Analisi completa della tecnologia delle acque reflue farmaceutiche

Le acque reflue dell'industria farmaceutica comprendono principalmente le acque reflue della produzione di antibiotici e quelle della produzione di farmaci sintetici. Le acque reflue dell'industria farmaceutica comprendono principalmente quattro categorie: acque reflue della produzione di antibiotici, acque reflue della produzione di farmaci sintetici, acque reflue della produzione di medicinali brevettati cinesi, acque di lavaggio e acque reflue di lavaggio provenienti da vari processi di preparazione. Le acque reflue sono caratterizzate da composizione complessa, alto contenuto organico, elevata tossicità, colore intenso, alto contenuto di sale, proprietà biochimiche particolarmente scarse e scarico intermittente. Si tratta di un refluo industriale difficile da trattare. Con lo sviluppo dell'industria farmaceutica del mio paese, le acque reflue farmaceutiche sono gradualmente diventate una delle importanti 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, ciascun metodo di trattamento presenta i propri vantaggi e svantaggi.

Trattamento fisico e chimico

In base alle caratteristiche di qualità dell'acqua delle acque reflue farmaceutiche, il trattamento fisico-chimico deve essere utilizzato come processo di pre-trattamento o post-trattamento per il trattamento biochimico. I metodi di trattamento fisico e chimico attualmente utilizzati comprendono principalmente la coagulazione, la flottazione con aria, l'adsorbimento, lo stripping dell'ammoniaca, l'elettrolisi, lo scambio ionico e la separazione con membrana.

coagulazione

Questa tecnologia è un metodo di trattamento dell'acqua ampiamente utilizzato in patria e all'estero. È ampiamente utilizzato nel pre-trattamento e nel post-trattamento 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 a polimeri ad alto peso molecolare e dalla funzionalizzazione monocomponente a quella composita [3]. Liu Minghua et al. [4] hanno trattato COD, SS e cromaticità del liquido di scarico 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 erano rispettivamente del 69,7%, 96,4% e 87,5%.

flottazione dell'aria

La flottazione dell'aria comprende generalmente varie forme come la flottazione dell'aria di aerazione, la flottazione dell'aria disciolta, la flottazione dell'aria chimica e la flottazione dell'aria elettrolitica. La fabbrica farmaceutica di Xinchang utilizza il dispositivo di flottazione dell'aria a vortice CAF per pretrattare le acque reflue farmaceutiche. Il tasso medio di rimozione del COD è di circa il 25% con prodotti chimici adeguati.

metodo di assorbimento

Gli adsorbenti comunemente usati sono carbone attivo, carbone attivo, acido umico, resina adsorbente, ecc. La fabbrica farmaceutica Wuhan Jianmin utilizza l'adsorbimento di ceneri di carbone - processo di trattamento biologico aerobico secondario per trattare le 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 della 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 attrezzature semplici, funzionamento conveniente, nessun cambiamento di fase e cambiamento chimico, elevata efficienza di lavorazione e risparmio energetico. Juanna et al. hanno utilizzato membrane di nanofiltrazione per separare le acque reflue di cinnamicina. Si è scoperto che l'effetto inibitorio della lincomicina sui microrganismi nelle acque reflue era ridotto ed è stata recuperata la cinnamicina.

elettrolisi

Il metodo presenta i vantaggi di alta efficienza, funzionamento semplice e simili, e l'effetto di decolorazione elettrolitica è buono. Li Ying [8] ha effettuato un pretrattamento elettrolitico sul supernatante di riboflavina e i tassi di rimozione di COD, SS e crominanza hanno raggiunto rispettivamente il 71%, 83% e 67%.

trattamento chimico

Quando si utilizzano metodi chimici, l'uso eccessivo di alcuni reagenti può causare un inquinamento secondario dei corpi idrici. Pertanto, il lavoro di ricerca sperimentale pertinente dovrebbe essere svolto prima della progettazione. I metodi chimici includono il metodo ferro-carbonio, il metodo chimico redox (reagente Fenton, H2O2, O3), la tecnologia di ossidazione profonda, ecc.

Metodo del ferro-carbonio

L’operazione industriale dimostra che l’utilizzo di Fe-C come fase di pretrattamento delle acque reflue farmaceutiche può migliorare notevolmente la biodegradabilità dell’effluente. Lou Maoxing utilizza un trattamento combinato ferro-microelettrolisi-anaerobico-aerobico-flottazione con aria per trattare le acque reflue di intermedi farmaceutici come l'eritromicina e la 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 "Standard integrato sullo scarico delle acque reflue" (GB8978-1996).

