Analyse complète de la technologie des eaux usées pharmaceutiques

Les eaux usées de l’industrie pharmaceutique comprennent principalement les eaux usées de production d’antibiotiques et les eaux usées de production de médicaments synthétiques. Les eaux usées de l'industrie pharmaceutique comprennent principalement quatre catégories : les eaux usées de production d'antibiotiques, les eaux usées de production de drogues synthétiques, les eaux usées de production de médicaments brevetés chinois, les eaux de lavage et les eaux usées de lavage provenant de divers processus de préparation. Les eaux usées se caractérisent par une composition complexe, une teneur élevée en matières organiques, une toxicité élevée, une couleur profonde, une teneur élevée en sel, des propriétés biochimiques particulièrement médiocres et un rejet intermittent. Il s’agit d’eaux usées industrielles difficiles à traiter. Avec le développement de l'industrie pharmaceutique chinoise, les eaux usées pharmaceutiques sont progressivement devenues l'une des sources de pollution importantes.

1. Méthode de traitement des eaux usées pharmaceutiques

Les méthodes de traitement des eaux usées pharmaceutiques peuvent être résumées comme suit : traitement physico-chimique, traitement chimique, traitement biochimique et traitement combiné de diverses méthodes, chaque méthode de traitement a ses propres avantages et inconvénients.

Traitement physique et chimique

Selon les caractéristiques de qualité de l'eau des eaux usées pharmaceutiques, le traitement physico-chimique doit être utilisé comme processus de pré-traitement ou de post-traitement pour le traitement biochimique. Les méthodes de traitement physique et chimique actuellement utilisées comprennent principalement la coagulation, la flottation à l'air, l'adsorption, le désammoniac, l'électrolyse, l'échange d'ions et la séparation par membrane.

coagulation

Cette technologie est une méthode de traitement de l’eau largement utilisée au pays et à l’étranger. Il est largement utilisé dans le prétraitement et le post-traitement des eaux usées médicales, telles que le sulfate d'aluminium et le sulfate polyferrique dans les eaux usées de la médecine traditionnelle chinoise. La clé d’un traitement de coagulation efficace réside dans la sélection et l’ajout corrects de coagulants offrant d’excellentes performances. Ces dernières années, l’orientation du développement des coagulants a changé, passant de polymères de faible poids moléculaire à des polymères de haut poids moléculaire, et d’une fonctionnalisation monocomposant à une fonctionnalisation composite [3]. Liu Minghua et coll. [4] ont traité la DCO, les MES et la chromaticité des déchets liquides avec un pH de 6,5 et un dosage de floculant de 300 mg/L avec un floculant composite F-1 à haute efficacité. Les taux d'élimination étaient respectivement de 69,7 %, 96,4 % et 87,5 %.

flottation aérienne

La flottation à air comprend généralement diverses formes telles que la flottation à air par aération, la flottation à air dissous, la flottation à air chimique et la flottation à air électrolytique. L'usine pharmaceutique de Xinchang utilise un dispositif de flottation à air vortex CAF pour prétraiter les eaux usées pharmaceutiques. Le taux moyen d’élimination de la DCO est d’environ 25 % avec des produits chimiques adaptés.

méthode d'adsorption

Les adsorbants couramment utilisés sont le charbon actif, le charbon actif, l'acide humique, la résine d'adsorption, etc. L'usine pharmaceutique de Wuhan Jianmin utilise l'adsorption des cendres de charbon – un processus de traitement biologique aérobie secondaire pour traiter les eaux usées. Les résultats ont montré que le taux d’élimination de la DCO lors du prétraitement par adsorption était de 41,1 % et que le rapport DBO5/DCO était amélioré.

