Analisi completa della tecnologia di trattamento delle acque reflue farmaceutiche

Le acque reflue dell'industria farmaceutica comprendono principalmente le acque reflue derivanti dalla produzione di antibiotici e quelle derivanti dalla produzione di farmaci sintetici. Le acque reflue dell'industria farmaceutica si suddividono principalmente in quattro categorie: acque reflue derivanti dalla produzione di antibiotici, acque reflue derivanti dalla produzione di farmaci sintetici, acque reflue derivanti dalla produzione di medicinali brevettati cinesi, acque di lavaggio e acque reflue di lavaggio provenienti da vari processi di preparazione. Queste acque reflue sono caratterizzate da una composizione complessa, un elevato contenuto organico, un'elevata tossicità, un colore intenso, un alto contenuto di sali, proprietà biochimiche particolarmente scarse e scarichi intermittenti. Si tratta di acque reflue industriali di difficile trattamento. Con lo sviluppo dell'industria farmaceutica del 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 fisico-chimico, trattamento chimico, trattamento biochimico e trattamento combinato di vari metodi; ogni metodo di trattamento presenta vantaggi e svantaggi specifici.

Trattamento fisico e chimico

In base alle caratteristiche qualitative 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 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 pre-trattamento e nel post-trattamento delle acque reflue mediche, come quelle contenenti solfato di alluminio e 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 dai polimeri a basso peso molecolare a quelli ad alto peso molecolare e dalla funzionalizzazione monocomponente a quella composita [3]. Liu Minghua et al. [4] hanno trattato il COD, i solidi sospesi totali (SS) e la 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 comprende generalmente varie forme, come la flottazione ad aria con aerazione, la flottazione ad aria con solventi, la flottazione ad aria chimica e la flottazione ad aria elettrolitica. La fabbrica farmaceutica di Xinchang utilizza un dispositivo di flottazione ad aria vorticosa CAF per il pretrattamento delle acque reflue farmaceutiche. Il tasso medio di rimozione del COD è di circa il 25% con l'impiego di sostanze chimiche appropriate.

metodo di adsorbimento

Gli adsorbenti comunemente utilizzati sono carbone attivo, carbone attivo, acido umico, resina adsorbente, ecc. La fabbrica farmaceutica Wuhan Jianmin utilizza un processo di trattamento biologico aerobico secondario con adsorbimento di ceneri di carbone per trattare le acque reflue. I risultati hanno mostrato che il tasso di rimozione del COD del pretrattamento con adsorbimento era del 41,1% e che 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 la semplicità delle apparecchiature, la facilità d'uso, l'assenza di cambiamenti di fase e di reazioni chimiche, l'elevata efficienza di processo e il risparmio energetico. Juanna et al. hanno utilizzato membrane di nanofiltrazione per separare le acque reflue contenenti cinnamicina. È stato riscontrato che l'effetto inibitorio della lincomicina sui microrganismi presenti nelle acque reflue veniva ridotto e la cinnamicina veniva recuperata.

elettrolisi

Il metodo presenta i vantaggi di un'elevata efficienza, semplicità di funzionamento 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 cromaticità 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 un inquinamento secondario dei corpi idrici. Pertanto, prima della progettazione, è necessario svolgere un'adeguata ricerca sperimentale. I metodi chimici includono il metodo ferro-carbone, il metodo redox chimico (reagente di Fenton, H2O2, O3), la tecnologia di ossidazione profonda, ecc.

Metodo del ferrocarbonio

L'attività 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-anaerobica-aerobica-flottazione ad aria per trattare le acque reflue contenenti 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).

Processo di reazione con il reagente 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 eliminata dalle tradizionali tecnologie di trattamento delle acque reflue. Con l'approfondimento della ricerca, sono stati introdotti nel reagente di Fenton luce ultravioletta (UV), ossalato (C2O42-), ecc., che hanno notevolmente migliorato la capacità ossidante. Utilizzando TiO2 come catalizzatore e una lampada a 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 nitrobenzene da 8,05 mg/L a 0,41 mg/L.

Ossidazione

Il metodo può migliorare la biodegradabilità delle acque reflue e presenta un tasso di rimozione del COD più elevato. Ad esempio, tre acque reflue contenenti antibiotici, come quelle di 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 ha anche portato il tasso di rimozione del COD a superare il 75%.

