一种万古霉素生产废水的处理方法

一种万古霉素生产废水的处理方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种万古霉素生产废水的处理方法。

背景技术

抗生素是人类历史上的大发现，已被广泛地用于医疗等多个领域，有效保障了人类身体健康。但在抗生素生产及应用过程中，会产生大量的含有抗生素的难降解有机废水。万古霉素是一种糖肽类抗生素，可通过干扰细胞壁结构中的一种关键组分来干扰细胞壁的合成，抑制细胞壁中磷脂和多肽的生成。万古霉素生产废水主要来源于大孔吸附树脂洗脱、脱、凝胶等主要过程，并经反渗透浓缩。

该废水中含有生产万古霉素的菌体、丙酮、乙醇、氨等多种污染物，具有COD高、万古霉素残留、气味臭等特点，属于处理难度较大的有机有毒废水。

制药工业废水的处理方法主要有物化法、生物法、物化-生物联用法等。生物法被认为是目前污水治理中最彻底、最经济的方法，在推动废水处理技术朝无毒、无害、无二次污染方向发展方面具有不可低估的作用。传统的生物法为活性污泥法，但是活性污泥中微生物生长容易受废水成分、有机物浓度、有毒有害物质等诸多因素的影响，存在污泥膨胀、去除率不高等不足。

田璐等（有效降解万古霉素废水COD的真菌菌株筛选及研究[J]，环境污染与防治，2009,31(2):73-76）筛选到一株能有效降解万古霉素废水中COD的真菌HCCB00304。通过形态观察及分子生物学分析，鉴定该菌株为绿僵菌。万古霉素废水取自某制药厂，主要水质指标为：pH 2-6；COD为11.0×10⁴-12.5×10⁴mg/L；NH₄⁺-N 924 mg/L，总糖4.91%（质量分数）。利用该菌处理万古霉素废水的最佳条件为：菌体投加量10%(体积分数)、初始pH 6.0、25℃、处理时间60h，在此条件下可使废水的COD从114208 mg/L降到56145mg/L，COD降解率为50.84%，处理效果还有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种万古霉素生产废水的处理方法。本发明采用混凝沉淀-厌氧生化-好氧生化组合处理工艺，并在厌氧单元投加特定的脱COD菌，在好氧单元投加特定的脱COD脱氮菌剂，实现废水中COD和总氮的高效脱除，具有工艺简单、处理效率高、处理成本低等特点。

本发明万古霉素生产废水的处理方法，包括如下步骤：

（1）混凝沉淀处理：对万古霉素生产废水进行混凝沉淀处理，过滤去除沉淀；

（2）厌氧生化处理：对步骤（1）出水采用厌氧生化处理，并投加施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）FSTB-5，已于2015年6月1日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号为CGMCCNo.10940；

（3）好氧生化处理：对步骤（2）出水采用好氧生化处理，并投加脱COD脱氮菌剂，菌剂中包括施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）FSTB-5，脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3中至少一种，节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1和水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2中至少一种，沼泽考克氏菌（Kocuria palustris）FSDN-A和科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii）FSDN-C中的至少一种，其中脱氮副球菌DN-3、甲基杆菌SDN-3、节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、沼泽考克氏菌FSDN-A、科氏葡萄球菌FSDN-C已经于CN102465104A、CN102465103、102465105A、102465106A、103103141A、103103142A中公开。

本发明所述的万古霉素生产废水主要来源为发酵残液、树脂洗脱过程等，废水水质为：COD（Cr法，下同）为5-14万mg/L，pH为2-6，氨氮浓度为500-1000mg/L。

本发明步骤（1）所述的混凝沉淀可以采用常规的混凝沉淀方法，通常是向废水中投加混凝剂、絮凝剂、助凝剂或者三者结合使用。所述的混凝剂可以为明矾、硫酸铝、铝、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、三氯化铁等无机低分子物质，也可以为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚氯化铝铁、聚合硫酸铁等无机高分子物质；所述的絮凝剂可以为聚丙稀酰胺、聚丙稀酸等有机高分子物质；所述的助凝剂可以为石灰、臭氧、双氧水、高锰酸钾等。优选采用投加有机絮凝剂和无机絮凝剂结合的方式，其中有机絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为3-10mg/L；无机絮凝剂采用聚合硫酸铁或三氯化铁，投加量为20-100mg/L。目的是去除废水中的悬浮物，并调整废水的pH值，以减轻后续生化单元的处理负担。投加量根据悬浮物浓度确定，处理后悬浮物低于1000mg/L，pH值为6.0-9.0。

