高含盐制药废水的光合菌处理技术

摘要：高含盐制药废水是医药企业面临的热点和难点，目前常规稀释、蒸发、焚烧处理皆不具备可持续的处理能力。光合菌处理高含盐制药废水是目前解决高含盐废水的最佳处理技术。本文系统性阐述了光合菌来源、性质和应用实例，阐述了含盐3%的制药提取废水和含盐2.5%羧甲基纤维素废水的处理过程。当进水浓度分别为2000 mg/L和18000 mg/L时，出水COD浓度分别低于100mg/L和300mg/L，减少了外排COD的总量，节约废水站投资和运行费用，表明光合菌处理高含盐制药废水是可行成熟的处理技术。

关键词：光合菌；制药废水；羧甲基纤维素；提取废水；厌氧；好氧系统

Abstract: Attentions were paid to pharmaceutical wastewater with high salinity. Routine treatment methods, such as evaporation, dilutions and burning were not available. Photosynthetic Bacteria were the best consortium to treat pharmaceutical wastewater with high dissolved solids. The origin, characteristics and applications of Photosynthetic Bacteria were demonstrated in this thesis. When the input concentrations of COD were 2000 mg/L and 18000 mg/L, according to 3% salinity of extraction solutions and 2.5% salinity of carboxymethyl cellulose production wastewater, the effluent concentrations were less than 100 mg/L and 300 mg/L respectively, which reduced the total COD amount and equipments cost. The results showed that treatment of pharmaceutical wastewater with high salinity with Photosynthetic Bacteria was an available technology.

Keywords: Photosynthetic Bacteria; pharmaceutical wastewater; carboxymethyl cellulose production wastewater；extraction solutions; anaerobic system; aerobic system

引言

制药行业是关系到国计民生的关键产业，涉及到国民的点点滴滴生活。制药产业分为三种：中成药、生物发酵和化学合成药[1-3]。从废水处理角度讲，生物发酵废水由于成分复杂，且存在生物抑制类物质，生化处理困难[4]，而中成药类废水以及化学合成类废水总体废水可生化性较好。目前，国内关于高含盐制药废水处理普遍采用“物化预处理（稀释）+生化处理+深度处理”的工艺，预处理工艺目的主要是脱盐，保证废水盐分控制在0.9%以下，满足废水后续生化的进行。同时，物化预处理手段还包括微电解或者湿式氧化为代表的高级氧化工艺，通过上述手段降低后续的负荷，当不改变盐分[5-7]。生化处理往往采用“厌氧+好氧工艺”为多，通过厌氧和好氧技术，最大幅度的削减废水中的有机物。深度处理采用固液分离、臭氧滤池、高级氧化等处理手段。作为处理效率最高、最稳定和最经济的生化处理工艺，盐分是影响生化系统效率的主要因素之一(可生化性也是重要的影响因素)[8]。

本文探讨了光合菌处理高含盐制药废水的具体案例，客观评价光合菌在

高含盐制药废水处理中的应用，后续工作将进一步探讨光合菌的作用机理。

方法和材料

光合菌

光合细菌(Photosynthetic Bacteria, 简称PSB)是地球最古老的细菌之一，能够耐受相对苛刻的自然条件。本光合菌采用海洋底泥和火山灰等恶劣条件中进行筛选出，具有固氮、脱氮、固碳等多种不同的功能，最早光合细菌应用于养鱼系统的氨氮去除中[9-10]，能够控制鱼塘水质中的氨氮浓度低于一定的水平。随着光合菌应用范围的扩大，光合菌开始应用于高含盐废水中，高含盐制药废水就是其中的一个应用案例。

通过若干代的驯化过程，适用于高含盐制药废水使用的光合菌种类通过鉴定，主要包括内硫紫色硫细菌、紫色非硫细菌、绿硫细菌、含菌绿素好氧化养菌等等，这样能够保证光合菌既能耐受厌氧环境，也能适应缺氧和好氧环境。

