生物强化技术在硫酸新霉素制药废水中的应用

李 坤，雷生姣，关 勇，张媛娥

（1.三峡大学生物与制药学院，湖北 宜昌 443002；2.普罗生物技术（上海）有限公司，上海 201206）

硫酸新霉素是一种氨基糖苷类抗生素药物，其制造过程中产生废水是典型的有机废水之一，具有难降解、毒性大和对污水处理厂中诸多生化过程产生不同程度抑制作用等特点，近年来引起越来越多的关注[1]。据统计，生产1 吨该抗生素产品大约产生150～200 m3的抗生素废水，该类废水的大量排放对我国环境造成了严重污染[2]。

目前硫酸新霉素制药废水主要利用物理处理法、化学处理法和生物处理法（好氧生物氧化、兼氧生物降解及厌氧硝化降解）相结合的方法进行处理[3-6]。其中，生化处理系统是一个集水解酸化、兼氧及好氧为一体的重要污水处理系统之一，见图1。

图1 硫酸新霉素制药废水生化处理系统工艺流程图

由于硫酸新霉素废水成分复杂，且含有对微生物有抑制作用的成分，导致可生化性较低，处理时间较长；好氧池COD 去除率低，浓度过高，使得活性污泥负荷过重，导致污泥吸附性变差，同时，由于硝化菌硝化能力不足，有机物不能完全分解掉；兼氧池内反硝化菌能力不足，影响反硝化反应过程，导致出水NH3-N浓度过高。

为了提高硫酸新霉素废水生化处理系统中各反应池反应效率，增强废水可生化性，提高生化系统抗冲击能力以及COD、NH3-N 去除率等，本研究采用生物强化技术，在水解池、好氧池和兼氧池内分别投加生物解毒剂和各种生物菌剂。结果表明，生物强化技术在硫酸新霉素废水生化处理系统中具有潜在的应用价值。

1 材料和方法

1.1 实验材料

生物解毒剂、生物菌剂，普罗生物技术（上海）有限公司；生物解毒剂，以有机酸、氮、酶的独特配方为基质的生物酶制剂；生物菌剂，含COD菌种、倍活硝化菌、倍活反硝化菌和倍活水解酸化菌的4种菌剂。

1.2 主要仪器

LH-3BA型水质测定仪，北京连华永兴科技发展有限公司；5B-6D 氨氮快速测定仪，北京连华永兴科技发展有限公司；LB-60M 水质毒性检测仪，青岛路博环保科技有限公司；FE28酸度计，梅特勒-托利多有限公司；AE2204电子天平，湘仪天平仪器设备有限公司。

1.3 实验方法

按照目前废水处理的生化系统，搭建模拟生化系统1、2，按现有生化系统的控制方法对模拟生化系统进行控制；同时，模拟系统1投加生物药剂为试验组，模拟生化系统2作为空白组，见图2、图3。

图2 模拟生化系统1（实验组）

图3 模拟生化系统2（空白组）

整个试验分为三个阶段：第一阶段为第1～5天，此阶段在模拟生化系统1 试验组中的水解酸化池进水口投加一定量生物解毒剂和倍活水解酸化菌，同时，在好氧池进水口投加COD 菌种和硝化菌种；第二阶段为第6～11天，除了继续在水解酸化池和好氧池中投加水解酸化菌、COD 菌种和硝化菌种外，在缺氧池进水口投加反硝化菌；第三阶段为稳定阶段，为试验的第12～17天，此阶段在缺氧池进水口投加反硝化菌，并按现有生化系统的控制方法进行控制。在试验期间，将试验组与空白组的废水水质进行对比，以确认生物强化技术对废水生化处理系统的作用效果。

1.4 分析方法

1.4.1 水质常规检测

取模拟生化处理系统1 和2 的污水进行水质常规指标检测，检测方法、取样点及检测频次见表1 所示。

表1 模拟生化处理系统水质检测表

1.4.2 生物毒性检测

本试验在实验组水解池进口处投加生物解毒剂。为了确认生物强化技术对硫酸新霉素废水的处理效果，在两套模拟系统调节池出口和好氧池出口处取样进行生物毒性检测[16]。根据发光细菌在一定波长（490 nm）下的发光强度计算生物毒性抑制率，从而衡量生物毒性的大小。生物毒性抑制率计算公式如下：

