Análisis exhaustivo de la tecnología de tratamiento de aguas residuales farmacéuticas.

Las aguas residuales de la industria farmacéutica incluyen principalmente las aguas residuales de la producción de antibióticos y las de la producción de fármacos sintéticos. Estas aguas residuales se clasifican principalmente en cuatro categorías: aguas residuales de la producción de antibióticos, aguas residuales de la producción de fármacos sintéticos, aguas residuales de la producción de medicamentos patentados chinos, aguas residuales de lavado y aguas residuales de lavado de diversos procesos de preparación. Se caracterizan por su composición compleja, alto contenido orgánico, alta toxicidad, color intenso, alto contenido de sales, propiedades bioquímicas deficientes y descarga intermitente. Se trata de aguas residuales industriales de difícil tratamiento. Con el desarrollo de la industria farmacéutica en nuestro país, las aguas residuales farmacéuticas se han convertido gradualmente en una de las principales fuentes de contaminación.

1. Método de tratamiento de aguas residuales farmacéuticas

Los métodos de tratamiento de aguas residuales farmacéuticas se pueden resumir en: tratamiento físico-químico, tratamiento químico, tratamiento bioquímico y tratamiento combinado de varios métodos; cada método de tratamiento tiene sus propias ventajas y desventajas.

Tratamiento físico y químico

Según las características de calidad del agua residual farmacéutica, es necesario aplicar un tratamiento fisicoquímico como proceso previo o posterior al tratamiento bioquímico. Los métodos de tratamiento físico y químico que se utilizan actualmente incluyen principalmente coagulación, flotación por aire, adsorción, eliminación de amoníaco, electrólisis, intercambio iónico y separación por membrana.

coagulación

Esta tecnología es un método de tratamiento de agua ampliamente utilizado a nivel nacional e internacional. Se utiliza ampliamente en el pretratamiento y postratamiento de aguas residuales médicas, como el sulfato de aluminio y el sulfato de poliférrico en aguas residuales de medicina tradicional china. La clave para un tratamiento de coagulación eficiente es la correcta selección y adición de coagulantes con excelente rendimiento. En los últimos años, la dirección de desarrollo de los coagulantes ha cambiado de polímeros de bajo peso molecular a polímeros de alto peso molecular, y de la funcionalización de un solo componente a la de compuestos [3]. Liu Minghua et al. [4] trataron la DQO, los SS y la cromaticidad del líquido residual con un pH de 6,5 y una dosis de floculante de 300 mg/L con un floculante compuesto de alta eficiencia F-1. Las tasas de eliminación fueron del 69,7%, 96,4% y 87,5%, respectivamente.

flotación por aire

La flotación por aire generalmente incluye diversas modalidades, como la flotación por aireación, la flotación por aire disuelto, la flotación química y la flotación electrolítica. La fábrica farmacéutica Xinchang utiliza un dispositivo de flotación por vórtice CAF para el pretratamiento de aguas residuales farmacéuticas. La tasa promedio de eliminación de DQO es de aproximadamente el 25 % con los productos químicos adecuados.

método de adsorción

Los adsorbentes más comunes son el carbón activado, el ácido húmico, la resina de adsorción, etc. La fábrica farmacéutica Wuhan Jianmin utiliza un proceso de tratamiento biológico aeróbico secundario mediante adsorción de cenizas de carbón para tratar sus aguas residuales. Los resultados mostraron que la tasa de eliminación de DQO del pretratamiento por adsorción fue del 41,1%, y la relación DBO5/DQO mejoró.

separación por membrana

Las tecnologías de membrana incluyen ósmosis inversa, nanofiltración y membranas de fibra para recuperar materiales útiles y reducir las emisiones orgánicas totales. Las principales características de esta tecnología son la simplicidad del equipo, la facilidad de operación, la ausencia de cambios de fase y químicos, la alta eficiencia de procesamiento y el ahorro de energía. Juanna et al. utilizaron membranas de nanofiltración para separar aguas residuales con cinamicina. Se observó que el efecto inhibidor de la lincomicina sobre los microorganismos en las aguas residuales se redujo y se recuperó la cinamicina.

electrólisis

El método tiene las ventajas de alta eficiencia, operación sencilla y similares, y el efecto de decoloración electrolítica es bueno. Li Ying [8] llevó a cabo un pretratamiento electrolítico en el sobrenadante de riboflavina, y las tasas de eliminación de DQO, SS y croma alcanzaron el 71%, 83% y 67%, respectivamente.

tratamiento químico

Cuando se utilizan métodos químicos, el uso excesivo de ciertos reactivos puede provocar contaminación secundaria de los cuerpos de agua. Por lo tanto, es necesario realizar investigaciones experimentales pertinentes antes del diseño. Entre los métodos químicos se incluyen el método hierro-carbono, el método redox químico (reactivo Fenton, H₂O₂, O₃), la tecnología de oxidación profunda, etc.

