Situación actual: la industria farmacéutica se centra principalmente en la síntesis química de productos farmacéuticos, productos farmacéuticos biológicos y productos farmacéuticos de medicina tradicional china, y la producción tiene las características de una variedad de productos, procesos complejos y diferentes escalas de producción.
Las aguas residuales producidas por el proceso farmacéutico tienen características de alta concentración de contaminantes, componentes complejos, baja biodegradabilidad y alta toxicidad biológica.
Las aguas residuales de la producción farmacéutica de síntesis química y fermentación son la dificultad y el punto clave en el control de la contaminación de la industria farmacéutica.
Las aguas residuales de síntesis química son un contaminante importante que se vierte durante la producción farmacéutica [2].
Las aguas residuales farmacéuticas se pueden dividir aproximadamente en cuatro categorías [3], es decir, líquido residual y líquido madre en el proceso de producción;
El líquido residual en recuperación incluye solvente, líquido prerrequisito, subproducto, etc.
Drenaje de procesos auxiliares como agua de refrigeración, etc.
Equipos y aguas residuales de lavado de suelos;
Aguas residuales domésticas.
Tecnología para el tratamiento de aguas residuales intermedias farmacéuticas
En vista de las características de las aguas residuales intermedias farmacéuticas, como alta DQO, alto nitrógeno, alto fósforo, alto contenido de sal, croma profundo, composición compleja y baja biodegradabilidad, los métodos de tratamiento comúnmente utilizados incluyen el tratamiento fisicoquímico y el proceso de tratamiento bioquímico [6].
Según los diferentes tipos de calidad de las aguas residuales, también se aplicarán una serie de métodos como la combinación de procesos fisicoquímicos y procesos biológicos [7].
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1. Tecnología de tratamiento físico y químico
En la actualidad, los principales métodos de tratamiento físico y químico de las aguas residuales de la producción farmacéutica incluyen: el método de flotación de gas, el método de sedimentación por coagulación, el método de adsorción, el método de ósmosis inversa, el método de incineración y el proceso de oxidación avanzada [8].
Además, los métodos de electrólisis y precipitación química, como la microelectrólisis FE-C y los métodos de precipitación MAP para la eliminación de nitrógeno y fósforo, también se utilizan comúnmente en el tratamiento de aguas residuales intermedias farmacéuticas.
1.1 Método de coagulación y sedimentación
El proceso de coagulación es un proceso en el cual las partículas suspendidas y las partículas coloidales en el agua se transforman en estado inestable mediante la adición de agentes químicos y luego se agregan en flóculos o coágulos que son fáciles de separar.
En la actualidad, esta tecnología se utiliza habitualmente en el pretratamiento, tratamiento intermedio y tratamiento avanzado de aguas residuales farmacéuticas [10].
La tecnología de coagulación y sedimentación tiene las ventajas de tecnología madura, equipo simple, operación estable y mantenimiento conveniente.
Sin embargo, en el proceso de aplicación de esta tecnología se producirá una gran cantidad de lodos químicos, lo que provocará un pH bajo en el efluente y un contenido de sal relativamente alto en las aguas residuales.
Además, la tecnología de coagulación y sedimentación no puede eliminar eficazmente los contaminantes disueltos en las aguas residuales, ni tampoco puede eliminar por completo los contaminantes traza tóxicos y dañinos en las aguas residuales.
1.2 Método de precipitación química
El método de precipitación química es un método químico para eliminar contaminantes en aguas residuales mediante una reacción química entre agentes químicos solubles y contaminantes en aguas residuales para formar sales insolubles, hidróxidos o compuestos complejos.
Las aguas residuales intermedias farmacéuticas a menudo contienen una alta concentración de nitrógeno amoniaco, iones de fosfato y sulfato, etc. Para este tipo de aguas residuales, a menudo se utiliza el método de precipitación química para el pretratamiento físico y químico para garantizar el funcionamiento normal del proceso de tratamiento bioquímico posterior.
Como tecnología tradicional de tratamiento de agua, a menudo se utiliza la precipitación química para ablandar las aguas residuales.
Debido al uso de materias primas químicas de alta pureza en el proceso de producción de aguas residuales intermedias farmacéuticas, las aguas residuales a menudo contienen una alta concentración de nitrógeno amoniaco y fósforo y otros contaminantes, el uso del método de precipitación química de fosfato de amonio y magnesio puede eliminar eficazmente los dos contaminantes al mismo tiempo, la precipitación de sal de fosfato de amonio y magnesio generada se puede reciclar.
El método de precipitación química de fosfato de magnesio y amonio también se conoce como método de estruvita.
En el proceso de producción de intermedios farmacéuticos, se suele utilizar una gran cantidad de ácido sulfúrico en algunos talleres, y el pH de esta parte de las aguas residuales puede ser bajo. Para mejorar el pH de las aguas residuales y, al mismo tiempo, eliminar algunos iones sulfato, se suele emplear el método de adición de CaO, denominado método de precipitación química para la desulfuración con cal viva.
