Комплексный анализ технологий очистки фармацевтических сточных вод

Сточные воды фармацевтической промышленности в основном включают сточные воды производства антибиотиков и сточные воды производства синтетических лекарственных препаратов. К основным категориям сточных вод фармацевтической промышленности относятся: сточные воды производства антибиотиков, сточные воды производства синтетических лекарственных препаратов, сточные воды производства китайских патентованных лекарств, промывочные воды и промывочные сточные воды различных технологических процессов. Эти сточные воды характеризуются сложным составом, высоким содержанием органических веществ, высокой токсичностью, насыщенным цветом, высоким содержанием солей, особенно плохими биохимическими свойствами и периодическим сбросом. Это трудноочищаемые промышленные сточные воды. С развитием фармацевтической промышленности в нашей стране фармацевтические сточные воды постепенно стали одним из важных источников загрязнения.

1. Метод очистки фармацевтических сточных вод

Методы очистки фармацевтических сточных вод можно разделить на следующие категории: физико-химическая обработка, химическая обработка, биохимическая обработка и комбинированная обработка различными методами; каждый метод имеет свои преимущества и недостатки.

Физическая и химическая обработка

В соответствии с характеристиками качества воды в фармацевтических сточных водах, для предварительной или последующей обработки перед биохимической очисткой необходимо использовать физико-химическую обработку. К основным используемым в настоящее время методам физико-химической обработки относятся коагуляция, флотация воздухом, адсорбция, удаление аммиака, электролиз, ионный обмен и мембранная сепарация.

коагуляция

Эта технология представляет собой метод очистки воды, широко используемый в стране и за рубежом. Она широко применяется для предварительной и последующей обработки медицинских сточных вод, например, сточных вод традиционной китайской медицины, содержащих сульфат алюминия и полиферрисульфат. Ключом к эффективной коагуляционной обработке является правильный выбор и добавление коагулянтов с превосходными характеристиками. В последние годы направление развития коагулянтов изменилось от низкомолекулярных к высокомолекулярным полимерам и от однокомпонентных к композитным функционализированным [3]. Лю Минхуа и др. [4] обработали сточные воды с pH 6,5 и дозировкой флокулянта 300 мг/л высокоэффективным композитным флокулянтом F-1, увеличив ХПК, взвешенные твердые частицы и цветность. Степень удаления составила 69,7%, 96,4% и 87,5% соответственно.

воздушная плавучесть

Аэрационная флотация обычно включает в себя различные формы, такие как аэрационная аэрофлотация, флотация с растворенным воздухом, химическая аэрофлотация и электролитическая аэрофлотация. Фармацевтический завод «Синьчан» использует вихревое аэрофлотационное устройство для предварительной очистки фармацевтических сточных вод. Средняя степень удаления ХПК составляет около 25% при использовании соответствующих химических реагентов.

метод адсорбции

В качестве адсорбентов обычно используются активированный уголь, активированный уголь, гуминовая кислота, адсорбционная смола и др. Фармацевтический завод «Ухань Цзяньминь» использует адсорбцию золы угля в качестве вторичного аэробного биологического метода очистки сточных вод. Результаты показали, что степень удаления ХПК при предварительной адсорбционной обработке составила 41,1%, а соотношение БПК5/ХПК улучшилось.

Мембранное разделение

Мембранные технологии включают обратный осмос, нанофильтрацию и волоконные мембраны для извлечения полезных веществ и снижения общих органических выбросов. Основные особенности этих технологий — простота оборудования, удобство эксплуатации, отсутствие фазовых и химических изменений, высокая эффективность обработки и энергосбережение. Хуанна и др. использовали нанофильтрационные мембраны для отделения циннамицина из сточных вод. Было установлено, что ингибирующее действие линкомицина на микроорганизмы в сточных водах снижается, и циннамицин извлекается.

электролиз

Этот метод обладает преимуществами высокой эффективности, простоты эксплуатации и т.п., а также хорошим эффектом электролитического обесцвечивания. Ли Ин [8] провел электролитическую предварительную обработку надосадочной жидкости рибофлавина, и степень удаления ХПК, взвешенных твердых частиц и хрома достигла 71%, 83% и 67% соответственно.

химическая обработка

При использовании химических методов чрезмерное применение определенных реагентов может привести к вторичному загрязнению водоемов. Поэтому перед началом проектирования необходимо провести соответствующие экспериментальные исследования. К химическим методам относятся железо-углеродный метод, химический окислительно-восстановительный метод (реагент Фентона, H2O2, O3), технология глубокого окисления и др.

