製薬業界の廃水は、主に抗生物質製造廃水と合成薬物製造廃水を含みます。製薬業界の廃水は、抗生物質製造廃水、合成薬物製造廃水、漢方薬製造廃水、洗浄水、各種製剤工程の洗浄廃水の4種類に分けられます。これらの廃水は、組成が複雑で、有機物含有量が高く、毒性が高く、色が濃く、塩分濃度が高く、特に生化学特性が悪く、排出が断続的であるという特徴があり、処理が難しい産業廃水です。我が国の製薬産業の発展に伴い、製薬廃水は徐々に重要な汚染源の一つとなっています。
1. 製薬廃水の処理方法
医薬品廃水の処理方法は、物理化学処理、化学処理、生化学処理、およびさまざまな方法の組み合わせ処理にまとめられ、各処理方法にはそれぞれ長所と短所があります。
物理的および化学的処理
医薬廃水の水質特性に応じて、生化学処理の前処理または後処理として物理化学処理を施す必要があります。現在使用されている物理化学処理法には、主に凝集法、空気浮上法、吸着法、アンモニア除去法、電気分解法、イオン交換法、膜分離法などがあります。
凝固
この技術は国内外で広く使用されている水処理方法で、漢方廃水に含まれる硫酸アルミニウムやポリ硫酸鉄などの医療廃水の前処理と後処理に広く使用されています。効率的な凝集処理の鍵は、優れた性能を持つ凝集剤の正しい選択と添加です。近年、凝集剤の開発方向は、低分子から高分子ポリマーへ、単一成分から複合機能化へと変化しています[3]。Liu Minghuaら[4]は、pH 6.5、凝集剤投与量300 mg / Lの廃液のCOD、SS、色度を高効率複合凝集剤F-1で処理しました。除去率はそれぞれ69.7％、96.4％、87.5％でした。
空気浮上
空気浮上法には、一般的に曝気浮上法、溶解浮上法、化学浮上法、電解浮上法など様々な形式があります。新昌製薬工場では、CAF渦流浮上装置を用いて製薬廃水の前処理を行っています。適切な薬品を使用することで、CODの平均除去率は約25%です。
吸着法
一般的に使用される吸着剤としては、活性炭、活性炭、フミン酸、吸着樹脂などがあります。武漢建民製薬工場では、石炭灰吸着-二次好気性生物処理プロセスを用いて廃水を処理しています。その結果、吸着前処理のCOD除去率は41.1%となり、BOD5/COD比が改善されました。
膜分離
膜技術には、逆浸透膜、ナノ濾過膜、繊維膜などがあり、有用物質の回収と有機物排出量の削減に活用されています。これらの技術の主な特徴は、設備がシンプルで操作が簡便、相変化や化学変化が起こらない、処理効率が高く省エネである、などです。Juannaらは、ナノ濾過膜を用いてシンナマイシン廃水を分離しました。その結果、リンコマイシンによる廃水中の微生物に対する阻害効果が低減し、シンナマイシンが回収されることが分かりました。
電解
この方法は、高効率、操作が簡単などの利点があり、電解脱色効果も良好である。Li Ying [8]はリボフラビン上澄み液に電解前処理を施し、COD、SS、彩度の除去率はそれぞれ71%、83%、67%に達した。
化学処理
化学的手法を用いる場合、特定の試薬の過剰使用は水域の二次汚染を引き起こす可能性があります。そのため、設計前に関連する実験研究を実施する必要があります。化学的手法には、鉄炭素法、化学的酸化還元法（フェントン試薬、H2O2、O3）、深酸化技術などがあります。
鉄炭素法
実際の操業では、医薬廃水の前処理にFe-Cを用いると、排水の生分解性が大幅に向上することが示されています。楼茂興は、エリスロマイシンやシプロフロキサシンなどの医薬中間体の廃水処理に、鉄-マイクロ電解-嫌気-好気-空気浮上法の複合処理を採用しています。鉄と炭素による処理後のCOD除去率は20%で、最終排水は国家一級基準「総合排水排出基準」（GB8978-1996）に適合しています。
フェントン試薬処理
第一鉄塩とH2O2の組み合わせはフェントン試薬と呼ばれ、従来の廃水処理技術では除去できない難治性有機物を効果的に除去できます。研究の深化に伴い、フェントン試薬に紫外線（UV）、シュウ酸塩（C2O42-）などが導入され、酸化能力が大幅に向上しました。TiO2を触媒とし、9W低圧水銀ランプを光源として、製薬廃水をフェントン試薬で処理したところ、脱色率は100％、COD除去率は92.3％、ニトロベンゼン化合物は8.05mg/Lから0.41mg/Lに減少しました。
