2026-01-10
В условиях бурного развития фармацевтической промышленности производство фармацевтического сырья и промежуточных продуктов приобретает все большее значение. Согласно аналитическому отчету, опубликованному Market Research Online, объем рынка фармацевтических промежуточных продуктов в Китае постоянно растет, и ожидается, что к 2025 году он достигнет 149,32 млрд юаней. В процессе быстрого развития отрасли очистка производственных сточных вод стала предметом пристального внимания. Давайте рассмотрим особенности очистки сточных вод в производстве фармацевтического сырья и промежуточных продуктов.
I. Производственные процессы фармацевтического сырья и промежуточных продуктов
01 Метод химического синтеза
Метод химического синтеза включает в себя серию точных химических реакций, постепенно преобразующих простое сырье в сложные фармацевтические промежуточные продукты или сырье. Этот процесс требует строгого контроля таких параметров, как температура, давление и время реакции. Например, для синтеза определенного органического соединения исследователи разрабатывают многоступенчатые реакции, каждая из которых требует точных условий проведения. В реакторе сырье преобразуется в соответствии с заранее определенным путем реакции под действием определенного катализатора. Этот процесс подобен строительству сложного химического здания; каждый «кирпич» (сырье) должен быть точно помещен в нужное место для создания конечного продукта.
02 Метод ферментации
Ферментация использует замечательные метаболические процессы микроорганизмов для производства фармацевтических препаратов. Специфические микроорганизмы процветают в тщательно разработанных культуральных средах, одновременно производя необходимые фармацевтические промежуточные продукты или сырье. Процесс ферментации подобен грандиозному представлению в микроскопическом мире; такие условия, как температура, pH и уровень растворенного кислорода, действуют как сценическое освещение и звук, требуя строгого контроля, чтобы микроорганизмы могли полностью раскрыть свои «таланты». Исследователи внимательно следят за различными параметрами во время ферментации, корректируя их по мере необходимости для обеспечения нормального роста и метаболизма микроорганизмов, тем самым получая высококачественные продукты.
03 Метод экстракции
Метод экстракции в основном включает в себя извлечение активных ингредиентов из натуральных продуктов в качестве фармацевтического сырья или промежуточных продуктов. Природа подобна огромной сокровищнице, ожидающей, когда мы откроем ее богатства. Например, для извлечения лекарственных компонентов из растений сначала необходимо выбрать подходящее растительное сырье, а затем пройти ряд этапов, таких как экстракция растворителем, разделение и очистка для удаления примесей и получения продукта высокой чистоты. Этот процесс подобен кропотливому поиску золота, требующему терпения и мастерства, чтобы найти драгоценное «золото» среди многочисленных примесей.
II. Этапы, приводящие к загрязнению
01. Этап предварительной обработки сырья
На этом этапе могут образовываться твердые отходы, такие как пыль и остатки, а также сточные воды, содержащие примеси. Например, во время промывки сырья вода может содержать грязь и примеси, образуя сточные воды, содержащие определенные загрязняющие вещества. Кроме того, такие операции, как измельчение и просеивание сырья, также могут образовывать пыль, которая, если ее не очистить, загрязнит окружающую среду.
02. Этап химической реакции
Это один из основных этапов, приводящих к загрязнению. В процессе реакции могут образовываться непрореагировавшие сырьевые материалы, побочные продукты и катализаторы, которые, вероятно, попадут в систему сточных вод. Одновременно с этим, химические реакции могут также производить отходящие газы, такие как летучие органические соединения. В реакционном сосуде взаимодействуют различные химические вещества; хотя цель состоит в получении желаемого продукта, некоторые нежелательные побочные продукты неизбежны. Если эти побочные продукты не будут должным образом обработаны, они станут нагрузкой на окружающую среду.
03. Этап разделения и очистки
Такие операции, как кристаллизация, фильтрация и экстракция, также образуют сточные воды, содержащие остаточные продукты и растворители. Во время кристаллизации растворенное вещество в растворе постепенно выпадает в осадок с образованием кристаллов, но некоторое количество остаточного растворенного вещества и растворителя остается в маточном растворе. Хотя фильтрация удаляет твердые примеси, она также образует фильтрат, содержащий определенную концентрацию органических веществ. Органические растворители, используемые при экстракции, также могут загрязнять систему очистки сточных вод. Кроме того, процессы очистки оборудования и промывки цеха также образуют определенное количество сточных вод.
