制药过程与环境保护论文

1、污水除油的必要性随着经济发展和人们生活水平的提高，城市污水的水质也在发生着变化，污水中动植物油及矿物油等油类物质逐渐增多。据有关资料报道，到2000年，我国已建成并投入运行的城市污水处理厂约180座，设计处理能力达到1050×104ｍ3 /ｄ，其中二级生化处理能力约750×10 4ｍ3 /ｄ，这些污水处理厂大多存在着油类物质的污染问题[1]；尤其是一些中小城镇的污水处理厂，由于其水量较小，水质波动较大，在用水高峰期，大量餐饮污水进入处理厂，对污水处理厂的正常运行产生严重影响。以西南科技大学污水处理厂为例，该厂占地20亩，日处理能力1×104m3/d，服务人口30000人左右，采用改进型三沟式氧化沟工艺。该污水处理厂在设计过程中没有考虑进水中的油类物质，但自2003年5月运行以来，发现进水中油类物质逐渐增多，尤其是学校教师公寓和两个学生食堂完工以后，其状况更加严重。在过去的三年间，每到冬季，油类物质覆盖整个氧化沟表面，严重影响了氧化沟的充氧效率和出水水质状况，对进水中油类物质的测定发现其含量在86mg/L～420mg/L之间，其中夏季进水中油的平均含量为120mg/L，冬季为210mg/L。2 污水的除油方法分析目前，国内外对含油污水治理的研究方法主要有以下三类：化学处理法、物理处理法和生化处理法。化学处理法主要包括化学混凝法、化学沉淀法、催化氧化法及各种方法的结合运用；物理处理法包括离心分离法、过滤和超过滤法、澄清法和气浮法；生化法包括生物接触氧化法、生物转盘法、活性污泥法等[2]。 化学处理法化学处理法主要指投加一定的化学物质，使其与水中的油类物质发生絮凝、沉淀或催化氧化等反应，达到将油类物质从水中去除的目的。目前，在污水的除油过程中，化学法的研究主要集中在新型的絮凝剂的开发方面[3~8]。絮凝剂主要包括无机和有机絮凝剂，在无机絮凝剂方面，大庆石化总厂炼油厂曾对铁盐在炼油污水处理中的应用进行了研究[3]，认为在浮选投加复合聚合铝铁，在浮选除油的同时还具有除硫作用。有机絮凝剂主要包括非离子、阴离子、阳离子、两性离子有机聚合物等类型，由于分子量大，吸附悬浮物及胶质能力强，形成的絮体尺寸大，沉降快，用量少，且产生的污泥量少，易脱水，对处理水不产生负面影响，近年来备受青睐。在其应用方面，已经批量生产的主要是聚丙烯酰胺（PAM）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）和曼尼期反应的阳离子聚丙烯酰胺。在对有机絮凝剂的研究方面，唐善法等人利用丙稀酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵、烷基二甲基烯丙基氯化铵进行多元共聚对聚丙烯酰胺进行阳离子化和疏水改性而合成的JH系列絮凝剂具有良好的絮凝除浊、破乳除油和去除有机物的能力[4]；段宏伟等人利用改性环乙环丙阳离子聚醚等合成的RD－1反相破乳剂对污水中油类的去除具有较好的效果[5]；除此之外，还有对二硫代氨基甲酸盐等絮凝剂的研究[6~8]。近几年，污水除油方法在能量化学领域也有研究[9~12]，如磁化学技术的研究[9~11]，废水中的浮油或分散油可使用被服油膜磁粉法和油层悬浮磁粉过滤法来处理。前者是用一些化学物质对磁性颗粒进行表面处理，使其表面被服一层亲油和疏水性物质的薄膜，磁种吸附油后，用磁场回收磁种即可除油；后者是利用吸附油膜的磁粉，或吸附油的磁种层来过滤油，通过磁场来固定滤层，为增加滤层与污水中油珠的碰撞，可使用交变磁场。另外，在电化学方面[11,12]，可运用直接电解、间接电解、电化学吸附与脱附等方法对污水进行除油。 物理处理法物理处理法是污水除油系统中应用最多的一类方法，其核心思想是采用物理的方法达到油水的分离。在污水的除油过程中，物理法的研究主要集中在油水分离器的研究开发，其中包括浮选技术及浮选器、旋流技术及旋流器、膜技术及膜器等方面。 