Análise abrangente da tecnologia de águas residuais farmacêuticas

As águas residuais da indústria farmacêutica incluem principalmente águas residuais da produção de antibióticos e águas residuais da produção de medicamentos sintéticos. As águas residuais da indústria farmacêutica incluem principalmente quatro categorias: águas residuais da produção de antibióticos, águas residuais da produção de medicamentos sintéticos, águas residuais da produção de medicamentos patenteados chineses, águas 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 intensa, alto teor de sal, propriedades bioquímicas particularmente ruins e descarga intermitente. São águas residuais industriais 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 dos efluentes farmacêuticos, o tratamento físico-químico precisa ser utilizado como pré-tratamento ou pós-tratamento para o tratamento bioquímico. Os métodos de tratamento físico-químico atualmente utilizados incluem principalmente coagulação, flotação por ar, adsorção, stripping 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 seleção correta e a adição de coagulantes com excelente desempenho. Nos últimos anos, a direção do desenvolvimento de coagulantes mudou de polímeros de baixo peso molecular para alto peso molecular e de funcionalização de componente único para compósito [3]. Liu Minghua et al. [4] trataram a DQO, SS e cromaticidade do líquido residual com um pH de 6,5 e uma 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 diversas formas, como flotação por ar de aeração, flotação por ar dissolvido, flotação por ar químico e flotação por ar eletrolítico. A Fábrica Farmacêutica de Xinchang utiliza o dispositivo de flotação por ar tipo vórtice CAF para pré-tratar efluentes farmacêuticos. A taxa média de remoção de DQO é de cerca de 25% com produtos químicos adequados.

método de adsorção

Os adsorventes comumente utilizados são carvão ativado, carvão ativado, ácido húmico, resina de adsorção, etc. A Fábrica Farmacêutica Jianmin de Wuhan utiliza 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 por membrana

As tecnologias de membrana incluem osmose reversa, nanofiltração e membranas de fibra para recuperar materiais úteis e reduzir as emissões orgânicas totais. As principais características dessa tecnologia são a simplicidade do equipamento, a operação conveniente, a ausência de mudança de fase e de troca química, a alta eficiência de processamento e a economia de energia. Juanna et al. utilizaram membranas de nanofiltração para separar águas residuais com cinamicina. Constatou-se que o efeito inibitório da lincomicina sobre microrganismos em águas residuais foi reduzido, e a cinamicina foi recuperada.

eletrólise

O método apresenta as vantagens de alta eficiência, operação simples, entre outras, 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 se utilizam métodos químicos, o uso excessivo de certos reagentes pode causar poluição secundária dos corpos d'água. Portanto, pesquisas experimentais relevantes devem ser realizadas antes do projeto. Os métodos químicos incluem o método ferro-carbono, o método químico redox (reagente de Fenton, H2O2, O3), a tecnologia de oxidação profunda, etc.

Método de ferro-carbono

A operação industrial demonstra que o uso de Fe-C como etapa de pré-tratamento para efluentes farmacêuticos pode melhorar significativamente a biodegradabilidade do efluente. A Lou Maoxing utiliza o tratamento combinado de ferro-microeletrólise-anaeróbio-aeróbio-flotação por ar para tratar efluentes de intermediários farmacêuticos, como eritromicina e ciprofloxacino. A taxa de remoção de DQO após o tratamento com ferro e carbono foi de 20%, e o efluente final atende ao padrão nacional de primeira classe "Integrated Wastewater Discharge Standard" (GB8978-1996).

Processamento de reagentes de Fenton

A combinação de sal ferroso e H2O2 é chamada de reagente de Fenton, que pode remover eficazmente 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 significativamente a capacidade de oxidação. Utilizando TiO2 como catalisador e uma lâmpada de mercúrio de baixa pressão de 9W como fonte de luz, o efluente farmacêutico foi tratado com o reagente de Fenton. A taxa de descoloração foi de 100%, a taxa de remoção de DQO foi de 92,3% e o composto nitrobenzeno diminuiu de 8,05 mg/L para 0,41 mg/L.