Séparation membranaire

Les technologies membranaires comprennent l'osmose inverse, la nanofiltration et les membranes fibreuses pour récupérer les matériaux utiles et réduire les émissions organiques globales. Les principales caractéristiques de cette technologie sont un équipement simple, un fonctionnement pratique, aucun changement de phase ni changement chimique, une efficacité de traitement élevée et des économies d'énergie. Juanna et coll. utilisé des membranes de nanofiltration pour séparer les eaux usées de cinnamycine. Il a été constaté que l'effet inhibiteur de la lincomycine sur les micro-organismes présents dans les eaux usées était réduit et que la cinnamycine était récupérée.

électrolyse

Le procédé présente les avantages d'un rendement élevé, d'un fonctionnement simple, etc., et l'effet de décoloration électrolytique est bon. Li Ying [8] a effectué un prétraitement électrolytique sur le surnageant de riboflavine et les taux d'élimination de la DCO, de la SS et de la saturation ont atteint respectivement 71 %, 83 % et 67 %.

traitement chimique

Lorsque des méthodes chimiques sont utilisées, l’utilisation excessive de certains réactifs est susceptible d’entraîner une pollution secondaire des plans d’eau. Par conséquent, des travaux de recherche expérimentale pertinents doivent être effectués avant la conception. Les méthodes chimiques comprennent la méthode fer-carbone, la méthode chimique redox (réactif Fenton, H2O2, O3), la technologie d'oxydation profonde, etc.

Méthode fer-carbone

L'opération industrielle montre que l'utilisation de Fe-C comme étape de prétraitement des eaux usées pharmaceutiques peut grandement améliorer la biodégradabilité de l'effluent. Lou Maoxing utilise un traitement combiné fer-microélectrolyse-anaérobie-aérobie-flottation à air pour traiter les eaux usées d'intermédiaires pharmaceutiques tels que l'érythromycine et la ciprofloxacine. Le taux d'élimination de la DCO après traitement au fer et au carbone était de 20 %. %, et l'effluent final est conforme à la norme nationale de première classe de « Norme intégrée de rejet des eaux usées » (GB8978-1996).

Traitement du réactif de Fenton

La combinaison de sel ferreux et de H2O2 est appelée réactif de Fenton, qui peut éliminer efficacement la matière organique réfractaire qui ne peut pas être éliminée par la technologie traditionnelle de traitement des eaux usées. Avec l'approfondissement de la recherche, la lumière ultraviolette (UV), l'oxalate (C2O42-), etc. ont été introduits dans le réactif de Fenton, ce qui a considérablement amélioré la capacité d'oxydation. En utilisant du TiO2 comme catalyseur et une lampe au mercure basse pression de 9 W comme source de lumière, les eaux usées pharmaceutiques ont été traitées avec le réactif de Fenton, le taux de décoloration était de 100 %, le taux d'élimination de la DCO était de 92,3 % et le composé nitrobenzène a diminué de 8,05 mg. /L. 0,41mg/L.

Oxydation

Le procédé peut améliorer la biodégradabilité des eaux usées et présente un meilleur taux d'élimination de la DCO. Par exemple, trois eaux usées antibiotiques telles que Balcioglu ont été traitées par oxydation à l'ozone. Les résultats ont montré que l'ozonation des eaux usées augmentait non seulement le rapport DBO5/DCO, mais que le taux d'élimination de la DCO était également supérieur à 75 %.

Technologie d'oxydation

Également connue sous le nom de technologie d'oxydation avancée, elle rassemble les derniers résultats de recherche dans les domaines de la lumière, de l'électricité, du son, du magnétisme, des matériaux et d'autres disciplines similaires, notamment l'oxydation électrochimique, l'oxydation humide, l'oxydation à l'eau supercritique, l'oxydation photocatalytique et la dégradation par ultrasons. Parmi eux, la technologie d'oxydation photocatalytique ultraviolette présente les avantages d'une nouveauté, d'un rendement élevé et de l'absence de sélectivité pour les eaux usées, et est particulièrement adaptée à la dégradation des hydrocarbures insaturés. Comparé aux méthodes de traitement telles que les rayons ultraviolets, le chauffage et la pression, le traitement par ultrasons des matières organiques est plus direct et nécessite moins d'équipement. En tant que nouveau type de traitement, on y accorde de plus en plus d’attention. Xiao Guangquan et coll. [13] ont utilisé une méthode de contact biologique ultrasonique-aérobie pour traiter les eaux usées pharmaceutiques. Le traitement par ultrasons a été effectué pendant 60 s et la puissance était de 200 W, et le taux total d'élimination de la DCO des eaux usées était de 96 %.

