製薬産業廃水は主に抗生物質製造廃水と合成医薬品製造廃水から構成されます。製薬産業廃水は主に、抗生物質製造廃水、合成医薬品製造廃水、漢方薬製造廃水、洗浄水、および各種製造工程からの洗浄廃水の4種類に分類されます。この廃水は、複雑な組成、高有機物含有量、高毒性、濃い色、高塩分含有量、特に生化学的性質の悪さ、断続的な排出といった特徴を持ち、処理が困難な産業廃水です。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. 医薬品廃水の処理方法
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、およびこれらの複合処理に大別でき、それぞれの処理方法には長所と短所がある。
物理的および化学的処理
医薬品廃水の水質特性に応じて、生化学的処理の前処理または後処理として物理化学的処理を用いる必要がある。現在用いられている物理化学的処理法としては、凝集、空気浮上、吸着、アンモニア除去、電気分解、イオン交換、膜分離などが挙げられる。
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す。漢方薬廃水に含まれる硫酸アルミニウムやポリ硫酸第二鉄などの医療廃水の前処理や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を正しく選択して添加することです。近年、凝集剤の開発方向は低分子から高分子ポリマーへ、また単一成分から複合機能化へと変化しています[3]。劉明華ら[4]は、高効率複合凝集剤F-1を用いて、pH6.5、凝集剤添加量300mg/Lの廃液のCOD、SS、色度を処理しました。除去率はそれぞれ69.7%、96.4%、87.5%でした。
空気浮上
空気浮上法は一般的に、曝気式空気浮上法、溶解式空気浮上法、化学式空気浮上法、電解式空気浮上法など、さまざまな形態があります。新昌製薬工場では、CAF渦流式空気浮上装置を使用して医薬品廃水を前処理しています。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は、活性炭、活性炭、フミン酸、吸着樹脂などです。武漢建民製薬工場では、石炭灰吸着と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%であり、BOD5/COD比が改善されたことが示されました。
膜分離
膜技術には、逆浸透、ナノろ過、繊維膜などがあり、有用な物質を回収し、有機物の排出量を削減するために使用されます。この技術の主な特徴は、装置がシンプルで操作が容易、相変化や化学変化がなく、処理効率が高く、省エネルギーであることです。Juannaらは、ナノろ過膜を使用してシナマイシン廃水を分離しました。その結果、廃水中の微生物に対するリンコマイシンの阻害効果が軽減され、シ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、簡単な操作などの利点があり、電解脱色効果も良好です。李英[8]はリボフラビン上澄液に電解前処理を行い、COD、SS、彩度の除去率はそれぞれ71%、83%、67%に達しました。
化学処理
化学的方法を用いる場合、特定の試薬を過剰に使用すると、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、設計前に適切な実験的研究を行う必要があります。化学的方法には、鉄炭素法、化学的酸化還元法（フェントン試薬、H2O2、O3）、深層酸化技術などがあります。
鉄炭法
工業的な運用では、医薬品廃水の前処理ステップとして Fe-C を使用すると、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。Lou Maoxing 氏は、エリスロマイシンやシプロフロキサシンなどの医薬品中間体の廃水処理に、鉄-マイクロ電気分解-嫌気性-好気性-空気浮上複合処理を使用しています。鉄と炭素で処理した後の COD 除去率は 20% であり、最終排水は国家一級基準の「総合排水排出基準」（GB8978-1996）に適合しています。
フェントン試薬の処理
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分解性有機物を効果的に除去できます。研究が進むにつれて、紫外線（UV）、シュウ酸塩（C2O42-）などがフェントン試薬に導入され、酸化能力が大幅に向上しました。TiO2を触媒として、9Wの低圧水銀ランプを光源として、医薬品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除去率も高めることができます。例えば、バルシオグルなどの3種類の抗生物質廃水をオゾン酸化処理したところ、廃水のオゾン処理によってBOD5/COD比が向上しただけでなく、COD除去率も75%以上となりました。
酸化技術
高度酸化技術としても知られるこの技術は、電気化学酸化、湿式酸化、超臨界水酸化、光触媒酸化、超音波分解など、現代の光、電気、音、磁気、材料などの類似分野の最新の研究成果を統合したものです。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という利点があり、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すると、有機物の超音波処理はより直接的で、必要な装置も少なくて済みます。新しいタイプの処理として、ますます注目を集めています。Xiao Guangquan ら [13] は、超音波好気性生物接触法を使用して医薬品廃水を処理しました。超音波処理は 60 秒間、出力は 200 W で行われ、廃水の総 COD 除去率は 96% でした。