本发明中，步骤（2）的过滤可以使用本领域技术人员熟知的各种过滤设备。如可以采用间歇式离心机进行过滤分离，转速控制在1000-5000rpm，离心时间为5-10min。

本发明中，步骤（2）所述的厌氧生化处理可以为厌氧折流板反应器（ABR）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）、完全混合式厌氧反应池、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB) 、厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘等中的任意一种。厌氧生化处理的条件是：水力停留时间为6-48小时，pH值为6.0-9.0，温度为20-55℃。

本发明中，步骤（2）所投加的施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）FSTB-5，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC）；地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号 中国科学院微生物研究所；保藏编号：CGMCC No.10940；保藏日期：2015年6月1日。施氏假单胞菌FSTB-5的主要形态特征为：菌落颜为浅姜黄，菌株个体为杆状；生理生化特征表现为：革兰氏阴性，氧化酶阴性，接触酶阳性，具有硝酸盐还原性能，可分解利用多种碳源；能够耐受林可霉素、二甲胺四环素、利福霉素SV、醋竹桃霉素、万古霉素、氨曲南、萘啶酸等中的一种或几种。

本发明中，步骤（2）所投加的施氏假单胞菌FSTB-5可以采用直接制备的浓菌液进行投加，也可以在浓菌液中加入营养物质、保藏助剂等制备成菌剂备用。所述浓菌液的具体制备方法为：

（a）将施氏假单胞菌FSTB-5接种到FSTB固体培养基的斜面或者平板中，25-40℃培养24-48小时；

（b）液体种子液培养：配制FSTB液体培养基，分装于三角瓶中，灭菌并冷却至室温后，无菌环境下挑取斜面或平板中活化的菌株接种到三角瓶中，25-40℃培养24-72小时。所述FSTB液体培养基为：FeSO₄•7H₂O 25mg/L，NH₄NO₃ 286mg/L，KCl 929mg/L，CaCl₂ 2769mg/L，NaCl 21008mg/L，牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，pH值为6.0-8.5，优选为6.5-8.0。FSTB固体培养基是在液体培养基中加入20g/L的琼脂；

（c）曝气培养：在设有曝气装置的反应器中加入FSTB液体培养基，按照反应器体积比5%-25%的比例接种液体种子液，pH值控制在6.0-8.5，曝气培养48-96小时，之后进行周期性的补料和排料操作，排料量占反应器体积的5%-90%，补料量占反应器体积的5%-90%，也可补加少量的碳源、氮源和微量元素物质，培养24-48小时为1个培养周期，之后按照上述比例排出对应体积的培养液，由此得到含有高浓度菌体的浓菌液。

本发明中，将上述培养获得的浓菌液按照每小时所处理废水体积的0.01%-1%投加到厌氧生化处理单元中，优选按照0.1%-0.5%进行投加。

本发明中，步骤（3）所述的好氧生化处理可以为序批次活性污泥法（SBR）、生物接触氧化法、周期循环活性污泥系统（CASS）、膜生物反应器（MBR）、曝气生物滤池（BFT）、移动床膜生物反应器（MBBR）等中的任意一种。好氧生化处理的条件是：水力停留时间为6-48小时，pH值为5.5-9.0，温度为20-40℃，溶解氧浓度为1-5mg/L。