III. Характеристики сточных вод
01 Сложный состав
Сточные воды от производства фармацевтического сырья и промежуточных продуктов обычно содержат различные органические соединения, такие как ароматические соединения, гетероциклические соединения и органические растворители, а также могут содержать неорганические вещества, такие как ионы и соли тяжелых металлов. Эти компоненты имеют различные источники: некоторые поступают из самого сырья, некоторые являются побочными продуктами, образующимися в процессе реакции, а другие — растворителями, используемыми в процессах разделения и очистки. Например, некоторые ароматические соединения имеют сильный, резкий запах и представляют потенциальную опасность для здоровья человека и окружающей среды. Гетероциклические соединения имеют сложную структуру и трудно разлагаются, что представляет собой серьезную проблему для очистки сточных вод. Ионы тяжелых металлов, такие как ртуть, свинец и кадмий, при попадании в водоемы могут вызывать серьезную токсичность для водных организмов.
02 Высокая концентрация
Сточные воды часто имеют высокие концентрации как органических, так и неорганических веществ, особенно стойких органических соединений, таких как антибиотики и гормоны, которые представляют значительную экологическую опасность. Высокие концентрации означают повышенную сложность очистки, требуя более мощных процессов очистки. Например, сточные воды, содержащие антибиотики, не только содержат высокие концентрации органических веществ, но и могут содержать остаточные антибиотики, которые могут подавлять микроорганизмы и влиять на эффективность биологической очистки.
03 Высокая токсичность
Некоторые фармацевтические сырье и промежуточные продукты токсичны, и, соответственно, сточные воды, используемые для их производства, также токсичны. Прямой сброс этих сточных вод без очистки может нанести серьезный вред водной флоре и фауне и экологической среде. Например, некоторые токсичные промежуточные продукты могут влиять на рост, развитие и размножение водных организмов, даже приводя к смерти. Кроме того, эти сточные воды могут передаваться по пищевой цепи, в конечном итоге угрожая здоровью человека.
04 Низкая биоразлагаемость
Из-за большого количества стойких органических веществ в сточных водах их биоразлагаемость низка, что делает традиционные методы биологической очистки неэффективными. Стойкие органические вещества обычно обладают сложной структурой и стабильными химическими свойствами, что затрудняет их разложение микроорганизмами. Например, некоторые хлорированные органические соединения и полициклические ароматические углеводороды трудно разлагаются микроорганизмами даже в аэробных условиях.
IV. Процесс очистки
01 Предварительная очистка
Предварительная очистка играет решающую роль в очистке сточных вод от фармацевтического сырья и промежуточных продуктов. Она представляет собой тщательный «подготовительный этап», закладывающий прочную основу для последующих процессов очистки. Ее основная цель — удаление взвешенных частиц, снижение токсичности и улучшение биоразлагаемости сточных вод.
1.1 Решетчатый фильтр: Решетчатый фильтр действует как строгий «привратник», отвечающий за перехват крупных взвешенных частиц в сточных водах. Он функционирует как прочное сито, блокируя более крупные примеси, такие как ветки, листья и фрагменты пластика, предотвращая их попадание в последующее очистное оборудование и предотвращая засоры и повреждения. Эта простая, но эффективная операция обеспечивает первоначальную гарантию бесперебойной работы последующих процессов очистки, гарантируя, что сточные воды могут беспрепятственно поступать на следующий этап очистки.
1.2 Осаждение: Процесс осаждения в полной мере использует магическую силу гравитации, позволяя твердым частицам в сточных водах оседать естественным образом. В отстойнике скорость потока сточных вод постепенно замедляется, подобно пешеходу, замедляющему шаг. В это время твердые частицы под действием силы тяжести медленно опускаются на дно резервуара, постепенно накапливаясь и образуя осадок. Благодаря осаждению удаляется большая часть взвешенных твердых частиц и часть органических веществ из сточных вод, что значительно снижает нагрузку на последующие процессы очистки, облегчая «битву» и делая процесс очистки проще и эффективнее.
1.3 Аэрационная флотация: Технология аэрофлотации — это волшебное представление, использующее микропузырьки для умелой адсорбции взвешенных твердых частиц и маслянистых веществ из сточных вод на поверхности воды. Эти микропузырьки действуют как крошечные «ручки», крепко удерживая взвешенные твердые частицы и маслянистые вещества, предотвращая их выпадение. Затем скребок легко удаляет примеси, накопившиеся на поверхности воды. Технология воздушной флотации превосходно удаляет мелкие частицы и маслянистые вещества из сточных вод, значительно улучшая их прозрачность и биоразлагаемость. Это создает более благоприятные условия для последующей биологической очистки, обеспечивая микроорганизмам более чистую и подходящую рабочую среду.