1.3 adsorción
El principio de eliminación de contaminantes en aguas residuales mediante el método de adsorción se refiere al uso de materiales sólidos porosos para adsorber ciertos o una variedad de contaminantes en aguas residuales, de modo que los contaminantes en las aguas residuales se puedan eliminar o reciclar.
Los adsorbentes comúnmente utilizados incluyen cenizas volantes, escoria, carbón activado y resina de adsorción, entre los cuales el carbón activado es el más comúnmente utilizado.
1.4 flotación por aire
El método de flotación por aire es un proceso de tratamiento de aguas residuales que utiliza pequeñas burbujas altamente dispersas como transportadores para adherir los contaminantes presentes en las aguas residuales. Dado que la densidad de las pequeñas burbujas adheridas a los contaminantes es menor que la del agua y flotan, se logra la separación sólido-líquido o líquido-líquido.
Las formas de flotación por aire incluyen flotación por aire disuelto, flotación por aire aireado, flotación por aire por electrólisis y flotación por aire química, etc. [18], entre las cuales la flotación por aire química es adecuada para el tratamiento de aguas residuales con alto contenido de materia suspendida.
El método de flotación por aire tiene las ventajas de baja inversión, proceso simple, mantenimiento conveniente y bajo consumo de energía, pero no puede eliminar eficazmente los contaminantes disueltos en las aguas residuales.
1.5 electrólisis
El proceso electrolítico es el uso de la función de corriente impresa, produce una serie de reacciones químicas, transforma los contaminantes dañinos en las aguas residuales y se eliminan, el principio de reacción del proceso electrolítico que ocurre en la solución de electrolito es a través del material del electrodo y la reacción del electrodo, genera nuevo oxígeno ecológico e hidrógeno [H] y los contaminantes de las aguas residuales de la reacción REDOX hacen que se eliminen los contaminantes.
El método de electrólisis ofrece alta eficiencia y un funcionamiento sencillo en el tratamiento de aguas residuales. Además, puede eliminar eficazmente las sustancias coloreadas y mejorar su biodegradabilidad.
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2. Tecnología de oxidación avanzada
La tecnología de oxidación avanzada, como nueva tecnología de tratamiento de agua, tiene muchas ventajas, como una alta eficiencia de degradación de contaminantes, una degradación y oxidación más completa de los contaminantes y ninguna contaminación secundaria.
La tecnología de oxidación avanzada, también conocida como tecnología de oxidación profunda, es una tecnología de tratamiento físico y químico que utiliza oxidante, luz, electricidad, sonido, magnetismo y catalizador para generar radicales libres altamente activos (como ·OH) para degradar contaminantes orgánicos refractarios.
En el campo del tratamiento de aguas residuales farmacéuticas, la tecnología de oxidación avanzada se ha convertido en foco de amplia investigación y atención.
La tecnología de oxidación avanzada incluye principalmente oxidación electroquímica, oxidación química, oxidación ultrasónica, oxidación catalítica húmeda, oxidación fotocatalítica, oxidación catalítica compuesta, oxidación en agua supercrítica y tecnología combinada de oxidación avanzada.
El método de oxidación química consiste en utilizar agentes químicos por sí mismos o en determinadas condiciones con una fuerte oxidación para oxidar los contaminantes orgánicos en las aguas residuales para lograr el propósito de eliminar contaminantes. Los métodos de oxidación química incluyen la oxidación con ozono, el método de oxidación Fenton y el método de oxidación catalítica húmeda.
2.1 Proceso de oxidación de Fenton
El método de oxidación Fenton es un método de oxidación avanzado ampliamente utilizado en la actualidad. Este método utiliza sal férrica (Fe₂+ o Fe₃+) como catalizador para producir OH con una fuerte oxidación mediante la adición de H₂O₂. Este método puede reaccionar con contaminantes orgánicos sin selectividad para lograr su degradación y mineralización.
Este método tiene muchas ventajas, incluida la velocidad de reacción rápida, sin contaminación secundaria y oxidación fuerte, etc. El método de oxidación Fenton se usa comúnmente en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas debido a la reacción de oxidación no selectiva en el proceso de oxidación química y el método puede reducir la toxicidad de las aguas residuales y otras características.
2.2 Método de oxidación electroquímica
El método de oxidación electroquímica consiste en utilizar materiales de electrodos para producir radicales libres superóxido ·O2 y radicales libres hidroxilo ·OH, ambos con alta actividad de oxidación, pueden oxidar la materia orgánica en las aguas residuales y luego lograr el propósito de eliminar contaminantes.
Sin embargo, este método tiene como características un alto consumo de energía y un alto costo.
