高毒高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理技術(shù)探討分析

摘要：探討醫(yī)藥化工廢水處理中解毒的關(guān)鍵任務(wù)，著重分析目前最廣泛應(yīng)用的Fenton氧化工藝和新型的MCHS生物預(yù)處理工藝，并比較評(píng)估這2種工藝在廢水處理中的優(yōu)劣勢(shì)和應(yīng)用前景。結(jié)果顯示，MCHS生物預(yù)處理工藝相較于Fenton氧化工藝具有較高的效果，對(duì)COD的去除率為70%～85%、總氮的去除率為20%～40%。由于MCHS生物預(yù)處理工藝具有運(yùn)行成本較低、過程控制簡(jiǎn)單、安全性高、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此通過深入研究和探討希望能為高毒性、高濃度化工廢水的預(yù)處理提供有益的參考和指導(dǎo)，進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：醫(yī)藥化工廢水；Fenton氧化；MCHS生物預(yù)處理；環(huán)境保護(hù)

引言

隨著醫(yī)藥化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，高毒性、高濃度的醫(yī)藥化工廢水成為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展急需解決的重要問題。醫(yī)藥化工廢水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和有毒害物質(zhì)，可對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅。因此，對(duì)于高毒性、高濃度醫(yī)藥化工廢水的有效預(yù)處理成為了迫切需求。

在醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理領(lǐng)域，F(xiàn)enton氧化工藝和新型的MCHS生物預(yù)處理工藝是2種備受關(guān)注的技術(shù)。Fenton氧化工藝以其高效、快速的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域。該工藝通過產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑羥基自由基，在廢水中有效降解有機(jī)物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。由于高毒性、高濃度化工廢水中的有機(jī)物種類繁多且濃度較高，F(xiàn)enton氧化工藝在處理醫(yī)藥化工廢水時(shí)可能面臨效果不佳、處理時(shí)間長(zhǎng)等問題。

為了克服Fenton氧化工藝的局限性，新型的MCHS生物預(yù)處理工藝（高階菌群多向催化生物反應(yīng)）逐漸嶄露頭角[1]。該工藝?yán)锰囟ǖ奈⑸锞N對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行生物降解，具有較高的處理效果和生物降解能力。MCHS生物預(yù)處理工藝在高毒性、高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，能夠有效解除醫(yī)藥化工廢水中的微生物毒性，提高醫(yī)藥化工廢水的可生化性。

1醫(yī)藥化工廢水概述

醫(yī)藥化工廢水是指在醫(yī)藥和化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，其中含有大量的有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)鹽和有害物質(zhì)[2]。醫(yī)藥化工行業(yè)是一個(gè)高污染、高能耗的行業(yè)，其廢水的處理對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類健康至關(guān)重要。醫(yī)藥化工廢水的主要特點(diǎn)是復(fù)雜性和高濃度。由于醫(yī)藥生產(chǎn)中使用的藥物原料、試劑和中間體等含有多種有機(jī)物質(zhì)，其中部分為難降解的有機(jī)物，并且化工生產(chǎn)中使用的溶劑和催化劑也含有大量有機(jī)物質(zhì)，因此這些有機(jī)物質(zhì)在醫(yī)藥化工廢水中的濃度通常較高，使得醫(yī)藥化工廢水處理更加困難。

醫(yī)藥化工廢水中包含了生產(chǎn)過程的有機(jī)溶劑、醫(yī)藥化工產(chǎn)品等有機(jī)污染物，而這些有機(jī)物中的大部分都有較高的生物毒性，因此如果直接采用常規(guī)生化系統(tǒng)處理醫(yī)藥化工廢水，不僅會(huì)導(dǎo)致生化系統(tǒng)出現(xiàn)異常，還可能會(huì)導(dǎo)致污水處理系統(tǒng)崩潰。另外，醫(yī)藥化工廢水中還含有金屬離子、重金屬離子和其它有害物質(zhì)，既會(huì)對(duì)水體和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害性，又會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和破壞。因此，需對(duì)醫(yī)藥化工廢水進(jìn)行一定的預(yù)處理，并在預(yù)處理過程中把廢水中的毒性物質(zhì)分解或降解，降低廢水的微生物毒性，從而保證后端常規(guī)生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2高濃度化工廢水預(yù)處理工藝介紹

