（环境工程专业论文）红霉素高效降解菌的筛选及降解性能研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g i s o l a t i o na n dch a r a c t e r i z a t i o no f h i g h l y e m c i e n t e r y t h r o m y c i n d e g r a d i n g b a c t e r i a b yf a ny i n d i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx ux i n y a n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 1 0 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：此 思。 学位论文作者签名：佐容够 日期：劢d ，舌。巧 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年一一年口一年半口 学位论文作者签名：镌寓缪 签字日期：劢d 石2 罗 口墅 两 轹 飙 东北大学硕士学位论文 摘要 红霉素高效降解菌的筛选及降解性能研究 摘要 抗生素类药品是目前应用最为广泛的药物之一，在其生产过程中所产生的废水具 有c o d 浓度高、盐浓度高、色度及味度大、难于生化降解等特点，抗生素废水的处理 是目前环境工作者们研究的热点。而抗生素废水生物处理工艺的核心是驯化和筛选能够 耐受并分解废水所含抗生素和其它有机污染物的高效降解微生物。 本课题对东北制药厂曝气池活性污泥进行厌氧驯化，筛选出三株对红霉素具有高 抗药性和降解性菌株，分别命名为j a 1 、j a 一2 和j a 3 ，对其生理生化特性、生长条件、 降解性能、耐药机理等进行了系统研究和优化。 通过菌株形态特征及生理生化实验研究，初步鉴定得到j a 1 为克雷伯氏菌属 ( 五沈夙冶讹，印) ，j a 2 为氨基酸球菌属( 么c 渤竹f n d c d c c 螂印) ，j a 3 为变形菌属( m 纪琊 印) 。通过对其最佳生长条件的研究得到：j a 1 的最佳生长时间为2 4 h ，j a 2 的最佳生 长时间为4 9 h ，j a 3 的最佳生长时间为2 8 h ；j a 1 、j a 2 和j a 3 的最佳碳源为葡萄糖； j a 1 的最佳氮源为硫酸铵，j a 2 和j 心3 的最佳氮源为酵母膏；三株菌株可适应p h 为 6 9 的环境；最适生长温度在2 6 4 0 区问。三株菌株耐盐性都很强，其中j a 3 最大 耐盐度可达5 0 l 。，而菌株的耐药性试验显示，j a 1 对红霉素的耐药性不高，只有在红 霉素浓度小于2 l 时正常生长；j a 2 和j a 3 对红霉素的耐药性较高，在红霉素浓度达 到8 l 左右时仍然生长很好，当红霉素浓度大于1 0 l 以后，菌株停止生长。 采用硫酸显色分光光度法和快速消解分光光度法检测三株菌株对红霉素的降解作 用。通过改变碳氮源、初始p h 值、接种量、培养温度、培养时间、红霉素浓度等条件， 确定了菌株的最佳降解条件：将j a 1 按8 的接种量接种于p h 值为7 的红霉素模拟废 水中，在3 5 下厌氧培养5 6 h 后，j a 1 对红霉素降解率及c o d 的去除率最高，分别为 6 4 2 和5 8 9 ；将j a 2 按8 的接种量接种于p h 值为8 的模拟废水中，在3 5 下厌 氧培养8 0 h 后，j a 一2 对红霉素降解率及c o d 的去除率最高，分别为7 2 o 和6 6 2 ； 将j a 一3 按8 的接种量接种于p h 值为8 的模拟废水中，在3 5 下厌氧培养5 6 h 后，j a 3 对红霉素降解率及c o d 的去除率最高，分别为7 1 2 和5 2 1 。 同时，通过对复合菌群处理效果的实验研究可知，虽然复合菌群对红霉素的降解率 和单一菌群相似，但是对c o d 的降解率要高于单一菌群。这是因为不同组合的复合菌 群之间存在互生、共生和协同作用，菌种互相依赖形成特殊的分解链。其中j a 1 + j a 2 东北大学硕士学位论文摘要和j a 1 + j a 3 组合对c o d 的降解率最高，分别为6 8 1 和6 7 1 o研究红霉素浓度对菌株降解性能的影响得到，随着红霉素浓度的增加，j a 1 、j a 一2 、j a 3 对红霉素和c o d 的降解率不断降低，且红霉素浓度对c o d 去除率影响很大。最后通过菌株对红霉素的耐药机理的初步分析可知，红霉素对微生物进行诱导，引起微生物染色体基因的变异从而形成了微生物的耐药或耐毒物性，这为利用微生物处理红霉素废水提供了可行性，并非常有实际意义。