Método del carbono de hierro

La operación industrial demuestra que el uso de Fe-C como etapa de pretratamiento para aguas residuales farmacéuticas puede mejorar significativamente la biodegradabilidad del efluente. Lou Maoxing utiliza un tratamiento combinado de hierro-microelectrólisis-flotación anaeróbica-aeróbica-aire para tratar las aguas residuales de intermedios farmacéuticos como la eritromicina y la ciprofloxacina. La tasa de eliminación de DQO después del tratamiento con hierro y carbono fue del 20 %, y el efluente final cumple con la norma nacional de primera clase "Norma Integrada de Descarga de Aguas Residuales" (GB8978-1996).

Procesamiento del reactivo de Fenton

La combinación de sal ferrosa y H2O2 se denomina reactivo de Fenton, el cual puede eliminar eficazmente la materia orgánica refractaria que no puede ser eliminada por la tecnología tradicional de tratamiento de aguas residuales. Con el avance de la investigación, se introdujeron luz ultravioleta (UV), oxalato (C2O42-), etc., en el reactivo de Fenton, lo que mejoró considerablemente su capacidad de oxidación. Utilizando TiO2 como catalizador y una lámpara de mercurio de baja presión de 9 W como fuente de luz, las aguas residuales farmacéuticas se trataron con el reactivo de Fenton, la tasa de decoloración fue del 100%, la tasa de eliminación de DQO fue del 92,3%, y el compuesto de nitrobenceno disminuyó de 8,05 mg/L a 0,41 mg/L.

Oxidación

Este método puede mejorar la biodegradabilidad de las aguas residuales y presenta una mayor tasa de eliminación de DQO. Por ejemplo, se trataron tres aguas residuales con antibióticos, como las de Balcioglu, mediante oxidación con ozono. Los resultados mostraron que la ozonización de las aguas residuales no solo aumentó la relación DBO₅/DQO, sino que también la tasa de eliminación de DQO superó el 75 %.

Tecnología de oxidación

También conocida como tecnología de oxidación avanzada, reúne los últimos resultados de investigación de la luz moderna, electricidad, sonido, magnetismo, materiales y otras disciplinas similares, incluyendo oxidación electroquímica, oxidación húmeda, oxidación con agua supercrítica, oxidación fotocatalítica y degradación ultrasónica. Entre ellas, la tecnología de oxidación fotocatalítica ultravioleta tiene las ventajas de novedad, alta eficiencia y no selectividad para aguas residuales, y es especialmente adecuada para la degradación de hidrocarburos insaturados. En comparación con métodos de tratamiento como rayos ultravioleta, calentamiento y presión, el tratamiento ultrasónico de materia orgánica es más directo y requiere menos equipo. Como nuevo tipo de tratamiento, se le ha prestado cada vez más atención. Xiao Guangquan et al. [13] utilizaron el método de contacto biológico aeróbico ultrasónico para tratar aguas residuales farmacéuticas. El tratamiento ultrasónico se llevó a cabo durante 60 s y la potencia fue de 200 w, y la tasa de eliminación total de DQO de las aguas residuales fue del 96 %.

Tratamiento bioquímico

La tecnología de tratamiento bioquímico es una tecnología ampliamente utilizada para el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas, que incluye el método biológico aeróbico, el método biológico anaeróbico y el método combinado aeróbico-anaeróbico.

tratamiento biológico aeróbico

Dado que la mayor parte de las aguas residuales farmacéuticas son aguas residuales orgánicas de alta concentración, generalmente es necesario diluir la solución madre durante el tratamiento biológico aeróbico. Por lo tanto, el consumo de energía es alto, las aguas residuales pueden tratarse bioquímicamente y es difícil descargarlas directamente hasta cumplir con el estándar después del tratamiento bioquímico. Por lo tanto, solo se utiliza el método aeróbico. Hay pocos tratamientos disponibles y generalmente se requiere un pretratamiento. Los métodos de tratamiento biológico aeróbico comúnmente utilizados incluyen el método de lodos activados, el método de aireación de pozo profundo, el método de biodegradación por adsorción (método AB), el método de oxidación por contacto, el método de lodos activados por lotes secuenciales (método SBR), el método de lodos activados circulantes, etc. (método CASS) y otros.

