 Advance in Microbiology 微生物前沿, 2013, 2, 37-40 http://dx.doi.org/10.12677/amb.2013.21008 Published Online March 2013 (http://www.hanspub.org/journal/amb.html) Study on the Influence of Temperature on the “SH-A” Process of Atorvastatin Calcium Pharmaceutical Wastewater Sun Feng, Dawei Pan, Chunfang Zheng, Shucheng Wang University of Science and Technology Liaoning, Anshan Email: sunfeng0947@163.com Received: Jan. 19th, 2013; revised: Feb. 16th, 2013; accepted: Feb. 26th, 2013 Abstract: In this paper, the effect of using SH-A process to treat Atorvastatin Calcium pharmaceutical wastewater is studied. This study mainly focuses on the effect of temperature on the SH-A process. The experimental results show that: the SH-A process has an effective removal of COD and 4 NH -N; temperature is key factor of the treatment effects. Under the given conditions, the COD removal efficiency improved significantly with the increasing system temperature; the maximum COD removal rate occurred when the temperature reached 35˚C; continued to rise system temperature, COD removal rate decreased. In terms of the 4 NH -N, with the increase of the system temperature, the removal rate was significantly improved; when the temperature reached 29˚C4 , NH -N removal rate reached 100%; continued to rise the temperature, the removal rate remained unchanged. According to the experimental results, the optimal tempera- ture for SH-A process to treat the Atorvastatin Calcium pharmaceutical wastewater should be 35˚C. Keywords: Temperature; Atorvastatin Calcium; Pharmaceutical Wastewater; SH-A 温度对“SH-A”工艺处理阿托伐他汀钙制药废水的影响研究 孙 锋，潘大伟，郑春芳，王树成 辽宁科技大学，鞍山 Email: sunfeng0947@163.com 收稿日期：2013 年1月19 日；修回日期：2013 年2月16 日；录用日期：2013 年2月26 日 摘 要：本文采用SH-A 工艺对处理阿托伐他汀钙制药废水的效果进行了研究，重点研究了温度对 SH-A工艺处 理阿托伐他汀钙制药废水的影响。实验结果显示：采用 SH-A 工艺处理阿托伐他汀钙制药废水，能够有效去除 废水中的 COD 和-N；温度对 SH-A工艺处理阿托伐他汀钙制药废水具有较大的影响。