生物制药废水的特性与处理方案

生物制药可分为细胞工程、酶工程、基因工程及发酵工程四大类，其中发酵工程制药产生的废水最具代表性 —— 不仅排放量最大，污染成分也最为复杂。这类废水主要来源于工艺生产、设备清洗、冷却排水及生活污水，是工业废水处理领域的典型难题。

一、生物制药废水的核心特性

污染物浓度极高：COD 普遍超过 10000mg/L，氨氮与总氮（TN）含量居高不下，且伴随强烈色度，外观多呈深褐色或黑色。

成分复杂且毒性强：含有大量抗生素、生物抑制因子、残留培养基（如蛋白质、糖类），以及病毒、细菌等微生物，可生化性差（B/C 比常低于 0.3）。

排放不稳定：受批次生产影响，水质水量波动显著，间歇排放特征突出，对处理系统的抗冲击能力要求较高。

二、三段式处理流程及原理

生物制药废水的处理需通过 “预处理→生化处理→深度处理” 三级工艺协同作用，逐级降解污染物：

预处理：破除毒性，降低负荷

针对高氨氮、高磷废水，通过投加石灰（调节 pH）、PAC（聚合氯化铝）、PAM（聚丙烯酰胺）等药剂，使水中的氨氮转化为氢氧化镁沉淀，磷转化为磷酸钙沉淀。这些沉淀物在斜管沉淀池内完成固液分离，可去除 60% 以上的磷和 30%-40% 的氨氮，同时降低后续处理负荷。

针对高浓度难降解有机废水，可采用氧化法进行处理。该方法通过利用强氧化剂（如芬顿试剂、臭氧、过氧化氢等）产生具有高氧化电位的自由基（如羟基自由基・OH），攻击废水中的有机污染物分子，将其逐步氧化分解为二氧化碳、水和小分子无机物。例如，芬顿氧化法利用亚铁离子（Fe²⁺）与过氧化氢（H₂O₂）反应，持续产生羟基自由基，能有效破坏生物制药废水中残留的抗生素、激素等复杂有机物结构；臭氧氧化则凭借其强氧化性，在碱性条件下快速降解难降解污染物，且反应产物无污染。

此外，高级氧化技术如光催化氧化、电催化氧化等，可借助光、电等能量强化氧化过程，进一步提升处理效率，使废水的化学需氧量（COD）显著降低，为后续生化处理创造有利条件 。

生化处理：降解有机物，实现脱氮

厌氧段（水解酸化 + UASB）

水解酸化池：借助兼性菌将大分子有机物（如长链脂肪酸、多糖）分解为小分子（如丙酸、丁酸），提高废水可生化性（B/C 比可提升至 0.4-0.5）。

UASB 反应器：厌氧菌在密闭环境中进一步降解有机物，产生的甲烷气体可回收利用，COD 去除率达 70%-80%，大幅降低有机负荷。

好氧段（两级 A/O 工艺）

经厌氧处理后，废水进入 “缺氧 - 好氧” 循环系统：

缺氧池：反硝化菌利用碳源将硝酸盐转化为氮气，实现脱氮；

好氧池：硝化菌将氨氮氧化为硝酸盐，同时好氧微生物降解残留有机物。

两级 A/O 串联可强化脱氮效果，氨氮去除率达 90% 以上，COD 进一步降至 1000mg/L 以下。

深度处理：确保达标排放

关键工艺：二沉池 + 芬顿氧化 + 消毒

二沉池：通过重力沉降去除生化系统产生的活性污泥（SS），降低出水悬浮物。

芬顿氧化：向水中投加 Fe²⁺与 H₂O₂，生成强氧化性的羟基自由基（・OH），破解残留的难降解有机物（如抗生素中间体），使 COD 稳定降至排放标准（通常≤50mg/L）。

消毒池：采用紫外线或二氧化氯杀灭水中微生物，避免二次污染。

三、工艺组合逻辑

生物制药废水处理的核心逻辑是 “先破毒、再降解、后把关”：

预处理通过化学手段快速削减高浓度污染物，消除对微生物的毒性；

生化处理借助厌氧 + 好氧协同作用，利用微生物的代谢作用深度降解有机物和氮素；

深度处理通过高级氧化与分离技术，确保最终出水达标。

这种组合工艺既发挥了物化法的高效性，又利用了生物法的经济性，是目前处理生物制药废水的成熟方案。

四、实际案例分析

案例一：某大型生物制药企业

该企业每日产生 200m³ 生物制药废水，进水 COD 浓度高达 8000mg/L，出水 COD 浓度要求低于 100mg/L。处理流程如下：

物化预处理：采用 “调节 + 混凝气浮” 工艺，去除悬浮物、油脂等，初步净化废水。

厌氧生物处理：运用 UASB 反应器，在进水 COD 达 6000mg/L 的情况下稳定运行，将 COD 浓度降至 1000mg/L 以下，COD 去除率达 85%-90%。

好氧生物处理：通过多段式生物接触氧化池，利用生物接触氧化法降低有机物与氨氮浓度，该方法抗冲击负荷能力强，产泥量少。

深度处理：采用 “MBR 膜” 技术，将膜分离与生物处理相结合，省去二沉池，维持池内高浓度活性污泥，克服硝化菌增殖慢易流失的问题。经此工艺处理，企业废水成功达标排放，且处理成本降低。

案例二：某生物制药公司

该公司日排废水 600m³，主要来源于生产工艺、辅助工程及实验室。生产工艺废水 COD 与氨氮浓度高，综合 COD 超 5000mg/L。处理过程如下：

预处理：针对废水中含有的细菌、真菌等，先采用 “热力灭菌” 灭活。再利用 “铁碳微电解技术”，以废治废，通过铁和碳组成原电池反应去除有机物，提高可生化性。

生化处理：厌氧生物处理选用 UASB 反应器去除大部分有机物，提高可生化性；后续通过 “缺氧 + 好氧” 实现脱氮，利用微生物 “释放磷和吸磷” 作用除磷；好氧生物处理采用生物接触氧化法，去除厌氧处理后残留的有机物。

深度处理：采用物化法和化学法等工艺，进一步去除残留的有机物、悬浮物等污染物，确保废水稳定达标排放。

这些实际案例充分验证了 “预处理→生化处理→深度处理” 这一组合工艺在生物制药废水处理中的有效性和可行性。不同企业可根据自身废水特点、排放要求及成本预算，灵活调整各阶段工艺参数与设备选型，实现高效、稳定且经济的废水处理目标。