紅霉素發(fā)酵廢水處理工藝研究

孫倩 張倫倫

（鄭州大學(xué)環(huán)境技術(shù)咨詢工程公司，河南鄭州 450001）

紅霉素發(fā)酵廢水處理工藝研究

孫倩 張倫倫

（鄭州大學(xué)環(huán)境技術(shù)咨詢工程公司，河南鄭州 450001）

紅霉素是紅色鏈霉菌的次級代謝產(chǎn)物，是大環(huán)內(nèi)脂類抗生素的一種，其在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水包括提取廢水、洗罐廢水、濾布清洗廢水等，水質(zhì)成分復(fù)雜，溶液中含有殘留的抗生素和溶媒，對微生物具有一定的抑制作用。同時(shí)，廢水中含有不少生物發(fā)酵所產(chǎn)生的難生物降解物質(zhì)，屬高濃度難生物降解廢水。基于此，探究紅霉素發(fā)酵廢水的處理工藝。

紅霉素；發(fā)酵廢水；處理工藝

1 紅霉素廢水水質(zhì)

紅霉素是以黃豆餅粉、玉米漿等為主要氮源，以淀粉、葡萄糖為主要碳源，經(jīng)過三級發(fā)酵后得到發(fā)酵液，再經(jīng)過過濾、萃取、沉淀、轉(zhuǎn)堿、分離、洗滌和干燥等操作而制取的。紅霉素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要包括產(chǎn)品提取過程廢水（離心分離廢水、破乳廢水、丁酯及丙酮溶劑的回收廢水）、洗罐廢水、濾布清洗廢水、設(shè)備清洗水等。

廢水水質(zhì)具有以下特點(diǎn)：①從水質(zhì)來看，差異較大，其中生產(chǎn)廢水COD濃度在1 000～13 000mg/L，其他輔助系統(tǒng)廢水水質(zhì)COD則低于500mg/L；②廢水污染物濃度高；③由于紅霉素生產(chǎn)原料主要為各種有機(jī)物質(zhì)，所以產(chǎn)生的廢水中也主要是各類有機(jī)物質(zhì)及其降解產(chǎn)物，廢水的B/C大于0.3，理論上屬于可生化性，但由于溶液中含有殘留的抗生素和溶媒，對微生物具有一定的抑制作用，同時(shí)廢水中含有不少生物發(fā)酵所產(chǎn)生的難生物降解物質(zhì)，屬高濃度難生物降解廢水；④硫酸鹽濃度高，大量使用硫酸鹽造成發(fā)酵廢水中硫酸鹽濃度高，給廢水厭氧帶來困難；⑤碳氮比低，發(fā)酵過程為滿足發(fā)酵微生物次級代謝過程特定要求，一般控制生產(chǎn)發(fā)酵的C/N為4∶1左右，這樣廢發(fā)酵液的BOD/N一般在1∶10，與廢水處理微生物的營養(yǎng)要求（好氧20∶1，厭氧40～60∶1）相差甚遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響微生物的生長與代謝，不利于提高廢水生物處理負(fù)荷和效率；⑥水質(zhì)成分復(fù)雜，中間代謝產(chǎn)物、表面活性劑（破乳劑、消泡劑等）和提取分離中殘存的高濃度酸堿、有機(jī)溶劑等化工原料含量高，容易引起pH波動(dòng)大，色度高，甚至可能影響厭氧反應(yīng)器中甲烷菌的爭產(chǎn)活性。

綜上，紅霉素發(fā)酵廢水主要含有發(fā)酵過程使用的培養(yǎng)基和表面活性劑，提取過程中使用的有機(jī)溶劑和絮凝劑，殘余菌絲體、抗生素和中間代謝產(chǎn)物等，具有有機(jī)物濃度高，懸浮物含量高，存在生物抑制性物質(zhì)和生物難降解物質(zhì)等特點(diǎn)，是一類處理難度高的廢水［1］。

表1 發(fā)酵類制藥企業(yè)廢水處理工藝及效果一覽表

表2 廢水產(chǎn)生情況

2 發(fā)酵類廢水常規(guī)處理工藝

目前，國內(nèi)外對抗生素廢水處理的工藝已經(jīng)基本定型［2］，主要分為物化處理和生化處理。物化處理的主要作用是降解難分解的大分子有機(jī)物，能夠讓廢水在進(jìn)入生物處理工段后能夠更高效率地被微生物吸收利用，其次是失活分解廢水中的殘余抗生素，可以有效地避免對后期的生物處理產(chǎn)生不利影響；生化系統(tǒng)是抗生素廢水處理的主要工藝，主要降解水中有機(jī)物的濃度。國內(nèi)部分發(fā)酵類制藥行業(yè)所采用處理工藝及處理后水質(zhì)狀況見表1。