关键词：抗生素废水；菌种驯化；红霉素；复合菌群i i i i s o l a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no f h i g h l ye m c i e n t e r y 衄o m y c m d e g r a d i n g b a c te _ f i a a b s t r a c t a n t i b i o t i cd r u gi so n eo fn l ed m g sw h i c hh a v eb e e nw i d e l yu s e d t h ec h a r a c t 嘶s t i c so f w a s t e w a t e rw 1 1 i c hc 锄ef 沁mp h a n n a 。e u t i c a l lp r o c e s sa r e1 1 i 曲c o n c e n 衄撕o n so f0 0 da n ds a l t c o n c e l l 仃a t i o n ，h i 曲c 0 1 0 r ，1 a 玛et a s t e ，a n dh a r dt o b eb i o d e 孕a d a t e d c 1 l n 锄t l y ，m e e n v i r o 啪e n t a lr e s e a r c h e r sa r ei n t e r e s t e di nm eb i o l o 西c a lt r e a 虹i l e n to fa i l t i b i o t i cw a s t e w a t e r o n eo fm em o s ts i 鲥f i c a n tp a n sm l r i n gm et r ea _ 虹i l e n tp r o c e s si sh o wt 0d o m e s t i c a t ea n d s c r e e i l 1 eb a c t 舐aw i t hl l i 曲e 蚯c ie j n td e 彤l d a t i o n s u c hb a c t 甜as h o u l db ea b l et ot o l e r a t et h e a 1 1 t i b i o t i c sa n do m e ro 增a l l i cc o n t 锄i l l 锄t si nt 1 1 ew a s t e w a t e r t h i st l l 锄eh a ds c r e e n e da n dd o m e s t i c a t e dt h r e eh i 曲d m g r e s i s t 觚ta n d h i 曲 d e g r a d 撕o ns 仃a i n sn 锄e dj a 一1 ，j a 2a n dj a - 3r e s p e c t i v e l y ，a 1 1 dm e nm a d es y s t e r i l a t i c r e s e a r e h e so nt h e i r p h y s i o l o 舀c a l a n db i oc ：h e m i c a l c ：h a r a c t 商s t i c s ，舀0 1 毗hc o n d i t i o n s ， d e 孕a d a t i o np e r f - o 瑚a i l c e ，d m gr e s i s t 柚c em e c h a i l i s ma i l ds oo n ，n l ec h a r a c t 嘶s t i ca 1 1 a l y s i so fm o 印h 0 1 0 沓c a la n dp h y s i o c h e m i c a ls h o w e dm a tj a 一1 b e l o n g e dt og e n u s e b s i e l l a ( 曲s i e l l a s p ) ；j a 2b e l o n g e dt 0g e n u sa c i d m i n o c o c c u s ( a c i d m i n o c o c c u s s p ) ；a i l dj a 一3b e l o n g e dt og e n u sp r o t e n s ( p r o t e n s s p ) t h eo p t i m u m 铲o w t hc o n d i t i o n so f 啦- e es t r a m sw e r es t l l d i e db ys p e c t r o p h o t o m “ct u | d i m e t 辑t h er e s u l t s h o w e