本发明中，步骤（3）所述的施氏假单胞菌FSTB-5的浓菌液的制备方法同步骤（2）。脱氮副球菌DN-3、甲基杆菌SDN-3、节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、沼泽考克氏菌FSDN-A、科氏葡萄球菌FSDN-C六株菌种子液可以单独放大培养，或者是种子液混合后共同进行放大培养，菌悬液的具体制备方法参考CN201210130645.8和CN 2012101306443所述的方法。其中“施氏假单胞菌FSTB-5”，“脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3中至少一种”，“节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2中至少一种”，“沼泽考克氏菌FSDN-A和科氏葡萄球菌FSDN-C中的至少一种”，四类菌的菌体体积比优选为5:1-5:1-5:1-5。（按菌体体积计，菌体体积为培养后在每分钟1万转条件下离心分离5分钟后的得到的菌体体积，下同）。

本发明中，步骤（3）所投加的菌剂可以采用直接制备的浓菌液按照一定比例混合得到，也可以加入营养物质、保藏助剂等制备成菌剂备用。具体按照每小时所处理废水体积的0.01%-1%投加到好氧生化处理单元中，优选按照0.1%-0.5%进行投加。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用混凝沉淀-厌氧生化-好氧生化组合处理工艺，并在厌氧生化单元投加特定的脱COD菌，在好氧生化单元投加特定的脱COD脱氮菌，能够耐受废水中的抗生素，实现废水中COD和总氮的同时高效脱除，具有工艺简单、处理效率高、处理成本低等特点。

（2）施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）FSTB-5不仅可应用于含盐废水中COD的高效脱除，特别是可以耐受废水中的抗生素，非常适合万古霉素生产废水的生化处理，具有投加量小，处理成本低等优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案和效果进行详细说明，但不因此限制本发明。

本发明实施例采用施氏假单胞菌FSTB-5的培养方法包括菌株活化、液体种子液培养、曝气培养，具体过程如下：

（1）菌株活化：将施氏假单胞菌FSTB-5接种于FSTB固体培养基上进行活化，35℃培养48h，然后保存于4℃冰箱中待用；FSTB固体培养基配方为：FeSO₄•7H₂O 25mg/L，NH₄NO₃ 286mg/L，KCl 929mg/L，CaCl₂ 2769mg/L，NaCl 21008mg/L，牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，琼脂20g/L，pH值7.8；

（2）液体种子液培养：配制FSTB液体培养基，灭菌并冷却至室温后，无菌环境下用接种环挑取平板中活化后的施氏假单胞菌FSTB-5接种到三角瓶中，35℃培养48小时。所述FSTB液体培养基配方为：FeSO₄•7H₂O 25mg/L，NH₄NO₃ 286mg/L，KCl 929mg/L，CaCl₂ 2769mg/L，NaCl 21008mg/L，牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，pH值为8.0；

（3）曝气培养：采用密闭的反应器进行培养，所采用反应器及各种器具均需要灭菌完全，进气和排气位置需安装细菌过滤装置，培养液、酸碱调节剂及微量元素溶液均需要灭菌后按照无菌操作规程投加，反应器需配备曝气装置，并可进行进水、调酸、调碱、补料和排水排料操作，在该反应器中放入灭菌后的液体培养基，按照体积百分比10%的比例接种液体种子液，开启培养过程后，培养过程中采用酸碱自动控制系统将培养液pH值范围控制在6.0-8.5，曝气培养72小时之后进行周期性的补料和排料操作，排料为反应器体积的25%的培养液，补料为反应器体积25%的液体培养基，培养24小时为1个培养周期，之后按照上述比例排出对应体积的培养液，由此得到含有纯菌株的浓菌液。

本发明厌氧生化处理单元将上述培养获得的浓菌液按照每小时所处理废水体积的0.01%-1%投加到厌氧生化处理单元中，优选按照0.1%-0.5%进行投加。

本发明好氧生化处理单元投加的脱COD脱氮菌剂中，施氏假单胞菌FSTB-5采用上述培养获得的施氏假单胞菌FSTB-5浓菌液。脱氮副球菌DN-3、甲基杆菌SDN-3、节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、沼泽考克氏菌FSDN-A和科氏葡萄球菌FSDN-C菌剂的具体制备方法参考CN201210130645.8和CN 2012101306443中实施例所述的方法制备菌液。将上述菌液收集并按照表1所述比例进行复配得到脱COD脱氮菌剂。

