Obecna sytuacja: przemysł farmaceutyczny skupia się głównie na syntezie chemicznej leków, lekach biologicznych i tradycyjnej medycynie chińskiej, a produkcja charakteryzuje się różnorodnością produktów, złożonymi procesami i różną skalą produkcji.
Ścieki wytwarzane w procesach farmaceutycznych charakteryzują się wysokim stężeniem zanieczyszczeń, złożonymi składnikami, słabą biodegradowalnością i wysoką toksycznością biologiczną.
Synteza chemiczna i fermentacja ścieków w produkcji farmaceutycznej stanowią problem i są kluczowym elementem kontroli zanieczyszczeń w przemyśle farmaceutycznym.
Ścieki z syntezy chemicznej stanowią główne zanieczyszczenie odprowadzane podczas produkcji farmaceutycznej [2].
Ścieki farmaceutyczne można podzielić na cztery kategorie [3], tj. ścieki ściekowe i ścieki macierzyste w procesie produkcyjnym;
Pozostała ciecz w procesie odzysku obejmuje rozpuszczalnik, ciecz potrzebną do przeprowadzenia procesu, produkt uboczny itp.
Odprowadzanie wody pomocniczej, np. wody chłodzącej itp.
Ścieki z urządzeń i spłukiwania gruntu;
Ścieki bytowe.
Technologia oczyszczania ścieków farmaceutycznych pośrednich
Biorąc pod uwagę charakterystykę ścieków farmaceutycznych pośrednich, taką jak wysoki poziom ChZT, wysoka zawartość azotu, wysoka zawartość fosforu, wysoka zawartość soli, głębokie nasycenie barw, złożony skład i słaba biodegradowalność, powszechnie stosowane metody oczyszczania obejmują proces oczyszczania fizykochemicznego i biochemicznego [6].
W zależności od rodzaju jakości ścieków stosuje się również szereg metod, takich jak połączenie procesu fizykochemicznego i procesu biologicznego [7].
Obraz
1. Technologia obróbki fizycznej i chemicznej
Obecnie głównymi metodami fizycznego i chemicznego oczyszczania ścieków z produkcji farmaceutycznej są: metoda flotacji gazowej, metoda sedymentacji koagulacyjnej, metoda adsorpcji, metoda odwróconej osmozy, metoda spalania oraz proces zaawansowanego utleniania [8].
Ponadto w oczyszczaniu ścieków farmaceutycznych powszechnie stosuje się metody elektrolizy i strącania chemicznego, takie jak mikroelektroliza FE-C i metody strącania MAP w celu usunięcia azotu i fosforu.
1.1 Metoda koagulacji i sedymentacji
Proces koagulacji to proces, w którym zawieszone i koloidalne cząstki w wodzie są przekształcane w stan niestabilny poprzez dodanie środków chemicznych, a następnie łączone w kłaczki lub kłaczki, które można łatwo oddzielić.
Obecnie technologia ta jest najczęściej stosowana w procesie wstępnego, pośredniego i zaawansowanego oczyszczania ścieków farmaceutycznych [10].
Technologia koagulacji i sedymentacji ma zalety dojrzałej technologii, prostego sprzętu, stabilnej pracy i łatwej konserwacji.
Jednak w procesie stosowania tej technologii powstanie duża ilość osadu chemicznego, co będzie prowadzić do niskiego pH ścieków i stosunkowo wysokiej zawartości soli w ściekach.
Ponadto technologia koagulacji i sedymentacji nie jest w stanie skutecznie usunąć rozpuszczonych zanieczyszczeń ze ścieków, ani całkowicie usunąć toksycznych i szkodliwych zanieczyszczeń śladowych ze ścieków.
1.2 Metoda strącania chemicznego
Metoda strącania chemicznego jest metodą chemiczną polegającą na usuwaniu zanieczyszczeń ze ścieków poprzez reakcję chemiczną między rozpuszczalnymi związkami chemicznymi a zanieczyszczeniami w ściekach, w wyniku której powstają nierozpuszczalne sole, wodorotlenki lub związki złożone.