浮选技术浮选净化技术是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理新技术[13~15]。浮选除油就是在水中通入空气或其它气体产生微细气泡，使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气泡上，随气泡一起上浮到水面形成浮渣，从而完成固、液分离的一种新的除油方法。根据在于水中形成气泡的方式和气泡大小的差异，浮选处理法大体上可分为四大类，即溶气浮选法、诱导浮选法、电解浮选法和化学浮选法，其详细分类及每种方法的优缺点如表1所示。表1浮选处理方法的分类方法名称具体方法浮选成因主要优点主要缺点溶气浮选法加压溶气浮选法 真空浮选法在加压下，使气体溶解于污水，又在常压下释放出气体，产生微小气泡。在减压下，使溶解于水中的气体释放出来，产生微小气泡。气泡的尺寸小、均匀、操作稳定、设备简单、管理维修方便、除油率高上浮稳定、絮凝体破坏可能性小、能耗小流程较复杂、停留时间长、设备庞大、操作麻烦 溶气量小、操作及结构复杂诱导浮选法机械鼓气浮选法叶轮浮选法 射流浮选法让气体通过无数个微小的孔隙或缝隙，产生微小气泡。叶轮转动产生负压吸入气体，并依靠其剪切力使吸入气体变成小气泡。依靠水射器的作用使污水中产生微小气泡能耗小、浮选室结构简单。 溶气量大、停留时间短、处理速度高于溶气浮选工艺、除油效率高、设备造价低、耐冲击负荷。噪声小、工艺简单、总体能耗低、产生气泡小、除油效率好于叶轮式需投加表面活性剂才能形成微小气泡、使用范围受限、微孔易堵。浮选中必须添加浮选助剂、气泡大小不均匀、可能产生些无效气泡、制造维修麻烦。水射器要求高电解浮选法电解浮选法电絮凝浮选法选用惰性电极，使污水电解产生微小气泡。选用可溶性电极（Fe、Al等）在阳极上产生微小气泡，在阴极上有混凝作用的离子气泡小、除油率高。 气泡小、浮选与絮凝同时进行、除油率高极板损耗大、运行费用高。 同上化学浮选法化学浮选法依靠物质之间的化学反应，产生微小气泡（生成CO2，O2）。设备投资低、气泡量易于控制、尤适用于悬浮物含量高的污水污泥量增加、劳动强度大。 旋流技术水力旋流器是利用油水的密度差，在液流高度旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离的。含油污水切向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动。在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油和水的密度差，使水沿着管壁旋转，而油珠移向中心。流体进入细锥段，截面不断缩小，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯向溢流口排出，而水则从净水出口排出。其工作原理见图1。图1 水力旋流器的工作原理示意图国外水力旋流除油研究始于1967年，经过多年的科学研究和工程应用，现已进入重大技术发展阶段。目前，美国 Conoco公司、Krebs公司、Kvanemer公司、Mpe公司、Amoco公司，澳大利亚 BWN Vortoil 公司，瑞典 ALFALAVAL公司都开始生产油水旋流分离器。国内许多研究单位和企业也先后开展了水力旋流器的研制工作，如西安交通大学、西南石油学院、四川大学、大庆石油学院、大连理工大学、江汉石油机械研究所、河南石油勘探局设计院、胜利油田设计院、大港油田设计院、江都环保器材厂、沈阳新阳机器制造厂等单位[16~22]。 膜技术膜处理技术是最近兴起的一项污水除油的新技术[22,23]，其核心思想是利用半透膜作选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中的其他组分从而达到分离目的的技术总称。