Método de aireación de pozos profundos

La aireación de pozo profundo es un sistema de lodos activados de alta velocidad. El método tiene una alta tasa de utilización de oxígeno, poco espacio en planta, buen efecto de tratamiento, baja inversión, bajo costo operativo, no produce abultamiento de lodos y genera menos lodos. Además, su efecto de aislamiento térmico es bueno y el tratamiento no se ve afectado por las condiciones climáticas, lo que puede garantizar el efecto del tratamiento de aguas residuales invernales en las regiones del norte. Después de que las aguas residuales orgánicas de alta concentración de la Fábrica Farmacéutica del Noreste fueron tratadas bioquímicamente en el tanque de aireación de pozo profundo, la tasa de eliminación de DQO alcanzó el 92,7%. Se puede observar que la eficiencia del procesamiento es muy alta, lo que es extremadamente beneficioso para el procesamiento posterior. juega un papel decisivo.

Método AB

El método AB es un método de lodos activados de carga ultra alta. La tasa de eliminación de DBO5, DQO, SS, fósforo y nitrógeno amoniacal mediante el proceso AB es generalmente mayor que la del proceso de lodos activados convencional. Sus ventajas más destacadas son la alta carga de la sección A, la gran capacidad de resistencia a las cargas de choque y el gran efecto amortiguador sobre el valor del pH y las sustancias tóxicas. Es especialmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales con alta concentración y grandes variaciones en la calidad y cantidad del agua. El método de Yang Junshi et al. utiliza el método biológico de hidrólisis-acidificación-AB para tratar aguas residuales con antibióticos, que tiene un flujo de proceso corto, ahorro de energía y un costo de tratamiento menor que el método de floculación química-tratamiento biológico para aguas residuales similares.

oxidación biológica por contacto

Esta tecnología combina las ventajas del método de lodos activados y del método de biopelícula, y presenta ventajas como una alta carga volumétrica, baja producción de lodos, gran resistencia a los impactos, operación estable del proceso y gestión conveniente. Muchos proyectos adoptan un método de dos etapas, con el objetivo de domesticar cepas dominantes en diferentes etapas, aprovechar al máximo el efecto sinérgico entre las distintas poblaciones microbianas y mejorar los efectos bioquímicos y la resistencia a los choques. En ingeniería, la digestión anaeróbica y la acidificación se utilizan a menudo como etapa de pretratamiento, y se emplea un proceso de oxidación por contacto para tratar las aguas residuales farmacéuticas. La Fábrica Farmacéutica del Norte de Harbin adopta un proceso de hidrólisis-acidificación-oxidación biológica por contacto de dos etapas para tratar las aguas residuales farmacéuticas. Los resultados de la operación demuestran que el efecto del tratamiento es estable y la combinación del proceso es razonable. Con la madurez gradual de la tecnología del proceso, los campos de aplicación también se amplían.

Método SBR

El método SBR tiene las ventajas de una fuerte resistencia a la carga de choque, alta actividad de lodos, estructura simple, no necesita reflujo, operación flexible, pequeño espacio, baja inversión, operación estable, alta tasa de remoción de sustrato y buena desnitrificación y remoción de fósforo. Aguas residuales fluctuantes. Los experimentos en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas por el proceso SBR muestran que el tiempo de aireación tiene una gran influencia en el efecto del tratamiento del proceso; el establecimiento de secciones anóxicas, especialmente el diseño repetido de anaeróbico y aeróbico, puede mejorar significativamente el efecto del tratamiento; el tratamiento mejorado de PAC El proceso puede mejorar significativamente el efecto de remoción del sistema. En los últimos años, el proceso se ha vuelto cada vez más perfecto y se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas.

Tratamiento biológico anaeróbico

Actualmente, el tratamiento de aguas residuales orgánicas de alta concentración, tanto a nivel nacional como internacional, se basa principalmente en el método anaeróbico. Sin embargo, tras el tratamiento con un método anaeróbico independiente, la DQO del efluente sigue siendo relativamente alta, por lo que generalmente se requiere un postratamiento (como el tratamiento biológico aeróbico). Por ello, es necesario fortalecer el desarrollo y diseño de reactores anaeróbicos de alta eficiencia, así como profundizar en la investigación de las condiciones de operación. Las aplicaciones más exitosas en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas incluyen el lecho de lodos anaeróbico de flujo ascendente (UASB), el lecho compuesto anaeróbico (UBF), el reactor de deflectores anaeróbicos (ABR), la hidrólisis, entre otras.