Traitement biochimique

La technologie de traitement biochimique est une technologie de traitement des eaux usées pharmaceutiques largement utilisée, comprenant la méthode biologique aérobie, la méthode biologique anaérobie et la méthode combinée aérobie-anaérobie.

Traitement biologique aérobie

Étant donné que la plupart des eaux usées pharmaceutiques sont des eaux usées organiques à haute concentration, il est généralement nécessaire de diluer la solution mère lors du traitement biologique aérobie. Par conséquent, la consommation d’énergie est importante, les eaux usées peuvent être traitées biochimiquement et il est difficile de les rejeter directement selon les normes après le traitement biochimique. Par conséquent, une utilisation aérobie seule. Il existe peu de traitements disponibles et un prétraitement général est nécessaire. Les méthodes de traitement biologique aérobie couramment utilisées comprennent la méthode des boues activées, la méthode d'aération par puits profond, la méthode de biodégradation par adsorption (méthode AB), la méthode d'oxydation par contact, la méthode des boues activées par lots de séquençage (méthode SBR), la méthode des boues activées en circulation, etc. (méthode CASS) et ainsi de suite.

Méthode d'aération par puits profond

L'aération par puits profonds est un système à boues activées à grande vitesse. Le procédé présente un taux d'utilisation d'oxygène élevé, un petit espace au sol, un bon effet de traitement, un faible investissement, un faible coût d'exploitation, aucun gonflement des boues et une production moindre de boues. De plus, son effet d'isolation thermique est bon et le traitement n'est pas affecté par les conditions climatiques, ce qui peut garantir l'effet du traitement hivernal des eaux usées dans les régions du nord. Après que les eaux usées organiques à haute concentration de l'usine pharmaceutique du Nord-Est aient été traitées biochimiquement par le réservoir d'aération du puits profond, le taux d'élimination de la DCO a atteint 92,7 %. On peut voir que l'efficacité du traitement est très élevée, ce qui est extrêmement bénéfique pour le traitement suivant. jouer un rôle déterminant.

Méthode AB

La méthode AB est une méthode à boues activées à très haute charge. Le taux d'élimination de la DBO5, de la DCO, des MES, du phosphore et de l'azote ammoniacal par le procédé AB est généralement supérieur à celui du procédé à boues activées conventionnel. Ses avantages exceptionnels sont la charge élevée de la section A, la forte capacité de charge antichoc et le grand effet tampon sur la valeur du pH et les substances toxiques. Il est particulièrement adapté au traitement des eaux usées présentant une concentration élevée et des changements importants dans la qualité et la quantité de l'eau. La méthode de Yang Junshi et al. utilise la méthode biologique d'hydrolyse acidification-AB pour traiter les eaux usées antibiotiques, qui a un flux de processus court, des économies d'énergie et le coût de traitement est inférieur à la méthode de traitement chimique-floculation-biologique d'eaux usées similaires.