Elaborazione dei reagenti di Fenton

La combinazione di sale ferroso e H2O2 è chiamata reagente di Fenton, che può rimuovere efficacemente la materia organica refrattaria che non può essere rimossa dalla tradizionale tecnologia di trattamento delle acque reflue. Con l'approfondimento della ricerca, nel reagente di Fenton sono stati introdotti luce ultravioletta (UV), ossalato (C2O42-), ecc., che hanno notevolmente migliorato 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, il tasso di decolorazione è stato del 100%, il tasso di rimozione del COD è stato del 92,3% e il composto nitrobenzenico è diminuito da 8,05 mg /L. 0,41mg/l.

Ossidazione

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

Tecnologia di ossidazione

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

Trattamento biochimico

La tecnologia di trattamento biochimico è una tecnologia di trattamento delle acque reflue farmaceutiche ampiamente utilizzata, compreso 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 sono 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 allo standard dopo il trattamento biochimico. Pertanto, solo uso aerobico. Sono disponibili pochi trattamenti ed è necessario un pretrattamento generale. I metodi di trattamento biologico aerobico comunemente utilizzati includono il metodo a fanghi attivi, il metodo di aerazione in pozzi profondi, il metodo di biodegradazione per adsorbimento (metodo AB), il metodo di ossidazione a contatto, il metodo di sequenziamento batch a fanghi attivi batch (metodo SBR), il metodo a fanghi attivi circolanti, ecc. (metodo CASS) e così via.

Metodo di aerazione del pozzo profondo

L'aerazione del pozzo profondo è un sistema a fanghi attivi ad alta velocità. Il metodo ha un elevato tasso di utilizzo dell'ossigeno, uno spazio ridotto, un buon effetto di trattamento, un basso investimento, bassi costi operativi, nessun accumulo di 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'effetto del trattamento invernale delle acque reflue nelle regioni settentrionali. Dopo che le acque reflue organiche ad alta concentrazione provenienti dalla fabbrica farmaceutica del Nordest sono state trattate biochimicamente dal serbatoio di aerazione del pozzo profondo, il tasso di rimozione del COD ha raggiunto il 92,7%. Si può vedere che l'efficienza di lavorazione è molto elevata, il che è estremamente vantaggioso per la lavorazione successiva. svolgere un ruolo decisivo.

Metodo AB

Il metodo AB è un metodo a fanghi attivi a carico ultra elevato. Il tasso di rimozione di BOD5, COD, SS, fosforo e azoto ammoniacale mediante il processo AB è generalmente superiore a quello del processo convenzionale a fanghi attivi. I suoi vantaggi eccezionali sono l'elevato carico della sezione A, la forte capacità di carico anti-shock e l'ampio effetto tampone sul valore del pH e sulle sostanze tossiche. È particolarmente adatto per il trattamento di liquami con elevata concentrazione e grandi variazioni nella qualità e quantità dell'acqua. Il metodo di Yang Junshi et al. utilizza il metodo biologico di idrolisi acidificazione-AB per trattare le acque reflue antibiotiche, che ha un flusso di processo breve, risparmio energetico e il costo del trattamento è inferiore rispetto al metodo di trattamento biologico-flocculazione chimica di acque reflue simili.

ossidazione biologica da contatto

Questa tecnologia combina i vantaggi del metodo a fanghi attivi e del metodo a biofilm e presenta i vantaggi di un carico ad alto volume, una bassa produzione di fanghi, una forte resistenza agli urti, un funzionamento stabile del processo e una gestione conveniente. Molti progetti adottano un metodo in due fasi, con l’obiettivo di addomesticare i ceppi dominanti in diverse fasi, sfruttare appieno l’effetto sinergico tra diverse popolazioni microbiche e migliorare gli effetti biochimici e la resistenza agli shock. In ingegneria, la digestione anaerobica e l'acidificazione sono spesso utilizzate come fase di pretrattamento e un processo di ossidazione a contatto viene utilizzato per trattare le acque reflue farmaceutiche. La fabbrica farmaceutica di Harbin North adotta un processo di ossidazione da contatto biologico a due stadi con idrolisi acidificazione per trattare le acque reflue farmaceutiche. I risultati dell'operazione mostrano che l'effetto del trattamento è stabile e la combinazione del processo è ragionevole. Con la progressiva maturità della tecnologia di processo anche i campi di applicazione si ampliano.​​​

Metodo SBR

Il metodo SBR presenta i vantaggi di forte resistenza ai carichi d'urto, elevata attività dei fanghi, struttura semplice, nessuna necessità di riflusso, funzionamento flessibile, ingombro ridotto, investimento basso, funzionamento stabile, elevato tasso 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 del processo; l'impostazione delle sezioni anossiche, in particolare la progettazione ripetuta di sezioni anaerobiche e aerobiche, può migliorare significativamente l'effetto del trattamento; il trattamento potenziato SBR del PAC. Il processo può migliorare significativamente l'effetto di rimozione del sistema. Negli ultimi anni il processo è diventato sempre più perfetto ed è ampiamente utilizzato nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche.