метод углеродного железа

Промышленная эксплуатация показывает, что использование железа и углерода в качестве предварительной обработки фармацевтических сточных вод может значительно улучшить биоразлагаемость очищенных сточных вод. Лоу Маосин использует комбинированную обработку железом, микроэлектролизом, анаэробным, аэробным и воздушным флотированием для очистки сточных вод, содержащих фармацевтические промежуточные продукты, такие как эритромицин и ципрофлоксацин. Степень удаления ХПК после обработки железом и углеродом составила 20%, а конечные сточные воды соответствуют национальному стандарту первого класса «Комплексный стандарт сброса сточных вод» (GB8978-1996).

Обработка реагентов Фентона

Сочетание соли железа и H2O2 называется реагентом Фентона, который эффективно удаляет трудноудаляемые органические вещества, не поддающиеся удалению традиционными методами очистки сточных вод. В ходе дальнейших исследований в реагент Фентона были введены ультрафиолетовое излучение (УФ), оксалат (C2O42-) и др., что значительно повысило его окислительную способность. Используя TiO2 в качестве катализатора и ртутную лампу низкого давления мощностью 9 Вт в качестве источника света, фармацевтические сточные воды были обработаны реагентом Фентона, степень обесцвечивания составила 100%, степень удаления ХПК — 92,3%, а содержание нитробензола снизилось с 8,05 мг/л до 0,41 мг/л.

Окисление

Данный метод позволяет улучшить биоразлагаемость сточных вод и обеспечивает более высокую степень удаления ХПК. Например, три вида сточных вод, содержащих антибиотики, такие как сточные воды Балчиоглу, были обработаны озоновым окислением. Результаты показали, что озонирование сточных вод не только увеличило соотношение БПК5/ХПК, но и повысило степень удаления ХПК до более чем 75%.

Технология окисления

Также известная как передовая технология окисления, она объединяет новейшие результаты исследований современных световых, электрических, звуковых, магнетических, материаловедческих и других подобных дисциплин, включая электрохимическое окисление, влажное окисление, окисление в сверхкритической воде, фотокаталитическое окисление и ультразвуковую деградацию. Среди них технология ультрафиолетового фотокаталитического окисления обладает преимуществами новизны, высокой эффективности и отсутствия селективности по отношению к сточным водам, и особенно подходит для разложения ненасыщенных углеводородов. По сравнению с такими методами обработки, как ультрафиолетовое излучение, нагрев и давление, ультразвуковая обработка органических веществ является более прямой и требует меньшего оборудования. Как новый вид обработки, она привлекает все больше внимания. Сяо Гуанцюань и др. [13] использовали метод ультразвукового контакта с аэробным биологическим воздействием для обработки фармацевтических сточных вод. Ультразвуковая обработка проводилась в течение 60 с при мощности 200 Вт, а общая степень удаления ХПК из сточных вод составила 96%.

Биохимическое лечение

Биохимическая очистка — широко используемая технология очистки фармацевтических сточных вод, включающая аэробный биологический метод, анаэробный биологический метод и комбинированный аэробно-анаэробный метод.

Аэробная биологическая обработка

Поскольку большая часть фармацевтических сточных вод представляет собой высококонцентрированные органические отходы, при аэробной биологической очистке обычно необходимо разбавлять исходный раствор. Следовательно, потребление энергии велико, сточные воды можно очистить биохимическим методом, но после биохимической обработки сложно сбрасывать их непосредственно в соответствии со стандартами. Поэтому аэробная очистка является единственным методом. Существует мало доступных методов, и требуется общая предварительная обработка. К распространенным методам аэробной биологической очистки относятся метод активного ила, метод глубокой аэрации, метод адсорбционной биодеградации (метод AB), метод контактного окисления, метод периодической очистки активным илом (метод SBR), метод циркулирующего активного ила и т. д. (метод CASS) и другие.