它具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节能等优点，已作为一种单元操作在污水除油过程中日益受到人们的重视。在膜技术的研究应用方面，天津天膜技术工程公司曾采用中空纤维超滤膜对含油污水进行处理研究[23]，表明中空纤维超滤膜用于处理经过预处理的含油量较低的污水较为理想，而对未经过处理的含油量高的污水除油除浊效果较好；中国计量科学研究院利用一种破乳功能膜处理含油污水，取得较好效果[24]。但在膜技术应用中，都不同程度的存在膜的清洗问题。 生化处理法生化处理是利用水中的微生物处理污水中的有机污染物的一种工艺，现有的污水处理厂的生物处理单元，对污水中的油类物质有部分去除效率，但去除率较低。目前生物技术在污水除油中的应用主要集中在筛选优化、培养和驯化嗜油微生物菌种。新疆环境监测中心通过利用餐饮服务业的含油污水培养筛选出28株具有较强除油能力的菌种进行研究，发现将其回接污水后，平均除油率达68%，其优选菌种回接污水24ｈ后的除油率达90 %，而同批污水自然存放10ｄ后的除油率仅为29%。采用选培优良菌种集中快速处理，可以显著提高此类污水的处理效率[25]。3 除油方案探讨针对西科大污水厂的油类物质，2003年～2005年冬季我们曾采用水力冲刷氧化沟表面和在沉砂池前投加石灰的方法进行实验。水力冲刷虽然可以暂时使氧化沟表面的油类物质吸附在污泥表面沉淀下来，但在下一个运行阶段油类物质会重新布满池面；沉砂池前投加石灰可以减少氧化沟中的油污，但石灰同时会对部分微生物产生抑止，其产生的沉淀物质在沉砂池中很难沉淀下来，带到氧化沟后容易堵塞沟中微孔曝气器，因此投加量受到限制，而其他的絮凝剂有存在价格偏高的问题。为了暂时避免氧化沟的缺氧问题，我们将氧化沟出水堰的挡板去掉，使漂浮的油污随出水进入接触池，在接触池的起端清捞。可以说上述的措施并未达到理想的除油目的。在选择除油方案时，我们也考虑了水力旋流器等物理方法，但由于其细格栅和沉砂池之间的空间限制以及昂贵的能耗费用和分离出来的油类的去向等问题的困扰，故未能采用。由于西科大污水厂的油类的来源较为单一，我们考虑在两个学生食堂外的设置隔油池，分离出来的油污和食堂的潲水一起集中处理；同时在污水厂氧化沟中培养驯化嗜油微生物，通过微生物技术对其余的油类进行处理，从而达到节约费用，提高除油效率的目的。4 结论 污水处理厂除油的方法很多，目前在化学、物理及生化处理方法方面均有研究应用。 中小城镇的污水处理厂由于存在资金困难等因素，在设计过程中往往没有考虑除油设施，而运行中油类的污染又直接影响其处理效果，因此其除油措施的实施必须结合各厂的具体情况。 对于油类物质来源比较单一的城镇污水处理厂，从源头治理会起到简单、经济和实用的效果。 微生物技术作为一种新兴的技术，在污水除油领域的研究应用正在不断深化，筛选优化、培养和驯化嗜油微生物菌种对于中小型污水处理厂的除油具有节能、高效等优点。

随着合成医药工业的发展，化学制药废水已成为严重的污染源之一。制药工业是国家环保规划中重点治理的12个行业之一。据统计，制药工业占全国工业总产值的，而污水排放量占2%。由于化学成分品种繁多，在制药生产过程中使用了多种原料，生产工艺复杂多变，产生的废水等成分也十分复杂。这就给当今环境保护制造了一个难题。 1 化学制药废水特点 含量高、成分复杂 化学制药废水的COD、BOD5值高，有的高达几万甚至几十万，但B/C值较低，废水一经排入水体中，就会大量消耗水中溶解氧，造成水体缺氧。同时，废水的成分复杂且变化大，有机物种类繁多、浓度高、营养元素比例失调。 无机盐浓度高 废水中的盐分浓度过高对微生物有明显的抑制作用，当氯离子超过3000mg/L时，未经驯化的微生物的活性将明显受到抑制，严重影响废水处理的效率，甚至造成污泥膨胀，微生物死亡的现象。 存在生物毒性物质 废水中含有氰、酚或芳香族胺、氮杂环和多环芳香烃化合物等微生物难以降解，甚至对微生物有抑制作用的物质。 