1.1 抗生素生产废水概述
制药行业已经成为我国国民经济中不可或缺的一部分，与此同时它也成为我国进步最为迅速的产业之一。当前，大部分的化学原料药和药物制剂都是由我国生产并销往全球的。从作用、产品的种类、药物的影响和生产工艺这些方面来比较，抗生素在这些药物产品中具有极其重要的地位。 在 2015 年，我国的所有工业所排放的废水总量约为 200 亿吨，这些废水中约有 5.3 亿吨，占总排放量的 2.6%是由制药行业产生并排放的。从制药厂排放出的废水中的特征污染物主要包括残留的药物、生产过程的中间体和使用的有活性的微生物等。废水中的这些污染物具有生物毒性和致细菌耐药性等，会对人体的健康造成潜在的威胁。其中，抗生素生产废水几乎都是高浓度有机废水，不仅处理起来难度非常大，而且处理后难以稳定的达到国家标准。所以对抗生素生产废水的处理进行研究是非常有必要的，找到一种容易操作和维护方便的能稳定运行且可以达到预设的处理效果，与此同时还可以保证经济效益的处理工艺是抗生素生产行业急需解决的问题[1-3]。抗生素在最开始被发现的时候被称为抗菌素，它是指一种由微生物所生产的，在低浓度的情况下就可以对其他微生物产生拮抗的物质。在 1876 年，Tyndall是第一个发现微生物之间有拮抗作用的学者。到了 1929 年，Fleming 偶然的发现了一个奇怪的现象即在青霉菌的菌落周围，金黄色葡萄球菌的生长被抑制。直到 1942 年，才由 Florey 和 Chain 证实，之所以会有这种抑制现象的出现，是因为青霉菌所产生的青霉素。由此，青霉素成为了第一个被人类发现的抗生素。在第二次世界大战时，青霉素在治疗感染性疾病中发挥了巨大的作用，也是因此，抗生素的黄金时代来临了。从 1950 年到 1960 年，大量的抗感染抗生素（比如红霉素、链霉素、四环素、利福霉素、灰黄霉素和艾氏菌素等）和用这些抗生素作为原料进行深加工的产物（比如青霉素衍生物和头孢菌素衍生物等）被发现和生产出来。在同一时间，还发现能够抗肿瘤活性的抗生素比如放线菌素、博莱霉素、丝裂霉素、紫红霉素和光神霉素等，这说明微生物的代谢产物的作用不仅仅是对细菌的拮抗作用。在 20 世纪 60 年代中期，日本学者梅泽滨夫从微生物的代谢产物中筛选出了酶抑制剂，由此获得了具有生理活性的物质。在这以后，陆陆续续的在微生物的代谢产物中，发现了很多具有各种生理活性的物质，包括免疫抑制剂、免疫增强剂、免疫调节剂，如环孢菌素 A、雷帕霉素；具有生理功能的酶抑制剂，如有降血脂活性、作用于 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-Co A）还原酶的抑制剂洛伐他汀，具有抗血栓活性的凝血酶抑制剂杆菌凝血酶抑素，治疗糖尿病、作用于醛糖还原酶的抑制剂萨弗利定；具有调节血压功能的内皮素受体拮抗剂葡穗菌星等物质。之后，随着对微生物代谢产物的功能进行多样性的开发和利用，“抗生素”的含义和定义又得到了更广的延伸和发展。20 世纪 80 年代中期，汉斯?博曼从蚕蛹中分离出抗菌肽，这是第一次从动物体中发现了抗菌肽，紧接着科研工作者又从青蛙、蜜蜂、猪和人等 800多种动物中相继发现了由短链氨基酸组成的抗菌肽，从而开辟了生产抗生素的丰富新资源。从这个意义上来说，抗生素是指由微生物或生物体产生的，在低浓度下对其它微生物或肿瘤、病毒细胞呈现拮抗作用或在生物体内具有生理活性的物质[4]。
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1.2 抗生素生产废水的处理现状
目前，随着我 国环境污染的日益严重，民众对环境问题日益关注。国家和各地政府对制药行业的环保问题越来越重视。2015 年 1 月 1 日被称为“史上最严的环保法”的新《环保法》开始执行，由于环保问题“倒逼”制药企业停产的事件频频上演。因此，绝大部分企业都开始对制药废水的处理进行研究，并进行了大量的尝试和探索[9]。水处理方法一般都可以归纳为物理法、化学法及生化法，下面简要介绍这几种方法在抗生素生产废水处理中的应用。山东省某抗生素制药厂[10]采用混凝沉淀预处理抗生素生产废水，控制加药量为氯化铝铁 1kg/m3、p H 值为 8～9、PAM 为 0.01kg/m3，对 COD 的平均去除率可达 47%。马立艳[11]通过对不同混凝剂和助凝剂的试验研究，确定在控制 PAC加药量为 100mg/L 且 PAM(A7863)加药量为 1.0mg/L 的试验条件下，抗生素生产废水 COD 平均去除率达到 32.0%，COD 浓度由 4447mg/L 下降到 2928mg/L。程雪敏[12]通过对比 PAC 与硼泥对抗生素生产废水的混凝效果，发现当在 300m L 废水中加硼泥(15%)6m L，搅拌 2min(200r/min)，加 PAM（1‰）溶液 6m L，玻璃棒搅拌混匀、静置，对抗生素生产废水 COD 去除率为 48.65%，COD 由 30244mg/L降至 15530mg/L。
