Análise Abrangente da Tecnologia de Águas Residuais Farmacêuticas

As águas residuais da indústria farmacêutica incluem principalmente águas residuais de produção de antibióticos e águas residuais de produção de medicamentos sintéticos. As águas residuais da indústria farmacêutica incluem principalmente quatro categorias: águas residuais de produção de antibióticos, águas residuais de produção de medicamentos sintéticos, águas residuais de produção de medicamentos patenteados chineses, água de lavagem e águas residuais de lavagem de vários processos de preparação. As águas residuais são caracterizadas por composição complexa, alto teor orgânico, alta toxicidade, cor profunda, alto teor de sal, propriedades bioquímicas especialmente pobres e descarga intermitente. É um efluente industrial de difícil tratamento. Com o desenvolvimento da indústria farmacêutica do meu país, as águas residuais farmacêuticas tornaram-se gradualmente uma das importantes fontes de poluição.

1. Método de tratamento de águas residuais farmacêuticas

Os métodos de tratamento de águas residuais farmacêuticas podem ser resumidos como: tratamento físico-químico, tratamento químico, tratamento bioquímico e tratamento combinado de vários métodos, cada método de tratamento tem suas próprias vantagens e desvantagens.

Tratamento físico e químico

De acordo com as características de qualidade da água das águas residuais farmacêuticas, o tratamento físico-químico precisa ser utilizado como um processo de pré-tratamento ou pós-tratamento para tratamento bioquímico. Os métodos de tratamento físico e químico utilizados atualmente incluem principalmente coagulação, flotação de ar, adsorção, remoção de amônia, eletrólise, troca iônica e separação por membrana.

coagulação

Esta tecnologia é um método de tratamento de água amplamente utilizado no país e no exterior. É amplamente utilizado no pré-tratamento e pós-tratamento de águas residuais médicas, como sulfato de alumínio e sulfato poliférrico em águas residuais da medicina tradicional chinesa. A chave para um tratamento de coagulação eficiente é a correta seleção e adição de coagulantes com excelente desempenho. Nos últimos anos, a direção do desenvolvimento de coagulantes mudou de polímeros de baixo peso molecular para polímeros de alto peso molecular, e de componente único para funcionalização composta [3]. Liu Minghua et al. [4] trataram o DQO, SS e cromaticidade do líquido residual com pH de 6,5 e dosagem de floculante de 300 mg/L com um floculante composto de alta eficiência F-1. As taxas de remoção foram de 69,7%, 96,4% e 87,5%, respectivamente.

flutuação de ar

A flotação por ar geralmente inclui várias formas, como flotação por ar de aeração, flotação por ar dissolvido, flotação por ar químico e flotação por ar eletrolítico. A Xinchang Pharmaceutical Factory usa dispositivo de flutuação de ar de vórtice CAF para pré-tratar águas residuais farmacêuticas. A taxa média de remoção de DQO é de cerca de 25% com produtos químicos adequados.

método de adsorção

Os adsorventes comumente usados ​​são carvão ativado, carvão ativado, ácido húmico, resina de adsorção, etc. A Fábrica Farmacêutica Wuhan Jianmin usa adsorção de cinzas de carvão - processo de tratamento biológico aeróbico secundário para tratar águas residuais. Os resultados mostraram que a taxa de remoção de DQO do pré-tratamento de adsorção foi de 41,1% e a relação DBO5/DQO foi melhorada.

Separação de membrana

As tecnologias de membrana incluem osmose reversa, nanofiltração e membranas de fibra para recuperar materiais úteis e reduzir as emissões orgânicas globais. As principais características desta tecnologia são equipamentos simples, operação conveniente, sem mudança de fase e mudança química, alta eficiência de processamento e economia de energia. Juanna et al. usaram membranas de nanofiltração para separar águas residuais de cinamicina. Verificou-se que o efeito inibitório da lincomicina sobre os microrganismos nas águas residuais foi reduzido e a cinamicina foi recuperada.

eletrólise

O método tem as vantagens de alta eficiência, operação simples e similares, e o efeito de descoloração eletrolítica é bom. Li Ying [8] realizou pré-tratamento eletrolítico no sobrenadante de riboflavina e as taxas de remoção de DQO, SS e croma atingiram 71%, 83% e 67%, respectivamente.

tratamento químico

Quando são utilizados métodos químicos, o uso excessivo de certos reagentes pode causar poluição secundária dos corpos d'água. Portanto, trabalhos de pesquisa experimental relevantes devem ser realizados antes do projeto. Os métodos químicos incluem método ferro-carbono, método redox químico (reagente Fenton, H2O2, O3), tecnologia de oxidação profunda, etc.