2 合成制药废水生化前预处理方法 预处理为降低后续生物处理难度，在生物处理前必须先进行预处理，达到排除生物毒性物质干扰，降低废水浓度的目的。目前合成制药废水生化前预处理方法主要包括：物化法、生物法等。 物化法 混凝法化学制药废水成分复杂，冲击负荷大，采用化学絮凝进行预处理，以便减少生物毒性物质干扰，降低废水浓度。利用混凝沉淀方法去除混合液中的有机物及部分非溶解态的溶媒物质具有较好的效果，COD由4080mg/L降低至2774mg/L，平均去除率达到。但是，混凝法容易产生二次污染。 膜分离法膜技术如用NF-90纳滤膜处理水杨酸废水，COD为4000-5000mg/L，去除率高达80%以上。利用该项技术对抗生素废水进行浓缩分离，有良好的经济效益和社会效益。 电解法如在甲红霉素废水中加入NaCl电解质，电解阳极间接氧化法的处理效果。电解产物NaClO具有极强的氧化性，当进水COD为331630mg/L时，其COD去除率可达，但所需电解时间相对较长。 微电解法如采用铁屑-活性炭内点解法预处理大连某制药厂废水，COD去除率达到了，B/C由提升至。 Fenton氧化技术Fenton氧化技术是高级氧化技术中的一种，与其他高级氧化技术相比，Fenton氧化技术具有快速高效、可产生絮凝、设备简单、成本低、技术要求不高等优点。 生物法 目前生物法预处理化学制药废水主要采用水解酸化。其原理是在废水处理中，利用水解酸化来提高废水的可生化性，也为废水的后期处理创造良好的条件。对于含有难降解物质较高的制药废水，水解酸化的重要作用已经逐渐得到人们的认可，水解酸化的相关研究也成为国内外的研究热点。如采用水解酸化法对化学制药废水进行的预处理试验，结果表明，废水COD由2560mg/L降为1623mg/L，B/C由提升至。 3 生物性处理 厌氧生物处理 通常指在无分子氧条件下，通过兼性菌和厌氧菌的代谢作用降解废水中的有机污染物，分解的最终产物是甲烷、二氧化碳、水及少量硫化氢和氨。厌氧处理的特点：厌氧处理具有对营养物需求低、成本低、能耗低、节能、污泥产量小等优点。但也有其弊端，例如厌氧处理的出水质量较差，通常需要后处理以使废水达标排放。另外，厌氧处理在操作对操作过程和技术要求非常高。 目前，国内外处理高浓度有机废水主要是以厌氧法为主要手段和途径。用于化学制药废水处理的厌氧工艺主要包括：厌氧复合床(UBF)、上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧折流板反应器(ABR)等。 上流式厌氧污泥床(UASB)法UASB法是目前研究较多，应用日趋广泛的废水厌氧生物处理工艺，它具有以下优点：（1）可实现污泥的颗粒化；（2）气、固、液的分离实现了一体化；（3）通常情况下不发生堵塞。但是UASB工艺也存在一些难以解决的问题：如三相分离器的设计还没有一个成熟的方法，对那些含有高浓度悬浮固体的废水需要考虑悬浮物(SS)的预处理问题，污泥的颗粒化对工艺要求比较严格等。采用UASB对上海化工厂排放的高浓度、高盐度有机废水进行处理。试验结果表明，该化工厂CMC生产废水采用UASB工艺处理可行。废水经厌氧处理，COD去除率超过60%。 厌氧复合床(UBF)UBF反应器的主要特点是：下部为污泥床，充分发挥其生物保有能力大，成熟后的颗粒污泥去除有机物效率高的作用；上部为过滤层，充分发挥滤层填料有效截留厌氧污泥的能力，减轻了厌氧反应器运行过程中的污泥流失。冯婧微等采用UBF处理水解酸化后的抗生素废水，COD由9262mg/L降至769mg/L，去除率达到了。 厌氧折流板反应器(ABR)厌氧折流板反应器(ABR)具有独特结构，是一种理想的多段分相、混合流态的处理工艺。它具有良好的生物分布和生物固体截流能力，对有毒物质适应性强，抗冲击负荷能力强，并且具有启动较快、运行稳定等多种优良性能。