Tecnologia di ossidazione

Conosciuta anche come tecnologia di ossidazione avanzata, essa riunisce i più recenti risultati di ricerca di discipline moderne come luce, elettricità, suono, magnetismo, materiali e simili, tra cui ossidazione elettrochimica, ossidazione a umido, ossidazione in acqua supercritica, ossidazione fotocatalitica e degradazione ultrasonica. Tra queste, la tecnologia di ossidazione fotocatalitica ultravioletta presenta i vantaggi di novità, alta efficienza e non selettività per le acque reflue, ed è particolarmente adatta alla degradazione degli idrocarburi insaturi. Rispetto ai metodi di trattamento come raggi ultravioletti, riscaldamento e pressione, il trattamento a ultrasuoni della materia organica è più diretto e richiede meno attrezzature. Come nuovo tipo di trattamento, sta ricevendo sempre maggiore attenzione. Xiao Guangquan et al. [13] hanno utilizzato il metodo di contatto biologico aerobico-ultrasuoni per trattare le acque reflue farmaceutiche. Il trattamento a ultrasuoni è stato effettuato per 60 s 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 ampiamente utilizzata per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche, 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. Di conseguenza, il consumo energetico è elevato, le acque reflue possono essere trattate biochimicamente, ma è difficile scaricarle direttamente a norma dopo il trattamento biochimico. Pertanto, si utilizza solo il trattamento aerobico. Sono disponibili pochi trattamenti e generalmente è necessario un pretrattamento. I metodi di trattamento biologico aerobico comunemente utilizzati includono il metodo a fanghi attivi, il metodo di aerazione in pozzo profondo, il metodo di biodegradazione per adsorbimento (metodo AB), il metodo di ossidazione a contatto, il metodo a fanghi attivi batch sequenziali (metodo SBR), il metodo a fanghi attivi circolanti, ecc. (metodo CASS) e così via.

Metodo di aerazione dei pozzi profondi

L'aerazione a pozzo profondo è un sistema a fanghi attivi ad alta velocità. Il metodo presenta un elevato tasso di utilizzo dell'ossigeno, un ingombro ridotto, un buon effetto di trattamento, bassi investimenti, bassi costi operativi, assenza di 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 che le acque reflue organiche ad alta concentrazione provenienti dalla fabbrica farmaceutica del Nord-Est sono state trattate biochimicamente mediante il serbatoio di aerazione a pozzo profondo, il tasso di rimozione del COD ha raggiunto il 92,7%. Si può notare che l'efficienza del trattamento è molto elevata, il che è estremamente vantaggioso per il trattamento successivo.

Metodo AB

Il metodo AB è un metodo a fanghi attivi ad altissimo carico. Il tasso di rimozione di BOD5, COD, SS, fosforo e azoto ammoniacale tramite il processo AB è generalmente superiore a quello del processo a fanghi attivi convenzionale. I suoi principali vantaggi sono l'elevato carico della sezione A, la forte capacità di resistenza ai carichi d'urto e l'ampio effetto tampone sul valore del pH e sulle sostanze tossiche. È particolarmente adatto al trattamento di acque reflue ad alta concentrazione e con notevoli variazioni di qualità e quantità dell'acqua. Il metodo di Yang Junshi et al. utilizza il metodo biologico di idrolisi-acidificazione-AB per il trattamento di acque reflue contenenti antibiotici, che presenta un flusso di processo breve, un risparmio energetico e costi di trattamento inferiori rispetto al metodo di flocculazione chimica-trattamento biologico per 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, una forte 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 diverse fasi, sfruttando appieno l'effetto sinergico tra le diverse popolazioni microbiche e migliorando gli effetti biochimici e la resistenza agli shock. In ingegneria, la digestione anaerobica e l'acidificazione sono spesso utilizzate come fase di pretrattamento, mentre per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche si utilizza un processo di ossidazione a contatto. La Harbin North Pharmaceutical Factory adotta un processo di idrolisi, acidificazione e ossidazione biologica a contatto a due stadi per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. I risultati operativi dimostrano che l'effetto del trattamento è stabile e la combinazione dei processi è ottimale. Con la graduale maturazione della tecnologia di processo, anche i campi di applicazione si stanno ampliando.

