生物酶催化技術在制藥廢水處理中的應用
來源： 閱讀：3936 更新時間：2012-09-03 15:51近幾年來，我國各類醫藥化工及保健品制造業迅猛發展，而在制藥過程中排放的大量有毒有害廢水卻嚴重危害著人們的健康。制藥廢水已成為重要的污染源之一。制藥廢水除具有高濃度難降解有機廢水的有機物濃度高、難于生物降解的基本特點外，還具有含鹽量較高這一突出特點，從而使其處理難度加大。目前對制藥廢水的治理機理及處理技術都有研究，而且對含鹽量的影響、生物處理技術等的研究還較為深入。尋求工藝合理，運行穩定，維護管理方便，能最大限度地體現社會、經濟、環境效益的工藝技術，是亟待研究的方向和思路。國內某環保企業采用生物酶催化技術處理制藥廢水，并將該技術與產品應用于多家制藥廢水，經過小試、中試及大批量實際應用，結果表明，該技術的處理效果好，運行成本低，操作簡便，出水穩定。
1 制藥廢水的水質特征
制藥工業廢水通常屬于較難處理的高濃度有機廢水，因藥物產品不同、生產工藝不同而成分差異較大，生產特點是流程長、反應復雜、副產物多，反應原料常為溶劑類物質或環狀結構的化合物，使得廢水中污染物組分繁雜，其廢水特點是組成復雜，有機污染物種類多、濃度高，COD值和BOD5值高且波動性大，廢水的BOD5/COD值差異較大，生物難降解物質多，NH3-N濃度高，色度深，毒性大，SS濃度高，含鹽量高。而且制藥廠通常是采用間歇生產，產品的種類變化較大，造成了廢水的水質、水量及污染物的種類變化較大。特別是生化性很差，往往治理難度大且處理成本高，是廢水治理中的難點和重點，屬難處理的工業廢水。
2 制藥廢水的處理方法
制藥廢水因為其高濃度、有毒、有害、難生化降解的特點，在生化處理前必須進行必要的預處理，將廢水中對活性污泥微生物有毒成分去除，并采取必要的方法提高廢水的可降解性，使廢水得到有效的處理。制藥廢水常用的處理方法大多為：物化法、化學法、生物法等。
物化法主要有混凝沉淀法、氣浮法、吸附法和吹脫法等；化學法主要有混凝法、Fe-C處理法、Fenton試劑法、深度氧化法、濕式氧化法、超臨界氧化法等；生物法主要有序批式間歇活性污泥法（SBR法）、普通活性污泥法、生物接觸氧化法、上流式厭氧污泥床法（UASB法）、復合式厭氧反應器等。但物化法的不足之處為：會產生大量的污泥，出水pH值較低，含鹽量高，氨氮的去除率較低等。化學法的缺點為：會產生大量化學污泥，流程復雜，出水不能直接排放等。生物法的缺陷表現在：廢水需要大量稀釋，運行中泡沫多，易發生污泥膨脹，剩余污泥量大，去除率不高，常必須采用二級或多級處理。
制藥廢水種類繁多，屬于高濃度有機廢水，水中含有大量的高濃度、大分子，因此選擇什么樣的治理技術路線取決于廢水的性質。制藥廢水普遍具有濃度高、色度深、可生化性較差的特點，一般都是通過預處理以提高廢水的可生化性和初步去除污染物，再結合采用生化方法處理。雖然傳統的處理方法很多，各有優缺點，但在實踐中發現，單獨使用任何一種方法處理制藥廢水，均不能使出水水質達到國家排放標準。
3 生物酶催化技術
由于傳統的物化、生化處理方法對制藥廢水中污染物的去除往往不夠理想，難以達到國家相關排放標準，因此探求高效、低耗、投資省且穩定達標的制藥廢水處理新技術已日趨重要。國內外許多學者致力于將環境工程技術與生物技術結合發展，以環境生物技術為新技術體系解決環境污染成為當今乃至未來發展的方向。生物酶技術的開發與應用是環境生物技術中重要的部分，為制藥廢水治理提供了新的技術手段。
3.1 生物酶催化技術去除污染物的機理
將生物酶催化技術應用于污染物的去除，是采用不同于普通微生物菌的系列生物酶結合技術，通過酶打開不同污染物質中的化學鍵，將其迅速降解為小分子，從大分子有機物降解為低分子有機物或CO2、H2O等無機物，降低 COD值，從而達到去除污染物的目的，大大降低污水處理費用。
生物酶催化降解污染物通過以下兩種效應完成：
（1）接近定向效應—酶催化反應與酶的濃度成正比，酶具有使反應物集中的作用，即酶可以將反應物集中到分子周圍，產生有效碰撞機會增多；
（2）形變效應—酶分子可以使反應物分子中化學鍵拉長、扭曲和變形，使他們更容易被水解。與其他微生物處理相比，生物酶處理法具有催化效能高、反應條件溫和、對廢水質量及設備情況要求較低，反應速度快，對溫度、濃度和有毒物質適應范圍廣，可以重復使用等優點。
3.2 生物酶催化技術特點