1.4 Нейтрализация: Процесс нейтрализации является важнейшим этапом регулирования pH сточных вод для достижения идеального диапазона для биологической очистки. pH сточных вод от фармацевтического сырья и промежуточных продуктов часто сильно колеблется, иногда кислый, а иногда щелочной. Кислые сточные воды обладают высокой коррозионной активностью, действуя как невидимый убийца, который незаметно разрушает очистное оборудование и сокращает срок его службы; щелочные сточные воды, с другой стороны, действуют как разрушительная сила, влияя на рост и метаболизм микроорганизмов и препятствуя процессу очистки. Поэтому необходимо точно регулировать pH сточных вод путем добавления кислоты или щелочи, заставляя их вести себя как прирученный «ягненок», послушно достигая нейтрального или близкого к нейтральному уровня. Это обеспечивает благоприятную кислотно-щелочную среду для последующей биологической очистки, гарантируя, что микроорганизмы смогут эффективно «проявлять свои навыки» в комфортных условиях, эффективно разлагая органические вещества в сточных водах.
02 Биологическая очистка
Биологическая очистка использует метаболическую активность микроорганизмов для преобразования органических веществ в сточных водах в безвредные вещества.
2.1 Процесс активного ила: Процесс активного ила — распространенный метод биологической очистки. Он предполагает культивирование и акклиматизацию микроорганизмов в активном иле, что позволяет им разлагать органические вещества в сточных водах. В аэрационном резервуаре сточные воды и активный ил тщательно перемешиваются, и микроорганизмы разлагают органические вещества на безвредные вещества, такие как углекислый газ, вода и неорганические соли, в аэробных условиях. Процесс активного ила имеет такие преимущества, как хороший эффект очистки и стабильная работа, но также имеет проблемы, такие как вспучивание и потеря ила, что требует усиления управления и контроля.
2.2 Биопленочный процесс: Биопленочный процесс использует биопленку, образованную микроорганизмами на поверхности твердого носителя, для очистки сточных вод. Когда сточные воды протекают через биопленку, органические вещества адсорбируются и разлагаются микроорганизмами внутри биопленки. Биопленочный метод имеет такие преимущества, как устойчивость к ударным нагрузкам и низкое содержание осадка, но также имеет недостатки, такие как отслоение биопленки и засорение, требующие регулярной очистки и обслуживания.
2.3 Анаэробная биологическая очистка: Анаэробная биологическая очистка использует анаэробные микроорганизмы для разложения органических веществ в сточных водах на такие вещества, как метан и диоксид углерода, в анаэробных условиях. Анаэробный реактор с внутренней циркуляцией (IC) играет решающую роль в очистке фармацевтических сточных вод. Анаэробный реактор с внутренней циркуляцией характеризуется высокой нагрузочной способностью и высокой эффективностью. Он состоит из двух реакционных зон и обеспечивает тщательное перемешивание и массоперенос осадка и воды через систему внутренней циркуляции, что значительно повышает эффективность анаэробной очистки. Для сточных вод с высокой концентрацией органических веществ анаэробный реактор IC позволяет эффективно снизить содержание органических веществ, создавая благоприятные условия для последующих процессов очистки.
03 Усовершенствованная очистка
Для сточных вод, которые после биологической очистки по-прежнему не соответствуют стандартам сброса, требуется усовершенствованная очистка.
3.1 Усовершенствованные методы окисления: Усовершенствованные методы окисления позволяют эффективно разлагать трудноразлагаемые органические вещества, такие как окисление озоном и окисление Фентона. Окисление озоном использует сильные окислительные свойства озона для расщепления органических веществ на более мелкие молекулы. Окисление Фентона использует синергетический эффект ионов железа и перекиси водорода для генерации гидроксильных радикалов, которые обладают чрезвычайно сильной окислительной способностью и могут быстро разлагать органические вещества. Усовершенствованные методы окисления обладают хорошими очистными свойствами, но являются дорогостоящими, и соответствующий метод очистки следует выбирать в зависимости от фактических условий сточных вод.
2.2 Методы мембранной сепарации: Методы мембранной сепарации позволяют удалять из сточных вод мелкие частицы и растворенные органические вещества, такие как микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос. Мембранные методы разделения обладают такими преимуществами, как высокая эффективность разделения и простота эксплуатации, но также имеют проблемы, такие как загрязнение мембран и высокая стоимость, требующая регулярной очистки и замены мембранных модулей.
2.3 Методы адсорбции: Методы адсорбции позволяют удалять пигменты и запахи из сточных вод, например, адсорбция активированным углем и адсорбция смолами. Методы адсорбции обладают такими преимуществами, как простота эксплуатации и низкая стоимость, но также имеют ограничения, включая ограниченную адсорбционную способность и трудности с регенерацией. Поэтому крайне важно выбрать подходящие адсорбенты и методы регенерации.
Очистка сточных вод от фармацевтического сырья и промежуточных продуктов является сложной и трудоемкой задачей. Она требует всестороннего учета таких факторов, как производственные процессы и характеристики сточных вод, для выбора подходящих технологий очистки, обеспечения соответствия сточных вод стандартам сброса, защиты окружающей среды и содействия устойчивому развитию фармацевтической промышленности.
