Добро пожаловать в Shanghai Marya Pharmaceutical Engineering & Project Co., Ltd.

info@marya.cn

Главная
О Компании
Продукция
Случаи
Решения
Услуги
Новости
Контакты

МЕНЮ

Язык

Новости компании

Информация об отрасли

Главная страница

Методы и особенности очистки сточных вод в фармацевтической промышленности

2022-04-06

Оригинал

Мария

Методы обработки антибиотиксодержащих сточных вод можно резюмировать следующим образом: физико-химические методы, аэробные биологические методы, анаэробные биологические методы и комбинация различных методов.

Физико-химические методы включают, главным образом, осаждение, коагуляцию, фильтрацию и другие методы. Из-за сложного состава сточных вод, образующихся при производстве антибиотиков, высокого содержания органических веществ и незначительного количества остаточных антибиотиков, при использовании биохимической очистки сильное ингибирующее воздействие остаточных антибиотиков на микроорганизмы приводит к усложнению процессов обработки сточных вод, увеличению затрат и нестабильности конечного результата.

Аэробная биологическая обработка включает, в основном, методы SBR, окислительной канавы, глубоководной аэрации и контактной аэрации. Однако, поскольку антибиотиковые сточные воды представляют собой высококонцентрированные органические стоки, традиционный аэробный процесс с активным илом не способен перерабатывать стоки с концентрацией ХПК более 10 г/л, что требует значительного разбавления исходных сточных вод. В результате этого возрастает расход чистой воды и электроэнергии, что приводит к высоким затратам на очистку, а также снижает фактическую эффективность очистки у производителей, применяющих данный метод.

Анаэробная биологическая обработка включает, в основном, анаэробный реактор, анаэробный фильтр, верхний потоковый анаэробный иловой слой, расширенный анаэробный гранулированный иловой слой, внутреннюю циркуляцию и т.д. По сравнению с аэробной обработкой, анаэробная обработка обычно характеризуется высокой органической нагрузкой при очистке антибиотиксодержащих сточных вод, низким образованием осадка, легкой дегидратацией биологического ила, меньшей потребностью в питательных веществах, отсутствием необходимости в аэрации и низким энергопотреблением. Кроме того, она позволяет получать биогаз, обеспечивать рекуперацию энергии, имеет широкий диапазон подходящих температур воды и обладает преимуществами длительного хранения активированного анаэробного ила, что способствует её всё более широкому применению.

Источники и характеристики сточных вод, содержащих антибиотики

Производство антибиотиков включает микробную ферментацию, фильтрацию, экстракцию, кристаллизацию, очистку и другие процессы. Стока, используемые для производства антибиотиков с использованием зерна или патоки в качестве основного сырья, в основном представляют собой высококонцентрированные органические сточные воды, образующиеся в процессах разделения, экстракции, очистки и очищения, такие как кристаллизационная жидкость, отработанный маточный раствор, а также промывные сточные воды из баков для штаммов и ферментационных резервуаров и охлаждающая вода для ферментационных резервуаров. Таким образом, сточные воды обладают следующими характеристиками:

1. Высокое содержание ХПК

Код антибиотических сточных вод обычно составляет от 5000 до 80 000 мг/л. Основные компоненты включают ферментационную остаточную матрицу и продукты экстракционного процесса, остаточные жидкости из перегонных котлов после рекуперации растворителей, адсорбционные отходы, образующиеся в ходе ионообменного процесса, ферментационный фильтрат нерастворимых в воде антибиотиков, а также загрязнённые резервуарные отходы и т. д. Концентрация этих компонентов очень высока: например, концентрация ХПК по пероксидному методу в сточных водах пенициллина составляет 15 000–80 000 мг/л, а в сточных водах окситетрациклина — 8000–35 000 мг/л.

2. Высокая концентрация SS в сточных водах (от 500 до 25 000 мг/л)

Содержание ТSS в сточных водах антибиотиков в основном составляет остатки культуральной субстратной среды, образовавшиеся в результате ферментации, а также микробные мицелии. Например, содержание ТSS в сточных водах гентамицина составляет около 8000 мг/л, а в сточных водах пенициллина — от 5000 до 23 000 мг/л.

3. Сложные ингредиенты.

