Analisi completa della tecnologia delle acque reflue farmaceutiche

Le acque reflue dell'industria farmaceutica includono principalmente acque reflue derivanti dalla produzione di antibiotici e da quella di farmaci sintetici. Le acque reflue dell'industria farmaceutica comprendono principalmente quattro categorie: acque reflue derivanti dalla produzione di antibiotici, acque reflue derivanti dalla produzione di farmaci sintetici, acque reflue derivanti dalla produzione di farmaci brevettati cinesi, acque di lavaggio e acque reflue derivanti da vari processi di preparazione. Le acque reflue sono caratterizzate da una composizione complessa, un elevato contenuto organico, un'elevata tossicità, un colore intenso, un elevato contenuto salino, in particolare scarse proprietà biochimiche e scarichi intermittenti. Si tratta di acque reflue industriali difficili da trattare. Con lo sviluppo dell'industria farmaceutica nel mio Paese, le acque reflue farmaceutiche sono gradualmente diventate una delle principali fonti di inquinamento.

1. Metodo di trattamento delle acque reflue farmaceutiche

I metodi di trattamento delle acque reflue farmaceutiche possono essere riassunti come: trattamento chimico fisico, trattamento chimico, trattamento biochimico e trattamento combinato di vari metodi, ogni metodo di trattamento ha i suoi vantaggi e svantaggi.

Trattamento fisico e chimico

In base alle caratteristiche qualitative delle acque reflue farmaceutiche, il trattamento fisico-chimico deve essere utilizzato come processo di pretrattamento o post-trattamento per il trattamento biochimico. I metodi di trattamento fisico-chimico attualmente utilizzati includono principalmente coagulazione, flottazione ad aria, adsorbimento, strippaggio dell'ammoniaca, elettrolisi, scambio ionico e separazione a membrana.

coagulazione

Questa tecnologia è un metodo di trattamento delle acque ampiamente utilizzato in patria e all'estero. È ampiamente utilizzata nel pretrattamento e nel posttrattamento delle acque reflue mediche, come il solfato di alluminio e il solfato poliferrico nelle acque reflue della medicina tradizionale cinese. La chiave per un trattamento di coagulazione efficiente è la corretta selezione e aggiunta di coagulanti con prestazioni eccellenti. Negli ultimi anni, la direzione di sviluppo dei coagulanti è cambiata da polimeri a basso peso molecolare ad alti pesi molecolari e dalla funzionalizzazione monocomponente a quella composita [3]. Liu Minghua et al. [4] hanno trattato COD, SS e cromaticità del liquido di scarto con un pH di 6,5 e un dosaggio di flocculante di 300 mg/L con un flocculante composito ad alta efficienza F-1. I tassi di rimozione sono stati rispettivamente del 69,7%, 96,4% e 87,5%.

galleggiamento ad aria

La flottazione ad aria generalmente comprende diverse forme, come la flottazione ad aerazione, la flottazione ad aria disciolta, la flottazione chimica ad aria e la flottazione elettrolitica ad aria. Xinchang Pharmaceutical Factory utilizza un dispositivo di flottazione ad aria a vortice CAF per il pretrattamento delle acque reflue farmaceutiche. Il tasso medio di rimozione del COD è di circa il 25% con prodotti chimici idonei.

metodo di adsorbimento

Gli adsorbenti comunemente utilizzati sono carbone attivo, carbone attivo, acido umico, resina di adsorbimento, ecc. La fabbrica farmaceutica Wuhan Jianmin utilizza l'adsorbimento delle ceneri di carbone – un processo di trattamento biologico aerobico secondario – per il trattamento delle acque reflue. I risultati hanno mostrato che il tasso di rimozione del COD del pretrattamento di adsorbimento era del 41,1% e il rapporto BOD5/COD era migliorato.