在给定条件下，对 于COD，随着系统温度的升高，COD的去除率明显提高，当温度达到 35℃，COD去除率达到最大值，继续升 高温度，COD 去除率有所降低；对于 NH4 +-N，随着系统温度的升高，其去除率亦明显提高，当温度达到 29℃， -N 去除率达到 100%，继续升高温度，去除率保持不变。根据实验结果，应选择 35℃作为本工艺处理阿托 伐他汀钙制药废水的最佳温度。 4 NH 4 NH 关键词：温度；阿托伐他汀钙；制药废水；SH-A 1. 引言 制药水组成复杂，毒性大、污染严重、含盐量大。 化学合成制药污水中有机物主要含有多种含氮官能 团的芳香族及醚类，可生化性差，是难处理的工业污 水之一，若处理不当则会造成严重的环境污染[1-4]，因 此，制药废水处理实验室研究就有重要的意义。 本制药水主要成分为阿托伐他汀钙，其结构式如 下图 1，为含有羟基、羧基、含氮官能团的长链芳香 Copyright © 2013 Hanspub 37  温度对“SH-A”工艺处理阿托伐他汀钙制药废水的影响研究 Figure 1. Chemical structures of atorvastatin calcium 图1. 阿托伐他汀钙结构式 族有机物，结构稳定，可生化性差。郑春芳等利用“好 氧–厌氧–好氧”三段活性污泥强化除碳工艺结合化 学氧化、混凝处理阿托伐他汀钙制药废水取得了良好 的效果[5]。 本实验主要考察温度对微生物活性的影响，通过 COD、-N 等指标的去除率来表征微生物的活性。 4 NH 2. 废水水质的确定及分析 2.1. 废水水质的确定 该药厂的产品生产属于化学合成过程，主要由 THF、庚烷、二酮、氨酯、新戊酸、甲苯、乙醇、正 己烷、醋酸钙等成分经过缩合、酸解、碱解和成钙盐 四步反应，再经过转晶，经精烘得到产品。 该药厂产生的废水主要来自生产过程中原料中 间体制备过程的合成、分离、浓缩精制等生产工艺产 生的废水及残液、设备管道清洗废水、纯水装置的排 污水以及车间地面冲洗水等。 最终废水的主要污染因子为 COD Cr 、BOD5、 -N。 4 NH 2.2. 废水水质分析 本实验用水取自辽宁某制药厂阿托伐他汀钙生 产所产生的废水，将从现场带回的废水进行分析，结 果见表 1。 2.3. 实验中用到的分析方法 测定方法均根据国家环保总局《水和废水监测分 析方法》(第四版)中的方法进行。具体的水质分析方 法如表 2所示。 本实验中用到的活性污泥取自辽宁科技大学水 环境动态处理实验室，为已经培育成熟的强化脱碳除 氮菌种，具有较高的污泥活性。 3. 处理方案的确定 实验采用专利技术“短程硝化厌氧氨氧化 (SHARO N-ANA MMOX)工艺”简称“SH-A ”工艺[6] 即“好氧–厌氧–好氧”三段活性污泥强化除碳工艺 对制药废水中有机物进行降解，主要是通过专项菌属 的强力开环断链作用，破坏阿托伐他汀钙中的芳香环 结构，再将长链结构断开，进行生物降解，从而降低 污水中的有机物、氮素等污染物的含量[7,8]，使其达到 国家规定的出水水质指标要求。 4. 实验流程 本实验采用“SH-A”工艺对制药水进行处理研究， 即SH-A 1#反应器为一段好氧池，SH-A 2#反应器为厌 氧池，SH-A 3#反应器为二段好氧池，具体工艺流程 见图 2。各个生物反应池的控制参数见表3。 5. 实验结果与分析 温度是影响微生物生命活动的重要因素，它主要 是通过影响微生物体内某些酶的活性近而影响微生 物的生长速率及其对基质的代谢速率。随着温度的不 断增加，细胞的生长速度也不断提高，但当温度超过 其生存上限时，细菌便会停止生长，甚至死亡。 Table 1. Quality of experiment wastewater 表1. 实验废水水质指标 CODCr (mg/L) 4 NH -N (mg/L) BOD5 (mg/L) 碱度 (mg/L) 凯氏氮 (mg/L) pH 17313 68 4948 12790 506 10.0 Table 2. Analytical methods 表2. 分析方法 测定项目 测定方法 测定项目 测定方法 4 NH -N 酸碱滴定法 pH 玻璃电极法 COD 重铬酸钾法 生物相 显微镜观察法 3 NH -N 戴氏合金还原法 碱度 酸碱滴定法 (以CaCO3计) 2 NH -N N-(1-萘基)-乙二胺 分光光度法 Copyright © 2013 Hanspub 38  温度对“SH-A”工艺处理阿托伐他汀钙制药废水的影响研究 一段好氧池 二段好氧池 厌氧池 混凝沉淀池 来水 出水 Figure 2. Process chart Table 3. Controllable parameter of each biological reactor 控制参数 停留时间(h) pH(无量纲) SV (%) DO (mg·L−1) 图2. 