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抗菌素类生物制药工业废水

2012-8-15 13:51:17

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        在众多的部分发酵工程制药产品中,抗菌素是目前国内外研究较多的生物制药,其生产废水也占医药废水的大部分??咕?anibiofics)是微生物、植物、动物在其生命过程中产生(或利用化学、生物或生化方法)的化合物,具有在低浓度下选择性地抑制或杀灭它种微生物或肿瘤细胞的能力,是人类控制感染性疾病、保障身体健康及防治动植物病害的重要药物。

        抗菌素工业属于发酵工业的范围??咕胤⒔褪峭ü⑸锝嘌心承┓纸獠锖铣删哂星看罂咕蛞志饔玫妮?,它一般都是采用纯种在好氧条件下进行的??咕氐纳晕⑸锓⒔头ń猩锖铣晌?,少数也可用化学合成方法生产。此外,还可将生物合成法制得的抗菌素用化学、生物或生化方法进行分子结构改造而制成各种卫生物,称为半合成抗菌素。

        抗菌素生产工艺主要包括菌种制备及菌种保藏、培养基制备(培养基的种类与成分、培养基原材料的质量和控制)与灭菌及空气除菌、发酵工艺(温度与通气搅拌等),发酵液的预处理和过滤、提取工艺(沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法)、干燥工艺等。以粮食或糖蜜为主要原料生产抗菌素的生产工艺流程可见图1.7
 

抗菌素生产工艺流程

        由图1.7可见,抗菌素生产工艺流程与一般发酵产品工艺流程基本相同。生产工艺包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学方法提取、精制等过程。

        抗菌素生产工艺的主要废渣水来自以下三方面:一是提取工艺的结晶废母液,即采用沉淀法、萃取法、离子交换法等工艺提取抗菌素后的废母液、废流出液等污染负荷高(属高浓度)的有机废水;再则是中浓度有机废水,主要是来自于各种设备的洗涤水、冲洗水;最后是冷却水。此外,为提高药效,还将发酵法制得的抗菌素用化学、生物或生化方法进行分子结构改造而制成各种衍生物,即半合成抗菌素,其生产过程的后加工工艺中包括有机合成的单元操作,可能排出其他废水。

        抗菌素制药的废水可分为:提取废水、洗涤废水和其他废水,其生产工艺流程与废水产生情况见图1.8。

抗菌素生产及废水产生示意图


        抗菌素生产废水的来源及主要水质特征主要包括以下几方面。

        1.抗菌素制药废水的来源

        (1)发酵废水发酵废水如果不含有最终成品,则BOD5浓度为4000~13000mg/L。当发酵过程不正常、发酵罐出现染菌现象时,导致整个发酵过程失败,必然将废发酵液排放到废水中,从而增大了废水中有机物及抗菌素类蓟物的浓度,使得废水中COD、BOD5值出现波动高峰,此时废水的BOD5浓度可高达(2~3)x104mg/L。

        (2)酸、碱废水和有机溶剂废水酸、碱废水和有机溶剂废水主要是在发酵产品的提取过程中需要采用一些提取工艺和特殊的化学药品造成的。

        (3)设备与地板等的洗涤废水设备与地板等的洗涤废水的成分与发酵废水相似,BOD5浓度为500~l500mg/L。

        (4)冷却水冷却水中污染物的主要成分是发酵残余的营养物,如蛋白质、脂肪和无机盐类(Ca2+、Mg2+、K+、Na+、S042-、HP042-,、Cl-、Cr2O42-等),其中包括酸、碱、有机溶剂和化工原料。

    2.抗菌素制药废水的水质特征

        从抗菌素制药的生产原料及工艺特点中可以看出,该类废水成分复杂,有机物浓度高,溶解性和胶体性固体浓度高,pH经常变化,温度较高,带有颜色和气味,悬浮物含量高,含有难降解物质和有抑菌作用的抗菌素,并且有生物毒性等。其具体特征叙述如下。


        (1)COD浓度高

       抗菌素制药废水中主要包括发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程的萃余液,经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液,离子交换过程排出的吸附废液,水中不溶性抗菌素的发酵滤液,以及染菌倒罐废液等。这些成分浓度较高,如青霉素浓度COD为15000~80000mg/L、土霉素COD浓度为8000~35000mg/L。

        (2)废水中SS浓度高废水中SS主要为发酵的残余培养基质和发酵产生的微生物丝菌体。例如,庆大霉素SS为8g/L左右,青霉素SS为5~23mg/L。

        (3)存在难生物降解和有抑菌作用的抗菌素等毒性物质由于抗菌素得率较低,仅为0.1%~3%(质量分数),且分离提取率仅为60%~70%,因此废水中残留抗菌素含量较高,一般条件下,四环素残余浓度为100~l000mg/L,土霉素残余浓度为500~1000mg/L。废水中青霉素、四环素、链霉素浓度低于100mg/L时不会影响好氧生物处理,但当浓度大于100mg/L时会抑制好氧污泥活性,降低处理效果。

        (4)硫酸盐浓度高链霉素废水中硫酸盐含量为3000mg/L左右,最高可达5500mg/L,土霉素废水为2000mg/L左右,庆大霉素废水中为4000mg/L。一般认为,好氧条件下硫酸盐的存在对生物处理没有影响,但对厌氧生物处理有抑制作用。

        (5)水质成分复杂中间代谢产物、表面活性剂(破乳剂、消沫剂等)和提取分离中残留的高浓度酸、碱、有机溶剂等原料成分复杂,易引起pH值大幅度波动,影响生化反应活性。

        (6)水量小且间歇排放,冲击负荷较高由于抗菌素分批发酵生产,废水间歇排放,所以其废水成分和水力负荷随时间也有很大变化,这种冲击给生物处理带来极大的困难。部分抗菌素生产废水水质特征和主要污染指标见表1.16。

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