Método ferro-carbono

A operação industrial mostra que o uso de Fe-C como etapa de pré-tratamento de águas residuais farmacêuticas pode melhorar muito a biodegradabilidade do efluente. Lou Maoxing usa tratamento combinado de flotação de ferro-microeletrólise-anaeróbica-aeróbica-ar para tratar águas residuais de intermediários farmacêuticos, como eritromicina e ciprofloxacina. A taxa de remoção de DQO após tratamento com ferro e carbono foi de 20%. %, e o efluente final está em conformidade com o padrão nacional de primeira classe do “Padrão Integrado de Descarga de Águas Residuais” (GB8978-1996).

Processamento de reagentes de Fenton

A combinação de sal ferroso e H2O2 é chamada de reagente de Fenton, que pode remover com eficácia a matéria orgânica refratária que não pode ser removida pela tecnologia tradicional de tratamento de águas residuais. Com o aprofundamento da pesquisa, luz ultravioleta (UV), oxalato (C2O42-), etc. foram introduzidos no reagente de Fenton, o que aumentou muito a capacidade de oxidação. Usando TiO2 como catalisador e uma lâmpada de mercúrio de baixa pressão de 9W como fonte de luz, as águas residuais farmacêuticas foram tratadas com reagente de Fenton, a taxa de descoloração foi de 100%, a taxa de remoção de DQO foi de 92,3% e o composto de nitrobenzeno diminuiu de 8,05 mg. /EU. 0,41mg/L.

Oxidação

O método pode melhorar a biodegradabilidade das águas residuais e tem uma melhor taxa de remoção de DQO. Por exemplo, três águas residuais com antibióticos, como Balcioglu, foram tratadas por oxidação com ozono. Os resultados mostraram que a ozonização das águas residuais não só aumentou a relação DBO5/DQO, mas também a taxa de remoção de DQO foi superior a 75%.

Tecnologia de oxidação

Também conhecida como tecnologia de oxidação avançada, reúne os mais recentes resultados de pesquisas em luz moderna, eletricidade, som, magnetismo, materiais e outras disciplinas similares, incluindo oxidação eletroquímica, oxidação úmida, oxidação de água supercrítica, oxidação fotocatalítica e degradação ultrassônica. Entre elas, a tecnologia de oxidação fotocatalítica ultravioleta tem as vantagens da novidade, alta eficiência e nenhuma seletividade para águas residuais, sendo especialmente adequada para a degradação de hidrocarbonetos insaturados. Comparado com métodos de tratamento como raios ultravioleta, aquecimento e pressão, o tratamento ultrassônico da matéria orgânica é mais direto e requer menos equipamento. Como um novo tipo de tratamento, cada vez mais atenção tem sido dada. Xiao Guangquan et al. [13] usaram método de contato biológico aeróbico ultrassônico para tratar águas residuais farmacêuticas. O tratamento ultrassônico foi realizado por 60 segundos e a potência foi de 200 w, e a taxa total de remoção de DQO das águas residuais foi de 96%.

Tratamento bioquímico

A tecnologia de tratamento bioquímico é uma tecnologia de tratamento de águas residuais farmacêuticas amplamente utilizada, incluindo método biológico aeróbio, método biológico anaeróbico e método combinado aeróbio-anaeróbico.

Tratamento biológico aeróbico

Como a maior parte das águas residuais farmacêuticas são águas residuais orgânicas de alta concentração, geralmente é necessário diluir a solução estoque durante o tratamento biológico aeróbico. Portanto, o consumo de energia é grande, as águas residuais podem ser tratadas bioquimicamente e é difícil descarregar diretamente até o padrão após o tratamento bioquímico. Portanto, uso aeróbico sozinho. Existem poucos tratamentos disponíveis e é necessário um pré-tratamento geral. Os métodos de tratamento biológico aeróbio comumente usados ​​​​incluem método de lodo ativado, método de aeração de poço profundo, método de biodegradação por adsorção (método AB), método de oxidação de contato, método de sequenciamento de lodo ativado em lote (método SBR), método de lodo ativado circulante, etc. (método CASS) e assim por diante.