制藥廢水的水質(zhì)特點(diǎn)使得多數(shù)制藥廢水單獨(dú)采用生化法處理根本無法達(dá)標(biāo)，所以在生化處理前必須進(jìn)行必要的預(yù)處理。一般應(yīng)設(shè)調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量和pH，且根據(jù)實(shí)際情況采用某種物化或化學(xué)法作為預(yù)處理工序，以降低水中的SS、鹽度及部分COD，減少廢水中的生物抑制性物質(zhì)，并提高廢水的可降解性，以利于廢水的后續(xù)生化處理。預(yù)處理后的廢水，可根據(jù)其水質(zhì)特征選取某種厭氧和好氧工藝進(jìn)行處理，若出水要求較高，好氧處理工藝后還需繼續(xù)進(jìn)行后處理［3］。具體工藝的選擇應(yīng)綜合考慮廢水的性質(zhì)、工藝的處理效果、基建投資及運(yùn)行維護(hù)等因素，做到技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。總的工藝路線為預(yù)處理—厭氧—好氧—（后處理）組合工藝［4，5］。

3 某紅霉素生產(chǎn)企業(yè)發(fā)酵廢水治理方案

河南省安陽市某制藥廠是一家生產(chǎn)固體制劑和原料藥的醫(yī)藥企業(yè)，該公司在原料藥生產(chǎn)方面已取得批準(zhǔn)文號的品種共7個(gè)，分別為紅霉素、四環(huán)素、土霉素、吉他霉素、麥白霉素、煙酸林可霉素和酒石酸吉他霉素，公司紅霉素生產(chǎn)規(guī)模為100t/a。該公司紅霉素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要包括產(chǎn)品提取過程廢水（離心分離廢水、破乳廢水、丁酯及丙酮溶劑的回收廢水）、洗罐廢水、濾布清洗廢水、設(shè)備清洗水和地面清洗水等。

根據(jù)該工程設(shè)計(jì)情況及物料平衡分析，項(xiàng)目提取廢水中主要含有發(fā)酵殘留物、乙酸丁酯及丙酮等溶劑、少量殘留的紅霉素及其他雜質(zhì)等。由于發(fā)酵過程中碳氮比例失調(diào)（氮源過剩），廢水中含有硫酸鹽。此外，根據(jù)物料使用情況，廢水中還會(huì)含有磷酸鹽、氯化鈉等物質(zhì)。目前，紅霉素生產(chǎn)均采用發(fā)酵提取方法，發(fā)酵液經(jīng)過濾后采用溶劑進(jìn)行萃取，然后經(jīng)離心分離、水洗、轉(zhuǎn)堿、干燥等環(huán)節(jié)制取紅霉素，國內(nèi)紅霉素生產(chǎn)廠家均采用發(fā)酵提取方法進(jìn)行紅霉素生產(chǎn)，部分環(huán)節(jié)采用設(shè)備不同，但主體工藝基本一致，因此廢水水質(zhì)差異不大［6］。根據(jù)該紅霉素生產(chǎn)項(xiàng)目的物料平衡計(jì)算，廢水產(chǎn)生情況見表2。

根據(jù)廢水產(chǎn)生情況，該公司選用“氣浮+水解酸化+UASB+CASS+絮凝沉淀”組合處理工藝系統(tǒng)，具體工藝流程示意圖見圖1，廢水處理結(jié)果見表3。具體的廢水處理工藝流程如下。

表3 廢水處理效果一覽表

圖1 河南省安陽市某制藥廠紅霉素廢水處理工藝示意圖

①高濃度生產(chǎn)廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)，保證后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)池中加曝氣攪拌系統(tǒng)，防止懸浮物沉淀。

②調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入水解酸化池，水解酸化過程能將廢水中的非溶解態(tài)有機(jī)物截留并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)物，一些難于生物降解大分子物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為易于降解的小分子物質(zhì)如有機(jī)酸等，從而使廢水的可生化性和降解速度大幅度提高，以利于后續(xù)好氧生物處理［7］。根據(jù)《三廢處理工程技術(shù)手冊-廢水卷》（化學(xué)工業(yè)出版社）等資料，預(yù)處理對廢水的去除效率為COD45%、BOD540%、SS50%。