oxydation par contact biologique

Cette technologie combine les avantages de la méthode des boues activées et de la méthode du biofilm, et présente les avantages d'une charge de volume élevée, d'une faible production de boues, d'une forte résistance aux chocs, d'un fonctionnement stable du processus et d'une gestion pratique. De nombreux projets adoptent une méthode en deux étapes, visant à domestiquer les souches dominantes à différents stades, à exploiter pleinement l'effet synergique entre les différentes populations microbiennes et à améliorer les effets biochimiques et la résistance aux chocs. En ingénierie, la digestion anaérobie et l’acidification sont souvent utilisées comme étape de prétraitement, et un processus d’oxydation par contact est utilisé pour traiter les eaux usées pharmaceutiques. L'usine pharmaceutique de Harbin North adopte un processus d'oxydation par contact biologique en deux étapes par hydrolyse et acidification pour traiter les eaux usées pharmaceutiques. Les résultats de l'opération montrent que l'effet du traitement est stable et que la combinaison de processus est raisonnable. Avec la maturité progressive de la technologie des procédés, les domaines d'application sont également plus étendus.​​​

Méthode SBR

La méthode SBR présente les avantages d'une forte résistance aux charges de choc, d'une activité élevée des boues, d'une structure simple, d'aucun besoin de reflux, d'un fonctionnement flexible, d'un faible encombrement, d'un faible investissement, d'un fonctionnement stable, d'un taux d'élimination du substrat élevé et d'une bonne dénitrification et élimination du phosphore. . Eaux usées fluctuantes. Des expériences sur le traitement des eaux usées pharmaceutiques par le procédé SBR montrent que le temps d'aération a une grande influence sur l'effet de traitement du procédé ; le réglage des sections anoxiques, en particulier la conception répétée des sections anaérobies et aérobies, peut améliorer considérablement l'effet du traitement ; le traitement amélioré SBR du PAC. Le processus peut améliorer considérablement l'effet d'élimination du système. Ces dernières années, le procédé est devenu de plus en plus perfectionné et est largement utilisé dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques.

Traitement biologique anaérobie

À l'heure actuelle, le traitement des eaux usées organiques à haute concentration au pays et à l'étranger est principalement basé sur une méthode anaérobie, mais la DCO des effluents est encore relativement élevée après traitement par une méthode anaérobie distincte, et le post-traitement (tel qu'un traitement biologique aérobie) est généralement requis. À l'heure actuelle, il est encore nécessaire de renforcer le développement et la conception de réacteurs anaérobies à haut rendement, ainsi que la recherche approfondie sur les conditions d'exploitation. Les applications les plus réussies dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques sont le lit de boues anaérobies à flux ascendant (UASB), le lit composite anaérobie (UBF), le réacteur à chicanes anaérobies (ABR), l'hydrolyse, etc.

Loi sur l'UASB

Le réacteur UASB présente les avantages d'une efficacité de digestion anaérobie élevée, d'une structure simple, d'un temps de rétention hydraulique court et de l'absence de dispositif de retour des boues séparé. Lorsque l'UASB est utilisé dans le traitement de la kanamycine, du chlore, du VC, du SD, du glucose et d'autres eaux usées de production pharmaceutique, la teneur en SS n'est généralement pas trop élevée pour garantir que le taux d'élimination de la DCO est supérieur à 85 % à 90 %. Le taux d'élimination de la DCO de la série UASB à deux étages peut atteindre plus de 90 %.

Méthode UBF

Acheter Wenning et al. Un test comparatif a été réalisé sur l'UASB et l'UBF. Les résultats montrent que l'UBF présente les caractéristiques d'un bon transfert de masse et d'un bon effet de séparation, de diverses espèces de biomasse et biologiques, d'une efficacité de traitement élevée et d'une forte stabilité de fonctionnement. Bioréacteur à oxygène.