工艺流程图 表3. 生物池的控制参数 SH -A 1#反应器 36 6~9 30~35 2~3 SH-A 2#反应器 24 6~9 15~20 0 SH-A 3#反应器 24 6~9 30~35 2~3 本实验着重研究常温下，温度对COD 处理效果 的影 5.1. 温度对 COD 处理效果影响分析 在下述各温度条件下，实验期间SH-A 工艺各段 进出 SH-A 工 艺各 35℃之间，COD 去除 率随 应器：COD 去除率随着温度的升高而 增加 ，COD 去除率 随温 SH-A 1#反应器 -A SH 3#反应器 响，以及微生物活动的极限低温。 水COD 的变化及去除率情况见表 4。 为考察温度对 COD 去除率具体影响，对 段反应器的COD 去除率作图，见图 3。 由表 4和图 3可以看出： SH-A 1#反应器：在 11℃~ 着温度的升高而逐渐增加。当温度大于35℃时， COD 去除率有略微的下降，在 35℃时达到最大，为 73.4%，可以认为 35℃是 1#好氧反应器的最佳温度。 同时，在温度20℃~35℃之间，脱碳菌的生长代谢比 较快，COD 去除率可达 60%以上，当温度在 11℃~20 ℃时，COD 去除率就会快速的从 25.8%升高到 56.9%， 这说明温度过高或者过低都会抑制微生物的活性，影 响处理效果。 SH-A 2#反 ，COD去除率从 15.9%升高为43 .5%，说明在常 温下，厌氧反应器的温度越高越好。 SH-A 3#反应器：11℃~20℃在之间 度升高而升高，在 20℃~38℃之间，COD 去除率 随温度升高而降低。这说明在11℃~20℃之间，微生 物的活性随着温度的升高而增加，代谢加快，COD 去 除率升高。但是在 20℃~38℃之间，COD去除率不但 没有随着温度的升高而升高，反而有所降低，这是因 为在 11℃~20℃，温度比较低，1#和2#反应器中的微 生物活性受到抑制，容易被降解的有机物没有被降解 完全而进入到 3#反应器，被 3#反应器内微生物所降 解，此时 3#反应器充当着 1#反应器的角色继续降解 Table 4. Changes of COD in various periods of SH-A quality 表4. SH-A各段 COD 的变化 SH 2#反应器 -A 温度 (℃)进率%进率% 进率% 总去 水 出水 去除 水 出水 去除 水 出水 去除 除率 (%) 1136802730 25.8 27302295 15.9 2295 1489 35.159.5 1435482292 35.4 22921879 18.0 1879 1112 40.868.7 1735001904 45.6 19041509 20.7 1509 82045.676.6 203487150256.915021140 24.1 1140 60247.881.4 233537132661.51326949 28.4 949 47849.686.5 263691128065.31280869 32.1 869 46446.587.4 293692116068.51160771 33.5 771 444 42.488.0 323510102270.81022663 35.1 663 40039.788.6 353778100573.41005615 38.8 615 37638.790.0 383676122766.61227693 43.5 693 45035.087.8 (注：单位：mg/L ) 100 12 15 18 2124 27 30 33 36 10 20 30 40 50 60 70 80 90 COD去除率（%） 温度（℃） 1#反应器COD去除率% 2#反应器COD去除率% 3#反应器COD去除率% 总去除率% Figure 3. COD removal rates of every periods of SH-A in different 机物，使得COD 的去除率有所增加。当温度较高 效果，即 使在 temperatures 图3. 不同温度下 SH-A工艺各段 COD 去除率 有 时，容易降解的有机物在 1#和2#反应器中被降解完 全，3#反应器只能降解比较少的有机物。 综上所述：要想保持一定的COD 去除 常温下，也要保持温度在20℃以上，使整个生化 阶段的 COD总去除率在 81.4 %以上。