Ścieki farmaceutyczne pośrednie często zawierają wysokie stężenie azotu amonowego, jonów fosforanowych i siarczanowych itp. W przypadku tego rodzaju ścieków do wstępnego oczyszczania fizycznego i chemicznego, aby zapewnić prawidłowe działanie późniejszego procesu oczyszczania biochemicznego, często stosuje się metodę strącania chemicznego.
Tradycyjną technologią uzdatniania wody jest często zmiękczanie ścieków za pomocą strącania chemicznego.
Ze względu na stosowanie w procesie produkcyjnym ścieków farmaceutycznych surowców chemicznych o wysokiej czystości, ścieki często zawierają wysokie stężenie azotu amonowego i fosforu oraz innych zanieczyszczeń. Zastosowanie metody chemicznego wytrącania fosforanu amonowo-magnezowego pozwala skutecznie usunąć te dwa zanieczyszczenia jednocześnie. Powstały osad fosforanu amonowo-magnezowego można poddać recyklingowi.
Metodę chemicznego wytrącania fosforanu amonowo-magnezowego nazywa się również metodą struwitową.
W procesie produkcji półproduktów farmaceutycznych, w niektórych warsztatach często stosuje się dużą ilość kwasu siarkowego, a pH tej części ścieków może być niskie. Aby poprawić wartość pH ścieków i jednocześnie usunąć część jonów siarczanowych, często stosuje się metodę dodawania CaO, zwaną metodą chemicznego strącania w procesie odsiarczania wapnem palonym.
1.3 adsorpcja
Zasada usuwania zanieczyszczeń ze ścieków metodą adsorpcji polega na wykorzystaniu porowatych materiałów stałych do adsorpcji wybranych lub różnych zanieczyszczeń w ściekach, dzięki czemu zanieczyszczenia ze ścieków można usunąć lub poddać recyklingowi.
Do powszechnie stosowanych adsorbentów zaliczają się popiół lotny, żużel, węgiel aktywny i żywica adsorpcyjna, spośród których najczęściej stosowany jest węgiel aktywny.
1.4 flotacja powietrzna
Metoda flotacji powietrznej to proces oczyszczania ścieków, w którym silnie rozproszone małe pęcherzyki są wykorzystywane jako nośniki, aby zapewnić adhezję zanieczyszczeń w ściekach. Ponieważ gęstość małych pęcherzyków przylegających do zanieczyszczeń jest mniejsza niż gęstość wody i unoszących się na powierzchni, następuje separacja ciecz-ciało stałe lub ciecz-ciecz.
Do form flotacji powietrznej zalicza się flotację rozpuszczonym powietrzem, flotację napowietrzonym powietrzem, flotację elektrolizy powietrznej i flotację chemiczną powietrzną itd. [18], przy czym flotacja chemiczna powietrzna nadaje się do oczyszczania ścieków o dużej zawartości zawiesiny.
Metoda flotacji powietrznej ma zalety niskich nakładów inwestycyjnych, prostego procesu, łatwej konserwacji i niskiego zużycia energii, jednak nie pozwala skutecznie usunąć rozpuszczonych zanieczyszczeń ze ścieków.
1,5 elektroliza
Proces elektrolityczny polega na wykorzystaniu przyłożonego prądu, który wywołuje szereg reakcji chemicznych, przekształca szkodliwe zanieczyszczenia w ściekach i usuwa je. Zasada reakcji elektrolitycznej zachodzi w roztworze elektrolitu poprzez materiał elektrody i reakcję elektrodową, generując nowy ekologiczny tlen i wodór [H] oraz zanieczyszczenia ścieków w reakcji REDOX, która powoduje usuwanie zanieczyszczeń.
Metoda elektrolizy charakteryzuje się wysoką wydajnością i prostotą obsługi w oczyszczaniu ścieków. Jednocześnie elektroliza pozwala skutecznie usuwać substancje barwiące ze ścieków i skutecznie poprawiać ich biodegradowalność.
Obraz
2. Zaawansowana technologia utleniania
Zaawansowana technologia utleniania, jako nowa technologia uzdatniania wody, ma wiele zalet, takich jak wysoka efektywność degradacji zanieczyszczeń, dokładniejsza degradacja i utlenianie zanieczyszczeń oraz brak zanieczyszczeń wtórnych.