Separazione a membrana

Le tecnologie a membrana includono l'osmosi inversa, la nanofiltrazione e le membrane in fibra per recuperare materiali utili e ridurre le emissioni organiche complessive. Le caratteristiche principali di questa tecnologia sono la semplicità delle apparecchiature, la facilità d'uso, l'assenza di cambiamenti di fase e chimici, l'elevata efficienza di processo e il risparmio energetico. Juanna et al. hanno utilizzato membrane a nanofiltrazione per separare le acque reflue contenenti cinnamicina. Si è riscontrato che l'effetto inibitorio della lincomicina sui microrganismi presenti nelle acque reflue è stato ridotto e la cinnamicina è stata recuperata.

elettrolisi

Il metodo presenta i vantaggi di elevata efficienza, semplicità di utilizzo e simili, e l'effetto di decolorazione elettrolitica è buono. Li Ying [8] ha eseguito il pretrattamento elettrolitico sul surnatante di riboflavina e le percentuali di rimozione di COD, SS e croma hanno raggiunto rispettivamente il 71%, l'83% e il 67%.

trattamento chimico

Quando si utilizzano metodi chimici, l'uso eccessivo di determinati reagenti può causare inquinamento secondario dei corpi idrici. Pertanto, prima della progettazione, è necessario condurre ricerche sperimentali adeguate. I metodi chimici includono il metodo ferro-carbonio, il metodo redox chimico (reagente di Fenton, H₂O₂, O₂), la tecnologia di ossidazione profonda, ecc.

Metodo del ferro e del carbonio

L'operazione industriale dimostra che l'utilizzo di Fe-C come fase di pretrattamento per le acque reflue farmaceutiche può migliorare notevolmente la biodegradabilità dell'effluente. Lou Maoxing utilizza un trattamento combinato di ferro, microelettrolisi, anaerobiosi, aerobica e flottazione ad aria per trattare le acque reflue di intermedi farmaceutici come eritromicina e ciprofloxacina. Il tasso di rimozione del COD dopo il trattamento con ferro e carbonio è stato del 20% e l'effluente finale è conforme allo standard nazionale di prima classe "Integrated Wastewater Discharge Standard" (GB8978-1996).

Elaborazione dei reagenti di Fenton

La combinazione di sale ferroso e H₂O₂ è chiamata reagente di Fenton, in grado di rimuovere efficacemente la materia organica refrattaria che non può essere eliminata con le tradizionali tecnologie di trattamento delle acque reflue. Con l'approfondimento della ricerca, la luce ultravioletta (UV), l'ossalato (C₂O₂-), ecc. sono stati introdotti nel reagente di Fenton, migliorandone notevolmente la capacità di ossidazione. Utilizzando TiO₂ come catalizzatore e una lampada al mercurio a bassa pressione da 9 W come sorgente luminosa, le acque reflue farmaceutiche sono state trattate con il reagente di Fenton, ottenendo un tasso di decolorazione del 100%, un tasso di rimozione del COD del 92,3% e una riduzione del composto nitrobenzenico da 8,05 mg/L a 0,41 mg/L.

Ossidazione

Il metodo può migliorare la biodegradabilità delle acque reflue e raggiungere un tasso di rimozione del COD più elevato. Ad esempio, tre acque reflue trattate con antibiotici, come Balcioglu, sono state trattate con ossidazione all'ozono. I risultati hanno mostrato che l'ozonizzazione delle acque reflue non solo ha aumentato il rapporto BOD5/COD, ma ha anche portato a un tasso di rimozione del COD superiore al 75%.

Tecnologia di ossidazione

Nota anche come tecnologia di ossidazione avanzata, riunisce i più recenti risultati della ricerca in materia di luce, elettricità, suono, magnetismo, materiali e altre discipline simili, tra cui l'ossidazione elettrochimica, l'ossidazione a umido, l'ossidazione supercritica dell'acqua, l'ossidazione fotocatalitica e la degradazione ultrasonica. Tra questi, la tecnologia di ossidazione fotocatalitica ultravioletta presenta i vantaggi di innovazione, elevata efficienza e nessuna selettività per le acque reflue, ed è particolarmente adatta alla degradazione di idrocarburi insaturi. Rispetto a metodi di trattamento come raggi ultravioletti, riscaldamento e pressione, il trattamento ultrasonico della materia organica è più diretto e richiede meno attrezzature. Come nuovo tipo di trattamento, è stata prestata sempre maggiore attenzione. Xiao Guangquan et al. [13] hanno utilizzato il metodo di contatto biologico aerobico ultrasonico per trattare le acque reflue farmaceutiche. Il trattamento ultrasonico è stato eseguito per 60 secondi con una potenza di 200 W e il tasso di rimozione totale del COD delle acque reflue è stato del 96%.

