制药废水污染控制策略分析

制药废水污染控制策略分析

郑楷荣

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摘要：近年来，我国制药行业迅速发展。目前，制药厂制药过程中产生的废水具有体积大、复杂性和危险性的特点，有效处理制药废水是一个巨大的挑战。药物废水包括具有高生物需氧量、化学需氧量的药物残留物、药物活性化合物，如激素、抗生素、有毒物质或表面活性剂，以及对生物圈构成潜在威胁的挥发性有机化合物。由于这些药物废物在生态系统中不断积累，甚至导致耐药微生物菌株的发展，许多药物废物对人类健康和生态系统构成严重威胁。因此，有效管理和处置这些废水对科学界来说是一个真正的挑战。

关键词：制药废水；污染控制；策略分析

引言

制药工业的发展改善了公众的健康水平，为国家经济发展做出了巨大贡献，但与此同时，其废水排放问题也对环境安全造成了负面影响，甚至危害居民健康。所以，针对制药废水开展研究工作，并制定有效的处理方法已成为当务之急。

1　制药废水污染特征分析

1.1　产污节点

发酵类生物制药借助微生物本身的特性，对有机原料进行过滤等操作，通过提炼生产药品，该类药品包括抗生素、氨基酸、有机酸、酶抑制剂、免疫调节物质等多种类型。在制药过程中排放的废水主要有以下几类。

（1）主生产过程排水

排放废水涉及溶剂回收残液、废滤液等类型。和其他废水相比，此类废水具有较强毒性、pH值不稳定，且药物成分占据较大比例。尽管水量相对较小，但由于污染情况严重，所以处理难度较大。

（2）辅助生产过程排水

废水类型涉及蒸馏设备冷凝水、动力设备冷却水等。污染物浓度在正常水平之下，但水量相对较大，且具备季节性特点，不同的制药企业废水成分各不相同。

（3）冲洗水

冲洗水一般由地面、过滤设备冲洗水等构成，相较于其他废水，其水质并不稳定。以过滤设备冲洗水为例，其悬浮物含量远超正常水平，所以一旦控制环节出现问题会导致严重的污染。

1.2　污染特征

发酵类制药废水通常具备以下特性：（1）排污节点数量较多，污染程度存在显著差异，因此可为“清污分流”提供便利；（2）污染物浓度远超正常水平，以废母液为例，其每毫升废水的COD值普遍不低于一万毫克；（3）氮含量占据较大比例，发酵制药废水中氮物质分为氨氮、有机氮两种类型，无法通过生物处理实现排放目标，通常情况下，BOD5/N的数值在1～4左右，并不符合正常营养需求，其中厌氧、好氧的比例分别为60:1、20:1，从而加快了微生物代谢的速率；（4）硫酸盐浓度在正常水平之上，硫酸铵在发酵氮源的范畴之内，在开展精制等工作时，硫酸可调节pH值，但用量过多会导致硫酸盐浓度大幅度上升，加大处理难度。

2药剂生产废水深度处理工艺

2.1化学处理法

（1）氯化

氯化已被证明可有效去除药物，包括17-乙炔雌二醇、17-乙炔雌二醇和磺胺类药物。二氧化氯也能有效去除磺胺甲恶唑、罗红霉素、17-乙炔雌二醇和双氯芬酸。氯化和臭氧氧化去除双酚A和17-乙炔雌二醇以及蒸馏水中副产物雌激素的效果与臭氧氧化的结果相当，去除率为75%~99%，并且发现残留氯和臭氧较低，母体化合物损失大于99%。而且氯化对乙酰氨基酚、双氯芬酸、磺胺甲恶唑和氟喹诺酮氧化处理都具有良好的效果。但是对美托洛尔和磺胺甲恶唑来说都会产生一些新的污染物，如氯胺，作为其氧化产物之一，这可能是因为氨氯化比苯酚氯化快1000倍。

（2）高级氧化反应

许多药物的生物降解性较低，通常采用的处理工艺不足以完全去除此类物种，例如将处理过的松露废水排放到接收水中可能会导致这些微污染物的污染。因此释放到环境中的这些化合物已被证明足以对环境生物造成毒性影响。高级氧化工艺可被广泛定义为水相氧化方法，其基础是高活性物质（主要但不限于）羟基自由基在导致目标污染物破坏的机制中的中介作用。主要的高级氧化包括电氧化、芬顿和光芬顿工艺、湿式空气氧化，以及超声波辐射和微波处理，通常在单模或多模容器中工作在2450MHz左右，也可以与其他物理化学和生物过程结合使用。