Hydrolyse et acidification

Le réservoir d'hydrolyse est appelé lit de boues hydrolysées en amont (HUSB) et est un UASB modifié. Par rapport au réservoir anaérobie à procédé complet, le réservoir d'hydrolyse présente les avantages suivants : pas besoin de scellement, pas d'agitation, pas de séparateur triphasé, ce qui réduit les coûts et facilite la maintenance ; il peut dégrader les macromolécules et les substances organiques non biodégradables présentes dans les eaux usées en petites molécules. La matière organique facilement biodégradable améliore la biodégradabilité de l'eau brute ; la réaction est rapide, le volume du réservoir est petit, l'investissement en capital dans la construction est faible et le volume des boues est réduit. Ces dernières années, le procédé d'hydrolyse-aérobie a été largement utilisé dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques. Par exemple, une usine biopharmaceutique utilise un processus d’oxydation par contact biologique en deux étapes par acidification hydrolytique pour traiter les eaux usées pharmaceutiques. L'opération est stable et l'effet d'élimination des matières organiques est remarquable. Les taux d'élimination de la DCO, de la DBO5 SS et des SS étaient respectivement de 90,7 %, 92,4 % et 87,6 %.

Processus de traitement combiné anaérobie-aérobie

Étant donné que le traitement aérobie ou le traitement anaérobie ne peuvent à eux seuls répondre aux exigences, des processus combinés tels que le traitement anaérobie-aérobie, acidification hydrolytique-aérobie améliorent la biodégradabilité, la résistance aux chocs, le coût d'investissement et l'effet de traitement des eaux usées. Il est largement utilisé dans la pratique de l’ingénierie en raison des performances d’une méthode de traitement unique. Par exemple, une usine pharmaceutique utilise un processus anaérobie-aérobie pour traiter les eaux usées pharmaceutiques, le taux d'élimination de la DBO5 est de 98 %, le taux d'élimination de la DCO est de 95 % et l'effet du traitement est stable. Le processus de microélectrolyse-hydrolyse anaérobie-acidification-SBR est utilisé pour traiter les eaux usées pharmaceutiques chimiques synthétiques. Les résultats montrent que l'ensemble de la série de processus présente une forte résistance aux changements de qualité et de quantité des eaux usées, et que le taux d'élimination de la DCO peut atteindre 86 % à 92 %, ce qui constitue un choix de processus idéal pour le traitement des eaux usées pharmaceutiques. – Oxydation catalytique – Processus d’oxydation par contact. Lorsque la DCO de l'affluent est d'environ 12 000 mg/L, la DCO de l'effluent est inférieure à 300 mg/L ; le taux d'élimination de la DCO dans les eaux usées pharmaceutiques biologiquement réfractaires traitées par la méthode biofilm-SBR peut atteindre 87,5 % ~ 98,31 %, ce qui est beaucoup plus élevé que celui de l'effet de traitement à usage unique de la méthode biofilm et de la méthode SBR.

De plus, avec le développement continu de la technologie membranaire, la recherche sur les applications du bioréacteur à membrane (MBR) dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques s'est progressivement approfondie. Le MBR combine les caractéristiques de la technologie de séparation par membrane et du traitement biologique et présente les avantages d'une charge de volume élevée, d'une forte résistance aux chocs, d'un faible encombrement et de moins de boues résiduelles. Le procédé de bioréacteur à membrane anaérobie a été utilisé pour traiter les eaux usées pharmaceutiques intermédiaires de chlorure d’acide avec une DCO de 25 000 mg/L. Le taux d'élimination de la DCO du système reste supérieur à 90 %. Pour la première fois, la capacité des bactéries obligatoires à dégrader une matière organique spécifique a été utilisée. Les bioréacteurs extractifs à membrane sont utilisés pour traiter les eaux usées industrielles contenant de la 3,4-dichloroaniline. Le THS durait 2 heures, le taux d'élimination atteignait 99 % et l'effet thérapeutique idéal était obtenu. Malgré le problème d'encrassement des membranes, avec le développement continu de la technologie des membranes, le MBR sera plus largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées pharmaceutiques.