Антибиотическая сточная вода содержит исходные вещества, такие как промежуточные метаболиты, поверхностно-активные вещества, а также высокие концентрации кислот, щелочей и органических растворителей, оставшихся после экстракции и разделения, с комплексным составом. Она легко вызывает колебания pH и может влиять на биохимический эффект.

4. Наличие биотоксичных веществ.

Сточные воды содержат вещества, которые трудно разлагаются микроорганизмами и даже оказывают ингибирующее действие на микроорганизмы. В процессе ферментации или экстракции органические или неорганические вещества, необходимые для производства, а также остаточные растворители, остаточные антибиотики и продукты их распада, выделяемые в ходе производственного процесса, при достижении определённой концентрации способны подавлять микроорганизмы.

5. Концентрация сульфатов высока.

Например, содержание сульфата в сточных водах стрептомицина составляет около 3000 мг/л, достигая при этом 5500 мг/л; содержание пенициллина превышает 5000 мг/л.

Кроме того, антибиотическая сточная вода характеризуется высокой цветностью, значительными колебаниями рН и периодическим сбросом. Она относится к числу токсичных органических сточных вод, отличающихся высокими затратами на очистку и сложностью её проведения.

Физический метод обработки антибиотиксодержащих сточных вод

Поскольку сточные воды, образующиеся при производстве антибиотиков, относятся к трудноутилизируемым органическим стокам, остаточное присутствие антибиотиков оказывает сильное ингибирующее воздействие на микроорганизмы, что может привести к сложным процессам очистки сточных вод, высоким затратам и нестабильности конечного результата. Поэтому в процессе обработки сточных вод, содержащих антибиотики, физический метод очистки может применяться в качестве предварительной обработки перед последующей биохимической очисткой для снижения содержания взвешенных веществ в воде и уменьшения количества биоингибирующих веществ в стоках. В настоящее время основными физическими методами обработки являются коагуляция, отстаивание, воздушная флотация, адсорбция, обратный осмос и фильтрация.

Метод коагуляции заключается в том, что после добавления коагулянта частицы, утратившие заряд, взаимодействуют друг с другом при перемешивании, образуя хлопья, которые затем легко осаждаются или фильтруются, обеспечивая тем самым цель разделения. После коагуляционной обработки не только эффективно снижается концентрация загрязняющих веществ, но и улучшается биодеградационная способность сточных вод. Среди коагулянтов, обычно используемых для очистки сточных вод в антибиотико-фармацевтической промышленности, можно выделить: полиферрийный сульфат, хлорид железа, соли двухвалентного железа, полиалюминийхлорид-сульфат, полиалюминийхлорид, полиалюминийхлорид-феррийный сульфат, полиакриламид (ПАМ) и др. Отстаивание представляет собой процесс отделения или удаления из воды взвешенных частиц, плотность которых выше плотности воды, путем гравитационного осаждения.

Воздушная флотация — это процесс, при котором мелкие, хорошо диспергированные пузырьки воздуха используются в качестве носителей для адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод, благодаря чему плотность таких частиц становится ниже плотности воды и они поднимаются на поверхность, обеспечивая разделение твердой фазы от жидкости или разделение двух жидких фаз. Обычно данный процесс включает различные методы, такие как инфляционная воздушная флотация, флотация с растворенным воздухом, химическая воздушная флотация и электролитическая воздушная флотация. Отечественный фармацевтический завод использует устройство вихревой вогнутой воздушной флотации CAF для предварительной очистки фармацевтических сточных вод. При соответствующей координации реагентов средний уровень удаления ХПК может достигать примерно 25%.

Метод адсорбции подразумевает использование пористых твёрдых материалов для адсорбции определённых или нескольких загрязняющих веществ из сточных вод с целью их восстановления или удаления, тем самым очищая сточные воды. В качестве адсорбентов обычно применяются активированный уголь, активированный кокс, гуминовые кислоты, адсорбционные смолы и другие материалы. Этот метод обладает преимуществами небольших инвестиций, простоты процесса, удобства эксплуатации и лёгкости обработки, что делает его особенно подходящим для модернизации существующих систем очистки сточных вод.

