厭氧處理技術(shù)對(duì)制藥廢水處理的研究進(jìn)展

楊 釗，劉漢武，李世剛，曾曉林，王先慶

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州遵義 563000；2.貴州省地礦局第二工程勘察院，貴州遵義 563000）

制藥廢水主要來源于藥物的研發(fā)與生產(chǎn)過程（發(fā)酵、萃取、過濾、離子交換以及制藥設(shè)備清洗）中所產(chǎn)生的廢水，其中包含了大量的廢溶劑、難降解的有機(jī)物以及各種醫(yī)藥中間體。因而制藥廢水具有有機(jī)物含量高、高氨氮、毒性大、色度深和可生化性差等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的活性污泥工藝相比，厭氧技術(shù)具有高有機(jī)負(fù)荷、污泥產(chǎn)量少、運(yùn)行成本低及可產(chǎn)生再生能源甲烷等優(yōu)勢(shì)。因此厭氧技術(shù)是處理高濃度有機(jī)物制藥廢水的首選處理方法。本文綜述了厭氧和厭氧混合技術(shù)對(duì)制藥廢水的處理，指出現(xiàn)有技術(shù)的不足與未來研究的方向。

1 制藥廢水的厭氧技術(shù)

當(dāng)前處理制藥廢水的厭氧技術(shù)主要包括厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）、上流厭氧污泥床（UASB）、厭氧序批式反應(yīng)器（AnSBR）和厭氧+好氧技術(shù)。

1.1 厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）

AnMBR 處理工藝結(jié)合了厭氧處理和膜過濾過程，可以完全保留生物質(zhì)處理廢水。AnMBR 在能源生產(chǎn)中也起著重要作用，因?yàn)樗軌蚶脧U水中大部分有機(jī)物產(chǎn)生清潔能源甲烷。Huang 等采用浸沒式AnMBR 處理含β-內(nèi)酰胺類抗生素的制藥廢水，COD 去除率最高可達(dá)94%，甲烷產(chǎn)量為0.151～0.242L/g。Hu 等評(píng)估了厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）在改善進(jìn)水濃度處理抗生素溶劑廢水的性能和微生物群落動(dòng)態(tài)，結(jié)果顯示，COD 平均去除率為93.6%，甲烷產(chǎn)量為170mL/g。盡管AnMBR 為制藥廢水的處理提供了許多優(yōu)勢(shì)，但是，AnMBR最大的難題——膜污染問題阻礙其大規(guī)模推廣應(yīng)用。研究學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究，通過膜改性、結(jié)構(gòu)改造、運(yùn)行參數(shù)調(diào)整、與其他工藝結(jié)合等來控制或緩解膜污染。

1.2 上流式厭氧污泥床（UASB）

上流式厭氧污泥床（UASB）具有厭氧消化效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水力停留時(shí)間短和無須另設(shè)污泥回流裝置等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于廢水處理。在國內(nèi)使用UASB 處理制藥廢水的研究較多。陳玉等利用UASB 在自然溫度條件下處理VC、SD 和葡萄糖生產(chǎn)廢水，對(duì)COD 的去除率達(dá)90%。周宇昭等在中溫條件下采用UASB 處理含高濃度硫酸鹽的制藥廢水，馴化3個(gè)月后，在進(jìn)水COD 濃度為9 500mg/L 的情況下，容積負(fù)荷可達(dá)到9.5kg/（m3·d），水力停留時(shí)間為24h，COD 的去除率可達(dá)到30%。

1.3 厭氧序批式反應(yīng)器（AnSBR）

厭氧序批式反應(yīng)器（AnSBR）是一種活性污泥處理工藝，四個(gè)工藝步驟（進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水）在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，最終完成對(duì)廢水的處理。Vergili 等使用AnSBR 處理含有依托度酸的制藥廢水，結(jié)果表明AnSBR 在高達(dá)2.6kg/（m3·d）的OLR 時(shí)依托度酸的去除率為50%～60%。Cetecioglu 等[15]使用AnSBR 研究不同濃度的磺胺甲基異惡唑（SMX）對(duì)揮發(fā)性脂肪酸（VFA）利用率和其他參數(shù)的影響，結(jié)果表明，厭氧條件下能處理SMX 濃度高達(dá)40mg/L 的制藥廢水，但是較高的SMX 含量會(huì)對(duì)AnSBR 反應(yīng)器中微生物群落產(chǎn)生毒性作用，從而導(dǎo)致底物/COD 利用率和沼氣產(chǎn)生受到抑制，并導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行失敗。