dt h a tt h ec a r b o ns o u r c e so fj a 一1 ，j a 一2a n dj a 一3w e r e 西u c o s e ；t h en i t r o g e ns o u r c eo f j a 一1w a s 撇o n i m ns u l f a t e ，w h i l et h o s eo fj a 2a n dj a 一3w e r ey e a s te x 仃a c t ；t h eo p t i m u m 留o w t ht i m e so fj a 一1 ，j a 一2a n dj a 一2w e r e2 4h o u r s ，4 9h o u r s ，a n d2 8h o u r sr e s p e c t i v e l y ；t h e o p t i m u mt 即叩e r a n l r e so fj a 一1 ，j a 一2a n dj a 一3w e r ei nt h er a n g eo f2 6 一4 0 ；t h eo p t i m u m i n i t 主a lp ho fj a 一1 ，j a 一2a n dj a 一3w e r ei nt h er a n g eo f6 9 a n da l lo f t h es t a i n sh a das t r o n g s a l t t 0 1 e r a n c ea i l d 鲫w e ni nh i 曲n a c lc o n c e n t r a t i o n ，o f 、7 l ，h i c ht h es a l t t o l e r a n c e c o n c e n t r a t i o no fj a - 3r e a c h e s5 0 l a n dt h er e s u l to fd r u 分r e s i s t a n tt e s ts h o w e dt h a t e r y t 鹏m y c i nh a sl i t t l ee 虢c to nj a - 2a 1 1 dj a 一3 sg r o w t h ，w h i l ei th a s e a te f f e c to nj a 一1 s ， w h e ne r y m r o m y c i nc o n c 黜l 仃a t i o n sa r eb e y o n d8 l i no r d e rt oi n v e s t 谵a t et h ed e 伊a d a t i o na b i l i t i e so ft h r e es t a i n so ne r y t h r o m y c i n ，s u l 允r i c a c i ds p e c 仃o p h o t o m e t r i cm e t h o dw a sa d o p t e dt od e t e c te r 妒h r o m y c i nc o n c e n t r a t i o ni nt r e a t e d i v 东北大学硕士学位论文 a b s t r c a t w a s t e w a t e r w h i l e l ef a s t d i g e s t i o ns p e c 的p h o t o m e t r i cm e t h o dw a st od e t e c ta 9 d c o n c e n 仃a t i o n t h eo p t i m a ld e 黟a d a t i o nc o n d i t i o n sw e r ed e t e m l i n e db yc h a n 舀n gt h e c o n d i t i o n so fs o u r c e so fc a r b o na n di l i 昀g e n ，p h ，i n o c u l a t i o n ，t 锄p 咖，i n c u b a t i o nt i m e a i l d 叩衄r o m y c i nc o n c e n 仃a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dm eo p t i m a ld e 伊a d a t i o nc o n d i t i o n sa s f 0 1 1 0 w ： ( 1 ) 1 1 1m es i m u l a t i o nw a s t e w a t e r 也eo p t i m a ld e 舀a d a t i o nc o n d i t i o no fj a 一1w a s a 1 1 a e r o b i cc u 【1 