Oxidação

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

Tecnologia de oxidação

Também conhecida como tecnologia de oxidação avançada, ela reúne os resultados de pesquisas mais recentes em luz moderna, eletricidade, som, magnetismo, materiais e outras disciplinas semelhantes, incluindo oxidação eletroquímica, oxidação úmida, oxidação em água supercrítica, oxidação fotocatalítica e degradação ultrassônica. Entre elas, a tecnologia de oxidação fotocatalítica ultravioleta tem as vantagens de 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 de matéria orgânica é mais direto e requer menos equipamentos. Como um novo tipo de tratamento, cada vez mais atenção tem sido dada. Xiao Guangquan et al. [13] utilizaram o método de contato biológico ultrassônico-aeróbico para tratar águas residuais farmacêuticas. O tratamento ultrassônico foi realizado por 60 s 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 aeróbico, método biológico anaeróbico e método combinado aeróbico-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. Consequentemente, o consumo de energia é alto, as águas residuais podem ser tratadas bioquimicamente e é difícil descartá-las diretamente até o padrão após o tratamento bioquímico. Portanto, o uso aeróbico é exclusivo. Existem poucos tratamentos disponíveis e o pré-tratamento geral é necessário. Os métodos de tratamento biológico aeróbico comumente utilizados incluem o método de lodo ativado, o método de aeração de poço profundo, o método de biodegradação por adsorção (método AB), o método de oxidação por contato, o método de lodo ativado em lote sequencial (método SBR), o método de lodo ativado circulante, etc. (método CASS) e assim por diante.

Método de aeração de poço profundo

A aeração de poços profundos é um sistema de lodo ativado de alta velocidade. O método apresenta alta taxa de utilização de oxigênio, pequena área útil, bom efeito de tratamento, baixo investimento, baixo custo operacional, sem acúmulo de lodo e menor 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 no inverno nas regiões do norte. Após o tratamento bioquímico das águas residuais orgânicas de alta concentração da Fábrica Farmacêutica do Nordeste pelo tanque de aeração de poços profundos, a taxa de remoção de DQO atingiu 92,7%. Pode-se observar que a eficiência do processamento é muito alta, o que é extremamente benéfico para o próximo processamento. Desempenha um papel decisivo.

Método AB

O método AB é um método de lodo ativado de ultra-alta carga. 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 principais vantagens são a alta carga da seção A, a forte capacidade de carga anti-choque e o grande efeito tampão sobre o valor de pH e substâncias tóxicas. É especialmente adequado para o tratamento de esgoto com alta concentração e grandes variações na qualidade e quantidade da água. O método de Yang Junshi et al. utiliza o método biológico de hidrólise acidificação-AB para tratar efluentes com antibióticos, que possui um fluxo de processo curto, economia de energia e o custo do tratamento é menor do que o método de floculação química-biológico de efluentes semelhantes.

oxidação biológica de contato

Esta tecnologia combina as vantagens do método de lodo ativado e do método de biofilme, apresentando alto volume de carga, baixa produção de lodo, alta resistência ao impacto, operação de processo estável e gerenciamento conveniente. Muitos projetos adotam o método de dois estágios, visando domesticar cepas dominantes em diferentes estágios, aproveitar ao máximo o efeito sinérgico entre diferentes populações microbianas e aprimorar os efeitos bioquímicos e a resistência ao choque. Na engenharia, a digestão anaeróbica e a acidificação são frequentemente utilizadas como etapas de pré-tratamento, e o processo de oxidação por contato é utilizado para tratar efluentes farmacêuticos. A Fábrica Farmacêutica Harbin North adota o processo de hidrólise, acidificação e oxidação biológica por contato em dois estágios para tratar efluentes farmacêuticos. Os resultados da operação demonstram que o efeito do tratamento é estável e a combinação de processos é razoável. Com o amadurecimento gradual da tecnologia de processo, os campos de aplicação também se tornaram mais abrangentes.

