生物酶催化技术在制药废水处理中的应用
来源： 阅读：3619 更新时间：2012-09-03 15:51近几年来，我国各类医药化工及保健品制造业迅猛发展，而在制药过程中排放的大量有毒有害废水却严重危害着人们的健康。制药废水已成为重要的污染源之一。制药废水除具有高浓度难降解有机废水的有机物浓度高、难于生物降解的基本特点外，还具有含盐量较高这一突出特点，从而使其处理难度加大。目前对制药废水的治理机理及处理技术都有研究，而且对含盐量的影响、生物处理技术等的研究还较为深入。寻求工艺合理，运行稳定，维护管理方便，能最大限度地体现社会、经济、环境效益的工艺技术，是亟待研究的方向和思路。国内某环保企业采用生物酶催化技术处理制药废水，并将该技术与产品应用于多家制药废水，经过小试、中试及大批量实际应用，结果表明，该技术的处理效果好，运行成本低，操作简便，出水稳定。
1 制药废水的水质特征
制药工业废水通常属于较难处理的高浓度有机废水，因药物产品不同、生产工艺不同而成分差异较大，生产特点是流程长、反应复杂、副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，使得废水中污染物组分繁杂，其废水特点是组成复杂，有机污染物种类多、浓度高，COD值和BOD5值高且波动性大，废水的BOD5/COD值差异较大，生物难降解物质多，NH3-N浓度高，色度深，毒性大，SS浓度高，含盐量高。而且制药厂通常是采用间歇生产，产品的种类变化较大，造成了废水的水质、水量及污染物的种类变化较大。特别是生化性很差，往往治理难度大且处理成本高，是废水治理中的难点和重点，属难处理的工业废水。
2 制药废水的处理方法
制药废水因为其高浓度、有毒、有害、难生化降解的特点，在生化处理前必须进行必要的预处理，将废水中对活性污泥微生物有毒成分去除，并采取必要的方法提高废水的可降解性，使废水得到有效的处理。制药废水常用的处理方法大多为：物化法、化学法、生物法等。
物化法主要有混凝沉淀法、气浮法、吸附法和吹脱法等；化学法主要有混凝法、Fe-C处理法、Fenton试剂法、深度氧化法、湿式氧化法、超临界氧化法等；生物法主要有序批式间歇活性污泥法（SBR法）、普通活性污泥法、生物接触氧化法、上流式厌氧污泥床法（UASB法）、复合式厌氧反应器等。但物化法的不足之处为：会产生大量的污泥，出水pH值较低，含盐量高，氨氮的去除率较低等。化学法的缺点为：会产生大量化学污泥，流程复杂，出水不能直接排放等。生物法的缺陷表现在：废水需要大量稀释，运行中泡沫多，易发生污泥膨胀，剩余污泥量大，去除率不高，常必须采用二级或多级处理。
制药废水种类繁多，属于高浓度有机废水，水中含有大量的高浓度、大分子，因此选择什么样的治理技术路线取决于废水的性质。制药废水普遍具有浓度高、色度深、可生化性较差的特点，一般都是通过预处理以提高废水的可生化性和初步去除污染物，再结合采用生化方法处理。虽然传统的处理方法很多，各有优缺点，但在实践中发现，单独使用任何一种方法处理制药废水，均不能使出水水质达到国家排放标准。
3 生物酶催化技术
由于传统的物化、生化处理方法对制药废水中污染物的去除往往不够理想，难以达到国家相关排放标准，因此探求高效、低耗、投资省且稳定达标的制药废水处理新技术已日趋重要。国内外许多学者致力于将环境工程技术与生物技术结合发展，以环境生物技术为新技术体系解决环境污染成为当今乃至未来发展的方向。生物酶技术的开发与应用是环境生物技术中重要的部分，为制药废水治理提供了新的技术手段。
3.1 生物酶催化技术去除污染物的机理
将生物酶催化技术应用于污染物的去除，是采用不同于普通微生物菌的系列生物酶结合技术，通过酶打开不同污染物质中的化学键，将其迅速降解为小分子，从大分子有机物降解为低分子有机物或CO2、H2O等无机物，降低 COD值，从而达到去除污染物的目的，大大降低污水处理费用。
生物酶催化降解污染物通过以下两种效应完成：
（1）接近定向效应—酶催化反应与酶的浓度成正比，酶具有使反应物集中的作用，即酶可以将反应物集中到分子周围，产生有效碰撞机会增多；
（2）形变效应—酶分子可以使反应物分子中化学键拉长、扭曲和变形，使他们更容易被水解。与其他微生物处理相比，生物酶处理法具有催化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。
3.2 生物酶催化技术特点