Ley UASB

El reactor UASB presenta las ventajas de una alta eficiencia de digestión anaeróbica, una estructura simple, un corto tiempo de retención hidráulica y la ausencia de necesidad de un sistema de recirculación de lodos independiente. Cuando se utiliza en el tratamiento de aguas residuales de la producción farmacéutica que contienen kanamicina, clorina, vitamina C, SD, glucosa y otros compuestos, el contenido de sólidos suspendidos (SS) generalmente no es demasiado alto para garantizar una tasa de eliminación de DQO superior al 85 % o 90 %. La tasa de eliminación de DQO del reactor UASB de dos etapas puede alcanzar más del 90 %.

Método UBF

Según Wenning et al., se realizó una prueba comparativa en UASB y UBF. Los resultados muestran que el UBF posee características de buena transferencia de masa y efecto de separación, diversas especies de biomasa y biológicas, alta eficiencia de procesamiento y fuerte estabilidad operativa. Biorreactor de oxígeno.

Hidrólisis y acidificación

El tanque de hidrólisis se denomina lecho de lodos hidrolizados aguas arriba (HUSB) y es un UASB modificado. En comparación con el tanque anaeróbico de proceso completo, el tanque de hidrólisis presenta las siguientes ventajas: no requiere sellado, agitación ni separador trifásico, lo que reduce costos y facilita el mantenimiento; puede degradar macromoléculas y sustancias orgánicas no biodegradables en aguas residuales en moléculas pequeñas. La materia orgánica fácilmente biodegradable mejora la biodegradabilidad del agua cruda; la reacción es rápida, el volumen del tanque es pequeño, la inversión de capital para la construcción es baja y el volumen de lodos se reduce. En los últimos años, el proceso de hidrólisis-aeróbica se ha utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas. Por ejemplo, una fábrica biofarmacéutica utiliza un proceso de acidificación hidrolítica y oxidación biológica por contacto en dos etapas para tratar aguas residuales farmacéuticas. La operación es estable y el efecto de eliminación de materia orgánica es notable. Las tasas de eliminación de DQO, DBO5, SS y SS fueron del 90,7%, 92,4% y 87,6%, respectivamente.

proceso de tratamiento combinado anaeróbico-aeróbico

Dado que el tratamiento aeróbico o anaeróbico por sí solo no puede cumplir con los requisitos, los procesos combinados como el tratamiento anaeróbico-aeróbico, la acidificación hidrolítica-aeróbico mejoran la biodegradabilidad, la resistencia al impacto, el costo de inversión y el efecto del tratamiento de las aguas residuales. Se utiliza ampliamente en la práctica de la ingeniería debido al rendimiento del método de procesamiento individual. Por ejemplo, una fábrica farmacéutica utiliza el proceso anaeróbico-aeróbico para tratar las aguas residuales farmacéuticas, la tasa de eliminación de DBO5 es del 98%, la tasa de eliminación de DQO es del 95%, y el efecto del tratamiento es estable. El proceso de microelectrólisis-hidrólisis anaeróbica-acidificación-SBR se utiliza para tratar las aguas residuales farmacéuticas sintéticas químicas. Los resultados muestran que toda la serie de procesos tiene una fuerte resistencia al impacto de los cambios en la calidad y cantidad de las aguas residuales, y la tasa de eliminación de DQO puede alcanzar del 86% al 92%, lo que es una opción de proceso ideal para el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas. – Oxidación catalítica – Proceso de oxidación por contacto. Cuando la DQO del afluente es de aproximadamente 12 000 mg/L, la DQO del efluente es inferior a 300 mg/L; la tasa de eliminación de DQO en las aguas residuales farmacéuticas biológicamente refractarias tratadas mediante el método de biopelícula-SBR puede alcanzar entre el 87,5 % y el 98,31 %, lo que es mucho mayor que el efecto de tratamiento de un solo uso del método de biopelícula y el método SBR.

Además, con el continuo desarrollo de la tecnología de membranas, la investigación sobre la aplicación de biorreactores de membrana (MBR) en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas se ha profundizado gradualmente. El MBR combina las características de la tecnología de separación por membranas y el tratamiento biológico, y presenta las ventajas de una alta carga volumétrica, gran resistencia al impacto, tamaño reducido y menor cantidad de lodos residuales. El proceso de biorreactor de membrana anaeróbico se utilizó para tratar aguas residuales farmacéuticas de cloruro ácido intermedio con una DQO de 25 000 mg/L. La tasa de eliminación de DQO del sistema se mantuvo por encima del 90 %. Por primera vez, se utilizó la capacidad de las bacterias obligadas para degradar materia orgánica específica. Los biorreactores de membrana extractivos se utilizan para tratar aguas residuales industriales que contienen 3,4-dicloroanilina. El tiempo de retención hidráulica (TRH) fue de 2 h, la tasa de eliminación alcanzó el 99 %, y se obtuvo un efecto de tratamiento ideal. A pesar del problema de la obstrucción de la membrana, con el continuo desarrollo de la tecnología de membranas, el MBR se utilizará cada vez más en el campo del tratamiento de aguas residuales farmacéuticas.