Trattamento biologico anaerobico

Allo stato attuale, il trattamento delle acque reflue organiche ad alta concentrazione in patria e all'estero si basa principalmente sul metodo anaerobico, ma il COD dell'effluente è ancora relativamente elevato dopo il trattamento con metodo anaerobico separato e il post-trattamento (come il trattamento biologico aerobico) è generalmente necessario. Allo stato attuale è ancora necessario rafforzare lo sviluppo e la progettazione di reattori anaerobici ad alta efficienza e una ricerca approfondita sulle condizioni operative. Le applicazioni di maggior successo nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche sono il letto di fanghi anaerobici Upflow (UASB), il letto composito anaerobico (UBF), il reattore deflettore anaerobico (ABR), l'idrolisi, ecc.

Legge sull'UASB

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

Metodo UBF

Acquista Wenning et al. È stato condotto un test comparativo su UASB e UBF. I risultati mostrano che UBF ha le caratteristiche di un buon trasferimento di massa e di un buon effetto di separazione, varie biomasse e specie biologiche, elevata efficienza di lavorazione e forte stabilità operativa. Bioreattore di ossigeno.

Idrolisi e acidificazione

Il serbatoio di idrolisi è chiamato 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: nessuna necessità di sigillatura, nessuna agitazione, nessun separatore trifase, che riduce i costi e facilita la manutenzione; può degradare in piccole molecole le macromolecole e le sostanze organiche non biodegradabili presenti nei liquami. La sostanza organica facilmente biodegradabile migliora la biodegradabilità dell'acqua non depurata; la reazione è rapida, il volume del serbatoio è piccolo, l'investimento di capitale nella costruzione è piccolo 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, una fabbrica biofarmaceutica utilizza il processo di acidificazione idrolitica, ovvero un processo di ossidazione biologica per contatto a due stadi, per trattare le acque reflue farmaceutiche. L'operazione è stabile e l'effetto di rimozione della materia organica è notevole. I tassi di rimozione di COD, BOD5 SS e SS erano rispettivamente del 90,7%, 92,4% e 87,6%.

Processo di trattamento combinato anaerobico-aerobico

Poiché il trattamento aerobico o il trattamento anaerobico da soli non possono soddisfare i requisiti, processi combinati come il trattamento anaerobico-aerobico, l'acidificazione idrolitica-aerobica migliorano la biodegradabilità, la resistenza agli urti, i costi di investimento e l'effetto del trattamento delle acque reflue. È ampiamente utilizzato nella pratica ingegneristica grazie alle prestazioni del singolo metodo di elaborazione. Ad esempio, una fabbrica farmaceutica utilizza un processo anaerobico-aerobico per trattare le acque reflue farmaceutiche, il tasso di rimozione di BOD5 è del 98%, il tasso di rimozione di COD è del 95% e l'effetto del trattamento è stabile. Il processo di microelettrolisi-idrolisi-acidificazione-SBR viene utilizzato per trattare le acque reflue farmaceutiche di sintesi chimica. I risultati mostrano che l’intera serie di processi ha una forte resistenza agli urti ai cambiamenti nella qualità e quantità delle acque reflue e il tasso di rimozione del COD può raggiungere dall’86% al 92%, che è una scelta di processo ideale per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. – Ossidazione catalitica – Processo di ossidazione per contatto. Quando il COD dell'affluente è circa 12 000 mg/L, il COD dell'effluente è inferiore a 300 mg/L; il tasso di rimozione del COD nelle acque reflue farmaceutiche biologicamente refrattarie trattate con il metodo biofilm-SBR può raggiungere l'87,5% ~ 98,31%, che è molto superiore a quello dell'effetto del trattamento monouso del metodo biofilm e del 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 e del trattamento biologico e presenta i vantaggi di un carico di volume elevato, una forte resistenza agli urti, un ingombro ridotto e una minore quantità di fanghi residui. Il processo del bioreattore anaerobico a membrana è stato utilizzato per trattare le acque reflue farmaceutiche di cloruro acido intermedio con COD di 25.000 mg/L. Il tasso di rimozione del COD del sistema rimane superiore al 90%. Per la prima volta è stata utilizzata la capacità dei batteri obbligati di degradare la materia organica specifica. I bioreattori estrattivi a membrana vengono utilizzati per trattare le acque reflue industriali contenenti 3,4-dicloroanilina. La HRT è stata di 2 ore, il tasso di rimozione ha raggiunto il 99% ed è stato ottenuto l'effetto del trattamento ideale. Nonostante il problema dell'incrostazione delle membrane, con il continuo sviluppo della tecnologia delle membrane, l'MBR sarà più ampiamente utilizzato nel campo del trattamento delle acque reflue farmaceutiche.

