Situazione attuale: l'industria farmaceutica si concentra principalmente sulla sintesi chimica farmaceutica, sulla farmaceutica biologica e sulla medicina tradizionale cinese, e la produzione presenta le caratteristiche di una varietà di prodotti, processi complessi e diverse scale di produzione.
Le acque reflue prodotte dai processi farmaceutici presentano le caratteristiche di elevata concentrazione di inquinanti, componenti complessi, scarsa biodegradabilità ed elevata tossicità biologica.
Le acque reflue della produzione farmaceutica derivanti dalla sintesi chimica e dalla fermentazione rappresentano la difficoltà e il punto chiave nel controllo dell'inquinamento dell'industria farmaceutica.
Le acque reflue della sintesi chimica sono un importante inquinante scaricato durante la produzione farmaceutica [2].
Le acque reflue farmaceutiche possono essere grossolanamente suddivise in quattro categorie [3], ovvero liquidi di scarto e liquidi madre nel processo di produzione;
Il liquido residuo nel recupero comprende solvente, liquido prerequisito, sottoprodotto, ecc.
Drenaggio di processo ausiliario, come acqua di raffreddamento, ecc.
Acque reflue provenienti da attrezzature e da spurgo del terreno;
Acque reflue domestiche.
Tecnologia per il trattamento delle acque reflue intermedie farmaceutiche
Considerate le caratteristiche delle acque reflue intermedie farmaceutiche, quali elevato COD, elevato azoto, elevato fosforo, elevato contenuto di sale, cromaticità elevata, composizione complessa e scarsa biodegradabilità, i metodi di trattamento comunemente utilizzati includono il trattamento fisico-chimico e il processo di trattamento biochimico [6].
A seconda dei diversi tipi di qualità delle acque reflue, verranno applicati anche una serie di metodi come la combinazione di processi fisico-chimici e biologici [7].
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1. Tecnologia di trattamento fisico e chimico
Attualmente, i principali metodi di trattamento fisico e chimico delle acque reflue della produzione farmaceutica includono: metodo di flottazione del gas, metodo di sedimentazione della coagulazione, metodo di adsorbimento, metodo di osmosi inversa, metodo di incenerimento e processo di ossidazione avanzata [8].
Inoltre, nel trattamento delle acque reflue intermedie farmaceutiche vengono comunemente utilizzati anche metodi di elettrolisi e precipitazione chimica, come la microelettrolisi FE-C e i metodi di precipitazione MAP per la rimozione di azoto e fosforo.
1.1 Metodo di coagulazione e sedimentazione
Il processo di coagulazione è un processo in cui le particelle sospese e le particelle colloidali nell'acqua vengono trasformate in uno stato instabile mediante l'aggiunta di agenti chimici e poi aggregate in fiocchi o fiocchi facili da separare.
Attualmente, questa tecnologia è solitamente utilizzata nel pretrattamento, nel trattamento intermedio e nel trattamento avanzato delle acque reflue farmaceutiche [10].
La tecnologia di coagulazione e sedimentazione presenta i vantaggi di una tecnologia matura, di attrezzature semplici, di un funzionamento stabile e di una manutenzione agevole.
Tuttavia, durante l'applicazione di questa tecnologia verrà prodotta una grande quantità di fanghi chimici, che determinerà un basso pH dell'effluente e un contenuto di sale relativamente elevato nelle acque reflue.
Inoltre, la tecnologia di coagulazione e sedimentazione non è in grado di rimuovere efficacemente gli inquinanti disciolti nelle acque reflue, né di rimuoverne completamente le tracce di inquinanti tossici e nocivi.
1.2 Metodo di precipitazione chimica
Il metodo di precipitazione chimica è un metodo chimico per rimuovere gli inquinanti dalle acque reflue mediante una reazione chimica tra agenti chimici solubili e inquinanti presenti nelle acque reflue, per formare sali insolubili, idrossidi o composti complessi.
