制药废水处理技术分析与研究

2019-01-21项继聪张朝阳

中国资源综合利用 2019年6期

项继聪，张朝阳，朱超

（浙江省工业环保设计研究院有限公司，杭州 310000）

当前，我国制药工业不断发展，制药生产的废水产生量也逐年增加，已经成为我国环境污染处理中重点关注的问题。从发展现状来看，我国制药产业依然存在制药品种多、企业数量少的情况，日常生产中面临着原材料投入多、污染严重、回收率差等特点。所以，加强制药废水处理技术的研究，对保护我国生态环境有着重要意义。新时期，我国陆续颁布了废水污染排放标准，对制药废水处理与排放提出了更高的要求，包括化学合成制药、中药类制药、发酵类制药等，都有了严格规定，同时加强了制药行业和环保行业之间的联系，旨在将制药废水污染降到最低。

1 制药废水来源

作为制药大国，我国制药企业在全球都具有非常强的影响力。在社会经济不断发展背景下，制药技术也随之提升，制药行业发展到了新的阶段。从国际上来看，我国是原料药第二生产大国，也是原料药的主要出口国，年产量在100万t以上，有1 500多种药物。目前，我国制药业占据全球30%的产值和产量，并且占比还在持续上升，其中有一半出口到国外。我国抗生素生产量在国际上处于领先地位，我国400多家企业生产了全球30%的抗生素药物[1]。

但是,制药行业发展也带来了很多负面问题，其中最为重要的就是制药废水处理问题。制药生产会采用多样、结构复杂的原材料、辅助药物，这些药物合成路线复杂，生产中所生成的副产物会随着废水排出，废水中含有大量的有机污染物，还有危害人类健康、生态环境的致命污染物，危害性非常大。

2 制药废水处理技术发展现状

制药废水中的化学物质较多，成分较为复杂，常见的制药废水处理技术包括：厌氧处理影响抑制处理、好氧处理、厌氧处理、废水深度处理等。这些处理技术可以将废水中的污染物控制在生化抑制浓度以下，提升废水生化性能，最终使制药废水达到排放标准。想要确保制药废水达到排放标准，制药企业必须从工业设计、生产实施方案等方面出发，对制药废水特性进行深度分析，找出更加符合实际情况的处理工艺[2]。

当前，制药企业的节水要求不断提升，而淡水资源相对匮乏。制药企业要结合制药废水污染治理标准，严格控制制药废水排放指标，降低制药废水化学物质排放限值。

3 制药废水的特征与危害

制药废水作为工业废水的一种，具有排放量大、处理难等特点。制药废水可以采用两种分类方法，一是结合生产流程进行划分，二是结合制药工业水污染物排放标准进行划分。这两种划分方法相辅相成，按照生产流程可划分为冷却废水、生产废水、冲洗废水、再生废水等；按照排放标准，划分为发酵类废水、提纯类废水、化学废水、生物废水等。其中，发酵类废水成分复杂，具有毒性，具有悬浮物、高酸碱值、总碳等污染物质；化学合成类废水中含有重金属、氯仿等有机溶剂，同时也具有总碳、高酸碱值、悬浮物以及抗生素等；提纯类废水与发酵类废水危害近似；中药类废水具有有机/无机物浓度高、沉降性较低、较高的可生化性。

在制药过程中，由于制药工艺的需求，实际生产会使用大量的化学药物和植物作为材料，这些材料在后续加工中会产生大量的异味和深色度，所形成的异味和深色度即使通过污水处理技术处理，也难以彻底去除，对自然环境有着极大的危害[3]。

鉴于以上诸多特点，制药废水也成为全球都很难处理的有机废水。在我国，制药废水污染非常严重，也是最难处理的工业废水之一。怎样处理制药废水，已经成为我国绿色经济发展中需要重点考虑的问题[4]。

4 制药废水处理技术分析与研究

近些年来，针对制药废水污染，相关学者和企业纷纷加强了制药废水处理技术的研究和完善工作，特别是混凝沉淀技术、活性炭吸附、膜分离技术等得到了进一步提升，对制药废水处理有着极大的助益。

4.1 混凝沉淀技术

混凝沉淀技术作为一种应用十分广泛、工艺较为简单的制药废水处理方案，主要由预处理、中间处理、深度处理工艺流程组成。混凝沉淀技术就是将废水当中的细微部分转变成为不稳定的分离形态，表现为絮状物。该技术可以有效降低制药废水的浊度与色度，并让其中的微小物质凝聚成絮状体，受到重力作用，沉降到水底。该项技术虽然不是新技术，但发展时间更长、技术更加完善、操作便捷、废水处理更加稳定。

在制药废水处理中，制药企业可以采用混凝沉淀技术，将混凝剂最优指标控制在120 mg/L，只需要25 s的反应时间，就可以将废水pH值中和到8左右，废水中CODCr浓度控制在40～90 mg/L，去浊率达到90%。但是，该工艺对毒性制药废水的溶解性较差，并且很难清除微生物病原体，对有害物质的处理也不够完善，生态毒性会得以保留。