生物酶催化技術與產品為具有脫色除臭，去除COD，脫氮除磷等多功能的環境友好型產品，能強烈地分解雜環類、苯環類等污染物，分解蛋白質和復雜多糖，對水溶性有機物分解也有重要的作用。生物酶通過催化降解作用將廢水中大量如側鏈脂、石油醚、丙酮、甲醇、乙醇、二氯甲烷、甲苯有毒有機物的復雜結構打開，使之開環斷鍵，形成小分子物質，不僅能去除部分污染物，而且可以提高制藥廢水的可生化性。
（1）替代現有傳統藥劑，可降低30%～50%的處理成本。
（2）去除COD效果明顯，特別是對消解氨氮有特效。
（3）對制藥廢水中的特征污染物具有高效去除作用。
（4）提高處理效率與處理量，可與原有處理設施生化段相結合，即原有設施不需要新建或者增建，可提高處理量30%左右。
（5）生物酶催化技術使用方便，容易操作，效果穩定，環境友好。
（6）經處理后的出水COD、氨氮等指標可確保達到國家排放標準。
4 生物酶催化技術在制藥廢水處理中的應用
針對目前制藥廢水的處理現狀，國內某環保企業已應用生化工程技術與環境科學技術相結合，通過應用系統方法，對生物酶類的選用與開發進行研究，以成本低、速度快、效率高、安全簡便的操作解決制藥廢水的處理問題。即應用生物酶催化技術處理制藥廢水，取得了顯著的效果。制藥廢水濃度高、色度深、可生化性較差，采用針對性生物酶可直接分解難降解污染物，提高廢水的可生化性。在制藥廢水處理工藝中，投加專性生物酶，通過特殊生物酶的催化作用，增加廢水的可生化性，出水可達到相應的排放標準，并且在運行過程中，降低了運行成本和工作強度，減少了對環境的污染。
4.1 福建某制藥廠廢水處理
福建某制藥廠日排放制藥廢水70m3，其廢水主要來自于中藥前處理及提取工序，主要以有機污染為主，其主要成分為植物酸、植物堿、多糖類、木質素、色素等，主要污染因子為COD、BOD、SS和色度等。具有有機污染物濃度高、難以生化降解、水質波動大等特點。原設計主體采用生化處理工藝，即進水—集水池—調節池—反應池—厭氧池—好氧池—沉淀池—過濾池—出水。該制藥廠現有廢水處理系統采用厭氧—好氧—過濾工藝處理污水，由于現有廢水處理系統存在諸多問題，出水水質未能穩定達到國家相關排放標準。根據現有廢水處理系統存在的主要問題，在盡量利用現有廢水處理系統的前提下，采用生物酶催化+生物強化技術為主體工藝。針對廢水中有機物濃度高，屬典型的高濃度難降解有機廢水，單純依靠厭氧—好氧—過濾工藝處理無法使出水有機物達標的問題，通過在反應池增設生物酶催化工藝，即投加高效生物酶凈水劑，通過生物酶的自固定化及復合固定化作用，提高處理負荷，并可抗較高的沖擊負荷，以促進并加快整個廢水處理系統的處理過程，保證整個處理系統出水水質達標。
該制藥廠于采用生物酶催化技術后，生化系統的處理效率大大提高。最終出水達到國家相關標準的要求。從監測結果可以看出，生物酶催化技術應用于制藥廢水處理中，可以迅速高效去除污染物，COD去除率可以達到95%以上，NH3-N去除率可以達到94%以上, 處理效果能夠達到現階段污水處理的要求。同時特定的生物酶可將制藥廢水中各種形態的高濃度大分子有機物，降解為小分子的有機物，并且將其中的特征污染物如二氯甲烷及DMF斷鍵，催化降解生成小分子化合物及無毒無害化合物，很好地解決了該制藥廠廢水出水難以達標的問題，具有投資省、效果好、處理成本低、工藝簡單的特點，可降低投資和運行成本。
4.2 山東某制藥廠廢水處理
山東某制藥廠日排放制藥廢水600t，其產生的廢水中含大量有毒有機物，如側鏈脂、石油醚、丙酮、甲醇、二氯甲烷、甲苯和各類酸、堿物質，還帶有頭孢類抗生素殘留物。此類廢水成分復雜，有機物含量高、分子量大、水中的有毒物質和抗生素類對生化處理的菌種有很強的抑制作用，常規處理方法很難達到理想的處理效果。采用生物酶催化技術處理抗生素廢水的方法后，處理效果顯著。該制藥廠司制藥廢水中的COD原在2 0 0 0 m g / L 以上， 經生物酶催化處理后， 出水COD≤80mg/L，可達標排放。采用生物酶催化技術處理制藥廢水效果顯著，處理能力大，污泥生成量少，經濟合理，操作簡單，運行穩定可靠，能耗小，節能減排，是該類廢水理想的處理方法。
5 結語
制藥廢水水質復雜，有機污染物種類多、濃度高，COD值和BOD5值高且波動性大，廢水的BOD5/COD值差異較大，NH3- N濃度高，色度大，毒性大，固體懸浮物SS濃度高，廢水處理有一定的難度。采用生物酶催化技術處理制藥廢水，具有工藝先進、技術成熟、結構簡單、投資省、占地少、處理效率高、運行費用低等特點，并對特征污染物有獨特的去除效果。經該技術處理后的廢水，可提高廢水可生化性，各項指標均可達標，尤其對處理難度較大的廢水脫色以及有機物的降解效果顯著。該項技術對制藥廢水的處理有新的突破，具有顯著的經濟效益、社會、環境效益。