Trattamento biochimico

La tecnologia di trattamento biochimico è una tecnologia di trattamento delle acque reflue farmaceutiche ampiamente utilizzata, che comprende il metodo biologico aerobico, il metodo biologico anaerobico e il metodo combinato aerobico-anaerobico.

Trattamento biologico aerobico

Poiché la maggior parte delle acque reflue farmaceutiche è costituita da acque reflue organiche ad alta concentrazione, è generalmente necessario diluire la soluzione madre durante il trattamento biologico aerobico. Pertanto, il consumo energetico è elevato, le acque reflue possono essere trattate biochimicamente ed è difficile scaricarle direttamente fino al livello standard dopo il trattamento biochimico. Pertanto, è preferibile un utilizzo esclusivamente aerobico. I trattamenti disponibili sono pochi ed è richiesto un pretrattamento generale. I metodi di trattamento biologico aerobico comunemente utilizzati includono il metodo dei fanghi attivi, il metodo di aerazione in pozzo profondo, il metodo di biodegradazione per adsorbimento (metodo AB), il metodo di ossidazione per contatto, il metodo dei fanghi attivi a lotti sequenziali (metodo SBR), il metodo dei fanghi attivi circolanti (metodo CASS), ecc.

Metodo di aerazione del pozzo profondo

L'aerazione in pozzi profondi è un sistema a fanghi attivi ad alta velocità. Il metodo offre un elevato tasso di utilizzo dell'ossigeno, un ingombro ridotto, un buon effetto di trattamento, bassi investimenti, bassi costi operativi, nessun rigonfiamento dei fanghi e una minore produzione di fanghi. Inoltre, il suo effetto di isolamento termico è buono e il trattamento non è influenzato dalle condizioni climatiche, il che può garantire l'efficacia del trattamento delle acque reflue invernali nelle regioni settentrionali. Dopo il trattamento biochimico delle acque reflue organiche ad alta concentrazione provenienti dalla Northeast Pharmaceutical Factory nella vasca di aerazione in pozzi profondi, il tasso di rimozione della COD ha raggiunto il 92,7%. Si può osservare che l'efficienza di processo è molto elevata, il che è estremamente vantaggioso per il processo successivo. gioca un ruolo decisivo.

Metodo AB

Il metodo AB è un metodo a fanghi attivi ad altissimo carico. La velocità di rimozione di BOD5, COD, SS, fosforo e azoto ammoniacale mediante il processo AB è generalmente superiore a quella dei processi a fanghi attivi convenzionali. I suoi vantaggi principali sono l'elevato carico della sezione A, l'elevata capacità di carico anti-shock e l'elevato effetto tampone sul pH e sulle sostanze tossiche. È particolarmente adatto al trattamento di acque reflue ad alta concentrazione e con notevoli variazioni nella qualità e quantità dell'acqua. Il metodo di Yang Junshi et al. utilizza il metodo biologico di acidificazione per idrolisi-AB per il trattamento di acque reflue antibiotiche, che presenta un flusso di processo breve, un risparmio energetico e costi di trattamento inferiori rispetto al metodo di trattamento biologico per flocculazione chimica di acque reflue simili.

