維生素類制藥廢水處理中的Fent on試劑處理工藝

郭潤澤，付明

（深圳雙瑞環保能源科技有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

近年來，高級氧化技術在處理生物降解廢水方面取得了一定的進展，尤其是Fenton試劑作為一種常用的高級氧化技術，具有操作過程簡單、反應物易得、無須復雜設備且對環境友好性等優點，已被逐漸應用于染料、防腐劑、顯相劑、農藥等廢水處理工程中，具有很好的應用前景。

2 制藥廢水的來源及水質特點

2.1 制藥廢水的來源

制藥企業在制藥生產活動中存在不同形式的環境問題，以廢水處理尤為突出。制藥的工藝復雜，不同藥品制備期間產生廢水的特性也不盡相同。制藥廢水中含各式各樣的有機污染物，包含糖類、生物堿、色素、木質素等，還有部分藥物的有效成分殘留物，由于多類物質的存在，使得制藥廢水的濃度偏高，BOD5值和CODCr值也偏高，且有明顯的波動。由于藥品類型和生產工藝兩方面的不同，對應的水質也有差異，因此，制藥廢水也被視為高濃度有機污水，必須妥善處理。從行業發展趨勢來看，制藥產業蓬勃發展，在此進程中衍生出愈發嚴重的制藥廢水污染問題，與生態環保的理念不符。而常規的生物處理技術所取得的應用效果有限，存在廢水處理效果差、效率低等問題。在此背景下，加強對制藥廢水處理工藝的進一步研究具有必要性[1]。

從藥品特性和水質特性的角度來看，制藥期間產生的工業廢水主要有以下4類：（1）合成制藥生產廢水：含有抑制劑，對微生物的生長有抑制作用，還含有不利于生物降解的有機物質，由于此特點，此類廢水在水量和水質兩方面有明顯的波動。（2）中成藥生產廢水：含大量的明膠、天然有機污染物等，此類廢水在水量和水質方面也有明顯的波動，CODCr含量較高。（3）生物法制藥生產發酵廢水：以部分維生素或抗生素生產期間的廢水為主，此類廢水主要源自提取、洗滌、生產和其他車間運行時，污染源以提取藥物時產生的廢水，有機污染物含量高，此類制藥廢水的處理難度大。（4）洗滌水和沖洗水：主要來源于藥物原料的洗滌、提純、精制環節，通常此類污水的水量和水質無明顯的波動，污染程度不高，處理難度較小。

2.2 制藥廢水的水量、水質特點

從以下幾方面切入，分析制藥廢水的水量和水質：（1）制藥時殘留原料普遍以廢水的形式向外排放，廢水含多種類型的有機物，針對制藥廢水進行處理時需考慮各類有機物的特點，采取針對性的處理措施。（2）部分制藥企業采取分批單罐的生產方式，此時廢水的排放并不具有連續性，在間歇式的廢水排放方式下，水量的沖擊負荷過強，廢水的水量和成分均有可能出現明顯的變化。（3）制藥廢水中含有抑制微生物生長的添加劑和抗生素，或其他的物質，由于此類物質的存在，制藥廢水的水質有顯著的變化。（4）制藥廢水中的懸浮物（SS）含量高，色度高。（5）各類藥品的藥性不同，各自均有一套適宜的制藥方法，但從大類別來看，無外乎生物、化學、物理幾類。制藥產生的廢水中含有復雜的物質，由于此類物質的共同作用，廢水的可生化性差，處理難度較大，易出現處理作業難以正常進行或是處理后廢水中復雜物質含量仍較高的情況。

3 某維生素制藥廠制藥廢水的處理工藝

某維生素制藥廠，生產期間有車間沖洗廢水150 t/d、高濃度制藥廢水150 t/d、員工生活污水250 t/d，廢水的成分復雜，包含苯、苯酚、苯胺等多類降解難度較大的有機物，若直接排放或處理工藝不合理，均會造成水污染。

針對制藥廢水的處理，可以考慮Fenton試劑處理工藝[2]，具體流程如圖1所示。結合圖1展開分析，制藥期間產生的高濃度廢水進入調節池，于該處清理藥泥；而后，轉至微電解-Fenton試劑耦合預處理單元，完成對廢水的預處理；產生的有機廢水與生活污水和車間清洗廢水結合，共同進入混合池內，針對水量、水質做靈活的調節，而后進入生化處理環節，此時產生的廢水在沉淀池內做泥水分離；泥水分離后的產物衍生出兩條流動路徑，其中，上清液外排，污泥進入濃縮池，于該裝置內做濃縮、壓濾處理。

4 制藥廢水處理單元及具體工藝要點

4.1 調節池

調節池的處理單元尺寸為12 m×5 m×4.5 m，有效水深3.5 m，有效容積220 m3，同時具備隔油、初沉、均化水質、調節水量多項功能，在調節池的作用下，減輕后續系統的負荷沖擊。

4.2 微電解-Fent on試劑氧化反應罐

制藥廢水的處理常采用Fenton試劑，將亞鐵離子作為過氧化氫的催化劑，反應期間產生豐富的羥基自由基，具有降解有機污染物的作用。Fenton試劑的氧化機理如下。

將適量的H2O2投加至含有Fe2+離子的酸性溶液中，產生如下反應：

其中，式（1）屬于快速反應，在此階段H2O2的消耗速度較快；式（2）中，Fe3+被還原為Fe2+，與H2O2接觸后有劇烈的反應，此時的Fe2+具有激發和傳遞作用，能夠促進鏈反應的持續發生，反應時生產羥基自由基，反應至H2O2消耗殆盡時停止。