метод аэрации глубоких скважин

Аэрация глубоких скважин — это высокоскоростная система активного ила. Этот метод обладает высокой степенью использования кислорода, занимает мало места, обеспечивает хороший эффект очистки, имеет низкие инвестиционные и эксплуатационные затраты, не вызывает вспучивания ила и приводит к его образованию в меньшем количестве. Кроме того, он обладает хорошим теплоизоляционным эффектом, а очистка не зависит от климатических условий, что позволяет обеспечить эффективную очистку сточных вод в зимний период в северных регионах. После биохимической обработки высококонцентрированных органических сточных вод Северо-восточного фармацевтического завода в аэрационном резервуаре глубоких скважин степень удаления ХПК достигла 92,7%. Это свидетельствует о высокой эффективности обработки, что играет решающую роль в последующих этапах.

Метод AB

Метод АБ — это метод очистки сточных вод с использованием активного ила с ультравысокой нагрузкой. Степень удаления БПК5, ХПК, взвешенных твердых частиц, фосфора и аммонийного азота в процессе АБ, как правило, выше, чем в традиционном методе очистки сточных вод с использованием активного ила. Его выдающимися преимуществами являются высокая нагрузка на секцию А, высокая устойчивость к шоковым нагрузкам и большой буферный эффект в отношении значения pH и токсичных веществ. Он особенно подходит для очистки сточных вод с высокой концентрацией и значительными изменениями качества и количества воды. Метод Ян Цзюньши и др. использует гидролиз-подкисление-биологический метод АБ для очистки сточных вод, содержащих антибиотики, что обеспечивает короткий технологический цикл, энергосбережение и более низкую стоимость очистки по сравнению с химическим флокуляционно-биологическим методом очистки аналогичных сточных вод.

биологическое контактное окисление

Эта технология сочетает в себе преимущества метода активного ила и метода биопленки и обладает такими преимуществами, как высокая объемная нагрузка, низкое образование ила, высокая ударопрочность, стабильная работа процесса и удобство управления. Во многих проектах используется двухступенчатый метод, направленный на локализацию доминирующих штаммов на разных этапах, полное использование синергетического эффекта между различными микробными популяциями, а также улучшение биохимических показателей и ударопрочности. В машиностроении анаэробное сбраживание и подкисление часто используются в качестве предварительной обработки, а для очистки фармацевтических сточных вод применяется контактное окисление. Харбинский Северный фармацевтический завод использует двухступенчатый процесс гидролиз-подкисление-биологическое контактное окисление для очистки фармацевтических сточных вод. Результаты эксплуатации показывают, что эффект очистки стабилен, а комбинация процессов является рациональной. С постепенным совершенствованием технологии области ее применения также расширяются.

Метод SBR

Метод SBR обладает преимуществами высокой устойчивости к ударным нагрузкам, высокой активности ила, простой конструкции, отсутствия необходимости в обратном потоке, гибкости в эксплуатации, небольшой занимаемой площади, низких инвестиций, стабильной работы, высокой степени удаления субстрата, а также хорошей денитрификации и удаления фосфора. Эксперименты по очистке фармацевтических сточных вод методом SBR показали, что время аэрации оказывает большое влияние на эффективность процесса; настройка аноксических секций, особенно многократное чередование анаэробных и аэробных режимов, может значительно улучшить эффективность очистки; улучшенная очистка PAC методом SBR может значительно повысить эффективность системы. В последние годы этот процесс становится все более совершенным и широко используется для очистки фармацевтических сточных вод.

Анаэробная биологическая обработка

В настоящее время очистка высококонцентрированных органических сточных вод в стране и за рубежом в основном основана на анаэробном методе, однако содержание ХПК в сточных водах после обработки отдельными анаэробными методами остается относительно высоким, и, как правило, требуется дополнительная обработка (например, аэробная биологическая очистка). В настоящее время по-прежнему необходимо усилить разработку и проектирование высокоэффективных анаэробных реакторов и углубленно изучить условия их эксплуатации. Наиболее успешными примерами применения в очистке фармацевтических сточных вод являются анаэробные реакторы с восходящим потоком осадка (UASB), анаэробные реакторы с комбинированным слоем (UBF), анаэробные реакторы с перегородками (ABR), гидролиз и др.

Закон UASB

Реактор UASB обладает преимуществами высокой эффективности анаэробного сбраживания, простой конструкции, короткого времени гидравлического удержания и отсутствия необходимости в отдельном устройстве для возврата осадка. При использовании UASB для очистки сточных вод фармацевтического производства, содержащих канамицин, хлорин, винилхлорид, сульфид натрия, глюкозу и другие вещества, содержание взвешенных твердых частиц обычно не слишком высокое, что обеспечивает степень удаления ХПК выше 85–90%. Степень удаления ХПК в двухступенчатом последовательном реакторе UASB может достигать более 90%.