Le acque reflue intermedie farmaceutiche contengono spesso elevate concentrazioni di azoto ammoniacale, fosfato e ioni solfato, ecc. Per questo tipo di acque reflue, viene spesso utilizzato il metodo di precipitazione chimica per il pretrattamento fisico e chimico, al fine di garantire il normale funzionamento del successivo processo di trattamento biochimico.
Come tecnologia tradizionale di trattamento delle acque, la precipitazione chimica viene spesso utilizzata per addolcire le acque reflue.
Grazie all'uso di materie prime chimiche ad elevata purezza nel processo di produzione di acque reflue intermedie farmaceutiche, le acque reflue contengono spesso un'elevata concentrazione di azoto ammoniacale e fosforo e altri inquinanti; utilizzando il metodo di precipitazione chimica del fosfato di ammonio e magnesio è possibile rimuovere efficacemente i due inquinanti contemporaneamente e la precipitazione del sale di fosfato di ammonio e magnesio generata può essere riciclata.
Il metodo di precipitazione chimica del fosfato di ammonio e magnesio è noto anche come metodo della struvite.
Nel processo di produzione di intermedi farmaceutici, in alcune officine viene spesso utilizzata una grande quantità di acido solforico, e il pH di questa parte delle acque reflue può essere basso. Per migliorare il pH delle acque reflue e rimuovere contemporaneamente alcuni ioni solfato, viene spesso utilizzato il metodo di aggiunta di CaO, chiamato metodo di precipitazione chimica della desolforazione della calce viva.
1.3 adsorbimento
Il principio di rimozione degli inquinanti dalle acque reflue mediante il metodo di adsorbimento si riferisce all'uso di materiali solidi porosi per assorbire alcuni o vari inquinanti nelle acque reflue, in modo che gli inquinanti presenti nelle acque reflue possano essere rimossi o riciclati.
Tra gli adsorbenti più comunemente utilizzati rientrano le ceneri volanti, le scorie, il carbone attivo e la resina di adsorbimento, tra i quali il carbone attivo è quello più comunemente utilizzato.
1.4 galleggiamento ad aria
Il metodo di flottazione ad aria è un processo di trattamento delle acque reflue in cui piccole bolle altamente disperse vengono utilizzate come vettori per favorire l'adesione agli inquinanti presenti nelle acque reflue. Poiché la densità delle piccole bolle che aderiscono agli inquinanti è inferiore a quella dell'acqua e galleggiano, si ottiene una separazione solido-liquido o liquido-liquido.
Le forme di flottazione ad aria includono la flottazione ad aria disciolta, la flottazione ad aria aerata, la flottazione ad aria elettrolitica e la flottazione ad aria chimica, ecc. [18], tra cui la flottazione ad aria chimica è adatta per il trattamento di acque reflue con elevato contenuto di materia sospesa.
Il metodo di flottazione ad aria presenta i vantaggi di un investimento ridotto, di un processo semplice, di una manutenzione conveniente e di un basso consumo energetico, ma non riesce a rimuovere efficacemente gli inquinanti disciolti nelle acque reflue.
1.5 elettrolisi
Il processo elettrolitico utilizza la corrente impressa, produce una serie di reazioni chimiche, trasforma gli inquinanti nocivi nelle acque reflue e li rimuove. Il principio di reazione del processo elettrolitico avviene nella soluzione elettrolitica attraverso il materiale dell'elettrodo e la reazione dell'elettrodo, genera nuovo ossigeno ecologico e idrogeno [H] e gli inquinanti delle acque reflue della reazione REDOX consentono la rimozione degli inquinanti.
Il metodo dell'elettrolisi offre elevata efficienza e semplicità di utilizzo nel trattamento delle acque reflue. Allo stesso tempo, può rimuovere efficacemente le sostanze colorate presenti nelle acque reflue e migliorarne efficacemente la biodegradabilità.
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2. Tecnologia di ossidazione avanzata
La tecnologia di ossidazione avanzata, in quanto nuova tecnologia di trattamento delle acque, presenta numerosi vantaggi, tra cui un'elevata efficienza di degradazione degli inquinanti, una degradazione e ossidazione degli inquinanti più accurate e l'assenza di inquinamento secondario.