采用ABR反应器处理高浓度头孢抗生素废水，当进水COD负荷控制在()，温度控制在35±℃时，ABR对该废水COD的去除率可达在50%，且其可生化性得到了有效的提高，促进了废水进一步后续生化处理的运行稳定性。 处理技术 好氧生物处理技术是指废水中的溶解性有机物在好氧微生物作用下转化成不溶性可沉的微生物固体和一部分有机物，从而使废水得到净化的过程。如采用逐步提高有机负荷盐浓度的方法，驯化出耐高浓度盐污泥，在进水NaCl质量浓度为××104mg/L之间时，保持较高的污泥浓度可使反应器COD容积负荷达到()，COD和苯乙酸去除率达到95%以上。 生物接触氧化法如采用生物接触氧化处理医药中间体TMBA废水，最高进水COD控制在1600mg/L左右，COD去除率高达90%左右。 AB法AB法属超高负荷活性污泥法，如采用A-B二段法处理环氧丙烷皂化废水，COD去除率可达80-86%。 SBR法SBR法如采用SBR法对药物合成废水预处理出水，进水COD为2000-2500mg/L，可生化性为，出水COD降到200mg/L以下，COD去除率达到90%左右。 膜生物反应器膜生物反应器(MBR)是近年来一种迅速发展的废水生物处理技术。该项新型技术是将污水的生物处理技术和膜过滤技术结合在一起。对有机污染物去除率高，出水中没有悬浮物，硝化能力强，污泥产率低，便于实现自动化控制。如利用一体式膜生物反应器对COD为2500-4000mg/L的抗生素废水进行了处理。 传统的生物强化污水处理技术工艺 由于活性污泥中杂菌多，导致消耗较多的氧与养料，抑制了正常细菌的生长和作用发挥，对其进行分离纯化后，能获得较高的降解效率。如分离、筛选得到的效应菌株分别属不动杆菌属、假单胞菌属、埃希氏菌属和芽孢杆菌属，将效应菌株制成混合菌液处理β-2内酰胺环类抗生素废水，废水COD由4100mg/L降至，COD去除率达到了，并对此类抗生素有较强耐受能力。 固定化技术 固定化微生物法是将微生物固定在载体上或定位于限定的空间区域内，并保持其生物功能，反复利用。固定化微生物技术已用来处理四环素、阿苯哒唑、扑尔敏、布洛芬等制药生产废水，另外，亦可在SBR中采用固定化微生物技术来处理氨氮含量高的制药废水。如PVA复合载体包埋固定化微生物颗粒处理抗生素废水的工艺条件，活性微生物为经抗生素废水以10%浓度增幅驯化75d后的活性污泥。 结果表明：进水COD为2000mg/L、曝气20h、温度控制在10-45℃、pH值7-10、固定化颗粒与废水比例1:4是固定化活性污泥处理抗生素废水的最佳工艺条件，COD去除率可达。 化学制药废水的处理 化学制药废水的处理多数采用单一生化法处理不能彻底解决问题，必须进行必要的预处理。首先设调节池，调节水质水量和pH，且根据实际情况采用特定物化或化学法进行预处理，提高废水的可降解性，以利于废水的后续生化处理。预处理后的废水，可选取某种厌氧和好氧工艺进行处理，如采用微电解－厌氧水解酸化－SBR串联工艺处理化学合成制药废水，原废水BOD5/COD约为，属难生物降解废水，经微电解－厌氧水解酸化处理后，出水BOD /COD可达，可生化性大大提高。 在进行SBR处理时，维持SBR进水COD在1500mg/L左右，污泥负荷为(kgMLSSd)，曝气8-10h，出水COD可以降低至200mgL-1以下。如采用吹脱－厌氧－好氧串联工艺处理含有氯霉素、抗菌素增效剂和磺胺新诺明的合成制药废水，经吹脱和厌氧水解酸化处理后，COD去除率为70%，再经好氧生化系统处理，COD去除率可达60%。 4 结语 化学制药废水是一种成分复杂、毒性高、含难降解有机物质的有机废水，目前的处理方法有预处理-生物处理。工程应用以单元处理为主，因此开发经济、有效的复合水处理单元迫在眉睫。此外，新技术如膜技术、生物强化技术等的应用在化学制药废水处理方面有更广阔的应用前景。 这是之前写的一个小报告，希望能对你有所帮助！

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