2. Processus de traitement et sélection des eaux usées pharmaceutiques

Les caractéristiques de qualité de l'eau des eaux usées pharmaceutiques font qu'il est impossible pour la plupart des eaux usées pharmaceutiques de subir un traitement biochimique seul, le prétraitement nécessaire doit donc être effectué avant le traitement biochimique. Généralement, un réservoir de régulation doit être installé pour ajuster la qualité de l'eau et la valeur du pH, et la méthode physico-chimique ou chimique doit être utilisée comme processus de prétraitement en fonction de la situation réelle pour réduire les MES, la salinité et une partie de la DCO dans l'eau, réduire les substances biologiquement inhibitrices dans les eaux usées et améliorer la dégradabilité des eaux usées. pour faciliter le traitement biochimique ultérieur des eaux usées.

Les eaux usées prétraitées peuvent être traitées par des procédés anaérobies et aérobies en fonction de leurs caractéristiques de qualité de l'eau. Si les besoins en effluents sont élevés, le processus de traitement aérobie doit être poursuivi après le processus de traitement aérobie. La sélection du processus spécifique doit prendre en compte de manière exhaustive des facteurs tels que la nature des eaux usées, l'effet de traitement du processus, l'investissement dans l'infrastructure, ainsi que l'exploitation et la maintenance pour rendre la technologie réalisable et économique. L'ensemble du processus est un processus combiné de prétraitement-anaérobie-aérobie-(post-traitement). Le processus combiné d’hydrolyse, d’adsorption, d’oxydation par contact et de filtration est utilisé pour traiter des eaux usées pharmaceutiques complètes contenant de l’insuline artificielle.

3. Recyclage et utilisation de substances utiles dans les eaux usées pharmaceutiques

Promouvoir une production propre dans l'industrie pharmaceutique, améliorer le taux d'utilisation des matières premières, le taux de récupération globale des produits intermédiaires et sous-produits, et réduire ou éliminer la pollution dans le processus de production grâce à la transformation technologique. En raison de la particularité de certains procédés de production pharmaceutique, les eaux usées contiennent une grande quantité de matières recyclables. Pour le traitement de ces eaux usées pharmaceutiques, la première étape consiste à renforcer la récupération des matériaux et leur utilisation globale. Pour les eaux usées pharmaceutiques intermédiaires dont la teneur en sel d'ammonium peut atteindre 5 % à 10 %, un film d'essuyage fixe est utilisé pour l'évaporation, la concentration et la cristallisation afin de récupérer (NH4)2SO4 et NH4NO3 avec une fraction massique d'environ 30 %. Utiliser comme engrais ou réutiliser. Les avantages économiques sont évidents ; une entreprise pharmaceutique de haute technologie utilise la méthode de purge pour traiter les eaux usées de production à teneur extrêmement élevée en formaldéhyde. Une fois le gaz formaldéhyde récupéré, il peut être formulé en réactif formol ou brûlé comme source de chaleur pour chaudière. Grâce à la récupération du formaldéhyde, l'utilisation durable des ressources peut être réalisée et le coût d'investissement de la station de traitement peut être récupéré en 4 à 5 ans, réalisant ainsi l'unification des avantages environnementaux et des avantages économiques. Cependant, la composition des eaux usées pharmaceutiques générales est complexe, difficile à recycler, le processus de récupération est compliqué et le coût est élevé. Par conséquent, une technologie complète de traitement des eaux usées avancée et efficace est la clé pour résoudre complètement le problème des eaux usées.

4 Conclusion

De nombreux rapports ont été publiés sur le traitement des eaux usées pharmaceutiques. Cependant, en raison de la diversité des matières premières et des procédés utilisés dans l’industrie pharmaceutique, la qualité des eaux usées varie considérablement. Par conséquent, il n’existe pas de méthode de traitement mature et unifiée pour les eaux usées pharmaceutiques. Le choix du procédé dépend des eaux usées. nature. Selon les caractéristiques des eaux usées, un prétraitement est généralement nécessaire pour améliorer la biodégradabilité des eaux usées, éliminer dans un premier temps les polluants, puis combiner avec un traitement biochimique. À l’heure actuelle, le développement d’un dispositif composite de traitement de l’eau économique et efficace constitue un problème urgent à résoudre.

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Extrait de Baidu.