t l l r e df o r5 6 hi nm ec o n d i t i o no fi n o c u l a t i o n8 ，i 1 1 i _ t i a lp h7 ，t e n 叩e r a t u r e35 a n di t sm a ) 【i i i l 啪印肺r o m y d na n dc o dr 锄o v a lr a t ew e r e6 4 2 a n d5 8 9 r e s p e c t i v e l y ( 2 ) i i lt h es i m u l a t i o nw a s t e w a t e rm eo p t i m a ld e 铲a d a t i o n c o n d i t i o no fj a 一2w a s a n a a 劬i cc u l t l l r e d 蠡) r8 0 hi nt h ec o n d i t i o no fi n o c u l a t i o n8 ，i n i t i a lp h8 ，t e i l l p e r 狐鹏3 5 a n di t sm a ) 【i m u me r y m r o m y c i na n dc o dr e l n o v a lr a t ew e r e7 2 o a 1 1 d6 6 2 r e s p e c t i v e l y ( 3 ) i nt h es i n m l a t i o n w a s t e w a t e rt l l eo p t i m a ld e 黟a d a t i o nc o n d i t i o no fj a 一3w a s a n a e r o b i cc u l t u r e df o r5 6 hi nm ec o n d i t i o no fi d o c u l a t i o n8 ，i n i t i a lp h8 ，t 锄p e r a t u r e3 5 a n di t sm a x i n l 啪刚l r o m y c i n 觚dc o dr 咖o v a lr a t ew e r e7 1 2 a n d5 2 1 r e s p e c t i v e l y m e a i l w l l i l e ，m ee x p e r i m e m a lr e s u l to nc o m p l e xm i c r o b i a ls t r a i n ss h o w e dt h a tt l l ec o d d e 黟a d a t i o nr a t e so fc o m p l e xm i c r o b i a ls 仃a i n sw e r el l i g l l e rt h a n 也o s eo fs i n g l eo n e s ，w h i l e t h e i re r y t y c i nd e 黟a d a t i o nr a t e sw e r es i m i l 毗i ti sb e c a u s et h a td i tb a c t 甜ah a d s y n e 哂s t i ce 虢c t so ne a c ho t l l t h u ss p e c i a ld e 黟a d a t i o nc h a i n sf 0 衄e db e t w e e nt h 锄 a m o n gm er e s u l t s ，m eo p t i m a lc o m b i n 撕o n so fj a 一1 + j a 一2a n dj a 一1 + j a 一3 ，w h o s ec o d d e g r a d a t i o nr a t e sw e r e6 8 1 a n d6 7 1 r e s p e c t i v e l y ： f i n a l l y ，as t u d yw a sp e r f o 肌e do nm ee n 、e c to fe r ”h r o m y c i nc o n c e n t r a t i o no nt h e d e 铲a t i o nr a t e i t s h o w e dm a tt h ee r y m r o m y c i nc o n c e n t r a t i o nh a d 黟e a t e re f r e c to nt h e d e g r a d a t i o nr a t eo fc o d m a nt h a to fe r y t h r o m y c i n a n dt h e n ，t h ep r e l i m i n a r ya i l a l y