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四种制药废水处理技术及其在抗生素废水处理中的应用

国际节能环保网  来源:CPhI世界制药原料中国展  日期:2017-01-04

化学制药的生产过程,由原料药生产和药物制剂生产组成,通过化学合成工艺和药用植物中分离提纯得到原料药。生产过程具有的特点是:物料净收率较低,副产品多,三废多,尤其是废水处理难度大。化学制药企业在工业生产中产生的废水具有有机物及无机盐含量高,BOD5和CODcr 比值低且波动大,可生化性很差,间歇排放,水量波动大等特点。

一. 制药废水处理技术

制药废水的处理技术可归纳为以下几种:生物处理法、化学处理法、物理化学处理法、物理处理法等四种,各种处理方法具有各自的优势及不足。

1. 生物处理技术

生物处理技术是一般有机废水处理系统中最重要的过程之一,是利用微生物,主要是细菌的代谢作用,氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物,并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到净化的技术。在现代的生物技术处理过程中,主要有好氧生物氧化、兼氧生物降解及厌氧消化降解被广泛应用,生物处理技术由于经济可行、无二次污染等特点,已越来越引起重视。

2. 化学处理技术

化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质,使废水得到净化的方法,其单元操作过程有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化和焚烧等。

3. 物理化学处理技术

物理化学处理技术是指废水中的污染物在处理过程中通过相转移的变化而达到去除目的的处理技术,常用的单元操作有萃取、吸附、膜技术、离子交换等。

4. 物理处理技术

物理处理技术是指应用物理作用来分离废水中的溶解物质或乳浊物改变废水成分的处理方法,如格栅(筛网)、沉淀(沉砂)、过滤、微滤、气浮、离心(旋流)分离等单元操作,已成为废水处理流程的基础,目前已较为成熟。

二. 抗生素废水的处理技术

(一)抗生素废水的物理处理方法

以抗生素生产废水处理举例,由于抗生素生产废水属于难降解有机废水,残留的抗生素对微生物的强烈抑制作用,可造成废水处理过程复杂、成本高和教果不稳定。因此在抗生素废水的处理过程中,物理处理方法可以作为后续生化处理的预处理方法以降低水中的悬浮物和减少废水中的生物抑制性物质。目前应用的物理处理方法主要包括混凝、沉淀、气浮、吸附、反渗透和过滤等。

1. 混凝法

混凝法是在加入凝聚剂后通过搅拌使失去电荷的颗粒相互接触而絮凝形成絮状体,便于其沉淀或过滤而达到分离的目的。采用凝聚处理后,不仅能有效地降低污染物的浓度,而且废水的生物降解性能也得到改善。在抗生素制药工业废水处理中常用的凝聚剂有:聚合硫酸铁、氯化铁、亚铁盐、聚合氯化硫酸铝、聚合氯化铝、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺(PAM)等。沉淀是利用重力沉淀分离将密度比水大的悬浮颗粒从水中分离或除去。

2. 气浮法

气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体吸附废水中的污染物,使其视密度小于水而上浮,实现固液或液液分离的过程。通常包括充气气浮、溶气气浮、化学气浮和电解气浮等多种形式。

3. 吸附法

吸附法是指利用多孔性固体吸附废水中某种或几种污染物,以回收或去除污染物,从而使废水得到净化的方法。常用的吸附剂有活性炭、活性煤、腐殖酸类、吸附树脂等。该方法投资小、工艺简单、操作方便,易治理,较适宜对原有污水厂进行工艺改进。

4. 反渗透法

反渗透法是利用半透膜将浓、稀溶液隔开,以压力差作为推动力,施加超过溶液渗透压的压力,使其改变自然渗透方向,将浓溶液中的水压渗到稀溶液一侧,可实现废水浓缩和净化目的。

(二)抗生素废水的化学处理方法

1. 光催化氧化法

该技术可有效地降解制药废水中的有机物浓度,且具有性能稳定、对废水无选择性、反应条件暖和、无二次污染等优点,具有很好的应用前景。以TiO2作催化剂,利用流化床光催化反应器处理制药废水,考察在不同工艺条件下的光催化效果,结果表明:提高了废水的可生化性。但是,光催化氧化法仍然存在不足,目前应用最多的TiO2催化剂具有较高的选择性且难于分离回收。因此,制备高效的光催化剂是该方法广泛应用于环保领域的前提。

