طرق وخصائص معالجة مياه الصرف الصحي في صناعة الأدوية

يمكن تلخيص طرق معالجة مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات على النحو التالي: طرق المعالجة الفيزيائية والكيميائية، وطرق المعالجة البيولوجية الهوائية، وطرق المعالجة البيولوجية اللاهوائية، ومجموعة من الطرق المختلفة.

تشمل الطرق الفيزيائية والكيميائية بشكل رئيسي الترسيب، والتخثر، والترشيح، وغيرها من الطرق. نظرًا لتركيب مياه الصرف الصحي الناتجة عن إنتاج المضادات الحيوية المعقد، وارتفاع نسبة المواد العضوية، ووجود كمية صغيرة من المضادات الحيوية المتبقية، عند استخدام المعالجة البيوكيميائية، فإن التأثير المثبط القوي للمضادات الحيوية المتبقية على الكائنات الحية الدقيقة يؤدي إلى تعقيد عمليات معالجة مياه الصرف الصحي، وارتفاع التكاليف، وعدم استقرار النتائج.

تشمل المعالجة البيولوجية الهوائية بشكل رئيسي SBR، وخندق الأكسدة، والتهوية العميقة، والأكسدة بالاتصال. ومع ذلك، نظرًا لأن مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات هي مياه صرف صحي عضوية عالية التركيز، فإن طريقة الطين النشط في العملية الهوائية التقليدية لا تستطيع تحمل مياه الصرف الصحي التي يزيد تركيز COD فيها عن 10 جم / لتر، ويجب تخفيف مياه الصرف الصحي الأصلية بشكل كبير. لذلك، فإن استهلاك المياه النظيفة والطاقة كبير، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المعالجة، كما أن معدل معالجة مياه الصرف الصحي الفعلي للشركة المصنعة للتطبيق منخفض أيضًا.

تشمل المعالجة البيولوجية اللاهوائية بشكل رئيسي الهضم اللاهوائي، والترشيح اللاهوائي، وسرير الطين اللاهوائي المتدفق لأعلى، وسرير الطين اللاهوائي الموسع الحبيبي، والدوران الداخلي، إلخ. بالمقارنة مع المعالجة الهوائية، تتميز المعالجة اللاهوائية عادةً بحمل عضوي مرتفع في معالجة مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات، وانخفاض إنتاج الطين، وسهولة تجفيف الطين البيولوجي، واحتياج أقل للمغذيات، وعدم الحاجة إلى التهوية، وانخفاض استهلاك الطاقة. يمكن أن ينتج الغاز الحيوي، واستعادة الطاقة، وله نطاق واسع من درجات حرارة الماء المناسبة، وله مزايا وقت تخزين طويل للطين اللاهوائي النشط، وقد تم استخدامه على نطاق أوسع وأوسع.

• مصدر وخصائص مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات

يشمل إنتاج المضادات الحيوية التخمير الميكروبي، والترشيح، والبلورة الاستخراجية، والتكرير، وغيرها من العمليات. تأتي مياه الصرف الصحي المستخدمة لإنتاج المضادات الحيوية باستخدام الحبوب أو دبس السكر كمادة خام رئيسية بشكل رئيسي من مياه الصرف الصحي العضوية عالية التركيز من عمليات الفصل، والاستخراج، والتكرير، والتنقية، مثل سائل التبلور، وعصارة الأمهات النفايات، ومياه غسل خزانات البذور وخزانات التخمير، ومياه التبريد لخزانات التخمير. لذلك، تتميز مياه الصرف الصحي بالخصائص التالية:

1. محتوى عالٍ من COD

يتراوح COD لمياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات بشكل عام بين 5000 و 80000 ملغم / لتر. وتشمل بشكل رئيسي مصفوفة بقايا التخمير وعملية الاستخراج، وتصريف السائل المتبقي من وعاء التقطير بعد استعادة المذيب، وسائل النفايات الامتصاصية التي يتم تفريغها من عملية التبادل الأيوني، ومرشح التخمير للمضادات الحيوية غير القابلة للذوبان في الماء، وسائل النفايات من خزان التلوث، إلخ. تركيز هذه المكونات مرتفع، مثل تركيز CODCr لمياه الصرف الصحي البنسلين هو 15000-80000 ملغم / لتر، وتركيز CODCr لمياه الصرف الصحي للأوكسي تتراسيكلين هو 8000-35000 ملغم / لتر.

2. تركيز عالٍ من المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي (500 ～ 25000 ملغم / لتر)

تتكون المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات بشكل رئيسي من الركيزة الثقافية المتبقية للتخمير والفطريات الميكروبية الناتجة عن التخمير. على سبيل المثال، المواد الصلبة العالقة لمياه الصرف الصحي من الجنتاميسين حوالي 8000 ملغم / لتر، ومياه الصرف الصحي من البنسلين 5000-23000 ملغم / لتر.

3. مكونات معقدة.

تحتوي مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات على مواد خام مثل المستقلبات الوسيطة، والمواد الخافضة للتوتر السطحي، وتركيزات عالية من الأحماض، والقلويات، والمذيبات العضوية المتبقية في عملية الاستخراج والفصل، مع مكونات معقدة. من السهل أن تسبب تقلبات في قيمة الأس الهيدروجيني، وتؤثر على التأثير البيوكيميائي.