s i so nt h e d m g r e s i s t a n c em e c h a i l i s ms u g g e s t e dt h a tt h ei n d u “o no fe r y t h m m y c i no nm i c r o o r g a j l i s m s c a u s e dm ev a r i a t i o n si nc h r o m o s o m a lg e n ea i l df - o m e dm i c r o b i a ld r u g r e s i s t a n c eo rt o x i c t o l e r a n c e i na l l ，i ti sv e r yp r a c t i c a lt h a ti tm a k eb i o l o 百c a lm e t h o df e a s i b l et ot r e a tw i m e r h r o m v c i nw a s t e w a t e r k e y w o r d s ：a i l t i b i o t i cw a s t e w a t e r ；b a c t 嘶a 1d o m e s t i c a t e d ；e r ”h m m y c i n ； c o m p l e xm i c r o b i a ls t r a i n s v 东北大学硕士学位论文目录目录独创性声明i摘要a b s t r a c t 目录1第1 章绪论11 1 抗生素及其面临的问题11 2 抗生素制药废水的来源和水质特征21 3 抗生素废水的处理技术31 3 1 物化处理法31 3 2 生物处理法61 3 3 抗生素废水处理的新方法81 3 4 好氧、厌氧及其他方法组合处理工艺91 4 红霉素制药废水处理现状1 01 5 本课题研究的目的、内容及技术路线1 0第2 章实验材料与方法1 22 1 实验仪器、设备和试剂1 22 1 1 实验仪器与设备1 22 1 2 实验试剂1 32 2 试剂的制备1 42 2 1 培养基制备1 42 2 2 染色剂制备一1 72 2 3 其它相关化学试剂制备17 东北大学硕士学位论文目录2 3 实验菌种182 4 实验方法182 4 1 菌株驯化、分离与保存1 82 4 2 菌株的形态观察192 4 3 生理生化实验方法212 4 4 菌株生长条件的测定方法2 32 4 5 红霉素含量的测定方法2 32 4 6 菌株对红霉素废水降解性能研究2 4第3 章红霉素降解菌种的筛选与生理特性研究2 53 1 红霉素降解菌株的筛选和驯化2 53 1 1 菌种的初筛与驯化2 53 1 2 菌种的复筛与分离纯化2 53 2 菌株的生物学特性及鉴定2 53 2 1 菌株的形态特征2 53 2 2 菌株的生理生化特征2 73 2 3 菌种鉴定：j 。313 3 菌株生长条件研究3 23 3 1 菌株生长曲线测定一3 23 3 2 菌株营养与环境条件3 33 3 3 菌株耐盐性试验3 73 3 4 菌株对红霉素的耐药性试验3 83 4 小结3 9第4 章菌株对红霉素废水的降解条件优化研究4 14 1 硫酸显色分光光度法标准曲线的确定4 l4 2 菌株降解条件优化4 24 2 1 不同碳源对菌株降解性能的影响4 22 一 东北大学硕士学位论文目录 4 2 2 不l 司氮源对菌株降解性能的影响一4 4 4 2 3 初始p h 对菌株降解性能的影响4 6 4 2 4 温度对菌株降解性能的影响4 8 4 2 5 接种量对菌株降解性能的影响5 0 4 2 6 培养时间对菌株降解性能的影响5 2 4 3 复合菌群处理效果5 5 4 4 菌株对红霉素耐药机理初探5 6 4 。4 1 红霉素浓度对菌株降解性能的影响5 6 4 4 2 菌株对红霉素耐药机理分析5 8 4 5 小结6 0 第5 章结论与建议“1 5 1 结j 沧。6 1 5 2 建议6 2 参考文献6 3 致谢一6 9 攻读学位期间发表的论著7 1 作者从事科学研究和学习经历的简历7 l 东北大学硕士学位论文第1 章绪论第1 章绪论1 1 抗生素及其面临的问题抗生素是微生物学史上最伟大的成就之一，很早以前，人们就发现某些微生物对另外一些微生物的生长繁殖有抑制作用，把这种现象称为抗生。随着科学的发展，人们终于揭示出抗生现象的本质，从某些微生物体内找到了具有抗生作用的物质，并把这种物质称为抗生素，如青霉菌产生的青霉素，灰色链丝菌产生的链霉素都有明显的抗菌作用。所以人们把由某些微生物在生活过程中产生的，对某些其他病原微生物具有抑制或杀灭作用的一类化学物质称为抗生素。抗生素是大家公认的二十世纪最伟大的医学发现。