制药废水处理系统中抗生素抗性基因的研究进展

摘要：制药行业水环境污染问题突出，成为国内外治理难点问题之一。欧盟和美国等国家已实现综合污染防治和管理排污许可证的立法，建立并完善了可行技术（bestavailabletechnology，BAT）体系。目前，我国尚未形成适于制药行业排放标准要求的可行的水污染防治技术体系，制药行业在水污染防治工作中缺乏技术支撑。2016年12月，国务院办公厅发布了《控制污染物排放许可制实施方案》，对固定污染源的环境管理将逐步转向综合许可、一证式管理。污染防治可行技术是环境保护主管部门对排污许可证申请材料审核的重要参考和依据之一。因此，急需筛选先进、成熟、达标的污染防治技术及最佳可行工艺路线，满足制药企业水污染防治设施在方案制订、工程设计、实施运行等过程，针对不同类产品废水水质特点确立优化的组合工艺路线需求，为我国制药工业排污许可证申请与核发技术规范的有效实施提供技术支撑，为我国制药工业的可持续发展提供保障。

关键词：制药废水;抗生素;抗生素抗性基因;抗生素抗性菌

引言

抗生素是由细菌、真菌等微生物及动植物在生命活动中产生的，具有抗病原体或其他生物活性的次级代谢产物。因其可以杀菌、抑制微生物生长或繁殖的特性，广泛应用于人类和动物疾病的预防和治疗之中。目前，全球特别是中国，对抗生素的使用甚至已达到滥用的程度。目前在世界各地的地表水、沉积物和生物群中都已检测到抗生素。这些含抗生素的废水进入自然界后，会通过食物链富集累积，最终会对人体和动植物体产生更大的危害。因此，含抗生素废水的处理已成为关乎人类健康和命运的重要问题。

1抗生素废水的水质特征

抗生素为发酵类药物，抗生素企业制药废水是抗生素废水的最大来源。因此，以抗生素企业制药废水为例来描述抗生素废水的水质特征，其废水具有以下特征：①COD含量高，抗生素生产工艺流程复杂，抗生素废水主要有肟化废水、重排废水、成品废水、抗生素清洗废水等，致使其废水COD浓度较高;②废水中悬浮物浓度高，抗生素废水中的悬浮物主要来自于发酵过程中的残留培养基质及微生物丝菌体;③成分复杂，抗生素生产过程中的每个环节都会产生废水，其废水不但含有抗生素，还有各种中间代谢物、酸、碱、芳香族化合物等难降解性物质，成分复杂，难以生物降解;④生物毒性高，在抗生素生产过程中加入的一些无机、有机物、残留抗生素及中间产物达到一定浓度后会对微生物产生抑制作用或对生物体产生一定的毒害作用;⑤硫酸盐浓度高，在抗生素精制过程中，会使用硫酸作为pH调节剂，在提取和冷冻工段也使用了硫酸盐，致使抗生素废水中硫酸盐浓度较高。

2最佳可行技术工艺路线及分析

提取类药制药废水的可生化性较好，各类生化处理技术方法对有机物去除效果明显。推荐废水处理可行技术工艺路线为“预处理技术+厌氧处理技术+多级AO处理技术+深度处理技术”。预处理技术主要为混凝沉淀或气浮等;厌氧处理技术以水解酸化、UASB为主;多级AO处理技术，多采用接触氧化法、SBR及其变形等抗冲击能力较强的工艺串联;深度处理技术与发酵类和化学合成类相同。预处理技术与深度处理技术主要根据来水水质及排水去向进行增选。提取类制药企业生产过程涉及粗提工艺时，产生的废母液CODcr浓度可高达上万mg/L，废水应首先分类收集后经混凝沉淀或气浮等预处理;在只有精制和制剂工艺时，混合废水浓度低于1000mg/L时，采用“好氧处理+深度处理技术”也可满足排入公共废水处理系统需求。