Método de aeração de poço profundo

A aeração de poço profundo é um sistema de lodo ativado de alta velocidade. O método tem alta taxa de utilização de oxigênio, pequeno espaço, bom efeito de tratamento, baixo investimento, baixo custo operacional, sem acúmulo de lodo e menos produção de lodo. Além disso, seu efeito de isolamento térmico é bom, e o tratamento não é afetado pelas condições climáticas, o que pode garantir o efeito do tratamento de esgoto de inverno nas regiões norte. Depois que o efluente orgânico de alta concentração da Fábrica Farmacêutica do Nordeste foi tratado bioquimicamente pelo tanque de aeração de poço profundo, a taxa de remoção de DQO atingiu 92,7%. Percebe-se que a eficiência do processamento é muito alta, o que é extremamente benéfico para o próximo processamento. desempenhar um papel decisivo.

Método AB

O método AB é um método de lodo ativado de carga ultra-alta. A taxa de remoção de DBO5, DQO, SS, fósforo e nitrogênio amoniacal pelo processo AB é geralmente maior do que a do processo convencional de lodo ativado. Suas vantagens notáveis ​​são a alta carga da seção A, a forte capacidade de carga anti-choque e o grande efeito tampão no valor do pH e nas substâncias tóxicas. É especialmente adequado para tratamento de esgoto com alta concentração e grandes alterações na qualidade e quantidade da água. O método de Yang Junshi et al. usa o método biológico de hidrólise acidificação-AB para tratar águas residuais com antibióticos, que tem um fluxo de processo curto, economia de energia e o custo de tratamento é menor do que o método de tratamento biológico de floculação química de águas residuais semelhantes.

oxidação de contato biológico

Esta tecnologia combina as vantagens do método de lodo ativado e do método de biofilme, e tem as vantagens de alto volume de carga, baixa produção de lodo, forte resistência ao impacto, operação estável do processo e gerenciamento conveniente. Muitos projetos adotam um método de dois estágios, com o objetivo de domesticar cepas dominantes em diferentes estágios, aproveitar ao máximo o efeito sinérgico entre diferentes populações microbianas e melhorar os efeitos bioquímicos e a resistência ao choque. Na engenharia, a digestão anaeróbica e a acidificação são frequentemente utilizadas como uma etapa de pré-tratamento, e um processo de oxidação de contato é usado para tratar águas residuais farmacêuticas. A Harbin North Pharmaceutical Factory adota o processo de oxidação por contato biológico de acidificação por hidrólise em dois estágios para tratar águas residuais farmacêuticas. Os resultados da operação mostram que o efeito do tratamento é estável e a combinação do processo é razoável. Com a maturidade gradual da tecnologia de processo, os campos de aplicação também são mais extensos.​​​

Método SBR

O método SBR tem as vantagens de forte resistência à carga de choque, alta atividade de lodo, estrutura simples, sem necessidade de refluxo, operação flexível, área ocupada pequena, baixo investimento, operação estável, alta taxa de remoção de substrato e boa desnitrificação e remoção de fósforo. . Águas residuais flutuantes. Experimentos sobre o tratamento de efluentes farmacêuticos pelo processo SBR mostram que o tempo de aeração tem grande influência no efeito de tratamento do processo; a configuração de seções anóxicas, especialmente o desenho repetido de anaeróbicos e aeróbicos, pode melhorar significativamente o efeito do tratamento; o tratamento aprimorado SBR do PAC O processo pode melhorar significativamente o efeito de remoção do sistema. Nos últimos anos, o processo tornou-se cada vez mais perfeito e é amplamente utilizado no tratamento de águas residuais farmacêuticas.

Tratamento Biológico Anaeróbico

Atualmente, o tratamento de águas residuais orgânicas de alta concentração no país e no exterior é baseado principalmente no método anaeróbico, mas o DQO do efluente ainda é relativamente alto após o tratamento com método anaeróbico separado, e o pós-tratamento (como tratamento biológico aeróbico) é geralmente obrigatório. Actualmente, ainda é necessário reforçar o desenvolvimento e concepção de reactores anaeróbicos de alta eficiência e a investigação aprofundada sobre as condições de funcionamento. As aplicações de maior sucesso no tratamento de águas residuais farmacêuticas são leito de lodo anaeróbico de fluxo ascendente (UASB), leito composto anaeróbico (UBF), reator defletor anaeróbico (ABR), hidrólise, etc.