1.4 厭氧+好氧系統(tǒng)

盡管單個(gè)厭氧系統(tǒng)通常可以降低制藥廢水的有機(jī)物，但其處理效果差異很大，這可能與廢水的鹽度、毒性和難生物降解的化合物等有關(guān)。因此，為了更好地處理制藥廢水，有研究者提出將厭氧和好氧工藝相結(jié)合處理制藥廢水。通常厭氧-好氧工藝，在厭氧階段廢水中大部分有機(jī)污染物被去除，好氧階段作為優(yōu)化階段，以進(jìn)一步去除厭氧廢水中的有機(jī)殘留物，并通過硝化作用實(shí)現(xiàn)氨的還原，最終完成對(duì)廢水的處理。Shi等[16]研究了厭氧（UASB）+好氧（MBR 或SBR）處理高鹽制藥廢水，結(jié)果顯示單個(gè)UASB、UASB+MBR 和UASB+SBR對(duì)COD 的去除效率分別為41.3%、94.7%和91.8%。表明組合工藝對(duì)制藥廢水的處理效果最好，是以后的研究重點(diǎn)。

2 未來展望

厭氧工藝為處理高強(qiáng)度制藥廢水提供了可行的選擇，然而制藥廢水中含有難降解的微污染物抗生素，傳統(tǒng)的厭氧處理工藝并不能完全去除抗生素，殘留的抗生素會(huì)隨出水進(jìn)入水環(huán)境。環(huán)境中殘留的抗生素可通過食物鏈進(jìn)入人體并產(chǎn)生選擇性壓力，誘導(dǎo)體內(nèi)病原體產(chǎn)生抗性；此外還會(huì)產(chǎn)生抗性基因（ARGs），從而降低抗生素治療疾病的能力，已成為全球關(guān)注的安全問題。因此制藥廢水中殘留的抗生素帶來的環(huán)境問題已經(jīng)引起廣大研究者關(guān)注。

制藥廢水中殘留的抗生素會(huì)促進(jìn)環(huán)境中ARGs 的擴(kuò)散。近年來，已有研究者在制藥廢水處理廠的污泥中檢測(cè)出大量的ARGs。Tao 等研究了制藥廢水處理廠污泥中ARGs 的多樣性和豐度，結(jié)果顯示，在制藥廢水處理廠中發(fā)現(xiàn)了大量的ARGs。高級(jí)氧化技術(shù)（AOP）已被證明可以有效降解抗生素化合物。然而，由于AOP 處理的高昂成本，制藥廢水中大量污染物的共存降低了其應(yīng)用的可行性。同時(shí)近年來已有研究者通過共代謝的途徑促進(jìn)抗生素的去除。Oliveira 等通過批次實(shí)驗(yàn)探究了使用厭氧顆粒污泥去除磺胺二甲嘧啶（SMZ），結(jié)果表明，共代謝基質(zhì)的添加可以明顯促進(jìn)SMZ 的去除，從對(duì)照組的57%提升到共基質(zhì)組的84%。因此厭氧共代謝技術(shù)為高效去除制藥廢水中殘留抗生素提供了一種方式。

3 結(jié)束語

制藥廢水通過厭氧工藝處理是可行的，許多厭氧系統(tǒng)可有效去除制藥廢水中的有機(jī)物。但當(dāng)前厭氧處理工藝對(duì)制藥廢水中殘留抗生素的去除能力有限，廢水中殘留抗生素所帶來的環(huán)境問題應(yīng)引起研究者的特別關(guān)注。厭氧共代謝技術(shù)為高效去除制藥廢水中殘留抗生素提供了一種方式。