ossidazione da contatto biologico

Questa tecnologia combina i vantaggi del metodo a fanghi attivi e del metodo a biofilm, offrendo i vantaggi di un elevato carico volumetrico, una bassa produzione di fanghi, un'elevata resistenza agli urti, un funzionamento stabile del processo e una gestione agevole. Molti progetti adottano un metodo a due stadi, con l'obiettivo di addomesticare i ceppi dominanti in fasi diverse, sfruttare appieno l'effetto sinergico tra le diverse popolazioni microbiche e migliorare gli effetti biochimici e la resistenza agli urti. In ingegneria, la digestione anaerobica e l'acidificazione sono spesso utilizzate come fase di pretrattamento, mentre un processo di ossidazione a contatto viene utilizzato per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. Lo stabilimento farmaceutico di Harbin North adotta un processo di acidificazione per idrolisi e ossidazione biologica a due stadi per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. I risultati operativi mostrano che l'effetto del trattamento è stabile e la combinazione di processi è ragionevole. Con la progressiva maturazione della tecnologia di processo, anche i campi di applicazione si sono ampliati.

Metodo SBR

Il metodo SBR presenta i seguenti vantaggi: elevata resistenza ai carichi d'urto, elevata attività dei fanghi, struttura semplice, nessuna necessità di riflusso, funzionamento flessibile, ingombro ridotto, bassi investimenti, funzionamento stabile, elevata velocità di rimozione del substrato e buona denitrificazione e rimozione del fosforo. Acque reflue fluttuanti. Gli esperimenti sul trattamento delle acque reflue farmaceutiche mediante il processo SBR mostrano che il tempo di aerazione ha una grande influenza sull'effetto del trattamento; l'impostazione delle sezioni anossiche, in particolare la progettazione ripetuta di anaerobiche e aerobiche, può migliorare significativamente l'effetto del trattamento; il trattamento migliorato SBR delle PAC. Il processo può migliorare significativamente l'effetto di rimozione del sistema. Negli ultimi anni, il processo è diventato sempre più perfezionato ed è ampiamente utilizzato nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche.

Trattamento biologico anaerobico

Attualmente, il trattamento delle acque reflue organiche ad alta concentrazione, sia in patria che all'estero, si basa principalmente sul metodo anaerobico, ma il COD dell'effluente è ancora relativamente elevato dopo il trattamento con un metodo anaerobico separato e generalmente è necessario un post-trattamento (come il trattamento biologico aerobico). È ancora necessario rafforzare lo sviluppo e la progettazione di reattori anaerobici ad alta efficienza e condurre ricerche approfondite sulle condizioni operative. Le applicazioni di maggior successo nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche includono il letto di fanghi anaerobico a flusso ascendente (UASB), il letto composito anaerobico (UBF), il reattore anaerobico a diaframma (ABR), l'idrolisi, ecc.

Legge UASB

Il reattore UASB offre i vantaggi di un'elevata efficienza di digestione anaerobica, una struttura semplice, un breve tempo di ritenzione idraulica e l'assenza di un dispositivo di ritorno dei fanghi separato. Quando l'UASB viene utilizzato nel trattamento di acque reflue di produzione farmaceutica come kanamicina, cloro, VC, SD, glucosio e altri reflui, il contenuto di SS non è solitamente troppo elevato per garantire un tasso di rimozione del COD superiore all'85-90%. Il tasso di rimozione del COD della serie UASB a due stadi può superare il 90%.

Metodo UBF

Buy Wenning et al. È stato condotto un test comparativo su UASB e UBF. I risultati mostrano che l'UBF presenta le caratteristiche di un buon trasferimento di massa e un buon effetto di separazione, una varietà di biomasse e specie biologiche, un'elevata efficienza di processo e una solida stabilità operativa. Bioreattore a ossigeno.