生物酶催化技术与产品为具有脱色除臭，去除COD，脱氮除磷等多功能的环境友好型产品，能强烈地分解杂环类、苯环类等污染物，分解蛋白质和复杂多糖，对水溶性有机物分解也有重要的作用。生物酶通过催化降解作用将废水中大量如侧链脂、石油醚、丙酮、甲醇、乙醇、二氯甲烷、甲苯有毒有机物的复杂结构打开，使之开环断键，形成小分子物质，不仅能去除部分污染物，而且可以提高制药废水的可生化性。
（1）替代现有传统药剂，可降低30%～50%的处理成本。
（2）去除COD效果明显，特别是对消解氨氮有特效。
（3）对制药废水中的特征污染物具有高效去除作用。
（4）提高处理效率与处理量，可与原有处理设施生化段相结合，即原有设施不需要新建或者增建，可提高处理量30%左右。
（5）生物酶催化技术使用方便，容易操作，效果稳定，环境友好。
（6）经处理后的出水COD、氨氮等指标可确保达到国家排放标准。
4 生物酶催化技术在制药废水处理中的应用
针对目前制药废水的处理现状，国内某环保企业已应用生化工程技术与环境科学技术相结合，通过应用系统方法，对生物酶类的选用与开发进行研究，以成本低、速度快、效率高、安全简便的操作解决制药废水的处理问题。即应用生物酶催化技术处理制药废水，取得了显著的效果。制药废水浓度高、色度深、可生化性较差，采用针对性生物酶可直接分解难降解污染物，提高废水的可生化性。在制药废水处理工艺中，投加专性生物酶，通过特殊生物酶的催化作用，增加废水的可生化性，出水可达到相应的排放标准，并且在运行过程中，降低了运行成本和工作强度，减少了对环境的污染。
4.1 福建某制药厂废水处理
福建某制药厂日排放制药废水70m3，其废水主要来自于中药前处理及提取工序，主要以有机污染为主，其主要成分为植物酸、植物碱、多糖类、木质素、色素等，主要污染因子为COD、BOD、SS和色度等。具有有机污染物浓度高、难以生化降解、水质波动大等特点。原设计主体采用生化处理工艺，即进水—集水池—调节池—反应池—厌氧池—好氧池—沉淀池—过滤池—出水。该制药厂现有废水处理系统采用厌氧—好氧—过滤工艺处理污水，由于现有废水处理系统存在诸多问题，出水水质未能稳定达到国家相关排放标准。根据现有废水处理系统存在的主要问题，在尽量利用现有废水处理系统的前提下，采用生物酶催化+生物强化技术为主体工艺。针对废水中有机物浓度高，属典型的高浓度难降解有机废水，单纯依靠厌氧—好氧—过滤工艺处理无法使出水有机物达标的问题，通过在反应池增设生物酶催化工艺，即投加高效生物酶净水剂，通过生物酶的自固定化及复合固定化作用，提高处理负荷，并可抗较高的冲击负荷，以促进并加快整个废水处理系统的处理过程，保证整个处理系统出水水质达标。
该制药厂于采用生物酶催化技术后，生化系统的处理效率大大提高。最终出水达到国家相关标准的要求。从监测结果可以看出，生物酶催化技术应用于制药废水处理中，可以迅速高效去除污染物，COD去除率可以达到95%以上，NH3-N去除率可以达到94%以上, 处理效果能够达到现阶段污水处理的要求。同时特定的生物酶可将制药废水中各种形态的高浓度大分子有机物，降解为小分子的有机物，并且将其中的特征污染物如二氯甲烷及DMF断键，催化降解生成小分子化合物及无毒无害化合物，很好地解决了该制药厂废水出水难以达标的问题，具有投资省、效果好、处理成本低、工艺简单的特点，可降低投资和运行成本。
4.2 山东某制药厂废水处理
山东某制药厂日排放制药废水600t，其产生的废水中含大量有毒有机物，如侧链脂、石油醚、丙酮、甲醇、二氯甲烷、甲苯和各类酸、碱物质，还带有头孢类抗生素残留物。此类废水成分复杂，有机物含量高、分子量大、水中的有毒物质和抗生素类对生化处理的菌种有很强的抑制作用，常规处理方法很难达到理想的处理效果。采用生物酶催化技术处理抗生素废水的方法后，处理效果显著。该制药厂司制药废水中的COD原在2 0 0 0 m g / L 以上， 经生物酶催化处理后， 出水COD≤80mg/L，可达标排放。采用生物酶催化技术处理制药废水效果显著，处理能力大，污泥生成量少，经济合理，操作简单，运行稳定可靠，能耗小，节能减排，是该类废水理想的处理方法。
5 结语
制药废水水质复杂，有机污染物种类多、浓度高，COD值和BOD5值高且波动性大，废水的BOD5/COD值差异较大，NH3- N浓度高，色度大，毒性大，固体悬浮物SS浓度高，废水处理有一定的难度。采用生物酶催化技术处理制药废水，具有工艺先进、技术成熟、结构简单、投资省、占地少、处理效率高、运行费用低等特点，并对特征污染物有独特的去除效果。经该技术处理后的废水，可提高废水可生化性，各项指标均可达标，尤其对处理难度较大的废水脱色以及有机物的降解效果显著。该项技术对制药废水的处理有新的突破，具有显著的经济效益、社会、环境效益。