Metodo SBR

Il metodo SBR presenta i vantaggi di un'elevata resistenza ai carichi d'urto, un'elevata attività dei fanghi, una struttura semplice, l'assenza di necessità di riflusso, un funzionamento flessibile, un ingombro ridotto, bassi investimenti, un funzionamento stabile, un elevato tasso di rimozione del substrato e una buona denitrificazione e rimozione del fosforo. Le acque reflue con caratteristiche variabili sono state trattate efficacemente. Gli esperimenti sul trattamento delle acque reflue farmaceutiche mediante il processo SBR hanno dimostrato che il tempo di aerazione ha una grande influenza sull'efficacia del processo; l'inserimento di sezioni anossiche, in particolare la ripetizione di cicli anaerobici e aerobici, può migliorare significativamente l'efficacia del trattamento; il trattamento potenziato con SBR del PAC può migliorare significativamente l'efficacia di rimozione del sistema. Negli ultimi anni, il processo si è perfezionato sempre di più ed è ampiamente utilizzato nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche.

Trattamento biologico anaerobico

Attualmente, il trattamento delle acque reflue organiche ad alta concentrazione, sia a livello nazionale che internazionale, si basa principalmente sul metodo anaerobico. Tuttavia, il COD dell'effluente rimane relativamente elevato anche dopo il trattamento con un metodo anaerobico separato, rendendo generalmente necessario un post-trattamento (come il trattamento biologico aerobico). È quindi fondamentale intensificare lo sviluppo e la progettazione di reattori anaerobici ad alta efficienza e approfondire la ricerca sulle condizioni operative. Le applicazioni di maggior successo nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche includono reattori anaerobici a letto di fanghi a flusso ascendente (UASB), reattori anaerobici a letto composito (UBF), reattori anaerobici a deflettori (ABR), idrolisi, ecc.

Legge UASB

Il reattore UASB presenta i vantaggi di un'elevata efficienza di digestione anaerobica, una struttura semplice, un breve tempo di ritenzione idraulica e non necessita di un dispositivo separato per il ricircolo dei fanghi. Quando l'UASB viene utilizzato nel trattamento di acque reflue provenienti dalla produzione di farmaci contenenti kanamicina, clorina, VC, SD, glucosio e altri componenti, il contenuto di solidi sospesi (SS) non è solitamente troppo elevato per garantire un tasso di rimozione del COD superiore all'85-90%. Il tasso di rimozione del COD del reattore UASB a due stadi in serie 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 ed effetto di separazione, varie biomasse e specie biologiche, elevata efficienza di processo e forte stabilità operativa. Bioreattore a ossigeno.

Idrolisi e acidificazione

Il serbatoio di idrolisi è chiamato Hydrolyzed Upstream Sludge Bed (HUSB) ed è una versione modificata dell'UASB (Universal Anaerobic Substrate). Rispetto al tradizionale serbatoio anaerobico, il serbatoio di idrolisi presenta i seguenti vantaggi: non necessita di sigillatura, agitazione o separatore trifase, il che riduce i costi e semplifica la manutenzione; è in grado di 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 iniziale per la costruzione è contenuto e il volume dei fanghi è ridotto. Negli ultimi anni, il processo di idrolisi-aerobico è stato ampiamente utilizzato nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche. Ad esempio, un'azienda biofarmaceutica utilizza un processo di acidificazione idrolitica-ossidazione biologica a contatto a due stadi per trattare le acque reflue farmaceutiche. Il funzionamento è stabile e l'efficacia nella 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 soli non sono sufficienti a soddisfare i requisiti, i processi combinati come il trattamento anaerobico-aerobico e l'acidificazione idrolitica-aerobica migliorano la biodegradabilità, la resistenza agli impatti, i costi di investimento e l'efficacia del trattamento delle acque reflue. Sono ampiamente utilizzati nella pratica ingegneristica grazie alle prestazioni del singolo metodo di trattamento. Ad esempio, un'azienda farmaceutica utilizza un processo anaerobico-aerobico per trattare le acque reflue farmaceutiche, ottenendo un tasso di rimozione del BOD5 del 98%, un tasso di rimozione del COD del 95% e un'efficacia del trattamento stabile. Il processo di microelettrolisi-idrolisi anaerobica-acidificazione-SBR viene utilizzato per trattare le acque reflue farmaceutiche chimiche sintetiche. I risultati mostrano che l'intera serie di processi presenta una forte resistenza agli impatti dovuti alle variazioni di qualità e quantità delle acque reflue e che il tasso di rimozione del COD può raggiungere l'86-92%, rappresentando una scelta di processo ideale per il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. – Ossidazione catalitica – Processo di ossidazione a contatto. Quando il COD dell'influente è di 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 più alto di quello dell'effetto di trattamento singolo del metodo biofilm e del metodo SBR.