Idrolisi e acidificazione

Il serbatoio di idrolisi è denominato Hydrolyzed Upstream Sludge Bed (HUSB) ed è un UASB modificato. Rispetto al serbatoio anaerobico a processo completo, il serbatoio di idrolisi presenta i seguenti vantaggi: non necessita di sigillatura, non agita, non necessita di separatore trifase, il che riduce i costi e facilita la manutenzione; può degradare macromolecole e sostanze organiche non biodegradabili presenti nelle acque reflue in molecole più piccole. La materia organica facilmente biodegradabile migliora la biodegradabilità dell'acqua grezza; la reazione è rapida, il volume del serbatoio è ridotto, l'investimento di capitale per la costruzione è ridotto e il volume dei fanghi è ridotto. Negli ultimi anni, il processo di idrolisi aerobica è stato ampiamente utilizzato nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche. Ad esempio, un'azienda biofarmaceutica utilizza un processo di acidificazione idrolitica con ossidazione biologica a due stadi per trattare le acque reflue farmaceutiche. Il funzionamento è stabile e l'effetto di rimozione della materia organica è notevole. I tassi di rimozione di COD, BOD5 SS e SS sono stati rispettivamente del 90,7%, 92,4% e 87,6%.

Processo di trattamento combinato anaerobico-aerobico

Poiché il trattamento aerobico o anaerobico da solo non può soddisfare i requisiti, processi combinati come il trattamento anaerobico-aerobico, l'acidificazione idrolitica e il trattamento aerobico migliorano la biodegradabilità, la resistenza all'impatto, i costi di investimento e l'efficacia del trattamento delle acque reflue. Sono ampiamente utilizzati nella pratica ingegneristica grazie alle prestazioni di un singolo metodo di processo. Ad esempio, un'azienda farmaceutica utilizza un processo anaerobico-aerobico per trattare le acque reflue farmaceutiche, con un tasso di rimozione di BOD5 del 98%, un tasso di rimozione di COD del 95% e un'efficacia del trattamento stabile. Il processo di microelettrolisi, idrolisi anaerobica, acidificazione e SBR viene utilizzato per trattare le acque reflue farmaceutiche sintetiche. I risultati mostrano che l'intera serie di processi presenta un'elevata resistenza all'impatto in caso di variazioni di qualità e quantità delle acque reflue, e il tasso di rimozione di COD può raggiungere l'86-92%, il che rappresenta una scelta di processo ideale per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. – Ossidazione catalitica – Processo di ossidazione a contatto. Quando la COD dell'affluente è di circa 12.000 mg/L, la COD dell'effluente è inferiore a 300 mg/L; il tasso di rimozione della COD nelle acque reflue farmaceutiche biologicamente refrattarie trattate con il metodo biofilm-SBR può raggiungere l'87,5%~98,31%, che è molto più alto di quello del trattamento monouso con il metodo biofilm e il metodo SBR.

Inoltre, con il continuo sviluppo della tecnologia a membrana, la ricerca applicativa del bioreattore a membrana (MBR) nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche si è gradualmente approfondita. L'MBR combina le caratteristiche della tecnologia di separazione a membrana con quelle del trattamento biologico, offrendo i vantaggi di un elevato carico volumetrico, un'elevata resistenza agli urti, un ingombro ridotto e una minore produzione di fanghi residui. Il processo del bioreattore a membrana anaerobico è stato utilizzato per trattare le acque reflue di intermedi farmaceutici contenenti cloruri acidi con COD di 25.000 mg/L. La velocità di rimozione del COD del sistema rimane superiore al 90%. Per la prima volta, è stata sfruttata la capacità dei batteri obbligati di degradare specifiche sostanze organiche. I bioreattori a membrana estrattiva vengono utilizzati per il trattamento delle acque reflue industriali contenenti 3,4-dicloroanilina. Il tempo di recupero (HRT) è stato di 2 ore, la velocità di rimozione ha raggiunto il 99% e si è ottenuto un effetto di trattamento ideale. Nonostante il problema dell'incrostazione delle membrane, con il continuo sviluppo della tecnologia a membrana, l'MBR troverà sempre più impiego nel campo del trattamento delle acque reflue farmaceutiche.