自1 9 4 0 年青霉素g 被应用于医治细菌感染以来，抗生素在人类对医治由细菌等微生物引致的疾病中发挥着越来越大的作用，它的疗效也日益被医、患双方所认识，但不合理的使用抗生素会产生毒副作用，产生细菌的耐药性，加重、延误病情等。随着抗生素在临床上的广泛应用，抗生素从各种各样的来源( 包括制药公司、市政污水处理厂和动物养殖场所产生的污水和粪便、水产养殖的排污水、垃圾填埋场的渗滤液、施肥) 输入到环境当中。它们可随地表径流被携带进入环境，还可随渗滤液进入到地下水中。这些未经代谢的抗生素进入城市和医院污水排放系统之后，少部分直接渗漏到地下水中造成污染，大部分经污水处理厂处理后( 或者直接) 排放汇入地表水【l j 。由于现有的污水处理技术很难将抗生素彻底清除，所以这部分抗生素会污染地表水，继而对地下水造成污染。事实证明，临床所用有效的抗菌药物都有可能出现耐药菌株，而且不少致病菌还会对多种抗菌药物呈现耐药性，即“多重耐药性”。耐药菌出现后，很快在不同地域、同种与异种细菌之间进行传递，使未曾使用过该种药物的个体或地区出现耐药菌株，且耐药率呈现逐年上升的趋势。随着药物种类的增加，耐药菌的耐药谱也越来越广，而且耐药产生的速度远远快于我们新药开发的速度。没有抗生素使用，人类将再一次面临很多感染性疾病的威胁。诸如耐青霉素的肺炎链球菌，过去对青霉素、红霉素、磺胺等药品都很敏感，绿脓杆菌对阿莫西林、西力欣等八种抗生素的耐药性达1 0 0 。而耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌( m r s a ) 除万古霉素外已无药可救。耐药的s a r s 病毒以及多重耐药的结核分枝杆菌等，使得几乎所有现有的抗生素失效，甚至在人类无法确定其流行病学起源的情况下攻击人类。致病菌耐药性的发生和蔓延已构成对人类健康的严重威一1 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论胁。因此，抗生素可能使微生物群落产生耐药性引起了学者们的广泛关注。欧盟各国学者最近研究表明，环境中抗生素微量污染及耐药性致病细菌的存在和传播不容忽视【2 ，3 ，4 1 ，这不光是我们国家的问题，也是个全球性的问题。1 2 抗生素制药废水的来源和水质特征抗生素生产方法有微生物发酵法、化学合成法和半化学合成法。其中，微生物发酵法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f 5 j 。抗生素的生产工艺流程与废水产生情况见图1 1 【6 】。抗生素生产工艺的主要废水来自以下三方面：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生素后的废母液、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生素用化学、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，其生产过程的后续加工工艺中包括有机合成的单元操作，可能排出其它废水。图1 1 抗生素生产工艺流程及其排污节点示意f i g 1 1 i l l et e c l l i l 0 1 0 舀c a lp r o c e s sa n dm es o u r c eo fw a s t e w a t e rc o m i n gf r o ma n t i b i o t i c sp r o d u c t l i n e从抗生素生产所用原料及工艺特点可以看出，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，p h 值经常变化，温度较高，带有颜色和气昧，悬浮物含2 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 量高，含有难降解物质和有抑菌作用的抗生素，并且有生物毒性等【7 ，8 1 。 ( 1 ) c o d 浓度高( 5 8 0 l ) ，主要为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 抗生素的发酵滤液及染菌倒罐废液等。 ( 2 ) 废水中s s 浓度高( 0 5 2 5 m 班) ，主要为发酵残余培养基和发酵产生的微 生物菌丝体。 ( 3 ) 存在难生物降解和有抑菌作用的抗生素等毒性物质。由于抗生素得率较低约 为o 1 o 3 ( 质量) ，分离提取率仅6 0 7 0 ，则排放高浓度废母液量大( 1 5 0 8 5 0 m 3 t 产品) ，废水中残留抗生素含量较高。 此外，抗生素生产废水还有盐浓度高，水质成分复杂，水量小周期变化大，且间歇 排放，冲击负荷较高的特征，是一类难治理的高浓度有机废水。此类废水中含有高浓度 有机物和悬浮固体一般不含重金属和剧毒的化学物质但化学需氧量很高，排入江河后将 严重耗氧，破坏天然水质的自净能力，引起水质变黑、水体富营养化，传播病菌，酿成 公害【9 】。 