Método SBR

O método SBR tem as vantagens de forte resistência a cargas de choque, alta atividade de lodo, estrutura simples, sem necessidade de refluxo, operação flexível, pegada 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 águas residuais farmacêuticas pelo processo SBR mostram que o tempo de aeração tem uma grande influência no efeito do tratamento do processo; a configuração de seções anóxicas, especialmente o projeto repetido de anaeróbico e aeróbico, pode melhorar significativamente o efeito do tratamento; o tratamento aprimorado de SBR de PAC O processo pode melhorar significativamente o efeito de remoção do sistema. Nos últimos anos, o processo se tornou cada vez mais perfeito e é amplamente utilizado no tratamento de águas residuais farmacêuticas.

Tratamento Biológico Anaeróbico

Atualmente, o tratamento de efluentes orgânicos de alta concentração, tanto no país quanto no exterior, baseia-se principalmente no método anaeróbio, mas a DQO do efluente ainda é relativamente alta após o tratamento com métodos anaeróbios separados, sendo geralmente necessário um pós-tratamento (como o tratamento biológico aeróbio). Atualmente, ainda é necessário fortalecer o desenvolvimento e o projeto de reatores anaeróbios de alta eficiência, além de pesquisas aprofundadas sobre as condições operacionais. As aplicações mais bem-sucedidas no tratamento de efluentes farmacêuticos são: leito de lodo anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), leito composto anaeróbio (UBF), reator defletor anaeróbio (ABR), hidrólise, etc.

Lei UASB

O reator UASB apresenta as vantagens de alta eficiência de digestão anaeróbica, estrutura simples, curto tempo de retenção hidráulica e a ausência da necessidade de um dispositivo separado de retorno de lodo. Quando o UASB é utilizado no tratamento de canamicina, clorina, VC, SD, glicose e outras águas residuais da produção farmacêutica, o teor de SS geralmente não é tão alto a ponto de garantir uma taxa de remoção de DQO 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 entre UASB e UBF. Os resultados mostram que o UBF possui as características de bom efeito de transferência e separação de massa, diversas espécies de biomassa e biológicas, alta eficiência de processamento e forte estabilidade operacional. Biorreator de oxigênio.

Hidrólise e acidificação

O tanque de hidrólise é chamado de Leito de Lodo Hidrolisado a Montante (HUSB) e é um UASB modificado. Comparado com o tanque anaeróbico de processo completo, o tanque de hidrólise tem as seguintes vantagens: não há necessidade de selagem, sem agitação, sem separador trifásico, o que reduz custos e facilita a manutenção; pode degradar macromoléculas e substâncias orgânicas não biodegradáveis ​​em 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 de hidrólise aeróbica tem sido amplamente utilizado no tratamento de águas residuais farmacêuticas. Por exemplo, uma fábrica biofarmacêutica usa o processo de acidificação hidrolítica-oxidação por contato biológico de 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 aeróbico ou anaeróbico por si só não consegue atender aos requisitos, processos combinados como anaeróbico-aeróbico, acidificação hidrolítica-tratamento aeróbico melhoram a biodegradabilidade, a resistência ao impacto, o custo do investimento e o efeito do tratamento de águas residuais. É amplamente utilizado na prática de engenharia devido ao desempenho do método de processamento único. Por exemplo, uma fábrica farmacêutica usa o processo anaeróbico-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 de síntese química. Os resultados mostram que toda a série de processos tem forte resistência ao impacto a mudanças na qualidade e quantidade de águas residuais, e a taxa de remoção de DQO pode atingir 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 a DQO do influente é de cerca de 12.000 mg/L, a DQO do efluente é menor que 300 mg/L; a taxa de remoção de DQO na água residual farmacêutica biologicamente refratária tratada pelo método biofilme-SBR pode atingir 87,5%~98,31%, o que é muito maior do que o efeito do 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 efluentes farmacêuticos tem se aprofundado gradualmente. O MBR combina as características da tecnologia de separação por membranas e do tratamento biológico, e tem as vantagens de alta carga volumétrica, forte resistência ao impacto, pequena pegada e menos lodo residual. O processo de biorreator de membrana anaeróbica foi usado para tratar efluentes 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, a capacidade de bactérias obrigatórias de degradar matéria orgânica específica foi utilizada. Biorreatores de membrana extrativa são usados ​​para tratar efluentes industriais contendo 3,4-dicloroanilina. O TRH foi de 2 h, a taxa de remoção atingiu 99% e o efeito ideal do tratamento foi obtido. Apesar do problema de incrustação de membrana, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de membranas, o MBR será mais amplamente utilizado na área de tratamento de efluentes farmacêuticos.