3抗生素废水处理技术

3.1电化学氧化法

电化学氧化法是在电场的作用下，借助特殊的电化学反应装置，利用电极反应使电极表面产生大量的·OH，降解废水中有机污染物的一种水处理方法。以Na2SO4溶液为电解质，钛涂钌铱电极为阳极，2-乙基蒽醌修饰石墨毡电极为阴极，用电化学氧化法处理头孢合成废水二次出水，可将废水的COD浓度从263.15mg/L降低到117.62mg/L，COD去除率可达55%以上，电流效率可达32%以上，能耗为51.54kWh/kgCOD，出水可达标排放。用电催化氧化法处理抗生素磺胺废水，当磺胺溶液初始浓度为0.12mmol/L、pH为3、电流强度为20mA/cm2、Na2SO4电解质浓度为50mmol/L时，电催化氧化3h后，磺胺降解率为89.2%。以活性炭构建电催化-过硫酸盐体系处理磺胺类抗生素废水，当pH为5、板间距为9cm时，磺胺的降解率为88.5%;活性炭重复使用4次后，磺胺的降解率仍能维持在80%以上。

3.2厌氧处理技术

在制药废水处理中的主要应用包括：厌氧生物膜法、升流式厌氧污泥床（UASB）、以及在UASB的基础上研发的厌氧颗粒污泥膨胀床技术（EGSB）、厌氧流化床（AFB）以及IC反应器、折流板反应器（ABR）、上流式厌氧污泥床过滤器（UASB+AF，或称UBF）等新型厌氧反应器。目前，在发酵类、化学合成类、制剂类和中药类等高浓度制药废水的处理中，UASB因技术成熟而被广泛应用。另外，结果表明，在处理发酵类抗生素废水中，EGSB与UASB相比，具有上升流速高、抗冲击能力强、容积负荷高等优势，适用于处理高浓度抗生素类制药废水。水解酸化法，作为后续生物处理的预处理工序被普遍应用于高浓度制药废水处理工艺中，用于提升废水的可生化性。

3.3 A/O生化池

在A池厌氧环境下，异养菌将废水中的大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性有机物转化为可溶性有机物，可溶性有机物和悬浮污染物水解成有机酸。聚磷菌在O池好氧状态下过量摄取磷，在厌氧状态下释放体内过量积聚的磷，达到除磷目的。自养菌在O池好氧条件下，硝化菌通过硝化作用将废水中的氨氮转化为硝酸盐，通过污泥回流进入A池;反硝化菌以废水中的碳源为营养物质，通过反硝化作用将O池回流的硝酸盐还原为分子态氮（N2），实现脱氮目的。在O池好氧条件下，好氧微生物将对A池未降解的有机污染物等进一步降解去除，提高A/O生化体系对废水中有机污染物的去除效率，为后续深度处理工艺降低负荷，为出水稳定达标提供保障。

结束语

抗生素制药废水是重要的抗生素、ARB和ARG的排放源，在制药废水处理系统中将其有效去除是减少由制药废水排放导致抗生素相关污染的关键。研究发现制药废水中残留抗生素的浓度与种类会影响ARG的丰度和种类，ARG的绝对丰度在经过生物处理单元后上升，物理化学处理单元后下降。废水中ARG的增加或去除可能主要是微生物增殖或去除的结果。此外，不同处理工艺对制药废水中ARG的去除效果也不同，其中MBR工艺对制药废水中ARG的去除效果可达99%以上，消毒及高级氧化工艺是彻底去除废水中ARG的有效方法。制药废水处理系统仍然面临如何在达到常规出水指标的前提下更好地去除ARG和如何将不同工艺组合起来达到更好的ARG去除效果等诸多问题。

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作者简介：姓名：牛昌威 性别：男 出生年月：1998.12 民族：汉族 籍贯：山西省盂县南娄镇郭村631号 学历：本科