Inoltre, con il continuo sviluppo della tecnologia a membrana, la ricerca sull'applicazione dei bioreattori a membrana (MBR) nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche si è progressivamente approfondita. Gli MBR combinano le caratteristiche della tecnologia di separazione a membrana e del trattamento biologico, e presentano i vantaggi di un elevato carico volumetrico, una forte resistenza agli urti, un ingombro ridotto e una minore produzione di fanghi residui. Il processo anaerobico con bioreattore a membrana è stato utilizzato per trattare le acque reflue contenenti cloruri acidi intermedi farmaceutici con un COD di 25.000 mg/L. Il tasso di rimozione del COD del sistema è rimasto superiore al 90%. Per la prima volta, è stata sfruttata la capacità dei batteri obbligati di degradare specifiche sostanze organiche. I bioreattori a membrana estrattivi sono stati utilizzati per trattare acque reflue industriali contenenti 3,4-dicloroanilina. Il tempo di ritenzione idraulica (HRT) era di 2 ore, il tasso di rimozione ha raggiunto il 99% e si è ottenuto un effetto di trattamento ideale. Nonostante il problema dell'intasamento delle membrane, con il continuo sviluppo della tecnologia a membrana, gli MBR saranno sempre più ampiamente utilizzati nel campo del trattamento delle acque reflue farmaceutiche.

2. Processo di trattamento e selezione delle acque reflue farmaceutiche

Le caratteristiche qualitative delle acque reflue farmaceutiche rendono impossibile il trattamento biochimico puro per la maggior parte di esse; pertanto, è necessario effettuare un pretrattamento prima del trattamento biochimico. Generalmente, si dovrebbe installare un serbatoio di regolazione per controllare la qualità dell'acqua e il valore del pH, e, a seconda della situazione specifica, si dovrebbe utilizzare un metodo fisico-chimico o chimico come processo di pretrattamento per ridurre i solidi sospesi (SS), la salinità e parte del COD (domanda chimica di ossigeno) nell'acqua, diminuire le sostanze inibitrici del processo biologico nelle acque reflue e migliorare la biodegradabilità delle acque reflue, facilitando così il successivo trattamento biochimico.

Le acque reflue pretrattate possono essere trattate mediante processi anaerobici e aerobici a seconda delle loro caratteristiche qualitative. Se i requisiti di effluente sono elevati, dopo il trattamento aerobico è necessario proseguire con un ulteriore trattamento. La scelta del processo specifico deve considerare in modo esaustivo fattori quali la natura delle acque reflue, l'efficacia del trattamento, gli investimenti in infrastrutture e la gestione e manutenzione, al fine di rendere la tecnologia fattibile ed economicamente vantaggiosa. L'intero processo è un processo combinato di pretrattamento-anaerobico-aerobico-(post-trattamento). Il processo combinato di idrolisi, adsorbimento, ossidazione a contatto e filtrazione viene utilizzato per il trattamento di acque reflue farmaceutiche complesse contenenti insulina artificiale.

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

Promuovere la 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 produttivo attraverso la trasformazione tecnologica. A causa della particolarità di alcuni processi di produzione farmaceutica, 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 e l'utilizzo completo dei materiali. Per le acque reflue farmaceutiche intermedie con un contenuto di sali di ammonio pari al 5-10%, si utilizza un film di carta assorbente fisso per l'evaporazione, la concentrazione e la cristallizzazione al fine di recuperare (NH4)2SO4 e NH4NO3 con una frazione di massa di circa il 30%. Questi possono essere utilizzati come fertilizzanti o riutilizzati. 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. Dopo il recupero del gas formaldeide, questo può essere utilizzato per la produzione di formalina o bruciato come fonte di calore per caldaie. Grazie al recupero della formaldeide, è possibile realizzare un utilizzo sostenibile delle risorse e ammortizzare i costi di investimento dell'impianto di trattamento in 4-5 anni, realizzando così un'unione di benefici ambientali ed economici. Tuttavia, la composizione delle acque reflue farmaceutiche in generale è complessa, il riciclo è difficoltoso, il processo di recupero è complicato e i costi sono elevati. Pertanto, una tecnologia avanzata ed efficiente per il trattamento completo delle acque reflue è fondamentale per risolvere definitivamente il problema.

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 standardizzato 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, rimuovere inizialmente gli inquinanti e poi combinarlo con un trattamento biochimico. Attualmente, lo sviluppo di un sistema di trattamento delle acque integrato, economico ed efficace, rappresenta un problema urgente da risolvere.

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Estratto da Baidu.