水不但含有抗生素，還有各種中間代謝物、酸、堿、芳香族化合物等難降解性物質(zhì)，成分復雜，難以生物降解;④生物毒性高，在抗生素生產(chǎn)過程中加入的一些無機、有機物、殘留抗生素及中間產(chǎn)物達到一定濃度后會對微生物產(chǎn)生抑制作用或?qū)ι矬w產(chǎn)生一定的毒害作用;⑤硫酸鹽濃度高，在抗生素精制過程中，會使用硫酸作為pH調(diào)節(jié)劑，在提取和冷凍工段也使用了硫酸鹽，致使抗生素廢水中硫酸鹽濃度較高。

2最佳可行技術(shù)工藝路線及分析

提取類藥制藥廢水的可生化性較好，各類生化處理技術(shù)方法對有機物去除效果明顯。推薦廢水處理可行技術(shù)工藝路線為“預處理技術(shù)+厭氧處理技術(shù)+多級AO處理技術(shù)+深度處理技術(shù)”。預處理技術(shù)主要為混凝沉淀或氣浮等;厭氧處理技術(shù)以水解酸化、UASB為主;多級AO處理技術(shù)，多采用接觸氧化法、SBR及其變形等抗沖擊能力較強的工藝串聯(lián);深度處理技術(shù)與發(fā)酵類和化學合成類相同。預處理技術(shù)與深度處理技術(shù)主要根據(jù)來水水質(zhì)及排水去向進行增選。提取類制藥企業(yè)生產(chǎn)過程涉及粗提工藝時，產(chǎn)生的廢母液CODcr濃度可高達上萬mg/L，廢水應首先分類收集后經(jīng)混凝沉淀或氣浮等預處理;在只有精制和制劑工藝時，混合廢水濃度低于1000mg/L時，采用“好氧處理+深度處理技術(shù)”也可滿足排入公共廢水處理系統(tǒng)需求。

3抗生素廢水處理技術(shù)

3.1電化學氧化法

電化學氧化法是在電場的作用下，借助特殊的電化學反應裝置，利用電極反應使電極表面產(chǎn)生大量的·OH，降解廢水中有機污染物的一種水處理方法。以Na2SO4溶液為電解質(zhì)，鈦涂釕銥電極為陽極，2-乙基蒽醌修飾石墨氈電極為陰極，用電化學氧化法處理頭孢合成廢水二次出水，可將廢水的COD濃度從263.15mg/L降低到117.62mg/L，COD去除率可達55%以上，電流效率可達32%以上，能耗為51.54kWh/kgCOD，出水可達標排放。用電催化氧化法處理抗生素磺胺廢水，當磺胺溶液初始濃度為0.12mmol/L、pH為3、電流強度為20mA/cm2、Na2SO4電解質(zhì)濃度為50mmol/L時，電催化氧化3h后，磺胺降解率為89.2%。以活性炭構(gòu)建電催化-過硫酸鹽體系處理磺胺類抗生素廢水，當pH為5、板間距為9cm時，磺胺的降解率為88.5%;活性炭重復使用4次后，磺胺的降解率仍能維持在80%以上。

3.2厭氧處理技術(shù)

在制藥廢水處理中的主要應用包括：厭氧生物膜法、升流式厭氧污泥床（UASB）、以及在UASB的基礎上研發(fā)的厭氧顆粒污泥膨脹床技術(shù)（EGSB）、厭氧流化床（AFB）以及IC反應器、折流板反應器（ABR）、上流式厭氧污泥床過濾器（UASB+AF，或稱UBF）等新型厭氧反應器。目前，在發(fā)酵類、化學合成類、制劑類和中藥類等高濃度制藥廢水的處理中，UASB因技術(shù)成熟而被廣泛應用。另外，結(jié)果表明，在處理發(fā)酵類抗生素廢水中，EGSB與UASB相比，具有上升流速高、抗沖擊能力強、容積負荷高等優(yōu)勢，適用于處理高濃度抗生素類制藥廢水。水解酸化法，作為后續(xù)生物處理的預處理工序被普遍應用于高濃度制藥廢水處理工藝中，用于提升廢水的可生化性。

3.3 A/O生化池

在A池厭氧環(huán)境下，異養(yǎng)菌將廢水中的大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性有機物轉(zhuǎn)化為可溶性有機物，可溶性有機物和懸浮污染物水解成有機酸。聚磷菌在O池好氧狀態(tài)下過量攝取磷，在厭氧狀態(tài)下釋放體內(nèi)過量積聚的磷，達到除磷目的。自養(yǎng)菌在O池好氧條件下，硝化菌通過硝化作用將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，通過污泥回流進入A池;反硝化菌以廢水中的碳源為營養(yǎng)物質(zhì)，通過反硝化作用將O池回流的硝酸鹽還原為分子態(tài)氮（N2），實現(xiàn)脫氮目的。在O池好氧條件下，好氧微生物將對A池未降解的有機污染物等進一步降解去除，提高A/O生化體系對廢水中有機污染物的去除效率，為后續(xù)深度處理工藝降低負荷，為出水穩(wěn)定達標提供保障。

結(jié)束語

抗生素制藥廢水是重要的抗生素、ARB和ARG的排放源，在制藥廢水處理系統(tǒng)中將其有效去除是減少由制藥廢水排放導致抗生素相關(guān)污染的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)制藥廢水中殘留抗生素的濃度與種類會影響ARG的豐度和種類，ARG的絕對豐度在經(jīng)過生物處理單元后上升，物理化學處理單元后下降。廢水中ARG的增加或去除可能主要是微生物增殖或去除的結(jié)果。此外，不同處理工藝對制藥廢水中ARG的去除效果也不同，其中MBR工藝對制藥廢水中ARG的去除效果可達99%以上，消毒及高級氧化工藝是徹底去除廢水中ARG的有效方法。制藥廢水處理系統(tǒng)仍然面臨如何在達到常規(guī)出水指標的前提下更好地去除ARG和如何將不同工藝組合起來達到更好的ARG去除效果等諸多問題。

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作者簡介：姓名：牛昌威?性別：男?出生年月：1998.12?民族：漢族?籍貫：山西省盂縣南婁鎮(zhèn)郭村631號?學歷：本科