метод UBF

В работе Веннинга и др. проведено сравнительное тестирование UASB и UBF. Результаты показывают, что UBF обладает такими характеристиками, как хороший массообмен и эффект разделения, возможность работы с различными видами биомассы и биологических организмов, высокая эффективность обработки и высокая стабильность работы. Кислородный биореактор.

Гидролиз и подкисление

Резервуар для гидролиза называется гидролизованным иловым слоем (HUSB) и представляет собой модифицированный UASB. По сравнению с анаэробным резервуаром полного цикла, резервуар для гидролиза имеет следующие преимущества: отсутствие необходимости в герметизации, перемешивании, трехфазном сепараторе, что снижает затраты и упрощает техническое обслуживание; он способен разлагать макромолекулы и небиоразлагаемые органические вещества в сточных водах на мелкие молекулы. Легко биоразлагаемые органические вещества улучшают биоразлагаемость исходной воды; реакция протекает быстро, объем резервуара невелик, капитальные затраты невелики, а объем осадка уменьшен. В последние годы гидролизно-аэробный процесс широко используется для очистки фармацевтических сточных вод. Например, биофармацевтический завод использует процесс гидролитического подкисления-двухстадийного биологического контактного окисления для очистки фармацевтических сточных вод. Работа стабильна, а эффект удаления органических веществ значителен. Показатели удаления ХПК, БПК5, взвешенных твердых частиц и взвешенных твердых частиц составили 90,7%, 92,4% и 87,6% соответственно.

Анаэробно-аэробный комбинированный процесс обработки

Поскольку аэробная или анаэробная обработка по отдельности не может удовлетворить требованиям, комбинированные процессы, такие как анаэробно-аэробная обработка, гидролитическое подкисление-аэробная обработка, улучшают биоразлагаемость, ударопрочность, снижают инвестиционные затраты и повышают эффективность очистки сточных вод. Благодаря эффективности отдельных методов обработки, они широко используются в инженерной практике. Например, на фармацевтическом заводе для очистки фармацевтических сточных вод используется анаэробно-аэробный процесс, степень удаления БПК5 составляет 98%, степень удаления ХПК — 95%, а эффективность очистки стабильна. Для очистки сточных вод синтетических фармацевтических препаратов используется процесс микроэлектролиз-анаэробный гидролиз-подкисление-SBR. Результаты показывают, что вся серия процессов обладает высокой ударопрочностью к изменениям качества и количества сточных вод, а степень удаления ХПК достигает 86–92%, что делает этот процесс идеальным выбором для очистки фармацевтических сточных вод. – Каталитическое окисление – Контактное окисление. Когда ХПК на входе составляет около 12 000 мг/л, а ХПК на выходе менее 300 мг/л, степень удаления ХПК в биологически стойких фармацевтических сточных водах, обработанных методом биопленки-SBR, может достигать 87,5%–98,31%, что значительно выше, чем при использовании только методов обработки биопленкой и SBR.

Кроме того, с непрерывным развитием мембранной технологии исследования по применению мембранного биореактора (MBR) для очистки фармацевтических сточных вод постепенно углубляются.МБР сочетает в себе характеристики технологии мембранной сепарации и биологической очистки и обладает такими преимуществами, как большая объемная нагрузка, высокая ударопрочность, небольшая занимаемая площадь и меньшее количество остаточного ила.Процесс анаэробного мембранного биореактора был использован для очистки сточных вод фармацевтического промежуточного хлорангидрида с ХПК 25 000 мг/л.Уровень удаления ХПК в системе остается выше 90%.Впервые использована способность облигатных бактерий разлагать специфическое органическое вещество.Экстрактивные мембранные биореакторы используются для очистки промышленных сточных вод, содержащих 3,4-дихлоранилин.Гидравлическое время удержания составила 2 часа, скорость удаления достигла 99%, был получен идеальный лечебный эффект.Несмотря на проблему загрязнения мембран, с непрерывным развитием мембранных технологий МБР будет более широко использоваться в области очистки сточных вод фармацевтических компаний.