預(yù)處理工藝作為保護(hù)后端常規(guī)系統(tǒng)受到毒性沖擊的一道屏障，在醫(yī)藥化工廢水處理中有著至關(guān)重要的作用。目前，高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理的工藝主要有高級(jí)氧化工藝（鐵碳-Fenton氧化工藝、Fenton氧化工藝、臭氧氧化工藝和濕式氧化工藝等）、生化處理工藝（好氧生物預(yù)處理、厭氧反應(yīng)器工藝）和脫鹽預(yù)處理工藝（蒸發(fā)工藝、膜過濾工藝）等。其中，高級(jí)氧化工藝中濕式氧化工藝因涉及高溫高壓造價(jià)和運(yùn)行成本均較高，因而應(yīng)用最為廣泛的主要是鐵碳-Fenton氧化工藝和Fenton氧化工藝；生化處理工藝中厭氧反應(yīng)器因?qū)Χ拘悦舾校沟冕t(yī)藥化工廢水無法采用厭氧工藝，因而好氧生物預(yù)處理工藝，即MCHS生物預(yù)處理工藝，在高濃度醫(yī)藥化工廢水中的應(yīng)用較多；脫鹽預(yù)處理工藝是目前廢水處理中對(duì)鹽分去除最有效果的工藝，若排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鹽分限定較嚴(yán)，且原水鹽分＞8%，則必須要采用脫鹽裝置[3]，由于脫鹽裝置處理廢水后，出水還是有一定的微生物毒性，因而應(yīng)用該工藝處理高濃度醫(yī)藥化工廢水時(shí)需謹(jǐn)慎。

3微電解-Fenton氧化預(yù)處理和MCHS生物預(yù)處理工藝對(duì)比

醫(yī)藥化工廢水的處理中最首要的任務(wù)即為解毒，目前最廣泛的解毒工藝即為Fenton氧化工藝（包括微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝等），另外就是新型的MCHS生物預(yù)處理工藝。

Fenton氧化工藝是一種基于過氧化氫和鐵離子的反應(yīng)機(jī)制，它能有效地降解醫(yī)藥化工廢水中的有機(jī)污染物。在該工藝中，過氧化氫與鐵離子反應(yīng)生成高活性的羥基自由基，同時(shí)這些自由基能夠迅速氧化廢水中的有機(jī)物，將其分解為較小的無毒物質(zhì)。Fenton氧化工藝具有處理效率高、反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥化工廢水的解毒處理中。

MCHS生物預(yù)處理工藝是改進(jìn)后的傳統(tǒng)厭氧消化工藝，它通過利用特定的微生物群落來降解醫(yī)藥化工廢水中的有機(jī)物。MCHS生物預(yù)處理工藝中的微生物可將有機(jī)物分解為CO2和H2O，從而實(shí)現(xiàn)廢水的解毒處理。相比傳統(tǒng)的厭氧消化工藝，MCHS生物預(yù)處理工藝具有更高的解毒效率和穩(wěn)定性。此外，MCHS生物預(yù)處理工藝還能夠有效地去除醫(yī)藥化工廢水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，減少對(duì)環(huán)境的污染。

盡管Fenton氧化工藝和MCHS生物預(yù)處理工藝在醫(yī)藥化工廢水處理中取得了顯著的成果，但仍存在一些挑戰(zhàn)。Fenton氧化工藝，如微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝中需要添加大量的鐵離子和過氧化氫，造成了較高的成本；MCHS生物預(yù)處理工藝對(duì)微生物群落的穩(wěn)定性和適應(yīng)性要求較高，需要更多的研究和改進(jìn)。

3.1技術(shù)原理

3.1.1 微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝

由于Fenton氧化過程的自由基降解污染物是非特異性過程，自由基會(huì)優(yōu)先攻擊小分子有機(jī)化合物，導(dǎo)致Fenton氧化工藝對(duì)大分子的降解效果較差，因此Fenton氧化工藝對(duì)高濃度廢水的解毒效果較差，且效果不穩(wěn)定。為了解決Fenton氧化工藝對(duì)高濃度廢水的解毒效果不理想以及效果不穩(wěn)定的問題，研究人員對(duì)微電解和Fenton氧化工藝進(jìn)行了聯(lián)用，形成了微電解-Fenton氧化聯(lián)用工藝即微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝。微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝充分利用了微電解的優(yōu)點(diǎn)和Fenton氧化的有效性，針對(duì)高濃度廢水的處理提供了更為可靠和有效的解決方案。如，鐵碳微電解工藝與Fenton氧化工藝聯(lián)用，已被證實(shí)相對(duì)于單獨(dú)使用微電解工藝在去除成分復(fù)雜的廢水方面具有更高的效果[4][5]，尤其是對(duì)CODCr、脫色和可生化性的去除具有更為明顯的優(yōu)勢(shì)。