2. Processo di trattamento e selezione delle acque reflue farmaceutiche

Le caratteristiche qualitative dell'acqua delle acque reflue farmaceutiche rendono impossibile per la maggior parte di esse sottoporsi al solo trattamento biochimico, pertanto è necessario effettuare un pretrattamento prima del trattamento biochimico. Generalmente, è necessario installare una vasca di regolazione per regolare la qualità e il pH dell'acqua, e utilizzare un metodo fisico-chimico o chimico come processo di pretrattamento in base alla situazione reale per ridurre SS, salinità e parte del COD nell'acqua, ridurre le sostanze inibitrici biologiche presenti nelle acque reflue e migliorarne la degradabilità, facilitando così il successivo trattamento biochimico delle acque reflue.

Le acque reflue pretrattate possono essere trattate con processi anaerobici e aerobici in base alle caratteristiche qualitative dell'acqua. Se i requisiti di effluente sono elevati, il processo di trattamento aerobico dovrebbe essere proseguito dopo il processo di trattamento aerobico. La scelta del processo specifico deve considerare attentamente fattori quali la natura delle acque reflue, l'efficacia del trattamento, l'investimento in infrastrutture, nonché la gestione e la manutenzione, per rendere la tecnologia fattibile ed economica. L'intero processo è un processo combinato di pretrattamento, anaerobico, aerobico e (post-trattamento). Il processo combinato di idrolisi, adsorbimento, ossidazione a contatto e filtrazione viene utilizzato per il trattamento completo delle acque reflue farmaceutiche contenenti insulina artificiale.

3. Riciclo e utilizzo di sostanze utili nelle acque reflue farmaceutiche

Promuovere una produzione pulita nell'industria farmaceutica, migliorare il tasso di utilizzo delle materie prime, il tasso di recupero complessivo di prodotti intermedi e sottoprodotti e ridurre o eliminare l'inquinamento nel processo produttivo attraverso la trasformazione tecnologica. Data la particolarità di alcuni processi di produzione farmaceutica, le acque reflue contengono un'elevata quantità di materiali riciclabili. Per il trattamento di tali acque reflue farmaceutiche, il primo passo è rafforzare il recupero dei materiali e l'utilizzo completo. Per le acque reflue intermedie farmaceutiche con un contenuto di sali di ammonio dal 5% al ​​10%, viene utilizzato un film raschiatore fisso per l'evaporazione, la concentrazione e la cristallizzazione per recuperare (NH4)2SO4 e NH4NO3 con una frazione in massa di circa il 30%. Utilizzo come fertilizzante o riutilizzo. I vantaggi economici sono evidenti: un'azienda farmaceutica high-tech utilizza il metodo di spurgo per trattare le acque reflue di produzione con un contenuto di formaldeide estremamente elevato. Dopo il recupero della formaldeide gassosa, può essere trasformata in un reagente per la formalina o bruciata come fonte di calore per caldaie. Grazie al recupero della formaldeide, è possibile realizzare un utilizzo sostenibile delle risorse e recuperare i costi di investimento dell'impianto di trattamento entro 4-5 anni, unendo così benefici ambientali ed economici. Tuttavia, la composizione delle acque reflue farmaceutiche generiche è complessa, difficile da riciclare, il processo di recupero è complicato e i costi sono elevati. Pertanto, una tecnologia di trattamento delle acque reflue completa, avanzata ed efficiente è la chiave per risolvere completamente il problema delle acque reflue.

4 Conclusion

Sono stati pubblicati numerosi studi sul trattamento delle acque reflue farmaceutiche. Tuttavia, a causa della diversità delle materie prime e dei processi utilizzati nell'industria farmaceutica, la qualità delle acque reflue varia notevolmente. Pertanto, non esiste un metodo di trattamento consolidato e unificato per le acque reflue farmaceutiche. La scelta del processo dipende dalla natura delle acque reflue. In base alle caratteristiche delle acque reflue, è generalmente necessario un pretrattamento per migliorarne la biodegradabilità, rimuovendo inizialmente gli inquinanti e integrandolo poi con il trattamento biochimico. Attualmente, lo sviluppo di un dispositivo composito economico ed efficace per il trattamento delle acque è un problema urgente da risolvere.

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