2. Fe—C处理法

Fe—C技术是被广泛研究与应用的一项废水处理技术。以pH值3~6的废水为电解质溶液,铁屑与炭粒形成无数微小原电池,释放出活性极强的[H],新生态的[H]能与溶液中的许多组分发生氧化还原反应,同时产生新生态的Fe 3 ,新生态的Fe3具有较高的活性,生成Fe3,随着水解反应进行,形成以Fe 3 为中心的胶凝体,从而达到对有机废水的降解效果。

在常温常压下利用管长比吲定的浸滤柱内加装活性炭一铁屑为滤层,以Mn2、Cu2作催化剂,对四环素制药厂综合废水的处理结果表明,活性炭具有较大的吸附作用,同时在管中形成的Fe—c微电池,将铁氧化成氢氧化铁絮凝剂,使固液分离、浊度降低。化学处理方法在实际应用过程中,试剂的过量使用易导致水体二次污染的产生,因此在设计前应做好相关的调研工作。

(三)抗生素废水好氧处理法

常用于制药废水的好氧生物法主要包括:普通活性污泥法、加压生化法、深井曝气法、生物接触氧化法、生物流化床法、序批式间歇活性污泥法等。

1. 活性污泥法

目前,国内外处理抗生素废水比较成熟的方法是活性污泥法。由于加强了预处理,改进了曝气方法,使装置运行稳定,到20世纪70年代已成为一些工业发达国家的制药厂普遍采用的方法。但是普通活性污泥法的缺点是废水需要大量稀释,运行中泡沫多,易发生污泥膨胀,剩余污泥量大,去除率不高,常必须采用二级或多级处理。因此近年来,改进曝气方法和微生物固定技术以提高废水的处理效果已成为活性污泥法研究和发展的重要内容。

2. 加压生化法

加压生化法相对于普通活性污泥法提高了溶解氧的浓度,供氧充足,既有利于加速生物降解,又有利于提高生物耐冲击负荷能力。

3. 深井曝气法

深井曝气法是高速活性污泥系统。和普通活性污泥法相比,深井曝气法具有以下优点:氧利用率高,相当于普通曝气的10倍;污泥负荷高,比普通活性污泥法高2.5~4倍;占地面积小、投资少、运转费用低、效率高、COD的平均去除率可达到70%以上;耐水力和有机负荷冲击能力强;不存在污泥膨胀问题;保温效果好。

4. 生物接触氧化法

生物接触氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的特点,具有较高的处理负荷,能够处理轻易引起污泥膨胀的有机废水。在制药工业生产废水的处理中,经常直接采用生物接触氧化法,或用厌氧消化、酸化作为预处理工序来处理制药生产废水。但是用接触氧化法处理制药废水时,假如进水浓度高,池内易出现大量泡沫,运行时应采取防治和应对措施。

5. 生物流化床法

生物流化床将普通的活性污泥法和生物滤池法两者的优点融为一体,因而具有容积负荷高、反应速度快、占地面积小等优点。

6. 序批式间歇活性污泥法(SBR)

序批式间歇活性污泥法(SBR)具有均化水质、无需污泥回流、耐冲击、污泥活性高、结构简单、操作灵活、占地少、投资省、运行稳定、基质去除率高于普通的活性污泥法等优点,比较适合于处理间歇排放和水量水质波动大的废水。但SBR法具有污泥沉降、泥水分离时间较长的缺点。在处理高浓度废水时,要求维持较高的污泥浓度,同时,还易发生高粘性膨胀。因此,常考虑投加粉末活性炭,以减少曝气池泡沫,改善污泥沉降性能、液固分离性能、污泥脱水性能等,以获得较高的去除率。

直接应用好氧法处理抗生素废水仍需考虑废水中残留的抗生素对好氧菌存在的毒性,所以一般需对废水进行预处理。

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