Метод обратного осмоса использует полупроницаемую мембрану для разделения концентрированного и разбавленного растворов, а также применяет разность давлений в качестве движущей силы, прикладывая давление, превышающее осмотическое давление раствора, чтобы изменить естественное направление проникновения. Таким образом, водяной поток из концентрированного раствора инфильтрируется на сторону разбавленного раствора, что позволяет достичь цели концентрации и очистки сточных вод.

Метод химической обработки антибиотиксодержащих сточных вод

1. Фотокаталитическое окисление.

Данная технология эффективно снижает концентрацию органических веществ в фармацевтических сточных водах и обладает такими преимуществами, как стабильность работы, отсутствие селективности по отношению к сточным водам, возможность проведения реакции при умеренных температурах, а также отсутствие вторичного загрязнения, что делает её перспективной для практического применения. С использованием TiO₂ в качестве катализатора был применён фотокаталитический реактор с псевдоожиженным слоем для очистки фармацевтических сточных вод, при этом исследовано влияние различных технологических условий на эффективность фотокаталитического процесса. По истечении 150 минут концентрация ХПК в сточной жидкости на стадии фотокаталитического окисления составила 113 и 124 мг/л, при этом степень удаления достигла 81,0% и 85,6%, соответственно. Кроме того, значение соотношения БПК₅/ХПК удалось повысить с 0,2 до 0,5, что способствовало улучшению биодеградируемости сточных вод. Однако метод фотокаталитического окисления всё ещё имеет ряд недостатков: наиболее широко используемый катализатор TiO₂ обладает высокой селективностью и трудно поддаётся разделению и повторному использованию. Поэтому разработка высокоэффективных фотокатализаторов является ключевым условием для широкого внедрения данного метода в области охраны окружающей среды.

2. Метод Fe-C.

Fe-C — это технология очистки сточных вод, которая широко изучается и применяется. Электролитный раствор заполняется сточными водами с pH от 3 до 6; железные опилки и углеродные частицы образуют множество крошечных первичных гальванических элементов, выделяя высокоактивные [H]. Эти новые экологически чистые [H] способны взаимодействовать со многими компонентами раствора, вызывая окислительно-восстановительную реакцию, в ходе которой одновременно образуется новый экологически чистый Fe³⁺. Новый экологически чистый Fe³⁺ обладает высокой активностью и способствует образованию Fe³⁺. По мере протекания гидролизной реакции формируется гель, центральным компонентом которого является Fe³⁺, что позволяет достичь эффекта разложения органических сточных вод.

При нормальных температуре и давлении активированный уголь и железные опилки были установлены в колонну для выщелачивания с соотношением длины трубок под наклоном в качестве фильтрующего слоя, а Mn²⁺ и Cu²⁺ использовались в качестве катализаторов для обработки комплексных сточных вод фармацевтического завода тетрациклина. Результаты показывают, что активированный уголь обладает более выраженным адсорбционным эффектом. Одновременно образующаяся в трубках Fe-С микроэлементная батарея окисляет железо до гидроксида железа (III), который способствует отделению твёрдой и жидкой фаз и снижению мутности. В процессе практического применения химических методов очистки чрезмерное использование реагентов может легко привести к вторичному загрязнению водоёмов; поэтому перед проектированием следует провести соответствующие исследовательские работы.

3. Антибиотическая и аэробная обработка сточных вод.

Аэробные биологические методы, обычно используемые в фармацевтических сточных водах, включают: обычный метод активного ила, биохимический метод под давлением, метод аэрации глубоких скважин, метод биологической контактной окисления, метод биологической кипящей среды, процесс последовательного прерывистого активного ила и др.

В настоящее время наиболее зрелым методом обработки антибиотиксодержащих сточных вод как в стране, так и за рубежом является метод активного ила. Благодаря усовершенствованной предварительной обработке, оптимизированному методу аэрации и стабильной эксплуатации оборудования он стал широко применяемым способом на фармацевтических предприятиях в некоторых промышленно развитых странах в 1970-х годах. Однако недостатками традиционного метода активного ила являются необходимость значительного разбавления сточных вод, образование большого количества пены во время работы, склонность к расширению ила, высокий объём избыточного ила и относительно низкая степень удаления загрязнений. В таких случаях приходится использовать двух- или многоступенчатую обработку. Поэтому в последние годы важное место в исследованиях и разработках процесса активного ила занимает совершенствование методов аэрации и технологий иммобилизации микроорганизмов с целью повышения эффективности очистки сточных вод.

