生物制药废水污染特征及处理方法研究

2021-07-26橙志上海环保技术有限公司张焕杰

区域治理 2021年8期

橙志（上海）环保技术有限公司张焕杰

一、前言

在新型冠状病毒肺炎疫情影响下，全社会对医疗及医药产业，给予更多地关注和支持。国家重视生物医药发展，需大力扶持创新型生物医药企业，生物医药行业发展前景广阔。近年来，生物医药行业发展迅速，随之产生的生物制药废水已成为环保领域关注的重点污染源之一。因此，对生物制药废水处理技术的研究具有重要意义。应按照生物制药工艺及原理，其中生物制药主要包括以下四类：发酵类生物制药、提取类生物制药、制剂类生物制药、生物工程类生物制药。其中应用最为广泛的是发酵类生物制药。本文以发酵类生物制药为例，分析探讨生物制药废水污染特征及处理技术。

二、生物制药废水来源

发酵类生物制药是利用微生物代谢过程生产药物，其典型生产工艺为“培养→发酵→过滤→提取→精制”，产生的废水主要包括以下四类：

（一）工艺废水

也称为“发酵废水”，其中主要包括提取、精制过程中所产生的废母液及废水，例如提取废母液、精制废母液、纯化材料（树脂等）再生废水等。该类废水含有大量未被利用的有机组分及其分解产物，且具有污染物浓度高、存在生物毒性（由于药物活性成分的残留）、pH值变化大等特点，从而导致废水处理难度增加。

（二）生产冲洗排水

其中包括生产过程中设备、地面等冲洗产生的废水等。该类废水水质变化较大，废水中浓度较高地污染物主要为悬浮物，由于冲洗水的稀释作用，BOD浓度一般在300-2000mg/L。

（三）动力系统排水

主要包括冷却塔运行、纯水及注射用水制备，等过程产生的设备排水等。该类废水量较大，污染物浓度较低，可通过回用或循环使用等方式减少废水排放。

（四）生活污水

生活污水来源于员工生活及办公，不属于生产废水。该废水的水质水量特征与企业的员工人数、工作班制、管理制度等有关。

三、生物制药废水污染特征

根据发酵类生物制药工艺特点及废水产生环节，其废水污染特征如下：（1）排污节点较多，各节点排放的废水污染程度不同，高、低浓度废水可实现分类收集、排放，有利于清污分流。（2）根据生产批次，高浓度废水（例如精制废母液，COD浓度＞10000mg/L）通常间歇排放，该类废水水量波动较大，温度、pH值变化较大。（3）成分复杂、碳氮营养比例失衡（碳氮比低）、可生化性较差。因此，发酵类生物制药废水不适用于直接进行生物处理。（4）废水中存在难生物降解物质、残留抗生素效价及其降解物等。该类物质属于生化抑制物，将会给废水的生化处理带来一定困难；废水中硫酸盐浓度过高，会对厌氧细菌造成毒性，从而会导致厌氧反应器的COD降解能力下降。

四、生物制药废水处理技术

根据废水处理原理，目前生物制药废水处理方法可分为物化处理、生物处理、物化-生物联用处理技术等。其中生物处理技术是生物制药废水处理的核心。

（一）物化处理技术

物化处理技术，在应用于发酵类生物制药废水处理时，是通常作为生物处理工艺的预处理或后处理工序。在生物制药废水处理中采用的物化处理方法很多，其中包括凝聚法、吸附法、离子交换法、吹脱法、电解法以及化学氧化还原法等。

应根据制药废水水质不同，高氨氮废水宜采用汽提、蒸发、吹脱等预处理工艺；难降解有机物废水宜采用化学氧化、铁碳微电解、精馏等预处理工艺；高含盐废水宜采用蒸发方式等。

（二）生物处理技术

生物处理作为生物制药废水处理的核心技术，它被广泛应用于各种类型制药废水的处理。根据利用微生物类型的不同，该技术分为好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧-厌氧等组合方法。

1.好氧生物处理

各类好氧生物处理方法的特点，及运行处理效果情况见表1。

表1 好氧生物处理方法及特点一览表

2.厌氧生物处理

厌氧生物处理方法具有可适应性强、负荷高、剩余污泥少等优点。在处理生物制药废水方面，厌氧微生物具有不可替代的作用。各类厌氧生物处理方法及特点见表2。目前，厌氧生物处理方法的实际工程应用研究不断取得显著效果，使得厌氧生物工艺越来越广泛应用于制药废水处理。

表2 厌氧生物处理方法及特点一览表

3.厌氧-好氧组合处理

对于废水的生物处理技术，单采用厌氧生物处理或者好氧生物处理均非最佳选择。在明确废水特征的前提下，且可针对性采取厌氧-好氧组合处理。该方法具备以下优势：厌氧生物处理能去除废水中大量的有机物和悬浮物，可使生物处理的有机负荷减小、污泥产量降低（从而节省反应容积），并且能提高废水的可生化性，并为后续的好氧生物处理提供支持，从而提高污染物去除效率。厌氧-好氧组合工艺自20世纪80年代开始，就已逐渐成为处理高浓度有机废水的主流工艺。在生物制药废水处理方面，该处理技术能够根据实际处理废水的水质特性、处理工艺的使用范围灵活组合，还可与物化处理技术相结合，从而以达到更优的处理效果。