Zaawansowana technologia utleniania, znana również jako technologia głębokiego utleniania, to technologia obróbki fizycznej i chemicznej, w której stosuje się utleniacz, światło, energię elektryczną, dźwięk, pole magnetyczne i katalizator w celu generowania wysoce aktywnych wolnych rodników (takich jak ·OH) w celu rozkładu opornych zanieczyszczeń organicznych.
W dziedzinie oczyszczania ścieków farmaceutycznych zaawansowana technologia utleniania stała się przedmiotem szeroko zakrojonych badań i uwagi.
Zaawansowana technologia utleniania obejmuje przede wszystkim utlenianie elektrochemiczne, utlenianie chemiczne, utlenianie ultradźwiękowe, utlenianie katalityczne na mokro, utlenianie fotokatalityczne, kompozytowe utlenianie katalityczne, utlenianie w wodzie nadkrytycznej i łączoną technologię zaawansowanego utleniania.
Metoda utleniania chemicznego polega na użyciu samych środków chemicznych lub, w pewnych warunkach, silnych środków utleniających w celu utlenienia zanieczyszczeń organicznych w ściekach, aby usunąć zanieczyszczenia. Do metod utleniania chemicznego zalicza się utlenianie ozonem, metodę utleniania Fentona i metodę mokrego utleniania katalitycznego.
2.1 Proces utleniania Fentona
Metoda utleniania Fentona to rodzaj zaawansowanej metody utleniania, która jest obecnie szeroko stosowana. Metoda ta wykorzystuje sól żelaza (Fe2+ lub Fe3+) jako katalizator do wytwarzania ·OH z silnym utlenianiem pod warunkiem dodania H2O2, który może utleniać zanieczyszczenia organiczne bez selektywności, co prowadzi do degradacji i mineralizacji zanieczyszczeń.
Metoda ta ma wiele zalet, w tym szybką szybkość reakcji, brak zanieczyszczeń wtórnych i silne utlenianie itp. Metoda utleniania Fentona jest powszechnie stosowana w oczyszczaniu ścieków farmaceutycznych ze względu na nieselektywną reakcję utleniania w procesie utleniania chemicznego, a także możliwość zmniejszenia toksyczności ścieków i innych właściwości.
2.2 Metoda utleniania elektrochemicznego
Metoda utleniania elektrochemicznego polega na wykorzystaniu materiałów elektrodowych do wytworzenia rodnika ponadtlenkowego ·O2 i wolnego rodnika hydroksylowego ·OH. Oba te związki charakteryzują się wysoką aktywnością utleniającą i mogą utleniać materię organiczną w ściekach, co pozwala na usunięcie zanieczyszczeń.
Metoda ta wiąże się jednak z dużym zużyciem energii i wysokimi kosztami.
2.3 Utlenianie fotokatalityczne
Utlenianie fotokatalityczne to stosunkowo wydajna technologia oczyszczania wody, w której wykorzystuje się materiały katalityczne (takie jak TiO2, SrO2, WO3, SnO2 itp.) jako nośniki katalityczne w celu przeprowadzenia katalitycznego utleniania większości zanieczyszczeń redukujących w ściekach, aby osiągnąć cel usunięcia zanieczyszczeń.
Ponieważ większość związków zawartych w ściekach farmaceutycznych to substancje polarne z grupami kwasowymi lub substancje polarne z grupami zasadowymi, substancje te mogą ulegać bezpośredniemu lub pośredniemu rozkładowi pod wpływem światła.
2.4 Utlenianie wody nadkrytycznej
Utlenianie wody w stanie nadkrytycznym (SCWO) to technologia uzdatniania wody, w której medium jest woda, a szczególne właściwości wody w stanie nadkrytycznym są wykorzystywane do zwiększenia szybkości reakcji i całkowitego utlenienia materii organicznej.
2.5 Zaawansowana technologia łączona utleniania
Każda zaawansowana technologia utleniania ma swoje ograniczenia, dlatego w celu zwiększenia efektywności oczyszczania ścieków szereg zaawansowanych technologii utleniania grupuje się razem, tworząc kombinację zaawansowanych technologii utleniania lub pojedynczą zaawansowaną technologię utleniania łączoną z innymi technologiami w celu zwiększenia zdolności utleniania i skuteczności oczyszczania oraz dostosowania się do zmian jakości wody w oczyszczaniu ścieków farmaceutycznych na większą skalę.