相較于僅僅投加Fenton試劑中的Fe2+，微電解- Fenton氧化預(yù)處理工藝不僅能夠節(jié)約藥劑成本，還能達(dá)到廢物利用的目標(biāo)，因而被廣泛應(yīng)用于預(yù)處理高濃度廢水[6]，尤其適用于處理高鹽、高濃度、難降解、高色度、具有強(qiáng)烈氣味和高毒性的廢水。微電解工藝通過電解過程產(chǎn)生的電解氧化劑，如氫氧根離子等，能夠快速分解有機(jī)物，促使廢水中的CODCr、脫色物質(zhì)、可生化性物質(zhì)得到有效去除；Fenton氧化工藝則利用過氧化氫和鐵離子的反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑羥基自由基，能夠?qū)U水中的有機(jī)污染物進(jìn)行高效氧化降解。

由于Fenton氧化工藝的非特異性過程，其自由基更容易攻擊小分子有機(jī)化合物，對(duì)于大分子有機(jī)物的降解效果較差。然而，通過與微電解工藝聯(lián)用，微電解過程在廢水中產(chǎn)生的電解氧化劑可以切斷大分子有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，使其更易于被Fenton氧化劑降解。這樣，在微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝中，微電解起到了預(yù)處理的作用，將廢水中的大分子有機(jī)物部分降解為小分子有機(jī)物，使Fenton氧化更加高效和穩(wěn)定[7]。微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝不僅能夠有效去除高濃度廢水中的有機(jī)污染物，還能夠解決廢水中的顏色、氣味等問題。同時(shí)，與傳統(tǒng)的Fenton試劑投加Fe2+相比，聯(lián)用預(yù)處理工藝不僅能節(jié)約藥劑成本，還能提高廢水處理的效率和降解效果，實(shí)現(xiàn)以廢治廢的目的，減少對(duì)環(huán)境的二次污染。

3.1.2" MCHS生物預(yù)處理工藝

MCHS預(yù)處理工藝是基于高效的嗜耐鹽電化學(xué)活性菌種而建立的一種新型好氧生物預(yù)處理技術(shù)。MCHS菌種的種子菌種優(yōu)選自高污染、深海、極地等特殊環(huán)境，MCHS菌種耐受鹽分4%～8%、耐受溫度55～57℃、耐受pH值區(qū)間6.0～9.5，可高效降解醫(yī)藥化工廢水中的有機(jī)污染物，如DMF、DMSO、三乙胺、吡啶、哌嗪、苯胺、硝基苯、四氫呋喃、甲苯、氯苯等。MCHS菌種在耐受污染物過程中，通過自身的快速繁殖來降解廢水中的污染物，而污染物被分解后毒性隨之也會(huì)降低。

基于MCHS技術(shù)建成的MCHS生物反應(yīng)器，可以去除50%～90%的COD和 35%～40%

的總氮[8]，解除醫(yī)藥化工廢水的微生物毒性，保障后續(xù)常規(guī)活性污泥系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，因此在醫(yī)藥化工廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。由于MCHS菌種的種子菌種來自于高污染的環(huán)境，使得它們對(duì)廢水中的污染物有出色的降解能力。MCHS菌種在預(yù)處理過程中，能通過自身快速繁殖的能力，迅速降解廢水中的有機(jī)污染物[9]。因此，這樣的循環(huán)效應(yīng)使得MCH生物預(yù)處理工藝能夠在較短的時(shí)間內(nèi)大幅度降低醫(yī)藥化工廢水中的COD濃度，改善廢水的品質(zhì)，減少?gòu)U水對(duì)環(huán)境的污染。

此外，由于醫(yī)藥化工廢水中的有機(jī)污染物往往會(huì)對(duì)后續(xù)的常規(guī)活性污泥系統(tǒng)造成很大影響，導(dǎo)致其運(yùn)行不穩(wěn)定甚至崩潰。而經(jīng)過MCHS生物預(yù)處理后，醫(yī)藥化工廢水中的有機(jī)污染物得到大幅降解，微生物毒性也隨之減少，從而保障了后續(xù)常規(guī)活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 工藝指標(biāo)對(duì)比