По сравнению с обычным методом активного ила, прессурованный биохимический метод повышает концентрацию растворенного кислорода, обеспечивая достаточную подачу кислорода, что не только способствует ускорению биодеградации, но и улучшает устойчивость биологической системы к ударным нагрузкам.

Метод аэрации в глубоких скважинах представляет собой высокоскоростную систему активного ила. По сравнению с обычным методом активного ила, метод аэрации в глубоких скважинах обладает следующими преимуществами: высокая эффективность использования кислорода — в 10 раз выше, чем при обычной аэрации; высокая нагрузка на ил, превышающая аналогичный показатель обычного метода активного ила в 2,5–4 раза; компактные размеры, низкие инвестиционные затраты, низкая эксплуатационная стоимость и высокая эффективность — средний уровень удаления ХПК может достигать более 70%; отличная устойчивость к гидравлическим и органическим нагрузкам; отсутствие проблемы вспучивания ила; хорошее теплоизоляционное действие.

Метод биологической контактной окисления сочетает в себе преимущества методов активного илосодержащего и биопленочного процессов, обладая высокой степенью нагрузки на очистку, что позволяет эффективно обрабатывать органические сточные воды, склонные к развитию ила-шлама. При очистке производственных сточных вод фармацевтической промышленности биологическая контактная окисляция часто применяется непосредственно, либо предварительная обработка с использованием анаэробного сбраживания и ацидификации служит подготовительным этапом для удаления фармацевтических производственных сточных вод. Однако при применении метода контактной окисления для очистки фармацевтических сточных вод, особенно при высокой концентрации исходных стоков, в резервуаре может образовываться значительное количество пены; поэтому в процессе эксплуатации следует принимать профилактические меры и соответствующие контрмеры.

Биологическая флюидизированная биореакторная система объединяет преимущества обычного метода активного ила и метода биологического фильтра, благодаря чему обладает высокой объемной нагрузкой, быстрой скоростью реакции и компактными габаритами.

Процесс последовательного шламового осаждения (SBR) обладает такими преимуществами, как однородность качества воды, отсутствие необходимости в рециркуляции ила, устойчивость к гидравлическим нагрузкам, высокая активность ила, простота конструкции, гибкость эксплуатации, небольшая площадь, занимаемая установкой, низкие инвестиционные затраты, стабильная работа, а также более высокий показатель удаления загрязняющих веществ по сравнению с обычным методом активного ила. Этот процесс особенно подходит для очистки сточных вод с периодическим сбросом и значительными колебаниями как в качественных, так и в количественных характеристиках. Однако метод SBR имеет недостатки, такие как плохое осаждение ила и длительное время разделения ила от воды. При обработке сточных вод высокой концентрации требуется поддерживать высокую концентрацию ила, однако при этом существует риск возникновения вспучивания с высокой вязкостью.

Таким образом, для уменьшения пены в аэротенке и улучшения свойств осаждения активного ила, эффективности разделения жидкой и твёрдой фаз, а также предварительной дегидратации ила часто рекомендуется добавлять порошкообразный активированный уголь, что позволяет добиться более высокой степени удаления загрязнений. Однако при прямом применении аэробного метода очистки антибиотиксодержащих сточных вод необходимо учитывать токсичность остаточных антибиотиков в стоках для аэробных бактерий, поэтому обычно требуется предварительная обработка сточных вод.

Ежедневное техническое обслуживание и управление эксплуатацией чистой комнаты

Справочник информации GMP: Общие сведения

Рекомендуемые новости

Линия розлива картриджей Maya отгружена в Украину

Maya вызывает большой международный интерес на выставке CPHI Shanghai 2026

Maya примет участие в выставке CPHI Shanghai 2026

Визит клиента из Украины на завод Marya для проведения FAT

Проект чистых помещений и систем вентиляции и кондиционирования воздуха в Эквадоре завершен на высшем уровне.

Мария получила отраслевое признание на CPHI China 2024.

Мария из Шанхая принимает участие в выставке CPHI.

Грузы из чистой комнаты Marya отправлены в Эквадор.

Проект фармацевтической чистой комнаты в Эфиопии завершён.