La tecnologia di ossidazione avanzata, nota anche come tecnologia di ossidazione profonda, è una tecnologia di trattamento fisico e chimico che utilizza ossidanti, luce, elettricità, suono, campi magnetici e catalizzatori per generare radicali liberi altamente attivi (come ·OH) per degradare gli inquinanti organici refrattari.
Nel campo del trattamento delle acque reflue farmaceutiche, la tecnologia avanzata di ossidazione è diventata oggetto di ampia ricerca e attenzione.
La tecnologia di ossidazione avanzata comprende principalmente l'ossidazione elettrochimica, l'ossidazione chimica, l'ossidazione ultrasonica, l'ossidazione catalitica umida, l'ossidazione fotocatalitica, l'ossidazione catalitica composita, l'ossidazione dell'acqua supercritica e la tecnologia combinata di ossidazione avanzata.
Il metodo di ossidazione chimica consiste nell'utilizzare agenti chimici stessi o in determinate condizioni con una forte ossidazione per ossidare gli inquinanti organici presenti nelle acque reflue per raggiungere lo scopo di rimuovere gli inquinanti; i metodi di ossidazione chimica includono l'ossidazione dell'ozono, il metodo di ossidazione di Fenton e il metodo di ossidazione catalitica a umido.
2.1 Processo di ossidazione di Fenton
Il metodo di ossidazione di Fenton è un tipo di metodo di ossidazione avanzato ampiamente utilizzato attualmente. Questo metodo utilizza un sale ferrico (Fe2+ o Fe3+) come catalizzatore per produrre ·OH con forte ossidazione in presenza di aggiunta di H2O2, che può reagire con inquinanti organici senza selettività, ottenendo così la degradazione e la mineralizzazione degli inquinanti.
Questo metodo presenta numerosi vantaggi, tra cui una rapida velocità di reazione, l'assenza di inquinamento secondario e una forte ossidazione, ecc. Il metodo di ossidazione Fenton è comunemente utilizzato nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche perché la reazione di ossidazione non selettiva nel processo di ossidazione chimica e il metodo possono ridurre la tossicità delle acque reflue e altre caratteristiche.
2.2 Metodo di ossidazione elettrochimica
Il metodo di ossidazione elettrochimica consiste nell'utilizzare materiali elettrodici per produrre radicali liberi superossido ·O2 e radicali liberi idrossilici ·OH, entrambi dotati di elevata attività ossidante, in grado di ossidare la materia organica presente nelle acque reflue e quindi raggiungere l'obiettivo di rimuovere gli inquinanti.
Tuttavia, questo metodo presenta le caratteristiche di un elevato consumo energetico e di costi elevati.
2.3 Ossidazione fotocatalitica
L'ossidazione fotocatalitica è una tecnologia di trattamento relativamente efficiente nel settore del trattamento delle acque, che utilizza materiali catalitici (come TiO2, SrO2, WO3, SnO2, ecc.) come vettori catalitici per eseguire l'ossidazione catalitica della maggior parte degli inquinanti riducenti presenti nelle acque reflue, in modo da raggiungere l'obiettivo di rimuovere gli inquinanti.
Poiché la maggior parte dei composti contenuti nelle acque reflue farmaceutiche sono sostanze polari con gruppi acidi o sostanze polari con gruppi alcalini, tali sostanze possono essere degradate direttamente o indirettamente dalla luce.
2.4 Ossidazione dell'acqua supercritica
L'ossidazione dell'acqua supercritica (SCWO) è un tipo di tecnologia di trattamento delle acque che utilizza l'acqua come mezzo e le sue caratteristiche specifiche nello stato supercritico per migliorare la velocità di reazione e realizzare la completa ossidazione della materia organica.