表1 脱COD脱氮菌剂的配方

实施例1

某工厂万古霉素生产工艺产生的废水水质为：COD（Cr法，下同）为11万mg/L，pH为4.0，氨氮500mg/L。

采用本发明方法对废水进行处理，首先投加聚丙烯酰胺，投加量为10mg/L，然后投加聚合硫酸铁，投加量为60mg/L，过滤去除沉淀，采用间歇式离心机进行过滤，转速控制在3000rpm，离心时间为5min。混凝出水中悬浮物浓度降至500mg/L以下，pH值为7.8。混凝出水进入内循环厌氧反应器（IC），同时按照每小时所处理废水体积的0.3%投加上述培养获得的施氏假单胞菌FSTB-5浓菌液。厌氧生化处理的运行条件为：水力停留时间为24h，pH值为7.5-8.5，温度为35℃。内循环反应器出水进入周期循环活性污泥系统（CASS），同时按照每小时所处理废水体积的0.5%投加上述培养获得的脱COD脱氮菌剂A。好氧生化处理的运行条件为：水力停留时间为12h，pH值为8.0-8.5，温度为30℃，溶解氧浓度为2-3mg/L。经过上述处理后，出水COD为65mg/L，总氮为25mg/L。

实施例2

某工厂万古霉素生产工艺产生的废水水质为：COD（Cr法，下同）为12万mg/L，pH为3.5，氨氮600g/L。

采用本发明方法对废水进行处理，首先投加聚丙烯酰胺，投加量为5mg/L，然后投加三氯化铁，投加量为100mg/L，过滤去除沉淀，采用间歇式离心机进行过滤，转速控制在3000rpm，离心时间为5min。混凝出水中悬浮物浓度降至500mg/L以下，pH值为7.5。混凝出水进入完全混合式厌氧反应器，同时按照每小时所处理废水体积的0.5%投加上述培养获得的施氏假单胞菌FSTB-5浓菌液。厌氧生化处理的运行条件为：水力停留时间为24h，pH值为7.5-8.5，温度为30℃。内循环反应器出水进入序批次活性污泥法反应器，同时按照每小时所处理废水体积的1%投加上述培养获得的脱COD脱氮菌剂B。好氧生化处理的运行条件为：水力停留时间为12h，pH值为8.0-8.5，温度为35℃，溶解氧浓度为2-3mg/L。经过上述处理后，出水COD为55mg/L，总氮为15mg/L。

实施例3

某工厂万古霉素生产工艺产生的废水水质为：COD（Cr法，下同）为12万mg/L，pH为3.5，氨氮600g/L。

采用本发明方法对废水进行处理，首先投加聚丙烯酰胺，投加量为10mg/L，然后投加聚合硫酸铁，投加量为80mg/L，过滤去除沉淀，采用间歇式离心机进行过滤，转速控制在3000rpm，离心时间为5min。混凝出水中悬浮物浓度降至500mg/L以下，pH值为7.8。混凝出水进入完全混合式厌氧反应器，同时按照每小时所处理废水体积的0.5%投加上述培养获得的施氏假单胞菌FSTB-5浓菌液。厌氧生化处理的运行条件为：水力停留时间为24h，pH值为7.5-8.5，温度为30℃。内循环反应器出水进入序批次活性污泥法反应器，同时按照每小时所处理废水体积的0.6%投加上述培养获得的脱COD脱氮菌剂C。好氧生化处理的运行条件为：水力停留时间为12h，pH值为8.0-8.5，温度为35℃，溶解氧浓度为2-3mg/L。经过上述处理后，出水COD为50mg/L，总氮为20mg/L。

比较例1

处理工艺及操作条件同实施例1，不同之处在于：在厌氧生化处理单元不投加施氏假单胞菌FSTB-5浓菌液，处理后出水中COD浓度为300mg/L，总氮浓度为45mg/L。

比较例2

处理工艺及操作条件同实施例1，不同之处在于：在好氧生化处理单元不投加脱COD脱氮菌剂A，处理后出水中COD浓度为200mg/L，总氮浓度为75mg/L。