2. Processo de tratamento e seleção de efluentes farmacêuticos

As características da qualidade da água dos efluentes farmacêuticos impossibilitam que a maioria dos efluentes farmacêuticos passe por tratamento bioquímico isoladamente, sendo necessário o pré-tratamento antes do tratamento bioquímico. Geralmente, um tanque de regulagem deve ser instalado para ajustar a qualidade da água e o pH, e métodos físico-químicos ou químicos devem ser utilizados como processo de pré-tratamento, de acordo com a situação real, para reduzir o SS, a salinidade e parte da DQO na água, reduzir as substâncias inibitórias biológicas nos efluentes e melhorar a degradabilidade dos efluentes, facilitando o tratamento bioquímico subsequente dos efluentes.

O efluente pré-tratado pode ser tratado por processos anaeróbicos e aeróbicos, de acordo com suas características de qualidade. Se as necessidades de efluentes forem altas, o processo de tratamento aeróbico deve ser continuado após o processo de tratamento aeróbico. A seleção do processo específico deve considerar de forma abrangente fatores como a natureza do efluente, o efeito do tratamento, o investimento em infraestrutura e a operação e manutenção para tornar a tecnologia viável e econômica. Todo o processo é um processo combinado de pré-tratamento-anaeróbico-aeróbico-(pós-tratamento). O processo combinado de hidrólise, adsorção, oxidação por contato e filtração é usado para tratar efluentes farmacêuticos 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 de recuperação abrangente de produtos intermediários e subprodutos e reduzir ou eliminar a poluição no processo de produção por meio 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 sais de amônio de até 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%. Uso como fertilizante ou reuso. Os benefícios econômicos são óbvios; uma empresa farmacêutica de alta tecnologia usa o método de purga para tratar águas residuais de 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 para caldeiras. Por meio da recuperação do formaldeído, é possível alcançar o uso sustentável dos recursos, e o custo do investimento na estação de tratamento pode ser recuperado em 4 a 5 anos, unificando os benefícios ambientais e econômicos. No entanto, a composição das águas residuais farmacêuticas em geral é complexa, difícil de reciclar, o processo de recuperação é complexo e o custo é alto. Portanto, uma tecnologia avançada e eficiente de tratamento abrangente de esgoto é a chave para resolver completamente o problema do esgoto.

4 Conclusão

Existem muitos relatos sobre o tratamento de efluentes farmacêuticos. No entanto, devido à diversidade de matérias-primas e processos na indústria farmacêutica, a qualidade dos efluentes varia bastante. Portanto, não existe um método de tratamento maduro e unificado para efluentes farmacêuticos. A escolha da rota de tratamento depende da natureza do efluente. De acordo com as características do efluente, o pré-tratamento é geralmente necessário para melhorar sua biodegradabilidade, removendo inicialmente os poluentes e, em seguida, combinando-o com o tratamento bioquímico. Atualmente, o desenvolvimento de um dispositivo de tratamento de água composto, econômico e eficaz, é um problema urgente a ser resolvido.

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