式中：A0为空白组发光细菌的发光强度；Ai为各样品组发光细菌的发光强度。计算结果负值代表抑制，正值则代表促进。

2 结果与分析

2.1 废水COD的处理效果

试验组按试验方法投加生物药剂，在此期间，每天取试验组1和空白组2的调节池出水及二沉池出水检测COD浓度，对比分析，数据见图4。

图4 模拟生化系统COD浓度趋势图

两套模拟生化系统调节池内废水来源一致，从图4 可以看出，试验组和空白组调节池内COD 浓度为3020～4432 mg/L，平均COD 浓度约为3700 mg/L，两套系统水质波动均较大。两套模拟生化系统调节池内二沉池出水对比，空白组未投加生物药剂的模拟生化系统COD 浓度波动较大，而试验组投加生物药剂的模拟生化系统的COD 浓度波动比较稳定，且试验组二沉池出水COD 浓度基本保持在700～800 mg/L，空白组为800～1000 mg/L，试验组COD浓度整体低于空白组。

图5显示，试验组COD去除率为76.1%～82.5%，空白组为71.0%～81.2%，试验组COD去除率高于空白组，且更稳定。

图5 模拟生化系统COD去除率趋势图

2.2 废水NH3-N的处理效果

在整个实验过程中，每天取各模拟生化系统的二沉池出水进行NH3-N 浓度检测，如图6 所示，空白组未投加生物药剂的二沉池排水NH3-N 浓度忽高忽低，在10～30 mg/L 间波动，而试验组二沉池排水NH3-N 浓度相对稳定，且NH3-N浓度在10 mg/L以下。

图6 模拟生化系统出水NH3-N浓度趋势图

图7 显示，空白组NH3-N 去除率为94%～96%，且受进水水质波动影响较大；试验组NH3-N 去除率为97.5%以上，且更加稳定。

图7 模拟生化系统NH3-N去除率趋势图

2.3 生物毒性抑制率的影响

在两组模拟生化处理系统中，取调节池出水、好氧池中活性污泥，利用哈希试剂盒法测定废水生物毒性，检测结果如表2所示。

表2 模拟生化系统生物毒性抑制率

由表2可知，原水的生物毒性对发光细菌的抑制率为88.5%，进水生物毒性物质浓度较高。经过生化处理后，未添加生物药剂的空白组好氧池中的活性污泥生物毒性抑制率下降至15.3%，生物毒性物质在处理过程中被吸附或降解，含量降低。而添加生物药剂的试验组好氧池中的活性污泥中，生物毒性抑制率下降至-0.5%，投加生物药剂不仅对生物毒性物质具有抑制作用，对发光细菌的生长还有促进作用。

3 结论

（1）利用生物强化技术，在硫酸新霉素制药废水生化处理系统中投加生物药剂可以有效降低废水COD、NH3-N浓度，提高COD、NH3-N去除率。同时，在生化系统受到进水水质波动影响时，生物药剂可以使系统抗冲击能力加强，整体提高废水的处理效果。

（2）投加生物药剂，不仅没有对发光细菌生长进行抑制，反而起到了促进作用，说明生物强化技术不仅增强了微生物对废水中有害物质的降解作用，还在一定程度上屏蔽了毒性物质，对活性污泥中微生物的生长起到了促进作用。

（3）本次试验是模拟生化系统试验，模拟生化系统与实际生化系统还是存在很大差异，实际生化系统受水质、水量等的波动更为严重。同时，模拟生化系统试验过程中投加生物药剂的使用量是按其使用说明方法投加，在面临水质水量波动的时候，使用量应结合实际情况投放。对硫酸新霉素制药废水生化处理系统投加生物药剂的工艺还有待进一步研究。