SH-A 工艺整体 运行的最佳温度是 35℃，可使整个生化系统的CO D 去除率达到 90.0%。 Copyright © 2013 Hanspub 39  温度对“SH-A”工艺处理阿托伐他汀钙制药废水的影响研究 Copyright © 2013 Hanspub 40 erature on N removal in SH-A 去除 温度(℃) 进水 -N 出水 -N 去除率(%) Table 5. The effect of temp4 NH- 表5. 温度对 SH-A工艺4 NH-N 效果的影响 4 NH (mg/L) 4 NH (mg/L) 20 85.0 13.9 83.6 23 86.3 11.7 86.4 26 90.0 5.3 94.1 29 90.0 0 100.0 32 85.6 0 100.0 35 84.8 0 100.0 38 89.7 0 100.0 18 21 24 27 30 33 36 39 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 NH+ 4-N的去除率% 温度（℃） Figure 4. N removal rates of SH-A in different temperates 图4. 5.2. 温度对 -N 处理效果影响分析 考虑到 COD 的去除率，所以以下重点考虑在温 度2 -N 去除率具体影响，对 SH-A 工艺 COD 4 NH- ur 不同温度下 SH-A 工艺 4 NH-N 去除率 4 NH 0℃~35℃之间，SH-A 反应器对 4 NH-N的去除效 果如表 5所示。 为考察温度对 4 NH 各段反应器的去除率作图，见图4。 从上表可以看出：随着温度的升高， 4 NH -N 的 去除 去除 6. 结论 根据以上研究结果，可以得出： 钙制药废水， 能够 托伐 制药废水 具有 1) 采用 SH-A工艺处理阿托伐他汀 有效去除废水中的COD 和4 NH -N； 2) 温度对 SH-A工艺处理阿 他汀钙 较大的影响。在给定条件下，对于COD，随 着 系 统温度的升高，COD 的去除率明显提高，当温度达到 35℃，COD去除率达到最大值，继续升高温度，COD 去除率有所降低；对于 4 NH -N，随着系统温度的升高， 其去除率亦明显提高，度达到 29℃， 4 NH 当温 -N 去 除率达到 100%，继续升高温度，去除率保 变。 根据以上实验数据，应选择 35℃作为本工艺处理阿托 伐他汀钙制药废水的最佳温度。 7. 致谢 持不 本文是在潘大伟老师的亲切关怀下和悉心指导 下完 数位学者 的研 程中，有了他们 的帮 参考文献 (References) –水解–好氧工艺处理制药 成的，整篇论文凝聚着潘老师的心血。由于潘老 师无私的指导和帮助，我才能完成本文。 感谢本文中所涉及到的各位学者。有了 究文献，得到各位学者的研究成果的帮助和启 发，我最终完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在实验过 助，我才能克服困难，完成本论文。 [1] 李向东, 冯启言, 于洪锋. 气浮 废水[J]. 环境工程, 2005, 23(4): 17-18. [2] 赵庆良, 蔡萌萌, 刘志刚等. 气浮–活性污泥工艺处理制药 [J] 排水, 200 22(1): 77-废水 . 中国给水 6,79. [3] 相会强, 刘良军, 胡宇庭. 水解酸化–两段生物接触氧化工 艺处理制药废水[J]. 环境科学与技术, 2005, 28(1): 92-93. [4] 齐嵘, 杨敏, 马文林. 水解酸化–厌氧–好氧法处理 NF 合成 J]. 环境 术与设备, 2004, 5制药废水研究[污染治理技 (8): 57-59. [5] 郑春芳, 单明军, 刘辉等. 阿托伐他汀钙制药废水处理工艺 的研究[J]. 辽宁科技大学学报, 2012, 35(1): 28-21. [6] 单明军.节能型焦化废水脱氮工艺[P].中国专利: 200510047393.2, 2006-5-31. [7] 陆杰, 徐高田, 张玲. 制药工业废水处理技术[J]. 工业水处 理, 2001, 21(1: 1-4. 率也在升高。但是由于进水的 4 NH-N ， 当温度在 29℃时，就能达到100%的 率，但当温 度在 26℃及以下时，不能达到100%的去除率，说明 微生物的活性下降。 就不高 0) [8] 单明军, 胡筱敏, 王旭等. SH-A工艺处理焦化废水的工业应 [J]. 环境工程, 2008用, 26(1): 30-32. |