Lei UASB

O reator UASB tem as vantagens de alta eficiência de digestão anaeróbica, estrutura simples, curto tempo de retenção hidráulica e não há necessidade de dispositivo separado de retorno de lodo. Quando o UASB é usado no tratamento de canamicina, cloro, VC, SD, glicose e outras águas residuais de produção farmacêutica, o teor de SS geralmente não é muito alto para garantir que a taxa de remoção de DQO esteja acima de 85% a 90%. A taxa de remoção de DQO da série UASB de dois estágios pode chegar a mais de 90%.

Método UBF

Compre Wenning et al. Um teste comparativo foi realizado na UASB e na UBF. Os resultados mostram que o UBF possui características de boa transferência de massa e efeito de separação, diversas biomassas e espécies biológicas, alta eficiência de processamento e forte estabilidade operacional. Biorreator de oxigênio.

Hidrólise e acidificação

O tanque de hidrólise é denominado leito de lodo hidrolisado a montante (HUSB) e é um UASB modificado. Comparado com o tanque anaeróbico de processo completo, o tanque de hidrólise apresenta as seguintes vantagens: sem necessidade de vedação, sem agitação, sem separador trifásico, o que reduz custos e facilita a manutenção; pode degradar macromoléculas e substâncias orgânicas não biodegradáveis ​​no esgoto em pequenas moléculas. A matéria orgânica facilmente biodegradável melhora a biodegradabilidade da água bruta; a reação é rápida, o volume do tanque é pequeno, o investimento de capital na construção é pequeno e o volume de lodo é reduzido. Nos últimos anos, o processo hidrólise-aeróbio tem sido amplamente utilizado no tratamento de águas residuais farmacêuticas. Por exemplo, uma fábrica biofarmacêutica utiliza acidificação hidrolítica - processo de oxidação de contato biológico em dois estágios para tratar águas residuais farmacêuticas. A operação é estável e o efeito de remoção de matéria orgânica é notável. As taxas de remoção de DQO, DBO5 SS e SS foram de 90,7%, 92,4% e 87,6%, respectivamente.

Processo de tratamento combinado anaeróbico-aeróbico

Como o tratamento aeróbio ou o tratamento anaeróbio por si só não podem atender aos requisitos, processos combinados, como tratamento anaeróbio-aeróbio, acidificação hidrolítica-aeróbio, melhoram a biodegradabilidade, a resistência ao impacto, o custo de investimento e o efeito do tratamento das águas residuais. É amplamente utilizado na prática de engenharia devido ao desempenho do método de processamento único. Por exemplo, uma fábrica farmacêutica utiliza um processo anaeróbio-aeróbico para tratar águas residuais farmacêuticas, a taxa de remoção de DBO5 é de 98%, a taxa de remoção de DQO é de 95% e o efeito do tratamento é estável. O processo de microeletrólise-hidrólise anaeróbica-acidificação-SBR é usado para tratar águas residuais farmacêuticas químicas sintéticas. Os resultados mostram que toda a série de processos tem forte resistência ao impacto às mudanças na qualidade e quantidade das águas residuais, e a taxa de remoção de DQO pode chegar a 86% a 92%, o que é uma escolha de processo ideal para o tratamento de águas residuais farmacêuticas. – Oxidação Catalítica – Processo de Oxidação por Contato. Quando o DQO do afluente é de cerca de 12.000 mg/L, o DQO do efluente é inferior a 300 mg/L; a taxa de remoção de DQO nas águas residuais farmacêuticas biologicamente refratárias tratadas pelo método de biofilme-SBR pode atingir 87,5% ~ 98,31%, o que é muito maior do que o efeito de tratamento de uso único do método de biofilme e do método SBR.

Além disso, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de membranas, a pesquisa de aplicação de biorreatores de membrana (MBR) no tratamento de águas residuais farmacêuticas tem se aprofundado gradualmente. O MBR combina as características da tecnologia de separação por membrana e tratamento biológico e tem as vantagens de alto volume de carga, forte resistência ao impacto, pequena área ocupada e menos lodo residual. O processo de biorreator de membrana anaeróbica foi utilizado para tratar as águas residuais de cloreto ácido intermediário farmacêutico com DQO de 25.000 mg/L. A taxa de remoção de DQO do sistema permanece acima de 90%. Pela primeira vez, foi utilizada a capacidade das bactérias obrigarem a degradar matéria orgânica específica. Biorreatores de membrana extrativa são usados ​​para tratar águas residuais industriais contendo 3,4-dicloroanilina. O TRH foi de 2 horas, a taxa de remoção atingiu 99% e o efeito ideal do tratamento foi obtido. Apesar do problema de incrustação de membranas, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de membranas, o MBR será mais amplamente utilizado no campo do tratamento de águas residuais farmacêuticas.