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2 试验材料及方法
2.1 试验废水的来源与水质
试验所用的废水来源于安徽省皖北药业盐酸林可霉素生产车间，从不同生产工段进行分类，该废水主要包括：从滤液中提取抗生素的萃取余液即一萃废水和三萃废水；溶剂回收过程中的蒸馏釜残夜即溶媒废水；从菌渣中提取抗生素时的残夜即菌渣母液；抗生素精制过程中的精制废水即精馏母液。具体水质及水量见表 2.1。
2.2 试验装置
试验装置如图 2.1 所示，为一台恒温水浴摇床、一台恒温气浴摇床及若干容积为 1L 的摇瓶。本工程的 IC 反应器共有六座，两种规格，每种规格各有三座。第一种规格尺寸为 Φ9.5m×26.0m，有效容积为 1800m3，第二种规格尺寸为 Φ9.5m×20.0m，有效容积为 1400m3。因为在启动阶段，进水的水质及水力停留时间一致，所以本文仅选取第二种规格的一个 IC 反应器作为研究对象。 IC 反应器启动试验的试验装置的尺寸为 Φ9.5m×20.0m，有效容积为 1400m3。在罐体 1.2m、4m、7.5m、11m、14.3m、16.7m 的高度处设有取样口，便于检测污泥，计算反应器内的污泥浓度。
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3 厌氧处理盐酸林可霉素生产废水的试验研究 ....... 25
3.1 单股废水的厌氧处理 ........ 25
3.2 混合废水的厌氧处理 ........ 32
3.2.1 两股混合废水的厌氧处理结果及分析 ......... 32
3.2.2 三股混和废水的厌氧处理结果及分析 ......... 34
3.2.3 四股混和废水的厌氧处理结果及分析 ......... 35
3.2.4 五股混和废水的厌氧处理结果及分析 ......... 36
3.3 单因素影响试验 ........ 38
3.3.1 萃取剂 X 对厌氧处理的影响试验结果及分析 ..... 38
3.3.2 效价对厌氧处理的影响试验结果与分析 ..... 43
3.4 本章小结 .... 49
4 IC 反应器的启动运行 ...... 50
4.1 IC 反应器启动结果及分析 ....... 50
4.2 本章小结 .... 54
5 结论与建议 ....... 55
5.1 结论 .... 55
5.2 建议 .... 55
4 IC 反应器的启动运行
4.1 IC 反应器启动结果及分析
根据 IC 反应器启动的进料负荷方案进行启动，前五周维持进水量不变，此时容积负荷低于 1kg COD/(m3·d)，这一阶段是厌氧颗粒污泥的驯化培养期，一方面此时的 COD 浓度在缓慢增加，容积负荷也逐渐上升，但是在这一阶段容积负荷维持在较低的水平上，另一方面此时的进水量未发生变化，反应器内整体的水力环境保持一致，有利于厌氧颗粒污泥的培养与截留；在反应器启动的第 36天到第 75 天是提升负荷阶段，在这个阶段，每十天为一个周期，保持进水 COD的浓度不变，每一个周期提升一次进水量，直至达到设计进水量，这一阶段容积负荷随着每个周期进水量的提升而提高；启动的第 76 天到第 95 天为满负荷运行阶段，此时进水量已达到设计要求，进水 COD 小幅上升，带动容积负荷小幅上涨，最终进水量为 934m3/d，容积负荷稳定在 4 kg COD/(m3·d)。从图 4.2 可以看出，在启动的前 35 天，进水 COD 的浓度逐步上升，第一周进水 COD 浓度为 2500mg/L，随后每周增加 500mg/L，到第五周达到 4500mg/L，在这五周中，出水 COD 的浓度在进水浓度提高的前两三天会小幅增高，但是随着启动时间的推移又会逐渐下降，在 COD 去除率上的体现就是在进水浓度提高后，COD 去除率会先下降后缓慢上升，稳定在 75%，这一阶段即为厌氧颗粒污泥的培养驯化期，随着污泥的适应性增加，对于进水 COD 浓度提升所带来的出水 COD 的波动越来越小；在反应器启动的第 36 天到 75 天为负荷提升阶段，每十天为一个周期，共四个周期，在这一阶段进水 COD 的浓度维