2. Процесс очистки и выбор фармацевтических сточных вод

Характеристики качества воды в фармацевтических сточных водах делают невозможным проведение биохимической очистки большинства из них, поэтому перед биохимической обработкой необходимо провести предварительную обработку. Как правило, для регулирования качества воды и значения pH следует установить регулирующий резервуар, а в качестве предварительной обработки следует использовать физико-химический или химический метод в зависимости от конкретной ситуации, чтобы снизить содержание взвешенных твердых частиц, солености и части ХПК в воде, уменьшить количество биологически ингибирующих веществ в сточных водах и улучшить их разлагаемость, что облегчит последующую биохимическую очистку сточных вод.

Предварительно очищенные сточные воды могут обрабатываться анаэробными и аэробными методами в зависимости от их качества. При высоких требованиях к качеству сточных вод следует продолжать аэробную обработку после аэробной. При выборе конкретного процесса необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как характер сточных вод, эффективность обработки, инвестиции в инфраструктуру, а также эксплуатационные и технические затраты, чтобы сделать технологию осуществимой и экономичной. Весь технологический процесс представляет собой комбинированный процесс предварительной обработки – анаэробной обработки – аэробной обработки – (последующей обработки). Комбинированный процесс гидролиза, адсорбции – контактного окисления – фильтрации используется для очистки комплексных фармацевтических сточных вод, содержащих искусственный инсулин.

3. Переработка и использование полезных веществ в фармацевтических сточных водах.

Технологическая трансформация способствует внедрению экологически чистого производства в фармацевтической промышленности, повышению коэффициента использования сырья, комплексной рекуперации промежуточных продуктов и побочных продуктов, а также снижению или устранению загрязнения в процессе производства. В силу специфики некоторых фармацевтических производственных процессов, сточные воды содержат большое количество перерабатываемых материалов. Первым шагом в очистке таких фармацевтических сточных вод является усиление рекуперации материалов и их комплексного использования. Для фармацевтических промежуточных сточных вод с содержанием солей аммония от 5% до 10% используется пленочный фильтр с неподвижным слоем для испарения, концентрирования и кристаллизации с целью извлечения (NH4)2SO4 и NH4NO3 с массовой долей около 30%. Их можно использовать в качестве удобрения или повторно использовать. Экономическая выгода очевидна; высокотехнологичная фармацевтическая компания использует метод продувки для очистки производственных сточных вод с чрезвычайно высоким содержанием формальдегида. После извлечения газообразного формальдегида его можно использовать в качестве реагента формалина или сжигать в качестве источника тепла для котла. Благодаря рекуперации формальдегида можно реализовать устойчивое использование ресурсов, а инвестиционные затраты на очистную станцию ​​окупаются в течение 4-5 лет, обеспечивая сочетание экологических и экономических преимуществ. Однако состав обычных фармацевтических сточных вод сложен, их трудно перерабатывать, процесс рекуперации сложен, а стоимость высока. Поэтому передовые и эффективные комплексные технологии очистки сточных вод являются ключом к полному решению проблемы сточных вод.

4. Заключение

Существует множество работ, посвященных очистке фармацевтических сточных вод. Однако из-за разнообразия сырья и технологических процессов в фармацевтической промышленности качество сточных вод сильно варьируется. Поэтому не существует зрелого и единого метода очистки фармацевтических сточных вод. Выбор технологического процесса зависит от природы сточных вод. В зависимости от характеристик сточных вод, как правило, требуется предварительная обработка для повышения их биоразлагаемости, первоначального удаления загрязняющих веществ, а затем сочетание с биохимической обработкой. В настоящее время разработка экономичного и эффективного комплексного устройства для очистки воды является актуальной проблемой.

ФабрикаКитайская химическаяАнионный полиакриламид (ПАМ), катионный полимерный флокулянт, хитозан, порошок хитозана, средство для очистки питьевой воды, обесцвечивающее средство для воды, DAD-MAC, диаллилдиметиламмонийхлорид, дициандиамид, DCDA, пеногаситель, антипена, PAC, полиалюминийхлорид, полиалюминий, полиэлектролит, ПАМ, полиакриламид, полидадмак, PDA-MAC, полиамин. Мы не только предлагаем нашим покупателям продукцию высокого качества, но, что еще важнее, обеспечиваем наилучшее обслуживание и конкурентоспособные цены.

Китайский завод ODM производит полиакриламид (PAM, анионный полиакриламид, HPAM, PHPA). Наша компания работает, руководствуясь принципами «честность, сотрудничество, ориентация на людей, взаимовыгодное сотрудничество». Мы надеемся на дружественные отношения с предпринимателями со всего мира.

Отрывок из Baidu.