③水解酸化池出水可進(jìn)入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)系統(tǒng)，經(jīng)厭氧處理可有效去除廢水中大部分的有機(jī)物和懸浮物，其產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫后可送燃?xì)忮仩t作為燃料使用，其產(chǎn)生的污泥可送污泥壓濾系統(tǒng)進(jìn)行處理。根據(jù)《升流式厭氧污泥床反應(yīng)器污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2013-2012），UASB對污水的去除效率為COD80%～90%，BOD570%～80%。

④厭氧系統(tǒng)的出水進(jìn)入CASS好氧處理系統(tǒng)，CASS好氧處理系統(tǒng)是在傳統(tǒng)SBR工藝上發(fā)展起來的一種新工藝，可有效去除廢水中大部分有機(jī)物質(zhì)［7］。根據(jù)《序批式活性污泥法污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ577-2010），預(yù)處理+SBR對污染物的去除效率為COD70%～90%，BOD570%～90%，SS70%～90%，氨氮85%～95%，總磷50%～80%。故CASS的去除效率取COD85%、BOD595%、SS70%、氨氮85%和總磷50%。

⑤出水進(jìn)入絮凝沉淀系統(tǒng)，進(jìn)一步去除懸浮小顆粒物，泥水分離后，上清液達(dá)標(biāo)排放。

4 結(jié)論

①紅霉素生產(chǎn)廢水含有較多難生物降解物質(zhì)，屬高濃度難生物降解廢水。

②目前國內(nèi)主要的處理工藝路線為預(yù)處理—厭氧—好氧—（后處理）組合工藝。

③根據(jù)安陽市某制藥廠紅霉素生產(chǎn)廢水水質(zhì)情況，“氣浮+水解酸化+UASB+CASS+絮凝沉淀”組合處理工藝系統(tǒng)能夠處理紅霉素生產(chǎn)廢水，使其達(dá)標(biāo)。

［1］周健，張會(huì)展，方春玉.水解酸化-CASS工藝在紅霉素廢水處理中的應(yīng)用［J］.水處理技術(shù)，2006（12）：90-92.

［2］姜家展，季斌.高濃度抗生素有機(jī)廢水處理［J］.中國給水排水，1999（3）：57-58.

［3］曾麗璇，張秋云，劉佩紅，等.抗生素制藥廢水處理技術(shù)進(jìn)展［J］.安全與環(huán)境工程，2005（4）：62-64

［4］楊軍，陸正禹，胡紀(jì)萃，等.抗生素工業(yè)廢水生物處理技術(shù)的現(xiàn)狀與展望［J］.環(huán)境科學(xué)，1997（3）：83-85.

［5］張杰，相會(huì)強(qiáng)，徐桂芹.抗生素生產(chǎn)廢水治理技術(shù)進(jìn)展［J］.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（2）：44.

［6］韓德全，朱義彬，馬清進(jìn)，等.紅霉素生產(chǎn)廢水處理實(shí)驗(yàn)研究［J］.河南科學(xué)，2006（3）：443-445.

［7］孫美琴，彭超英，梁多.水解酸化預(yù)處理工藝及應(yīng)用［J］.四川環(huán)境，2003（4）：52-55.

Study on Treatment Technology of Erythromycin Fermentation Wastewater

Sun QianZhang Lunlun
（Environmental Technology Consulting Engineering Company of Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Erythromycin is the secondary metabolites of Streptomyces erythreus，is one kind of macrolide antibiotics. The production wastewater of the erythromycin include extraction wastewater,washing tank wastewater,filter cloth washing wastewater and so on.The water quality is very complicated，the solution has remaining antibiotics and solvent,which has a certain inhibitory effect on microorganisms.At the same time,wastewater contains a lot of difficult biodegradable material produced by biological fermentation,which belongs to high concentration and difficult biodegradable waste water.Based on this,the treatment technology of erythromycin fermentation wastewater was explored. Keywords:erythromycin；fermentation wastewater；treatment technology

X787

A

1003-5168（2016）11-0121-03

2016-10-26

孫倩（1990-），女，本科，助理工程師，研究方向：環(huán)保。