2.2物理处理方法

（1）活性炭（AC）

制药废水如果处理不当，可能会对环境和地下水资源造成严重损害。由于其成分多变，不能对所有制药废水进行一般处理。因此，需要对特定类型的废水进行特殊处理。吸附处理是处理生活废水进行处置和再利用的行之有效的程序。研究表明，制药废水也可以采取类似的处理方法。根据美国环境保护局的调查，大部分制药厂使用活性炭吸附处理来降低废水中的有机成分（BOD和COD）浓度。活性炭是一种传统的吸附剂，在水处理中具有重要作用，研究证明活性炭可用于从废水中吸附药物。活性炭可分为：①粉末活性炭（PAC）；②粒状活性炭（GAC）；③珠状活性炭是一种高度球形的活性炭，其原料为石油沥青，广泛用于各种废水处理设备；④挤出活性炭（EAC）。GAC更适合连续接触过程，无需将碳从散装流体中分离出来。GAC广泛用于去除水中的污染物。

（2）渗透蒸发

渗透蒸发涉及使用致密聚合物膜从液体混合物中分离一种或多种组分。渗透蒸发作为一种分离过程，与蒸馏等传统技术相比有一些优势，例如：能耗更低，共沸物的分离，模块化设计。通常，蒸馏可用于从水中去除有机化合物。然而，对于热敏有机化合物，不能进行蒸馏。此外，渗透蒸发有几个优点：①由于只有液体的渗透部分应被汽化，因此减少了能量需求；②共沸物可以分离；③不需要添加额外的组分来实现分离，如萃取和共沸蒸馏。而制药含水废物流的特征通常是存在中等分子量（200~600）的有机物溶解在高浓度的溶剂（乙醇、乙酸乙酯、甲醇、四氢呋喃）中。早期，渗透蒸发的商业应用仅限于乙醇脱水和从稀溶液中去除有机物（VOC）。因此，相对温和的操作条件和高效性使渗透蒸发成为此类分离的合适技术。

3工艺设计与说明

目前，根据制药废水的特点，多采用以生化为主、物化为辅的处理工艺，如混凝、高级氧化、水解酸化、缺氧/好氧（A/O）、膜生物反应器（MBR）等。根据该企业的生产情况和同类工程成功经验，确定采用混凝沉淀/两级水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反应器处理工艺。由于废水中含有的高浓度有机物和盐度会抑制微生物的活性，因此在生化处理前需进行脱溶、脱盐和混凝预处理。

废水在综合调节池配水后自流进入混凝初沉池，池中加入混凝剂并搅拌，在泥水分离区去除部分有机物和悬浮物且提高废水可生化性，减少后续生物处理负荷。上清液进入集水池2，加压输送至水解塔，再经中间池进入水解酸化池。经两级水解处理后可显著去除废水中COD并进一步提高废水可生化性，为后续生化处理提供条件。由于过高或过低的MLSS都会导致水解酸化效果差，结合工程实际将该水解塔和水解酸化池的MLSS控制在6000mg/L左右。废水经水解酸化池处理后进入A/O池，通过控制部分硝化液回流、污泥回流和排泥达到脱氮除磷并去除有机物的作用。

通常A/O工艺的MLSS控制在2500~3500mg/L，由于该厂区A/O池较多，易导致污泥分布不均，故控制A/O池MLSS约为4000mg/L（均不小于2500mg/L），以保障对污染物的去除效率。A池通过液下搅拌实现兼氧处理效果。O池内设置微孔曝气。O池出水进入MBR池实现泥水分离，将活性污泥截留在生化池，从而提高生化池的污泥浓度和生化速率，且通过膜过滤后可进一步提升出水水质，保障达标排放。其中，MBR膜组件采用中空纤维滤膜，以10L/（m2·h）的膜通量运行，由于该条件下膜污染率较低，可相应降低运行费用。若废水未达标，则通过管道收集到事故池，处理达标后再纳管排放。废水处理过程中A/O池、MBR池产生的剩余污泥和混凝初沉池污泥一并进入污泥浓缩池，经加压输送至污泥压滤机进行脱水，处理后的污泥委托有资质的单位进一步处置，滤液经收集后送至废水综合调节池。

结语

单独凭借某种技术进行制药废水处理工作，从而确保排水目标顺利实现，几乎是不可能的。相关企业必须制定合理的处理技术及工艺组合，目前看来膜集成、高级氧化等技术的处理效果和发展前景都十分可观。

参考文献

[1]周业锋，张亮亮，眭光华.生物制药工业废水处理工艺改进分析[J]，化工设计通讯，2022，48（6）：149-151.

[2]刘爽，李彩莲，常明庆.中药提取类制药废水处理工艺研究与工程应用[J]，造纸装备及材料，2022，51（6）：133-135.