UV-Fenton, UV-H2O2, UV-O3, fotokataliza ultradźwiękowa, fotokataliza z węglem aktywnym, fotokataliza mikrofalowa i fotokataliza itd. Obecnie najszerzej badanymi technologiami łączenia ozonu są [36]:
Proces z wykorzystaniem węgla aktywowanego ozonem, O3-H2O2 i UV-O3, w kontekście oczyszczania ścieków opornych i zastosowań inżynieryjnych, O3-H2O2 i UV-O3 mają większy potencjał rozwoju.
Do powszechnie stosowanych procesów łączonych Fentona należą: metoda Fentona mikroelektrolizy, metoda z opiłkami żelaza w atmosferze H2O2, fotochemiczna metoda Fentona (taka jak metoda Fentona wykorzystująca energię słoneczną, metoda UV-Fentona itp.), ale powszechnie stosowana jest również metoda elektryczna Fentona.
Obraz
3. Technologia oczyszczania biochemicznego
Technologia oczyszczania biochemicznego jest podstawową technologią oczyszczania ścieków, która wykorzystuje wzrost mikroorganizmów, metabolizm, rozmnażanie i inne procesy rozkładające materię organiczną w ściekach, uzyskując własną potrzebną energię i osiągając cel usunięcia materii organicznej.
3.1 Technologia beztlenowego oczyszczania biologicznego
Technologia beztlenowego oczyszczania biologicznego polega na wykorzystaniu beztlenowego metabolizmu bakterii, procesie zakwaszania hydrolitycznego, produkcji wodoru, kwasu octowego i metanu oraz innych procesach przekształcających trudne do rozkładu makrocząsteczki w CH4, CO2, H2O i małocząsteczkową materię organiczną.
Syntetyczne ścieki farmaceutyczne często zawierają dużą ilość cyklicznych, opornych substancji organicznych, których bakterie tlenowe nie mogą bezpośrednio rozłożyć i wykorzystać, dlatego też obecna technologia oczyszczania beztlenowego stała się głównym sposobem oczyszczania ścieków farmaceutycznych w kraju i za granicą [43].
Technologia beztlenowego oczyszczania biologicznego ma wiele zalet: w procesie działania reaktora beztlenowego nie ma potrzeby napowietrzania, a zużycie energii jest niskie;
Obciążenie organiczne wody dopływającej w warunkach beztlenowych jest na ogół wysokie.
Niskie zapotrzebowanie na składniki odżywcze;
Wydajność osadu w reaktorze beztlenowym jest niska, a osad łatwo ulega odwodnieniu.
Metan powstający w procesie beztlenowym może być poddany recyklingowi w postaci energii.
Jednakże ścieki beztlenowe nie mogą być odprowadzane zgodnie z normami i wymagają dalszego oczyszczania w połączeniu z innymi procesami. Technologia biologicznego oczyszczania beztlenowego jest jednak wrażliwa na wartość pH, temperaturę i inne czynniki. Duże wahania pH bezpośrednio wpływają na reakcję beztlenową, a co za tym idzie, na jakość ścieków.
3.2 Technologia tlenowego oczyszczania biologicznego
Technologia biologicznego oczyszczania tlenowego to technologia oczyszczania biologicznego, która wykorzystuje rozkład oksydacyjny i syntezę asymilacyjną bakterii tlenowych do usuwania zdegradowanej materii organicznej. Podczas wzrostu i metabolizmu organizmów tlenowych zachodzi liczna reprodukcja, która generuje nowy osad czynny. Nadmiar osadu czynnego jest odprowadzany w postaci osadu resztkowego, a ścieki są jednocześnie oczyszczane.

MIT – IVY Przemysł chemiczny z4 fabrykiprzez 19 lat, barwnikiMediators & półprodukty farmaceutyczne &chemikalia specjalistyczne i wysokiej jakości .TEL(WhatsApp):008613805212761 Atena