鉴于光合菌是古老的微生物，代谢速度相对较慢，因此其能够耐受相对的苛刻的水质条件，譬如pH值、温度和盐分等等。

2.2水质特征

2.2.1制药提取废水

某制药公司主要生产发酵类产品，包括：马杜霉素、伊维菌素、迪克拉苏、盐霉素兽药，综合工艺浓废水日排放量约650t。

表 1 某制药综合废水水质浓度

处理工艺：原水——调节池——铁碳微电解——双氧水氧化——光合菌厌氧——光合菌好氧系统——二沉池——混凝气浮——达标排放

2.2.3 水质监测和实验方法分析

废水监测采用《水和废水监测》第四版中的测试方法，废水水样平均测三次，取平行样。在95%的置信度范围内，平均误差小于5%。

厌氧采用完全混合式的填料反应器，维持水温在30℃左右。好氧采用膜法反应器，维持溶解氧2mg/L左右。

结果和讨论

3.1 光合菌处理制药提取废水

通过前端超声波吹脱氨氮，出水氨氮浓度显著降低，COD浓度位于1200mg/L，研究了不同停留时间条件下，光合菌对COD浓度的去除效率，厌氧与好氧的停留时间为1:1。

图 1 不同生化停留时间下光合菌对COD的去除影响

由图1可知，针对高达3%的含盐量，光合菌在停留时间超过8h时，开始对污染物具有显著的去除效率，主要是微生物前期的适应期。当停留时间超过8h时，出水COD显著下降，主要表明微生物处于对数生长期，最大幅度的削减废水中有机物浓度。当停留时间超过16h时，光合菌降解COD的速率趋缓，这个时间段微生物菌胶团的吸附作用和微生物代谢过程持续进行，COD浓度不断降低[11]。总停留时间超过20h后，光合菌对废水中有机物的去除效率趋缓，停留时间超过24h时，COD出水低于100mg/L，达到《污水综合排放标准》中的一级排放标准。此废水的含盐量为3%，常规处理工艺需要稀释4~5倍[12]，这将大大增加废水构筑物的土建和设备成本，而且用水和总排COD量控制情况下，稀释不具备实际可操作的方法。

3.2 光合菌处理羧甲基纤维素废水

羧甲基纤维素废水主要含盐为氯离子，综合废水总盐浓度达到2.5%，非常不利于生化反应器的设计。废水经过铁碳微电解和双氧水氧化两个阶段处理，COD降低至9000 mg/L，总盐仍旧维持在2.5%左右，本文探讨了光合菌厌氧反应器和好氧反应器的处理效率。

3.2.1 不同停留时间对羧甲基纤维素废水的处理效率

图 2 不同厌氧停留时间下光合菌对羧甲基纤维素废水COD的去除影响

图 3 不同好氧停留时间下光合菌对羧甲基纤维素废水COD的去除影响

由图2可知，在起初12h时，光合菌仍处于对废水的适应阶段，高浓度的氯离子仍旧对光合菌具有一定的抑制作用[13-14]，处理效率相对较低。随着时间的推移，光合菌对废水处理效率逐步增加，在60h时间范围内持续降解，此后降解速率趋于平缓，去除效率高达85%左右。一方面羧甲基纤维素经过预处理后

BOD/COD高于0.35，光合菌能够大大降低废水中有机物浓度；另外一个方面，光合菌能够耐受高达2.5%的总盐分，保证厌氧的处理效率。

由图3可知，好氧系统中采用光合菌种，能够在24h稳定出水浓度小于300mg/L，达到当地纳管排放的要求(COD小于300mg/L)。本项目当地无法使用稀释法，鉴于用水和总排的考虑，光合菌水处理技术能够成为最经济和可行的水处理技术。

总结

本文针对高含盐制药废水的现状，提出采用光合菌为主体解决含盐制药废水的思路。对于COD浓度为1200mg/L、含盐量为3%的制药提取废水，光合菌工艺处理后，出水COD浓度小于100mg/L。对于COD浓度为9000mg/L、含盐量为2.5%的羧甲基纤维素废水，处理COD浓度小于300mg/L。光合菌处理高含盐废水大大降低了稀释水量，减少了外排COD总量，是值得推广和使用的新型水处理技术。

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