生化学的処理
生化学的処理技術は、好気性生物処理法、嫌気性生物処理法、および好気性・嫌気性複合処理法を含む、広く用いられている医薬品廃水処理技術である。
好気性生物処理
医薬品廃水の大部分は高濃度の有機廃水であるため、好気性生物処理中に原液を希釈することが一般的に必要となる。そのため、電力消費量が多く、廃水を生物化学的に処理することは可能だが、生物化学的処理後、基準値まで直接放流することは困難である。したがって、好気性処理のみを使用する場合、利用できる処理方法は少なく、一般的に前処理が必要となる。一般的に使用される好気性生物処理方法には、活性汚泥法、深井戸曝気法、吸着生物分解法（AB法）、接触酸化法、シーケンシングバッチバッチ活性汚泥法（SBR法）、循環活性汚泥法（CASS法）などがある。
深井戸曝気法
深井戸曝気は高速活性汚泥システムです。この方法は、酸素利用率が高く、設置面積が小さく、処理効果が高く、投資額が少なく、運転コストが低く、汚泥の膨張がなく、汚泥の発生量が少ないという特徴があります。さらに、断熱効果が高く、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。東北製薬工場の高濃度有機廃水を深井戸曝気槽で生化学的に処理したところ、COD除去率は92.7%に達しました。処理効率が非常に高いことがわかり、これは次の処理に非常に有利です。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す。AB法によるBOD5、COD、SS、リン、アンモニア態窒素の除去率は、一般的に従来の活性汚泥法よりも高いです。その優れた利点は、Aセクションの高負荷、強力な耐ショック負荷能力、pH値と有害物質に対する大きな緩衝効果です。特に、高濃度で水質と水量が大きく変化する下水の処理に適しています。楊俊士らの方法は、加水分解酸性化-AB生物学的方法を使用し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、エネルギーを節約でき、同様の廃水の化学凝集-生物学的処理方法よりも処理コストが低くなっています。
生物学的接触酸化
この技術は活性汚泥法とバイオフィルム法の利点を組み合わせたもので、高負荷処理、低汚泥発生量、高い耐衝撃性、安定したプロセス運転、そして管理の容易さといった利点を有しています。多くのプロジェクトでは、異なる段階で優勢菌株を馴化させ、異なる微生物群集間の相乗効果を最大限に引き出し、生化学的効果と耐衝撃性を向上させることを目的とした二段階法を採用しています。工学的には、嫌気性消化と酸性化が前処理段階としてよく用いられ、接触酸化プロセスが医薬品廃水の処理に用いられています。ハルビン北製薬工場では、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品廃水を処理しています。運転結果は、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。プロセス技術の成熟に伴い、応用分野もより広範になっています。
SBR法
SBR法は、衝撃負荷に対する耐性が強く、汚泥活性が高く、構造が単純で、逆流が不要で、操作が柔軟で、設置面積が小さく、投資額が少なく、運転が安定しており、基質除去率が高く、脱窒とリン除去が良好であるという利点があります。変動する廃水。SBRプロセスによる医薬品廃水の処理に関する実験では、曝気時間が処理効果に大きな影響を与えることが示されています。嫌気セクションの設定、特に嫌気性と好気性の繰り返し設計により、処理効果を大幅に向上させることができます。SBR強化処理プロセスは、PAC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成度が高まり、医薬品廃水の処理に広く使用されています。
嫌気性生物処理
現在、国内外における高濃度有機廃水の処理は主に嫌気性処理法に基づいているが、個別の嫌気性処理法による処理後も排水のCODは比較的高く、一般的に後処理（好気性生物処理など）が必要となる。現状では、高効率嫌気性リアクターの開発と設計を強化し、運転条件について詳細な研究を行う必要がある。医薬品廃水処理において最も成功している応用例は、上向流嫌気性汚泥床（UASB）、嫌気性複合床（UBF）、嫌気性バッフルリアクター（ABR）、加水分解などである。
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、水力滞留時間が短く、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含有量はそれほど高くなく、COD除去率が85%～90%以上になるようにします。2段直列UASBのCOD除去率は90%以上に達することができます。
UBF法
WenningらによるUASBとUBFの比較試験を実施した結果、UBFは良好な物質移動と分離効果、多様なバイオマスと生物種、高い処理効率、および強力な運転安定性という特徴を有することが示された。酸素バイオリアクター。
加水分解と酸性化
加水分解槽は、加水分解上流汚泥床（HUSB）と呼ばれ、改良型UASBです。全工程嫌気性槽と比較して、加水分解槽には次のような利点があります。密閉や攪拌、三相分離器が不要で、コスト削減とメンテナンスの容易化が図られます。下水中の高分子や非生分解性有機物を小分子に分解できます。生分解しやすい有機物は、原水の生分解性を向上させます。反応が速く、槽の容積が小さく、設備投資が少なく、汚泥量も削減されます。近年、加水分解好気性プロセスは、医薬品廃水の処理に広く使用されています。例えば、あるバイオ医薬品工場では、加水分解酸性化-2段階生物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。運転は安定しており、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%であった。