2.5 Tecnologia combinata di ossidazione avanzata
Ogni tecnologia di ossidazione avanzata presenta delle limitazioni; per migliorare l'efficienza del trattamento delle acque reflue, una serie di tecnologie di ossidazione avanzata vengono raggruppate insieme, formando la combinazione delle tecnologie di ossidazione avanzata o una singola tecnologia di ossidazione avanzata combinata con altre tecnologie in una nuova tecnologia per migliorare la capacità di ossidazione e l'effetto del trattamento e per soddisfare i cambiamenti della qualità dell'acqua nel trattamento delle acque reflue farmaceutiche di classe più ampia.
UV-Fenton, UV-H2O2, UV-O3, fotocatalisi ultrasonica, fotocatalisi a carbone attivo, fotocatalisi a microonde e fotocatalisi, ecc. Attualmente, le tecnologie di combinazione dell'ozono più ampiamente studiate sono [36]:
Il processo con carbone attivo all'ozono, O3-H2O2 e UV-O3, derivante dal trattamento delle acque reflue refrattarie e dalle applicazioni ingegneristiche, O3-H2O2 e UV-O3 presentano un potenziale di sviluppo maggiore.
Il processo di combinazione Fenton più comune comprende il metodo Fenton della microelettrolisi, il metodo della limatura di ferro H2O2, il metodo Fenton fotochimico (come il metodo Fenton solare, il metodo Fenton UV, ecc.), ma il metodo Fenton elettrico è ampiamente utilizzato.
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3. Tecnologia di trattamento biochimico
La tecnologia di trattamento biochimico è la tecnologia principale nel trattamento delle acque reflue, attraverso la crescita microbica, il metabolismo, la riproduzione e altri processi per decomporre la materia organica nelle acque reflue, ottenere l'energia necessaria e raggiungere l'obiettivo di rimuovere la materia organica.
3.1 Tecnologia di trattamento biologico anaerobico
La tecnologia del trattamento biologico anaerobico si basa sull'assenza di ossigeno molecolare in un ambiente, sull'uso del metabolismo dei batteri anaerobici, attraverso il processo di acidificazione idrolitica, sulla produzione di idrogeno, acido acetico e metano e altri processi per convertire le macromolecole, difficili da degradare, in materia organica CH4, CO2, H2O e materia organica a piccole molecole.
Le acque reflue farmaceutiche sintetiche contengono spesso un gran numero di sostanze organiche refrattarie cicliche, che non possono essere direttamente degradate e utilizzate dai batteri aerobici, quindi l'attuale tecnologia di trattamento anaerobico è diventata il mezzo principale nel campo del trattamento delle acque reflue farmaceutiche in patria e all'estero [43].
La tecnologia del trattamento biologico anaerobico presenta numerosi vantaggi: il processo di funzionamento del reattore anaerobico non necessita di aerazione, il consumo energetico è basso;
Il carico organico dell'acqua anaerobica in ingresso è generalmente elevato.
Basso fabbisogno di nutrienti;
La resa dei fanghi del reattore anaerobico è bassa e i fanghi sono facili da disidratare.
Il metano prodotto nel processo anaerobico può essere riciclato come energia.
Tuttavia, l'effluente anaerobico non può essere scaricato secondo gli standard previsti e deve essere ulteriormente trattato combinandolo con altri processi. Tuttavia, la tecnologia di trattamento biologico anaerobico è sensibile al valore di pH, alla temperatura e ad altri fattori. Se la fluttuazione è elevata, la reazione anaerobica ne risentirà direttamente, compromettendo la qualità dell'effluente.
3.2 Tecnologia di trattamento biologico aerobico
La tecnologia di trattamento biologico aerobico è una tecnologia di trattamento biologico che utilizza la decomposizione ossidativa e la sintesi di assimilazione dei batteri aerobici per rimuovere la materia organica degradata. Durante la crescita e il metabolismo degli organismi aerobici, si verificherà un gran numero di riproduzioni, che genereranno nuovi fanghi attivi. I fanghi attivi in ​​eccesso verranno scaricati sotto forma di fanghi residui e le acque reflue verranno depurate contemporaneamente.

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