微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝和MCHS 生物預(yù)處理工藝在醫(yī)藥化工廢水處理過程中各有優(yōu)劣。選擇合適的方法取決于廢水的特性、處理需求及經(jīng)濟(jì)和環(huán)境考慮。無論哪種方法，都應(yīng)該在盡可能減少對(duì)環(huán)境的污染的前提下，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的醫(yī)藥化工廢水處理。微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝和MCHS生物預(yù)處理工藝的指標(biāo)對(duì)比，如表1所示。

3.3" 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

以150 m3/d的流量（COD濃度按30000 mg/L

計(jì)）為例，對(duì)比微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝和MCHS 生物預(yù)處理工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，按照新建反應(yīng)罐體的價(jià)格作為估算。如表2所示，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的角度來看，微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝在處理效果和反應(yīng)速度方面更加優(yōu)越，適用于對(duì)于水質(zhì)要求較高的廢水處理場(chǎng)合[10]；MCHS 生物預(yù)處理工藝在投資成本和能耗方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，適用于中小型廢水處理廠。此外，微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝的運(yùn)維成本較高，需要定期添加鐵離子和過氧化氫，增加了運(yùn)營(yíng)成本[11]。

3.4 MCHS生物預(yù)處理工藝優(yōu)勢(shì)

MCHS生物預(yù)處理工藝在高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理中具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。按照150 m3/d、1年按365d計(jì)，MCHS生物預(yù)處理工藝為生物解毒可有效解除廢水中的微生物毒性，抗沖擊能力強(qiáng)；MCHS生物預(yù)處理工藝對(duì)廢水中的COD去除率為70%～85%，總氮去除率為20%～40%，高于微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝；MCHS生物預(yù)處理工藝運(yùn)行過程簡(jiǎn)單，而微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝要控制pH值控制難度大；MCHS生物預(yù)處理工藝不涉及危險(xiǎn)廢物和危險(xiǎn)化學(xué)品，安全性高于微電解-Fenton氧化預(yù)處理氧化工藝；MCHS生物預(yù)處理工藝年運(yùn)行費(fèi)82萬元，微電解-Fenton氧化預(yù)處理工藝年運(yùn)行費(fèi)274～438萬元（每年高200萬元以上）；MCHS生物預(yù)處理工雖然藝建設(shè)成本高，但綜合運(yùn)行成本后，從第2年開始，F(xiàn)enton氧化預(yù)處理工藝的費(fèi)用就大于MCHS生物預(yù)處理工藝的費(fèi)用。

結(jié)論

Fenton氧化工藝在高毒性、高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。該工藝通過產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑羥基自由基，能夠高效降解廢水中的有機(jī)物，使COD和總氮的去除率顯著提高。由于Fenton氧化工藝具有操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)時(shí)間短、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此在醫(yī)藥化工廢水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善和成本的降低，F(xiàn)enton氧化工藝的應(yīng)用前景更加可觀。

新型的MCHS生物預(yù)處理工藝在高毒性、高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理中也展示出良好的應(yīng)用前景。該工藝可利用特定的微生物菌種對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解，具有較高的生物降解能力。研究結(jié)果表明，MCHS生物預(yù)處理工藝能夠有效解除廢水中的微生物毒性，提高廢水的可生化性。由于MCHS生物預(yù)處理工藝具有低運(yùn)行成本、對(duì)環(huán)境友好和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，因此在高毒性、高濃度醫(yī)藥化工廢水預(yù)處理領(lǐng)域更具有廣泛的應(yīng)用前景。

總之，無論是Fenton氧化工藝還是新型的MCHS生物預(yù)處理工藝，在高毒性、高濃度化工醫(yī)藥廢水預(yù)處理方面都展示出了良好的應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)廢水的特性和處理需求選擇合適的工藝。同時(shí)，也可結(jié)合2種工藝的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，以達(dá)到更好的預(yù)處理效果。但這些還需要進(jìn)一步的研究和優(yōu)化，以提高工藝的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性，并適應(yīng)不同廢水處理需求的實(shí)際應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介

林寶春（1977—），男，漢族，浙江杭州人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)閺U水處理及環(huán)境污染治理技術(shù)等。