2. Processo de tratamento e seleção de águas residuais farmacêuticas

As características de qualidade da água das águas residuais farmacêuticas tornam impossível que a maioria das águas residuais farmacêuticas sejam submetidas apenas ao tratamento bioquímico, pelo que o pré-tratamento necessário deve ser realizado antes do tratamento bioquímico. Geralmente, um tanque regulador deve ser instalado para ajustar a qualidade da água e o valor do pH, e o método físico-químico ou químico deve ser utilizado como processo de pré-tratamento de acordo com a situação real para reduzir SS, salinidade e parte do DQO na água, reduzir as substâncias inibidoras biológicas nas águas residuais e melhoram a degradabilidade das águas residuais. para facilitar o tratamento bioquímico subsequente de águas residuais.

As águas residuais pré-tratadas podem ser tratadas por processos anaeróbios e aeróbios de acordo com suas características de qualidade da água. Se os requisitos de efluentes forem elevados, o processo de tratamento aeróbio deve continuar após o processo de tratamento aeróbio. A seleção do processo específico deve considerar de forma abrangente fatores como a natureza das águas residuais, o efeito do tratamento do processo, o investimento em infraestrutura e a operação e manutenção para tornar a tecnologia viável e econômica. Toda a rota do processo é um processo combinado de pré-tratamento-anaeróbico-aeróbico-(pós-tratamento). O processo combinado de hidrólise, adsorção-oxidação-filtração por contato é usado para tratar águas residuais farmacêuticas abrangentes contendo insulina artificial.

3. Reciclagem e utilização de substâncias úteis em águas residuais farmacêuticas

Promover a produção limpa na indústria farmacêutica, melhorar a taxa de utilização de matérias-primas, a taxa abrangente de recuperação de produtos intermediários e subprodutos e reduzir ou eliminar a poluição no processo de produção através da transformação tecnológica. Devido à particularidade de alguns processos de produção farmacêutica, as águas residuais contêm uma grande quantidade de materiais recicláveis. Para o tratamento dessas águas residuais farmacêuticas, o primeiro passo é fortalecer a recuperação de materiais e a utilização abrangente. Para águas residuais intermediárias farmacêuticas com teor de sal de amônio de 5% a 10%, um filme limpador fixo é usado para evaporação, concentração e cristalização para recuperar (NH4)2SO4 e NH4NO3 com uma fração de massa de cerca de 30%. Use como fertilizante ou reutilize. Os benefícios económicos são óbvios; uma empresa farmacêutica de alta tecnologia utiliza o método de purga para tratar as águas residuais da produção com teor extremamente alto de formaldeído. Após a recuperação do gás formaldeído, ele pode ser formulado em um reagente de formalina ou queimado como fonte de calor de caldeira. Através da recuperação do formaldeído, a utilização sustentável dos recursos pode ser realizada, e o custo de investimento da estação de tratamento pode ser recuperado dentro de 4 a 5 anos, realizando a unificação dos benefícios ambientais e económicos. No entanto, a composição das águas residuais farmacêuticas em geral é complexa, difícil de reciclar, o processo de recuperação é complicado e o custo é elevado. Portanto, a tecnologia avançada e eficiente de tratamento de esgoto abrangente é a chave para resolver completamente o problema do esgoto.

4 Conclusão

Tem havido muitos relatos sobre o tratamento de águas residuais farmacêuticas. No entanto, devido à diversidade de matérias-primas e processos na indústria farmacêutica, a qualidade das águas residuais varia amplamente. Portanto, não existe um método de tratamento maduro e unificado para águas residuais farmacêuticas. Qual rota de processo escolher depende das águas residuais. natureza. De acordo com as características das águas residuais, o pré-tratamento é geralmente necessário para melhorar a biodegradabilidade das águas residuais, inicialmente remover os poluentes e depois combinar com o tratamento bioquímico. Atualmente, o desenvolvimento de um dispositivo composto de tratamento de água econômico e eficaz é um problema urgente a ser resolvido.

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