酸化
この方法は、廃水の生分解性を向上させ、COD除去率を向上させることができます。例えば、バルチョグルなどの3種類の抗生物質廃水をオゾン酸化処理しました。その結果、廃水のオゾン処理によりBOD5/COD比が向上しただけでなく、COD除去率も75%を超えることが示されました。
酸化技術
先進酸化技術とも呼ばれ、現代の光、電気、音、磁気、材料などの最新の研究成果を結集したもので、電気化学的酸化、湿式酸化、超臨界水酸化、光触媒酸化、超音波分解などが含まれています。その中でも、紫外線光触媒酸化技術は、新規性、高効率、廃水に対する選択性がないなどの利点があり、特に不飽和炭化水素の分解に適しています。紫外線、加熱、圧力などの処理方法と比較して、有機物の超音波処理はより直接的で、必要な設備が少なくて済みます。新しいタイプの処理として、ますます注目されています。Xiao Guangquan et al。[13]は、超音波-好気性生物接触法を使用して製薬廃水を処理しました。超音波処理は60秒間行われ、電力は200 Wで、廃水の総COD除去率は96％でした。
生化学的治療
生化学的処理技術は、好気性生物学的方法、嫌気性生物学的方法、好気性嫌気性複合法など、広く使用されている医薬品廃水処理技術です。
好気性生物処理
医薬廃水の大部分は高濃度の有機廃水であるため、一般的に好気性生物処理中に原液を希釈する必要がある。そのため、消費電力が大きく、廃水を生化学的に処理することができ、生化学的処理後、基準まで直接排出することが困難である。そのため、好気性生物処理のみで利用できる処理方法が少なく、一般的な前処理が必要である。一般的に使用されている好気性生物処理法には、活性汚泥法、深井戸曝気法、吸着分解法（AB法）、接触酸化法、逐次回分活性汚泥法（SBR法）、循環活性汚泥法などがある。（CASS法）など。
深井戸曝気法
深井戸曝気槽は高速活性汚泥システムであり、酸素利用率が高く、床面積が小さく、処理効果が良好で、投資額が少なく、運転コストが低く、汚泥のバルキングがなく、汚泥発生量が少ないという特徴があります。また、断熱効果も良好で、処理が気候条件の影響を受けないため、北部地域の冬季下水処理の効果を確保できます。東北製薬工場から排出される高濃度有機性廃水を深井戸曝気槽で生化学的に処理した結果、COD除去率は92.7%に達しました。処理効率が非常に高く、次の処理に非常に有益であることが分かります。決定的な役割を果たします。
AB法
AB法は超高負荷活性汚泥法であり、BOD5、COD、SS、リン、アンモニア性窒素の除去率は、従来の活性汚泥法よりも一般的に高い。その顕著な利点は、Aセクションの高負荷、強力な耐衝撃負荷能力、pH値と毒性物質に対する大きな緩衝効果である。特に、高濃度で水質と水量の変化が大きい汚水の処理に適している。楊俊士らの方法は、加水分解酸性化-AB生物学的方法を用いて抗生物質廃水を処理するもので、プロセスフローが短く、省エネであり、同様の廃水に対する化学凝集-生物学的処理方法よりも処理コストが低い。
生物学的接触酸化
この技術は活性汚泥法と生物膜法の利点を融合させ、容積負荷が高く、汚泥生成量が少なく、耐衝撃性が強く、プロセス操作が安定しており、管理が便利などの利点があります。多くのプロジェクトでは二段階法を採用し、段階的に優勢株を馴化させ、異なる微生物群間の相乗効果を十分に発揮させ、生化学効果と耐衝撃性を向上させることを目指しています。工学分野では、嫌気性消化と酸性化は前処理段階としてよく使用され、接触酸化プロセスは医薬廃水の処理に用いられています。ハルビン北方医薬工場は、加水分解酸性化-二段階生物学的接触酸化プロセスを採用して医薬廃水を処理しています。運用結果は、処理効果が安定しており、プロセスの組み合わせが合理的であることを示しています。プロセス技術の漸進的な成熟に伴い、応用分野もより広がっています。