Fenton試劑氧化反應罐單個反應罐的尺寸為φ2.5 m×4.5 m，共配備2個，呈串聯的布置形式。反應罐內的配套設施及材料包含曝氣系統、布水器、微電解填料。填料內部有豐富的微孔結構，可提供較大的電流密度，以便微電解反應的進行，取得較高的反應效率。高濃度制藥廢水在提升泵的作用下轉至一級微電解反應罐，向其中摻入適量的稀硫酸，調節pH至約3.5。制藥廢水在一級反應罐內停留約3 h后，出水進入二級反應罐，罐內有復合催化劑（包含貴金屬和活性炭）和Fenton試劑，經反應后生成具有較強氧化性的羥基自由基，其能夠清理制藥廢水中存在的有機污染物，在此期間還存在電子傳送作用和鐵離子的混凝作用，促進反應的發生，取得更加良好的反應效果。制藥廢水處理中，在二級罐的停留時間約為3 h。

按前述流程有序處理制藥廢水后，可去除降解難度較大的高濃度有機污染物（通常對此類物質的去除率達到50%~60%），BOD5/COD提高至0.3以上，給后續生化處理系統的運行奠定良好的基礎。

4.3 混合池

除了制藥廢水外，制藥廠日常運行中還將產生車間清洗廢水和生活污水，預處理后的制藥廢水將與這兩部分混合，進入調節池內，針對水量和水質做有效的調節。生活污水可提供碳、氮、磷營養源，有利于生化系統的運行，促進生物降解，且還能夠彌補氮、磷的不足。混合池的尺寸為3.5 m×7 m×5 m，有效水深為4 m，有效容積為90 m3，預處理后的制藥廢水在此階段的處理時間約為3.6 h。

4.4 厭氧池

厭氧池中含豐富的厭氧細菌，可以促進廢水中高分子有機物的轉化，產生包含醇、酸在內的低分子有機物，在此基礎上被好氧微生物降解，轉化為二氧化碳和水，既能減少污泥產生量，又提高了碳源的利用水平。厭氧池的底部共布設3套布水器，適配厭氧循環泵，有效水深6.5 m，有效容積600 m3，制藥廢水在此環節的處理時間約為24 h。經過厭氧池的相關處理后，廢水COD由4 235 mg/L降至992 mg/L，取得較好的COD去除效果，同時制藥廢水的可生化性得以提升。

4.5 好氧池

好氧池內有好氧微生物，可降解廢水中殘留的有機污染物。好氧池采用曝氣生物流化工藝，底部有穿孔曝氣系統和5ppi-NC專用載體填料。按半地上式鋼混凝土結構的方式設置好氧池，有效水深為5 m，有效容積為600 m3，制藥廢水在此階段的停留時間約為24 h。經過好氧池的微生物降解后，COD、BOD5的去除率分別達到70%、85%，甚至在工藝水平較高時可取得更高的去除率，SS也有降低的變化。

4.6 沉淀池

以適量的堿液調節好氧池出水的pH，將該值穩定在8.0~8.5，向其中投入適量的混凝劑和絮凝劑，然后轉至沉淀池內做進一步的處理。沉淀池中的上清液外排，污泥產生兩條流動路徑，一是進入污泥濃縮池進行處理，二是回流至厭氧池。沉淀池采用的是半地上鋼混凝土結構，有效水深為2.5 m，有效容積為75 m3，水力停留時間為4 h。

4.7 污泥的處理

制藥廢水經一系列處理后，將產生一定量的污泥，此部分進入污泥濃縮池，在該設施內做濃縮處理。污泥在得到濃縮處理后，進入二段式雙濾帶轉鼓濃縮脫水，經此道工序后的污泥含水率將被控制在80%以內，產生的泥餅被及時外運，做針對性的處置。濃縮池內除了產生泥餅外，還存在上清液和脫水壓濾液，兩部分液體回流至混合池內，繼續進行處理。污泥濃縮池的功能尺寸為5 m×5 m×6 m，設置為半地上式鋼混凝土結構。

5 廢水處理運行效果

該維生素制藥廠于2019年年底建成，經過調試后發現，廠內各類污水處理設施的配置到位，可正常運行。經檢測，確定Fenton試劑處理工藝在處理制藥廢水時各單元的廢水處理效果（均值）見表1。

表1 廢水處理效果mg/L

根據表1可知，在制藥廢水的處理中采用微電解-Fenton試劑氧化-A/O組合工藝后，原本高濃度的制藥廢水得到了有效的處理，出水中的關鍵水質指標均合理，例如，COD＜100 mg/L，BOD5＜20 mg/L，SS＜70 mg/L，NH3-N＜50 mg/L，通過與GB 8978—1996《污水綜合排放標準》相關規定的對比分析可知，各項指標均達到其中的三級排放標準。因此，在合理應用該制藥廢水組合處理工藝后，可有效解決制藥廢水排放時環境污染嚴重的問題，由此表明該工藝具有可行性。

6 結語

制藥廢水是制藥階段產生的污染物，其具有組成成分復雜、濃度高、生物降解性差等特點，對處理工藝提出了較高的要求。本文對某維生素制藥廠制藥廢水處理工藝的分析，闡述微電解-Fenton試劑氧化-A/O組合工藝的應用流程和具體的要點。根據該制藥廠制藥廢水排放檢測數據的分析可知，處理后排放的廢水達到三級排放標準，制藥廢水排放對水域環境造成污染的問題得到有效的緩解，證明該工藝具有可行性，可作為類似制藥廢水處理工作的技術參考。而在未來的制藥廢水處理工藝發展中，相關技術人員仍需加強探索，注重工藝細節的優化，提高制藥廢水的處理水平。