抗生素废水处理工艺与方法 摘要:抗生素是我国使用最为广泛的一种药剂,也是生产规模最大的药剂。目前,国内有300多家抗生素生产企业,生产量约占世界产量的20%,其废水排放量大,使得很多水体被严重污染。部分企业只重视短期效益,忽视生态环境保护工作,使得这一问题愈发突出,这就要求人们开发经济有效的新技术来处理抗生素废水。因此,本文首先阐述了抗生素概念和废水水质特征,然后分析了国内外抗生素废水处理工艺,以期对相关人员有所帮助。

关键词:抗生素废水;水质特征;处理工艺

如今,我国社会经济发展迅速,人民生活水平不断提高,人们对健康有了更高的要求。伴随着这种需求,制药行业悄然兴起,制药工厂林立。制药行业虽然蓬勃发展,但是对环境造成了严重的负面影响。当前,我国有大量抗生素生产企业,其排放的废水污染很多水体,导致生态环境恶化,抗生素废水的处理已经迫在眉睫。

1抗生素简介和废水水质特征

1.1抗生素简介

抗生素常见于日常生活中,可以有效帮助人类治愈疾病。20世纪20年代末,它开始进入人们的视线,现在种类繁多。近年来,抗生素在医院被广泛使用,在临床医药上扮演着越来越重要的角色[1]。但是,抗生素会带来环境危害,人们需要探寻相应的方法来加以解决。抗生素通常采用发酵法制作工艺,其一般制作工艺流程如图1所示。由图1可以看出,抗生素制作流程比较繁琐,制作过程可能导致出水含有许多杂质,给后续治理带来极大的难度。

1.2抗生素废水特征

抗生素废水成分复杂,杂质较多,pH波动大,而且具有一定的生物毒性,对治理过程中的微生物有一定的毒性作用[2]。抗生素废水的特性导致处理工艺难度的增大,同时也增大了治理成本,但人们似乎还没有完全意识到治理抗生素的重要性,目前滥用抗生素现象依然普遍存在。

2国内外抗生素废水处理工艺

2.1生物处理技术

常用于抗生素废水处理的生物技术一般为好氧、厌氧技术,也有好氧与厌氧相结合的技术。2.1.1好氧生物处理法早在20世纪40年代,欧美等国家大都使用好氧生物技术治理抗生素废水。好氧生物法具有处理过程周期短、速度快、污染少等优点[3]。但是,处理高浓度抗生素废水时,该法有很大的局限性。一般需要先用水稀释,才能进行后续处理,这就造成成本增加、水资源浪费,而且处理效果很难达到预期。(1)活性污泥法。1913年,英国人发明了活性污泥法,经过前人的研究与发展,其处理效果日益完善,对化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)的去除率均可以达到95%。活性污泥法是目前应用最为广泛的好氧生物处理技术,程序简单,设备要求低,适用于治理中型污水。但该法工作量大,对外界环境的适应性不强,容易发生污泥膨胀,造成处理效果低下。(2)序批式活性污泥法(SBR)。SBR法其实就是活性污泥法的变形,是序批式活性污泥法的简称。所有的反应都在SBR反应池进行。进水阶段是SBR反应器的废水处理过程。适用于治理小型污水。该法处理效果稳定,净化效果好,设备简单,占地面积少,现在已经被许多制药企业选作废水处理核心技术。但SBR法自动化要求高,电能损耗大,设备闲置率高,且很难处理大型连续废水。(3)生物接触氧化法。生物接触氧化法是一种新兴工艺,起源于20世纪70年代,是从生物膜法改良而来。该法减少了剩余污泥的产生,治理周期短,占地面积小,方便维护。但生物膜容易脱落,影响水质,也容易堵塞填料,而填料的存在也会影响曝气与搅拌的进行。2.1.2厌氧生物处理厌氧生物处理是指兼性菌或厌氧菌在没有氧存在的条件下通过发生作用处理污水的技术。厌氧生物处理是多种微生物在厌氧环境下共同作用将有机物分解成碳源,释放能量的过程。厌氧生物处理不要求供给氧气,能量消耗小,还可以产生沼气等清洁能源,污泥产量极低。但第一次启动时间长,需要8周以上,对有毒物质处理效果不佳,沼气还会发臭,对周边居民生活造成影响。对于BOD5超过2000mg/L的废水,人们一般可以考虑使用厌氧技术。近些年来,厌氧生物处理技术不断发展,已经出现许多新工艺。UASB其实是一个反应器,于1977年被荷兰人发明。进入污泥床底部的废水,在厌氧条件下与污泥混合接触,通过微生物作用将有机物分解,转化为气体。小气泡不断上升融合成大气泡,气泡在污泥床上层不断搅动,污泥悬浮在表层。在继续上升的过程中,气体会与接触挡板相撞,会率先离开这个状态,从排气管中排出,液体跟污泥则会下沉,在沉淀池里进行分离,液体从上面流出,污泥则从下面流出。UASB不需要外带氧源,造价低廉,在反应器里进行的反应不容易被外界因素影响。但是,一旦废水中的SS过高时,该法的去除效果就会受到影响,效率就会变得低下。2.1.3厌氧-好氧处理法一般的处理工艺在处理抗生素废水时,由于抗生素废水废渣多、浓度高,想要达到预期效果十分困难。因此,在实际工程应用中,人们一般会把好氧跟厌氧组合成联合工艺,以改善废水处理结果。与单一工艺相比,这种联合工艺可以针对废水中的每一项不同指标进行修改,选用不同的工艺针对不同的废水,处理效率明显提高,出水结果也能达到预期。

