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MnO?陶粒催化臭氧氧化：发酵类制药废水深度处理的创新路径

一、引言

1.1研究背景与意义

在全球医药产业蓬勃发展的大背景下，发酵类制药行业作为重要组成部分，为人类健康事业做出了巨大贡献。然而，其在生产过程中产生的大量废水，给生态环境带来了沉重负担。据相关数据显示，我国发酵类制药企业众多，每年产生的废水总量可观，这些废水若未经有效处理直接排放，将对水体、土壤等生态系统造成严重破坏。

发酵类制药废水具有诸多复杂特性。其有机污染物浓度极高，生产过程中残留的反应不完全的原料，如发酵残余基质及营养物、溶剂萃取余液及染菌倒罐废液等，以及大量副产品、小部分成品都会随水流出，导致废水COD浓度一般都在5000mg/L以上，有的企业甚至高达数万mg/L。废水中难生物降解物质、有毒有害物质多，残留的药物如抗生素、卤素化合物、醚类化合物、硝基化合物、硫醚及矾类化合物、某些杂环化合物和有机溶剂等，大多属于生物难以降解的物质，在达到一定浓度后会对微生物产生抑制作用，像卤素化合物、硝基化合物、有机氮化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等对微生物有较大的毒害作用，给后续的生化处理带来极大困难。该类废水的冲击负荷大，由于生产工艺的需要，通常是间歇排放，温度、污染物浓度和酸碱度随时间变化较大，而且发酵罐染菌的倒罐废液等大量高浓度短时间集中排放的废水，会造成极大的负荷冲击。同时，废水色度高、异味重，生产中使用的大量化学药剂和动植物组织等原材料流入废水，产生较大异味和较深色度，且经一般污水处理流程后难以完全去除，对周边环境影响较大。

当前，针对发酵类制药废水的处理，传统方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法中的吸附法，依靠多孔性的高分子材料对污染物的吸附性能来降低污染物含量，如常用的活性炭吸附，虽能去除部分有机物和重金属，但存在吸附饱和后需频繁更换吸附剂等问题；膜过滤法利用半透膜的选择过滤性分离污染物，然而半透膜易腐蚀损坏和堵塞，效率随时间降低，且成本较高。化学法中的沉淀法通过添加化学物质与污染物反应生成沉淀来净化废水，但可能会引入新物质，造成二次污染；传统的臭氧氧化法虽能氧化部分有机分子，但存在对污染物选择性高、氧化不完全以及臭氧利用效率低等缺陷。生物法中好氧生物处理依靠好氧微生物在有氧条件下降解污染物，然而发酵类制药废水中的有毒有害物质会抑制微生物活性，导致处理效果不佳；厌氧法虽能处理高浓度有机废水，但一般需与好氧处理联合使用，且对运行条件要求苛刻。

在此背景下，MnO?陶粒催化臭氧氧化技术应运而生，展现出独特的优势和重要的研究价值。MnO?陶粒作为一种新型催化剂，具有比表面积大、孔隙结构丰富等特点，能够有效提高臭氧的分解效率，促进羟基自由基（?OH）等强氧化性自由基的生成。这些自由基具有极高的氧化电位，能够快速、高效地降解废水中的有机污染物，将其转化为二氧化碳、水等无害物质，从而显著降低废水的COD、BOD等污染指标。该技术还能有效去除废水中的色度和异味，改善水质。通过MnO?陶粒催化臭氧氧化技术的应用，可以克服传统处理方法的局限性，提高发酵类制药废水的处理效率和质量，实现达标排放，对于保护生态环境、推动制药行业的可持续发展具有重要的现实意义。同时，深入研究该技术的反应机理、优化工艺条件，对于丰富废水处理理论、拓展催化臭氧氧化技术的应用领域也具有深远的科学意义。

1.2国内外研究现状

在国外，MnO?陶粒催化臭氧氧化技术在废水处理领域的研究和应用起步较早。一些研究聚焦于MnO?陶粒的制备工艺优化，通过改进制备方法，如采用溶胶-凝胶法、浸渍法等，来提高MnO?在陶粒表面的负载量和分散性，进而增强其催化活性。相关实验表明，优化后的制备工艺能使MnO?在陶粒表面均匀分布，有效增大了催化剂的比表面积，为臭氧的分解和自由基的生成提供了更多的活性位点，显著提升了对废水中有机污染物的降解能力。在处理制药废水方面，国外学者通过大量实验研究了该技术对不同类型制药废水中特征污染物的去除效果。例如，对于含有抗生素的制药废水，MnO?陶粒催化臭氧氧化技术能够有效破坏抗生素的分子结构，使其失去生物活性，降低对环境的危害。同时，研究还涉及反应条件对处理效果的影响，包括臭氧投加量、反应时间、废水pH值等因素。实验结果显示，在一定范围内，增加臭氧投加量和延长反应时间能提高污染物的去除率，但过高的臭氧投加量会导致成本增加且可能产生副产物；废水的pH值对反应机制和处理效果也有显著影响，不同pH条件下，臭氧的分解途径和自由基的生成量有所不同。

国内对MnO?陶粒催化臭氧氧化处理发酵类制药废水的研究近年来也取得了不少成果。在催化剂的制备与性能研究方面，部分研究致力于开发新型的MnO?陶粒制备技术，尝试添加其他金属