SBR法
SBR法は、衝撃荷重耐性が強く、汚泥活性が高く、構造が簡単で、逆流が不要で、操作が柔軟で、設置面積が小さく、投資が少なく、操作が安定していて、基質除去率が高く、脱窒とリンの除去が優れているなどの利点があります。 。変動廃水。SBRプロセスによる医薬廃水の処理に関する実験では、曝気時間がプロセスの処理効果に大きな影響を与えていることが示されています。無酸素セクションの設定、特に嫌気と好気の繰り返し設計は、処理効果を大幅に向上させることができます。SBR強化PAC処理プロセスは、システムの除去効果を大幅に向上させることができます。近年、このプロセスはますます完璧になり、医薬廃水の処理に広く使用されています。
嫌気性生物学的処理
現在、国内外の高濃度有機廃水処理は主に嫌気性法に基づいていますが、別途嫌気性法で処理した後も排出水のCODは依然として比較的高く、一般的に後処理（好気性生物処理など）が必要です。現在、高効率嫌気性反応器の開発・設計、および運転条件の徹底的な研究を強化する必要があります。製薬廃水処理における最も成功した応用は、上向流嫌気性汚泥床（UASB）、嫌気性複合床（UBF）、嫌気性バッフル反応器（ABR）、加水分解などです。
UASB法
UASBリアクターは、嫌気性消化効率が高く、構造がシンプルで、水力学的滞留時間が短く、別途汚泥返送装置が不要という利点があります。カナマイシン、クロリン、VC、SD、グルコースなどの医薬品製造廃水の処理にUASBを使用する場合、通常、SS含有量が高すぎないため、COD除去率は85％～90％以上を確保できます。二段式UASBシリーズでは、COD除去率は90％以上に達する可能性があります。
UBF法
Wenningらは、UASBとUBFの比較試験を実施しました。その結果、UBFは優れた物質移動・分離効果、多様なバイオマス・生物種への対応、高い処理効率、そして強力な運転安定性といった特徴を備えていることが示されました。酸素バイオリアクター。
加水分解と酸性化
加水分解槽はHUSB（Hydrolyzed Upstream Sludge Bed）と呼ばれ、改良型UASBです。全工程嫌気槽と比較して、加水分解槽には以下の利点があります。密閉、撹拌、三相分離器が不要なため、コストが削減され、メンテナンスが容易です。下水中の高分子と難分解性有機物を小分子に分解できます。易分解性有機物は原水の生分解性を向上させます。反応が速く、槽容積が小さく、設備投資が少なく、汚泥量が削減されます。近年、加水分解-好気プロセスは医薬品廃水処理に広く使用されています。例えば、バイオ医薬品工場では、加水分解酸性化-二段生物学的接触酸化プロセスを使用して医薬品廃水を処理しています。操作は安定しており、有機物除去効果は顕著です。 COD、BOD5 SS、SSの除去率はそれぞれ90.7%、92.4%、87.6%でした。
嫌気好気複合処理プロセス
好気性処理や嫌気性処理だけでは要求を満たすことができないため、嫌気性好気性、加水分解酸性化好気性処理などの組み合わせプロセスは、廃水の生分解性、耐衝撃性、投資コスト、および処理効果を改善します。単一の処理方法の性能のため、エンジニアリングの実践で広く使用されています。たとえば、製薬工場では嫌気性好気性プロセスを使用して医薬品廃水を処理しており、BOD5除去率は98％、COD除去率は95％で、処理効果は安定しています。マイクロ電気分解-嫌気性加水分解-酸性化-SBRプロセスは、化学合成医薬品廃水の処理に使用されます。結果は、一連のプロセス全体が廃水の品質と量の変化に対して強い耐衝撃性を持ち、COD除去率は86％〜92％に達する可能性があることを示しており、これは医薬品廃水処理に理想的なプロセス選択です。 – 触媒酸化 – 接触酸化プロセス。流入水の COD が約 12,000 mg/L の場合、流出水の COD は 300 mg/L 未満です。バイオフィルム SBR 法で処理した生物学的に難分解性の製薬廃水の COD 除去率は 87.5% ～ 98.31% に達し、バイオフィルム法と SBR 法の単独処理効果よりもはるかに高くなります。