1 3 抗生素废水的处理技术 作为最早生产的发酵类药物，抗生素生产废水治理的研究也开展的较早，其治理多 采用以生化处理为主的工艺，如早期的混合稀释好氧生化法处理抗生素生产废水。近年 随着废水处理技术发展和企业节水工作的推进，混合稀释好氧生化法处理法己逐步被适 合处理较高浓度废水的方法所代替【l 0 1 。 根据中华人民共和国国家标准污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 】，生物制药行 业的废水处理后达标二级排放必须满足以下要求：c o d 3 0 0 m l ；b o d 5 1 5 0 m l ； n h 3 一n 5 0 m l ；s s 2 0 0 m l ，对于高浓度抗生素生产废水而言，这无疑是项艰 巨的任务。目前，抗生素废水的处理方法包括：物化处理法、生化处理法以及多种方法 的组合工艺f l 引，各种方法都有其自身的优势和不足。 1 - 3 1 物化处理法 物化处理不仅可作为抗生素生产废水的单独处理工序，而且还可作为生物处理工艺 的预处理工序，其目的是降低水中的悬浮物和减少废水中的生物抑制性物质，提高抗生 素废水的b o d 5 c o d 比值，改善废水的可生化性，同时有利于废水的后续生物处理； 也可作为生物处理的后处理工序f 1 3 】。其方法的选择应根据各类抗生素废水特点及试验结 一3 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 果而定。但是，物化方法有的需要投加大量化学药剂，使得处理成本提高、操作复杂； 有的生成大量副产物，处理不当易造成二次污染，因此一定程度上都限制了它们的应用。 1 3 1 1 氧化法 氧化法【1 4 】主要包括普通氧化技术如臭氧氧化，以及高级氧化技术如f e n t o n 氧化、 光催化氧化、u v h 2 0 2 等。普通化学氧化法由于氧化能力差、反应有选择性等原因，往 往不能直接达到完全去除有机物、降低t o c 和c o d 的目的，而且可能导致水体二次污 染。而高级氧化法选择性小、反应速率快、处理效率高，无二次污染，具有很好的前景 【1 5 ，1 6 ，1 7 ，1 8 ，1 9 1 。 i s i l 灿e 1 1 i i l e tb a l c i o 西u 和m 嘶ho t k e ru s l u 【2 川将分别对一定的浓度的头孢菌素、青 霉素、阿莫西林和诺恩沙星这四类抗生素制药废水进行臭氧氧化。高效液相色谱分析结 果表明，经过短时间臭氧氧化，抗生素活性物质被彻底除去。在臭氧投加量为2 9 6 0 m l ， p h 为7 的条件下，c o d 的去除率达到了6 5 8 1 ，芳香族化合物的去除率达到了 2 0 9 8 。同时，臭氧氧化使诺恩沙星制药废水的b o d 5 c o d 从o 0 2 上升到0 3 3 ，头 孢菌素、青霉素和阿莫西林制药废水的b o d 5 c o d 分别从0 上升到o 0 7 、o 2 8 和0 4 2 。 黄昱【2 l 】通过实验研究电f e n t o n 法中各因素对青霉素废水的降解效果、去除作用的 影响。在t = 2 0 ，p h = 3 时，投加o 5 l f e s 0 4 7 h 2 0 、o 2 m l l h 2 0 2 ，在0 3 a 电流下降 解浓度为1 0 0 m l 青霉素模拟废水，2 0 m i n 后c o d 去除6 4 3 5 ，b o d 5 c o d 从o 提高 至o 3 8 。并且通过红外光谱和液质联用方法测定，青霉素钠抑菌的关键结构d 一内酰胺环 被破坏，抗菌性消失。 李灵芝、李建渠等【2 2 】以t i 2 s 0 4 为原料，采取s a s 工艺制备了t i 0 2 和掺铁的光催化 剂，对某制药废水( c o d c 产1 3 0 9 m l ) 进行了降解实验，并研究了工艺条件对废水降 解率的影响。结果表明：7 0 0 制备的t i 0 2 在紫外光和太阳光下的降解率分别为7 7 和 7 0 ，掺铁比例为0 5 的t i 0 2 对废水的降解率为8 1 ，p h = 2 的废水降解率为8 2 ，附 加曝气对废水的1 h 降解率比超声和磁力搅拌的高1 0 和1 2 。 由于氧化法所用氧化剂价格较贵，且此方法抗冲击负荷较低，只适应于小型企业废 水处理，且最好与其他方法相结合以提高处理效果。 1 3 1 2 电解法 一 电解法是较为成熟的工艺，但此方法的处理时间较长且所耗消电能较多，一定程度 上制约了此种方法的推广应用。b r 锄e s h 等【2 3 】在庆大霉素和地塞米松制药废水中加入 n a c l 作为辅助电介质，采用圆柱流反应器进行电解氧化处理，并优化了其处理条件。 