2. Proceso de tratamiento y selección de aguas residuales farmacéuticas

Las características de calidad del agua de las aguas residuales farmacéuticas hacen imposible que la mayoría de ellas se sometan únicamente a un tratamiento bioquímico, por lo que es necesario realizar un pretratamiento previo. Generalmente, se debe instalar un tanque regulador para ajustar la calidad del agua y el pH, y utilizar un método fisicoquímico o químico como proceso de pretratamiento, según la situación, para reducir los sólidos suspendidos (SS), la salinidad y parte de la demanda química de oxígeno (DQO) en el agua, disminuir las sustancias biológicamente inhibidoras en las aguas residuales y mejorar su biodegradabilidad, facilitando así el posterior tratamiento bioquímico.

Las aguas residuales pretratadas pueden tratarse mediante procesos anaeróbicos y aeróbicos según sus características de calidad. Si los requisitos del efluente son elevados, el tratamiento aeróbico debe continuar después del tratamiento anaeróbico. La selección del proceso específico debe considerar de forma integral factores como la naturaleza de las aguas residuales, el efecto del tratamiento, la inversión en infraestructura y la operación y el mantenimiento para que la tecnología sea viable y económica. La ruta del proceso completo es un proceso combinado de pretratamiento-anaeróbico-aeróbico-(postratamiento). El proceso combinado de hidrólisis-adsorción-oxidación por contacto-filtración se utiliza para tratar aguas residuales farmacéuticas que contienen insulina artificial.

3. Reciclaje y aprovechamiento de sustancias útiles en aguas residuales farmacéuticas

Promover la producción limpia en la industria farmacéutica, mejorar la tasa de utilización de materias primas, la tasa de recuperación integral de productos intermedios y subproductos, y reducir o eliminar la contaminación en el proceso de producción a través de la transformación tecnológica. Debido a la particularidad de algunos procesos de producción farmacéutica, las aguas residuales contienen una gran cantidad de materiales reciclables. Para el tratamiento de dichas aguas residuales farmacéuticas, el primer paso es fortalecer la recuperación de materiales y la utilización integral. Para aguas residuales de productos intermedios farmacéuticos con un contenido de sales de amonio de hasta 5% a 10%, se utiliza una película rascadora fija para la evaporación, concentración y cristalización para recuperar (NH4)2SO4 y NH4NO3 con una fracción de masa de aproximadamente el 30%. Utilizar como fertilizante o reutilizar. Los beneficios económicos son evidentes; una empresa farmacéutica de alta tecnología utiliza el método de purga para tratar las aguas residuales de producción con un contenido extremadamente alto de formaldehído. Después de recuperar el gas formaldehído, se puede formular en un reactivo de formalina o quemar como fuente de calor para calderas. Mediante la recuperación del formaldehído, se puede lograr un uso sostenible de los recursos y recuperar la inversión en la planta de tratamiento en un plazo de 4 a 5 años, logrando así la integración de beneficios ambientales y económicos. Sin embargo, la composición de las aguas residuales farmacéuticas es compleja, su reciclaje resulta difícil, el proceso de recuperación es complicado y el costo es elevado. Por lo tanto, una tecnología avanzada y eficiente de tratamiento integral de aguas residuales es fundamental para resolver completamente el problema de las aguas residuales.

4. Conclusión

Se han publicado numerosos informes sobre el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas. Sin embargo, debido a la diversidad de materias primas y procesos en la industria farmacéutica, la calidad de estas aguas residuales varía considerablemente. Por lo tanto, no existe un método de tratamiento maduro y unificado para las aguas residuales farmacéuticas. La elección del proceso depende de la naturaleza de las aguas residuales. Según las características de las aguas residuales, generalmente se requiere un pretratamiento para mejorar su biodegradabilidad, eliminar inicialmente los contaminantes y, posteriormente, combinarlo con un tratamiento bioquímico. En la actualidad, el desarrollo de un dispositivo de tratamiento de agua integral, económico y eficaz, constituye un problema urgente que debe resolverse.

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