嫌気性・好気性複合処理プロセス
好気性処理または嫌気性処理だけでは要求を満たせないため、嫌気性-好気性、加水分解酸性化-好気性処理などの複合プロセスにより、廃水の生分解性、耐衝撃性、投資コスト、処理効果が向上します。単一処理方法の性能により、工学的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。化学合成医薬品廃水の処理には、マイクロ電気分解-嫌気性加水分解-酸性化-SBRプロセスが使用されています。結果は、一連のプロセス全体が廃水の水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%から92%に達することができ、医薬品廃水処理の理想的なプロセス選択であることを示しています。 – 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未満であり、バイオフィルム-SBR法で処理された生物学的に難分解性の医薬品廃水のCOD除去率は87.5%～98.31%に達し、バイオフィルム法とSBR法の単独使用処理効果よりもはるかに高い。
さらに、膜技術の継続的な発展に伴い、医薬品廃水処理における膜バイオリアクター（MBR）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性を組み合わせ、高容量負荷、強い耐衝撃性、小さな設置面積、少ない残留スラッジといった利点があります。嫌気性膜バイオリアクタープロセスは、CODが25,000 mg/Lの医薬品中間体酸性塩化物廃水の処理に使用されました。システムのCOD除去率は90%以上を維持しています。偏性細菌の特定有機物を分解する能力が初めて利用されました。抽出膜バイオリアクターは、3,4-ジクロロアニリンを含む工業廃水の処理に使用されています。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。膜の汚染の問題はありますが、膜技術の継続的な発展に伴い、MBRは医薬品廃水処理の分野でより広く使用されるようになるでしょう。
2. 医薬品廃水の処理プロセスと選定
医薬品廃水の水質特性上、ほとんどの医薬品廃水は単独では生化学処理を行うことが不可能であるため、生化学処理の前に必要な前処理を実施する必要があります。一般的に、水質とpH値を調整するための調整槽を設置し、実際の状況に応じて物理化学的または化学的方法を前処理プロセスとして使用して、水中のSS、塩分、および一部のCOD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、その後の廃水の生化学処理を容易にする必要があります。
前処理された廃水は、その水質特性に応じて嫌気性および好気性プロセスで処理できます。排水の要求水準が高い場合は、好気性処理プロセスの後に好気性処理プロセスを継続する必要があります。具体的なプロセスの選択は、廃水の性質、プロセスの処理効果、インフラへの投資、および技術の実現可能性と経済性を確保するための運転と保守などの要素を総合的に考慮する必要があります。全体のプロセス経路は、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品廃水の処理に使用されます。
3．医薬品廃水中の有用物質のリサイクルと利用
医薬品業界におけるクリーン生産を促進し、原料の利用率、中間製品および副産物の総合回収率を向上させ、技術変革を通じて生産工程における汚染を削減または排除する。一部の医薬品製造工程の特殊性により、廃水には大量のリサイクル可能な物質が含まれている。このような医薬品廃水の処理では、まず物質回収と総合利用を強化する必要がある。アンモニウム塩含有量が5～10%にも達する医薬品中間廃水に対しては、固定ワイパーフィルムを使用して蒸発、濃縮、結晶化を行い、質量分率が約30%の(NH4)2SO4とNH4NO3を回収する。肥料として利用したり、再利用したりする。経済的なメリットは明らかである。ハイテク製薬会社は、極めて高濃度のホルムアルデヒドを含む製造廃水を処理するためにパージ法を使用している。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る。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が実現し、処理施設の投資コストを4～5年以内に回収できるため、環境上のメリットと経済的なメリットの両立が可能になります。しかし、一般的な医薬品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。したがって、高度で効率的な総合的な下水処理技術こそが、下水問題を完全に解決するための鍵となります。
4. 結論
医薬品廃水の処理に関する報告は数多くありますが、医薬品業界では原料や製造工程が多岐にわたるため、廃水の水質も大きく異なります。そのため、医薬品廃水に対する確立された統一的な処理方法は存在しません。どの処理方法を選択するかは、廃水の性質によって異なります。廃水の特性に応じて、一般的には前処理によって廃水の生分解性を向上させ、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ります。現在、経済的かつ効果的な複合型水処理装置の開発は、解決すべき喫緊の課題となっています。
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Baiduからの抜粋。
投稿日時：2022年8月15日