实验结果表明：当电流密度4 a d m 2 ，废水流速1 0 m 时，c o d 去除率大约为8 5 5 6 ， 一4 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 达到最大值。 微电解技术是被广泛研究与应用的一项废水处理技术。微电解法【2 4 ，2 5 1 的原理是利用 铁屑中铁与石墨组分约成微电解的负极和正极，以充入的污水为电解质溶液，在偏酸性 介质中，正极产生具有强还原性的新生态氢，能还原重金属离子和有机污染物。负极生 成具有还原性的亚铁离子。生成的铁离子、亚铁离子经水解、聚合形成的氢氧化物聚合 体以胶体形式存在，它具有沉淀、絮凝吸附作用，能与污染物一起形成絮体、产生沉淀。 应用微电解法可去除废水中部分色度、部分有机物，并且提高废水的生化处理性能，增 加生物处理对有机物的去除效果。微电解水解酸化生物接触氧化工艺已成功应用于实 际工程中处理呋喃唑酮( 痢特灵) 生产废水，当原水c o d 为1 9 5 0 7 m l 时，其出水c o d 可降至2 3 0 l i l l 【2 6 1 。 1 3 1 3 混凝沉淀法 混凝的目的在于向水中投加一些药剂，使水中难以沉淀的胶体颗粒脱稳而相互聚 合，增大至能自然沉淀的程度。由于抗生素废水中含有大量生物毒性物质，单纯依靠生 物处理，成本高、处理效果不稳定，出水很难达到行业排放标准。所以往往辅以混凝沉 淀进行预处理，达到减少生物毒性物质干扰，降低废水浓度的目的。混凝沉淀不仅能有 效地降低水的浊度、色度和污染物浓度，而且废水的生物降解性能也能得到改善。在抗 生素制药工业废水处理中常用的混凝剂有：聚合硫酸铁、氯化铁、亚铁盐、聚合氯化硫 酸铝、聚合氯化铝、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺( 弹m ) 等。孙贤风等【2 7 】采用混凝 沉淀和气浮工艺处理高浓度土霉素废水，结果表明：投加石灰1 5 0 0 m l 、p a c2 2 5 0 m l 、 p a m4 m l ，混凝沉淀后c o d 去除率为7 5 8 ，b o d 5 c o d 由o 。1 5 提高至o 3 2 。 1 3 。1 4 吸附法 吸附法是通过多孔性固体吸附剂和吸附质( 溶质) 间的物理吸附、化学吸附以及交 换吸附的综合作用，以回收或去除废水中的污染物，从而使废水得到净化的方法。常用 的吸附剂有炉渣、活性炭、人造沸石和粉煤灰等。该方法工艺简单，易操作，投资小。 e r i ck 打s t i ap u t r a 等【2 8 】用活性炭和膨润土吸附制药废水中的阿莫西林，经过动力学研究 和条件优化，它们对阿莫西林的去除率分别为9 4 6 7 和8 8 0 1 ，也证明了膨润土作为 一种更经济更易回收的吸附剂的应用前景。 1 3 1 5 气浮法 气浮法是一种高效、快速的固液分离技术，它是利用高度分散的微小气泡作为载体 黏附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面实现分离的过程。在水处理中可以 用来分离回收以分子或离子状态存在的物质，并能减轻后续生化处理系统的压力，确保 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 出水水质达榭2 9 1 。纪国慧等【3 选用水介质分散型阳离子聚丙烯酰胺为气浮剂预处理硫酸 庆大霉素废水，气浮出水浮渣少，c o d 由4 9 2 0 0 m l 下降到1 1 8 5 0 m l ，去除率达7 5 9 ， s s 由7 5 3 0 0 m l 降至9 5 0 1 1 1 l ，去除率达9 8 7 。 1 3 1 6 膜分离和反渗透技术 随着反渗透和膜分离技术的深入研究，其在抗生素废水处理中的应用，并且在产生 环境效益的同时由于废水中部分有效成分得到回收而产生经济效益的例子越来越多【3 。 刘国信等 3 2 1 在微孔管表面预涂助滤剂、反渗透浓缩技术从抗生素厂废水中回收金霉素的 研究，取得了较好的效果。w 蠢c l 【i n s o n 等【3 3 】研究了微滤反渗透对澳大利亚某污水处理厂 中抗生素的去除效果，实验结果表明，该方法对水体中的抗生素的平均去除率达到了 9 2 。 1 3 2 生物处理法 生物处理方法的各种工艺是目前抗生素废水的主要选择，该工艺的核心是筛选、驯 化能耐受并分解废水所含抗生素和其它有机物的微生物，从而实现净化污水的目的。生 物处理工艺主要有好氧微生物处理、厌氧微生物处理及厌氧一好氧组合处理工艺。 1 3 2 1 好氧生物处理 好氧生物处理是指废水中的溶解性有机物在好氧微生物作用下转化成不溶性可沉 的微生物固体和一部分有机物，从而使废水得到净化。好氧处理具有消耗氧气、污泥产 量高的特点，因此，在有氧条件下有机物的去除率较高，出水质量较好。