4.2 活性炭技术

活性炭是一种多孔的吸附材料，表面具有很大的孔隙结构，而孔隙结构大小和吸附性能成正比。活性炭吸附技术能够有效降低制药废水中的臭味、色度、消毒副产品、重金属。目前，制药厂大都采用三级活性炭过滤工艺，在二级生化出水净化处理中，过滤后，出水化学需氧量在40 mg/L以内。虽然活性炭吸附是一种主流技术，但活性炭成本依然较高，在制药废水处理领域的应用受到一定限制。随着我国科学技术的不断发展，活性炭技术也有所改良，活性炭成本有所下降。

4.3 膜分离技术

膜分离技术是一种物理隔离方法，具有浓缩、分离、精致等特点，整个操作流程较为简单，可以有效将制药废水中的有害物质隔离，操作中也不会出现污染问题。膜分离技术主要采用反渗透、超滤等工艺，将制药废水中的杂质、细菌、微生物等沉淀去除，减少水体中的矿化度、减少总溶解固体。反渗透和超滤技术能够有效隔离废水中的悬浮物、有机物，出水脱盐率能够达到92%，水回收率达到75%，并且氮化物、氯化物也有不错的隔离率。

此外，生物膜还可以和其他废水处理技术结合使用，发挥生物单元有机水净化效用。制药废水杂质较多，容易产生膜堵塞问题，可以将混凝技术、活性炭技术作为一级净化，生物膜作为二级净化，避免膜堵塞或膜污染，最大程度地净化水体，从而达到行业废水排放标准。

4.4 其他新兴制药废水处理技术

4.4.1 微波处理法

该方法主要是利用特定波长的电磁波进行废水处理，但是试验证明，单独采用某个波长微波进行废水处理效果并不理想，所以微波处理技术也要和其他处理技术结合使用，从而达到良好的处理效果。例如，将微波处理技术和活性炭处理方案结合，活性炭表面吸附难以处理的吸附物后，可以采用微波技术对活性炭表面的吸附物进行解吸，统一处理表面吸附物，这样可以恢复活性炭的吸附功能，实现活性炭的循环使用，降低活性炭吸附技术的使用成本。

4.4.2 超声波处理法

使用20 000 Hz以上频率的超声波辐射溶液，可以产生一定的化学反应，产生超声空化效应。该项技术的核心就是利用超声波的·OH自由基氧化、气泡内燃烧分解、超临界水体氧化形式实现废水净化目标。近些年，超声波技术变得更加成熟，将该项技术应用在制药废水处理领域并结合生物接触氧化法，对高浓度废水净化具有非常显著的作用。

5 制药废水处理工艺与物质回收利用

5.1 制药废水处理工艺

制药废水成分复杂，很多制药废水无法单独采用生化处理工艺，所以需要进行预处理。制药企业可以采用调节池，调节制药废水的酸碱度，根据实际情况采用化学法、物化法预处理工序，减少制药废水的盐度、SS、COD，降低废水中生物抑制性物质含量，提高废水可降解性能，促进后续生化处理工艺顺利实施[5]。

在制药废水预处理完成后，制药企业要结合废水水质特点,选择厌氧、好氧工艺展开处理，如果出水指标要求较高，在好氧处理完毕后还要进行后续处理。选择工艺时，人们要重点考虑废水性质、工艺处理效果、设备维护、废水处理投资等，保证技术上可行、经济上合理。对于大部分制药废水来说，其主要的工艺路线组合为：预处理→厌氧→好氧→后续处理。例如，人工胰岛素的制药废水可以采用水解吸附→接触氧化→过滤的组合工艺，该方法可以保障出水达到国家一级标准。再如，在提取高浓度中药废水时，可以采用的方法有：气浮→水解→接触氧化工艺处理化学制药废水、复合微氧水解→复合好氧→砂滤工艺处理抗生素废水、气浮→UBF和CASS工艺组合。

5.2 制药废水中有用物质回收利用

要推动制药行业清洁生产，提升制药材料回收利用率以及中间产物、副产品的综合回收率，通过展开工艺改革，减少甚至消除生产中的污染物。由于部分制药生产技术的特殊性，废水当中含有诸多的可回收物质，制药企业要充分发掘其中可以二次利用的物料资源。部分制药企业的制药废水含有较多铵盐，可以采用固定刮板薄膜蒸发、浓缩、结晶等工艺来回收铵盐，提升经济效益。另外，部分高科技制药企业通过吹脱法处理废水中的高含量甲醛，甲醛气体在经过回收、处理后可以制成福尔马林试剂，可以作为锅炉热源。对甲醛进行回收利用，可以降低生产成本，保障企业的经济效益和社会效益。从整体上来说，制药废水成分非常复杂，很多物质难以回收，回收流程十分繁杂，成本较高，但我国已经有部分企业开始尝试回收制药废水中的有用物质，并获得了良好的效益。所以，制药废水综合治理与回收技术会逐渐成为未来的主流形式。