厌氧处理技术对制药废水处理的研究进展

杨 钊，刘汉武，李世刚，曾晓林，王先庆

（1.贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义 563000；2.贵州省地矿局第二工程勘察院，贵州遵义 563000）

制药废水主要来源于药物的研发与生产过程（发酵、萃取、过滤、离子交换以及制药设备清洗）中所产生的废水，其中包含了大量的废溶剂、难降解的有机物以及各种医药中间体。因而制药废水具有有机物含量高、高氨氮、毒性大、色度深和可生化性差等特点。与传统的活性污泥工艺相比，厌氧技术具有高有机负荷、污泥产量少、运行成本低及可产生再生能源甲烷等优势。因此厌氧技术是处理高浓度有机物制药废水的首选处理方法。本文综述了厌氧和厌氧混合技术对制药废水的处理，指出现有技术的不足与未来研究的方向。

1 制药废水的厌氧技术

当前处理制药废水的厌氧技术主要包括厌氧膜生物反应器（AnMBR）、上流厌氧污泥床（UASB）、厌氧序批式反应器（AnSBR）和厌氧+好氧技术。

1.1 厌氧膜生物反应器（AnMBR）

AnMBR 处理工艺结合了厌氧处理和膜过滤过程，可以完全保留生物质处理废水。AnMBR 在能源生产中也起着重要作用，因为它能够利用废水中大部分有机物产生清洁能源甲烷。Huang 等采用浸没式AnMBR 处理含β-内酰胺类抗生素的制药废水，COD 去除率最高可达94%，甲烷产量为0.151～0.242L/g。Hu 等评估了厌氧膜生物反应器（AnMBR）在改善进水浓度处理抗生素溶剂废水的性能和微生物群落动态，结果显示，COD 平均去除率为93.6%，甲烷产量为170mL/g。尽管AnMBR 为制药废水的处理提供了许多优势，但是，AnMBR最大的难题——膜污染问题阻碍其大规模推广应用。研究学者对此进行了大量研究，通过膜改性、结构改造、运行参数调整、与其他工艺结合等来控制或缓解膜污染。

1.2 上流式厌氧污泥床（UASB）

上流式厌氧污泥床（UASB）具有厌氧消化效率高、结构简单、水力停留时间短和无须另设污泥回流装置等优点，被广泛用于废水处理。在国内使用UASB 处理制药废水的研究较多。陈玉等利用UASB 在自然温度条件下处理VC、SD 和葡萄糖生产废水，对COD 的去除率达90%。周宇昭等在中温条件下采用UASB 处理含高浓度硫酸盐的制药废水，驯化3个月后，在进水COD 浓度为9 500mg/L 的情况下，容积负荷可达到9.5kg/（m3·d），水力停留时间为24h，COD 的去除率可达到30%。

1.3 厌氧序批式反应器（AnSBR）

厌氧序批式反应器（AnSBR）是一种活性污泥处理工艺，四个工艺步骤（进水、反应、沉淀、排水）在同一个反应器中进行，最终完成对废水的处理。Vergili 等使用AnSBR 处理含有依托度酸的制药废水，结果表明AnSBR 在高达2.6kg/（m3·d）的OLR 时依托度酸的去除率为50%～60%。Cetecioglu 等[15]使用AnSBR 研究不同浓度的磺胺甲基异恶唑（SMX）对挥发性脂肪酸（VFA）利用率和其他参数的影响，结果表明，厌氧条件下能处理SMX 浓度高达40mg/L 的制药废水，但是较高的SMX 含量会对AnSBR 反应器中微生物群落产生毒性作用，从而导致底物/COD 利用率和沼气产生受到抑制，并导致反应器运行失败。

1.4 厌氧+好氧系统

尽管单个厌氧系统通常可以降低制药废水的有机物，但其处理效果差异很大，这可能与废水的盐度、毒性和难生物降解的化合物等有关。因此，为了更好地处理制药废水，有研究者提出将厌氧和好氧工艺相结合处理制药废水。通常厌氧-好氧工艺，在厌氧阶段废水中大部分有机污染物被去除，好氧阶段作为优化阶段，以进一步去除厌氧废水中的有机残留物，并通过硝化作用实现氨的还原，最终完成对废水的处理。Shi等[16]研究了厌氧（UASB）+好氧（MBR 或SBR）处理高盐制药废水，结果显示单个UASB、UASB+MBR 和UASB+SBR对COD 的去除效率分别为41.3%、94.7%和91.8%。表明组合工艺对制药废水的处理效果最好，是以后的研究重点。

2 未来展望

厌氧工艺为处理高强度制药废水提供了可行的选择，然而制药废水中含有难降解的微污染物抗生素，传统的厌氧处理工艺并不能完全去除抗生素，残留的抗生素会随出水进入水环境。环境中残留的抗生素可通过食物链进入人体并产生选择性压力，诱导体内病原体产生抗性；此外还会产生抗性基因（ARGs），从而降低抗生素治疗疾病的能力，已成为全球关注的安全问题。因此制药废水中残留的抗生素带来的环境问题已经引起广大研究者关注。

制药废水中残留的抗生素会促进环境中ARGs 的扩散。近年来，已有研究者在制药废水处理厂的污泥中检测出大量的ARGs。Tao 等研究了制药废水处理厂污泥中ARGs 的多样性和丰度，结果显示，在制药废水处理厂中发现了大量的ARGs。高级氧化技术（AOP）已被证明可以有效降解抗生素化合物。然而，由于AOP 处理的高昂成本，制药废水中大量污染物的共存降低了其应用的可行性。同时近年来已有研究者通过共代谢的途径促进抗生素的去除。Oliveira 等通过批次实验探究了使用厌氧颗粒污泥去除磺胺二甲嘧啶（SMZ），结果表明，共代谢基质的添加可以明显促进SMZ 的去除，从对照组的57%提升到共基质组的84%。因此厌氧共代谢技术为高效去除制药废水中残留抗生素提供了一种方式。

3 结束语

制药废水通过厌氧工艺处理是可行的，许多厌氧系统可有效去除制药废水中的有机物。但当前厌氧处理工艺对制药废水中残留抗生素的去除能力有限，废水中残留抗生素所带来的环境问题应引起研究者的特别关注。厌氧共代谢技术为高效去除制药废水中残留抗生素提供了一种方式。