2. Processo di trattamento e selezione delle acque reflue farmaceutiche

Le caratteristiche di qualità dell'acqua delle acque reflue farmaceutiche rendono impossibile per la maggior parte delle acque reflue farmaceutiche sottoporsi al solo trattamento biochimico, pertanto è necessario effettuare il pretrattamento necessario prima del trattamento biochimico. In generale, dovrebbe essere installato un serbatoio di regolazione per regolare la qualità dell'acqua e il valore del pH, e il metodo fisico-chimico o chimico dovrebbe essere utilizzato come processo di pretrattamento in base alla situazione reale per ridurre SS, salinità e parte di COD nell'acqua, ridurre le sostanze inibitorie biologiche nelle acque reflue e migliorano la degradabilità delle acque reflue. per facilitare il successivo trattamento biochimico delle acque reflue.

Le acque reflue pretrattate possono essere trattate mediante processi anaerobici e aerobici in base alle caratteristiche di qualità dell'acqua. Se i requisiti dell'effluente sono elevati, il processo di trattamento aerobico dovrebbe essere continuato dopo il processo di trattamento aerobico. La selezione del processo specifico dovrebbe considerare in modo esaustivo fattori quali la natura delle acque reflue, l’effetto del trattamento del processo, l’investimento nelle infrastrutture e il funzionamento e la manutenzione per rendere la tecnologia fattibile ed economica. L'intero percorso del processo è un processo combinato di pretrattamento-anaerobico-aerobico-(post-trattamento). Il processo combinato di idrolisi, adsorbimento, ossidazione a contatto, filtrazione viene utilizzato per trattare le acque reflue farmaceutiche complete contenenti insulina artificiale.

3. Riciclaggio 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 completo dei prodotti intermedi e dei sottoprodotti e ridurre o eliminare l’inquinamento nel processo di produzione attraverso la trasformazione tecnologica. A causa della particolarità di alcuni processi produttivi farmaceutici, le acque reflue contengono una grande 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 farmaceutiche intermedie con un contenuto di sali di ammonio compreso tra il 5% e il 10%, viene utilizzato un film tergicristallo fisso per l'evaporazione, la concentrazione e la cristallizzazione per recuperare (NH4)2SO4 e NH4NO3 con una frazione in massa di circa il 30%. Utilizzare come fertilizzante o riutilizzare. I vantaggi economici sono evidenti; un'azienda farmaceutica ad alta tecnologia utilizza il metodo di spurgo per trattare le acque reflue di produzione con un contenuto estremamente elevato di formaldeide. Una volta recuperato, il gas formaldeide può essere formulato in un reagente di formalina o bruciato come fonte di calore per la caldaia. Attraverso il recupero della formaldeide, è possibile realizzare l'utilizzo sostenibile delle risorse e recuperare i costi di investimento della stazione di trattamento entro 4-5 anni, realizzando l'unificazione di benefici ambientali e benefici economici. Tuttavia, la composizione delle acque reflue farmaceutiche generali è complessa, difficile da riciclare, il processo di recupero è complicato e il costo è elevato. Pertanto, una tecnologia avanzata ed efficiente per il trattamento completo delle acque reflue è la chiave per risolvere completamente il problema delle acque reflue.

4 Conclusione

Ci sono state molte segnalazioni sul trattamento delle acque reflue farmaceutiche. Tuttavia, a causa della diversità delle materie prime e dei processi nell’industria farmaceutica, la qualità delle acque reflue varia notevolmente. Pertanto, non esiste un metodo di trattamento maturo e unificato per le acque reflue farmaceutiche. Il percorso di processo da scegliere dipende dalle acque reflue. natura. A seconda delle caratteristiche delle acque reflue, è generalmente necessario il pretrattamento per migliorare la biodegradabilità delle acque reflue, rimuovere inizialmente gli inquinanti e quindi combinarsi con il trattamento biochimico. Allo stato attuale, lo sviluppo di un dispositivo composito per il trattamento dell'acqua economico ed efficace è un problema urgente da risolvere.

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