2.2物化处理方法

物理法一般有格栅去除、混凝法、沉淀法、吸附法、气浮法、汽提法等[4]。2.2.1格栅去除把粗、细格栅安装在废水的进水口,除掉一些大颗粒物质跟SS,防止管道管路被这些杂质堵塞,常把格栅当作废水治理的第一步,以免在后面的治理工程中出现问题。2.2.2混凝法该法是通过预先向废水中添加化学药剂,使胶体脱稳,在分子间作用力下,使脱稳胶体生成微小的聚集体,并与水中细微悬浮物絮凝,最终借助重力作用去除杂质的方法。该法在净化抗生素废水中扮演着重要角色,对于去除细微悬浮物状态下的有机和无机污染物具有显著效果。混凝法容易受到pH、水温、浊度、共存杂质等影响。该法虽然在去除悬浮物方面效果显著,但投入的药剂量不当也会对水体造成污染,占地面积较大,浪费空间,并且还需要考虑到水质变化时,药剂投加种类的变化,操作麻烦,费时费力。2.2.3沉淀法由于悬浮物跟水的重力不同,含有大量颗粒物的废水,人们可利用重力作用将杂质高效简单去除。这种方法操作简单,运行方便,在去除悬浮物方面的效果很好。2.2.4吸附法吸附法是利用固体材料多孔的特性,将废水中的污染物吸附去除,从而达到去除杂质、净化废水的目的。吸附法的优点在于可以回收部分材料,大大节约资源。相关研究表明,如果把废水进行吸附预处理,那么废水的净化效率可以大大提高。2.2.5气浮法气浮法主要是通过各种方法让废水中充满微小气泡,气泡扩散分布到整个池子中,形成一个三种相态的共存模式,然后通过各种作用让废水中的细小杂质融入气泡中,随着气泡的上浮,杂质也上浮,方便去除。气浮池对轻小型杂质的去除效率极高,但是对大型杂质的去除效果不好,而且建造费用高,设备维护贵,一般用在中小型废水的治理上。

2.3化学处理法

化学处理法一般用来对废水进行消毒,属于三级处理,具有处理效率高、周期短、处理量大等优点。2.3.1化学氧化还原法化学氧化还原法就是使废水中有毒有害的污染物与所添加的化学药剂发生氧化或还原反应,从而使这些污染物转化成低毒甚至无毒的物质。因为抗生素废水含有一定的生物毒性,用化学氧化法进行预处理,能有效降低废水对微生物成长的抑制作用,而且废水在处理过后无异味,药剂也简单易得。但是,药剂的成本不容忽视,药剂的投加量必须精确把握,否则会再次污染水质。2.3.2Fenton氧化法Fenton氧化法在处理难降解有机废水方面有一定的优势,但对COD的去除效果一般,如果将该法作为单独的工艺来使用,费用过于昂贵,现在一般都跟其他工艺联合起来使用。2.3.3中和法工业废水呈酸性或碱性是常态,为了保证后续过程pH的稳定,这些废水就不能直接进入反应池,必须先进行中和处理。一种方法是投加石灰等中和试剂,即向碱性废水中投酸,向酸性废水中投碱,使废水中和,达到酸碱平衡。另一种方法是混合酸、碱两种属性废水,通过废水自带的酸碱混合,让废水呈现中和状态。2.3.4臭氧氧化法臭氧是一种强氧化剂,臭氧氧化法的本质就是利用臭氧的强氧化性对水体进行消毒处理。除了用于废水治理,现如今这项工艺已经应用到人们的日常生活中。目前,臭氧合成技术不够先进,人们无法在减小能耗的基础上大规模生产臭氧,如果人们能发明一种低耗生成臭氧的方法,这种工艺会应用得更广泛。2.3.5光催化氧化法光催化氧化法一般用在大型工厂,投资巨大。该法可以显著降低废水中的有机物浓度,不需要考虑二次污染,但处理对象单一,很难同时处理多种废水。2.3.6电化学法电化学法也就是电镀废水,实质就是给废水通电,利用电流使得废水中的污染物在阴、阳两级发生氧化还原反应,最终污染物被氧化,达到处理的目的。电化学法的优点是操作灵活,排污少,而且面向污染物的范围广。缺点就是电力损耗比较大,但随着风力等清洁电能的开发,电能会越来越充足,电化学法应用还是有一定前途的。

3结语

制药行业蓬勃发展的同时,对环境造成的影响却日益严重。目前,我国有300多家抗生素生产企业,生产量约占世界产量的20%,废水排放量大,加剧了水体污染。这就要求抗生素生产企业必须加大技术研发和引进力度,综合运用各种抗生素废水处理工艺,避免水体被污染,实现人与自然和谐发展,为建设美丽中国贡献力量。

作者:罗婷 杜欢 单位:盐城工学院环境科学与工程学院