さらに、膜技術の継続的な発展に伴い、膜分離活性汚泥法（MBR）の医薬廃水処理への応用研究が徐々に深まっています。MBRは膜分離技術と生物処理の特徴を併せ持ち、容積負荷が高く、耐衝撃性が強く、設置面積が小さく、残留スラッジが少ないなどの利点があります。嫌気性膜分離活性汚泥法を用いて、COD25,000 mg/Lの医薬中間体酸塩化物廃水を処理しました。システムのCOD除去率は90％以上を維持しています。初めて、偏性細菌の特定の有機物を分解する能力を利用しました。抽出膜分離活性汚泥法は、3,4-ジクロロアニリンを含む産業廃水の処理に使用され、HRTは2時間で、除去率は99％に達し、理想的な処理効果が得られました。膜ファウリングの問題にもかかわらず、膜技術の継続的な発展により、MBRは医薬廃水処理分野でより広く使用されるようになるでしょう。
2. 製薬廃水の処理プロセスと選択
医薬廃水の水質特性上、ほとんどの医薬廃水は単独では生化学処理が不可能であるため、生化学処理を行う前に必要な前処理を実施する必要があります。一般的には、調整槽を設置して水質とpH値を調整し、実際の状況に応じて物理化学的または化学的手法を用いて前処理を行い、水中のSS、塩分、およびCODの一部を低減し、廃水中の生物阻害物質を低減し、廃水の分解性を向上させます。これにより、その後の廃水の生化学処理が容易になります。
前処理された廃水は、その水質特性に応じて嫌気性処理と好気性処理の2つの処理方法があります。処理水の要求量が高い場合は、好気性処理後に好気性処理を継続する必要があります。具体的な処理方法の選択は、廃水の性質、処理効果、インフラ投資、運転・保守などの要素を総合的に考慮し、技術の実現可能性と経済性を確保する必要があります。全体の処理ルートは、前処理→嫌気性→好気性→（後処理）の複合プロセスです。加水分解吸着→接触酸化→ろ過の複合プロセスは、人工インスリンを含む総合的な医薬廃水の処理に用いられます。
3. 製薬廃水中の有用物質のリサイクルと利用
医薬産業におけるクリーン生産を推進し、原材料の利用率、中間製品・副産物の総合回収率を向上させ、技術革新を通じて生産プロセスにおける汚染を削減・撲滅します。一部の医薬生産プロセスの特殊性により、廃水には大量のリサイクル可能な物質が含まれています。このような医薬廃水の処理においては、まず物質回収と総合利用を強化することが第一です。アンモニウム塩含有量が5～10%にも達する医薬中間体廃水については、固定ワイパー膜を用いて蒸発濃縮・結晶化を行い、質量分率約30%の(NH4)2SO4とNH4NO3を回収します。これらの物質は肥料として利用したり、再利用したりできます。経済効果は明らかで、あるハイテク製薬会社は、パージ法を用いてホルムアルデヒド含有量が非常に高い生産廃水を処理しています。回収されたホルムアルデヒドガスは、ホルマリン試薬に配合したり、ボイラーの熱源として燃焼させたりすることができます。ホルムアルデヒドの回収を通じて、資源の持続可能な利用を実現し、処理場の投資コストを4～5年で回収することで、環境効果と経済効果の両立を実現します。しかし、一般的な医薬廃水の組成は複雑で、リサイクルが難しく、回収プロセスも複雑で、コストも高額です。そのため、高度で効率的な総合的な下水処理技術が、下水問題を根本的に解決する鍵となります。
4 結論
医薬廃水処理については多くの報告がなされているが、医薬業界における原材料やプロセスの多様性により、廃水質は大きく異なっている。そのため、医薬廃水に対する成熟した統一的な処理方法は未だ存在しない。どの処理ルートを選択するかは、廃水の性質によって異なる。廃水の特性に応じて、一般的には前処理を行い、廃水の生分解性を高め、まず汚染物質を除去し、その後生化学的処理と組み合わせる必要がある。現在、経済的かつ効果的な複合水処理装置の開発は、喫緊の課題となっている。
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Baiduより抜粋。
投稿日時: 2022年8月15日