2.3 Oxidación fotocatalítica
La oxidación fotocatalítica es una tecnología de tratamiento relativamente eficiente en la tecnología de tratamiento de agua, que utiliza materiales catalíticos (como TiO2, SrO2, WO3, SnO2, etc.) como portadores catalíticos para llevar a cabo la oxidación catalítica de la mayoría de los contaminantes reductores en las aguas residuales, a fin de lograr el propósito de eliminar contaminantes.
Dado que la mayoría de los compuestos contenidos en las aguas residuales farmacéuticas son sustancias polares con grupos ácidos o sustancias polares con grupos alcalinos, dichas sustancias pueden degradarse directa o indirectamente por la luz.
2.4 Oxidación en agua supercrítica
La oxidación en agua supercrítica (SCWO) es un tipo de tecnología de tratamiento de agua que toma el agua como medio y utiliza las características especiales del agua en estado supercrítico para mejorar la velocidad de reacción y lograr la oxidación completa de la materia orgánica.
2.5 Tecnología combinada de oxidación avanzada
Cada tecnología de oxidación avanzada tiene sus propias limitaciones, para mejorar la eficiencia del tratamiento de aguas residuales, se agrupan una serie de tecnologías de oxidación avanzada, formando la combinación de las tecnologías de oxidación avanzada, o una sola tecnología de oxidación avanzada combinada con otras tecnologías en una nueva tecnología para mejorar la capacidad de oxidación y el efecto del tratamiento y para cumplir con los cambios de calidad del agua en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas de clase más grande.
UV-Fenton, UV-H2O2, UV-O3, fotocatálisis ultrasónica, fotocatálisis con carbón activado, fotocatálisis por microondas y fotocatálisis, etc. En la actualidad, las tecnologías de combinación de ozono más estudiadas son [36]:
Proceso de carbón activado con ozono, O3-H2O2 y UV-O3, desde el efecto del tratamiento de aguas residuales refractarias y la aplicación de ingeniería, O3-H2O2 y UV-O3 tienen un mayor potencial de desarrollo.
El proceso de combinación Fenton común incluye el método Fenton de microelectrólisis, el método de limaduras de hierro H2O2, el método Fenton fotoquímico (como el método Fenton solar, el método Fenton UV, etc.), pero el método Fenton eléctrico es ampliamente utilizado.
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3. Tecnología de tratamiento bioquímico
La tecnología de tratamiento bioquímico es la tecnología principal en el tratamiento de aguas residuales, a través del crecimiento microbiano, metabolismo, reproducción y otros procesos para descomponer la materia orgánica en las aguas residuales, obtener su propia energía necesaria y lograr el propósito de eliminar la materia orgánica.
3.1 Tecnología de tratamiento biológico anaeróbico
La tecnología de tratamiento biológico anaeróbico se basa en el uso del metabolismo de bacterias anaeróbicas en un entorno sin oxígeno molecular, a través del proceso de acidificación hidrolítica, producción de hidrógeno, ácido acético y metano, y otros procesos para convertir macromoléculas difíciles de degradar materia orgánica en CH4, CO2, H2O y materia orgánica de pequeño peso molecular.
Las aguas residuales farmacéuticas sintéticas a menudo contienen una gran cantidad de sustancias orgánicas refractarias cíclicas, que no pueden ser degradadas ni utilizadas directamente por bacterias aeróbicas, por lo que la tecnología de tratamiento anaeróbico actual se ha convertido en el principal medio en el campo del tratamiento de aguas residuales farmacéuticas en el país y en el extranjero [43].
La tecnología de tratamiento biológico anaeróbico tiene muchas ventajas: el proceso de operación del reactor anaeróbico no necesita proporcionar aireación, el consumo de energía es bajo;
La carga orgánica del agua afluente anaeróbica es generalmente alta.
Bajos requerimientos de nutrientes;
El rendimiento de lodos del reactor anaeróbico es bajo y los lodos se deshidratan fácilmente.
El metano producido en el proceso anaeróbico se puede reciclar como energía.
Sin embargo, el efluente anaeróbico no puede descargarse según los estándares, por lo que requiere un tratamiento adicional mediante la combinación con otros procesos. No obstante, la tecnología de tratamiento biológico anaeróbico es sensible al valor de pH, la temperatura y otros factores. Si la fluctuación es grande, la reacción anaeróbica se verá directamente afectada, lo que a su vez afectará la calidad del efluente.
3.2 Tecnología de tratamiento biológico aeróbico
La tecnología de tratamiento biológico aeróbico utiliza la descomposición oxidativa y la síntesis por asimilación de bacterias aeróbicas para eliminar la materia orgánica degradada. Durante el crecimiento y metabolismo de los organismos aeróbicos, se produce una gran reproducción, lo que genera nuevos lodos activados. El exceso de lodos activados se descarga como lodos residuales, y las aguas residuales se depuran simultáneamente.

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