4. وجود مواد سامة بيولوجيًا.

تحتوي مياه الصرف الصحي على مواد يصعب على الكائنات الحية الدقيقة تحليلها، بل ولها تأثيرات مثبطة على الكائنات الحية الدقيقة. في عملية التخمير أو الاستخراج، فإن المواد العضوية أو غير العضوية التي تحتاج إلى إضافتها للإنتاج، بالإضافة إلى المذيبات المتبقية والمضادات الحيوية المتبقية ومنتجات تحللها التي يتم تفريغها أثناء عملية الإنتاج، إلخ، عندما تصل هذه المواد إلى تركيز معين، فإنها ستثبط الكائنات الحية الدقيقة.

5. تركيز الكبريتات مرتفع.

على سبيل المثال، محتوى كبريتات مياه الصرف الصحي من الستربتومايسين حوالي 3000 ملغم / لتر، يصل إلى 5500 ملغم / لتر، والبنسلين أكثر من 5000 ملغم / لتر.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات بخصائص اللون العالي، وتقلب قيمة الأس الهيدروجيني الكبير، والتفريغ المتقطع. إنها واحدة من مياه الصرف الصحي العضوية السامة التي تتميز بتكاليف معالجة عالية وصعوبة في المعالجة.

• طريقة المعالجة الفيزيائية لمياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات

نظرًا لأن مياه الصرف الصحي الناتجة عن إنتاج المضادات الحيوية هي مياه صرف صحي عضوية صعبة التحلل، فإن التأثير المثبط القوي للمضادات الحيوية المتبقية على الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن يؤدي إلى تعقيد عمليات معالجة مياه الصرف الصحي، وارتفاع التكاليف، وعدم استقرار النتائج. لذلك، في عملية معالجة مياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات، يمكن استخدام طريقة المعالجة الفيزيائية كطريقة معالجة مسبقة للمعالجة البيوكيميائية اللاحقة لتقليل المواد الصلبة العالقة في الماء وتقليل المواد المثبطة حيوياً في مياه الصرف الصحي. تشمل طرق المعالجة الفيزيائية المستخدمة حاليًا بشكل رئيسي التخثر، والترسيب، والطفو الهوائي، والامتصاص، والتناضح العكسي، والترشيح.

طريقة التخثر هي أنه بعد إضافة عامل تخثر، تتلامس الجسيمات التي فقدت شحنتها مع بعضها البعض عن طريق التحريك لتشكيل أجسام متكتلة، وهو أمر مناسب لترسيبها أو ترشيحها لتحقيق غرض الفصل. بعد معالجة التخثر، لا يمكن تقليل تركيز الملوثات بشكل فعال فحسب، بل يتم تحسين أداء التحلل البيولوجي لمياه الصرف الصحي أيضًا. تشمل المواد المخثرة المستخدمة بشكل شائع في معالجة مياه الصرف الصحي في صناعة الأدوية المضادة للميكروبات: كبريتات الحديد البوليمرية، وكلوريد الحديد، وأملاح الحديدوز، وكبريتات كلوريد البوليمر الألومنيوم، وكلوريد البوليمر الألومنيوم، وكبريتات كلوريد الحديد البوليمر الألومنيوم، وبولياميد (PAM)، إلخ، والترسيب هو فصل أو إزالة الجسيمات المعلقة التي تكون أكثر كثافة من الماء من الماء عن طريق فصل الترسيب بالجاذبية.

الطفو الهوائي هو عملية يتم فيها استخدام فقاعات هواء صغيرة متناثرة للغاية كناقلات لامتصاص الملوثات في مياه الصرف الصحي، بحيث يكون الكثافة أقل من كثافة الماء وتطفو لأعلى لتحقيق فصل الصلب والسائل أو السائل والسائل. يشمل عادةً أشكالًا مختلفة مثل الطفو الهوائي القابل للنفخ، والطفو الهوائي المذاب، والطفو الهوائي الكيميائي، والطفو الهوائي الإلكتروليتي. يستخدم مصنع أدوية محلي جهاز طفو هوائي مقعر دوّامي CAF لمعالجة مياه الصرف الصحي الدوائية مسبقًا. مع التنسيق الدوائي المناسب، يمكن أن يكون متوسط معدل إزالة CODcr حوالي 25٪.

تشير طريقة الامتصاص إلى استخدام المواد الصلبة المسامية لامتصاص بعض أو عدة ملوثات في مياه الصرف الصحي لاستعادة أو إزالة الملوثات، وبالتالي تنقية مياه الصرف الصحي. المواد الماصة المستخدمة بشكل شائع هي الكربون المنشط، والفحم المنشط، والأحماض الهومية، وراتنجات الامتصاص، إلخ. تتميز هذه الطريقة بمزايا الاستثمار الصغير، والعملية البسيطة، والتشغيل المريح، وسهولة المعالجة، وهي أكثر ملاءمة لتحسين عملية محطة معالجة مياه الصرف الصحي الأصلية.

تستخدم طريقة التناضح العكسي غشاءً نصف نافذ لفصل المحاليل المركزة والمخففة، وتستخدم فرق الضغط كقوة دافعة لتطبيق ضغط يتجاوز الضغط الاسموزي للمحلول لتغيير اتجاه النفاذية الطبيعي، وتسرب ضغط الماء في المحلول المركز إلى جانب المحلول المخفف، يمكن تحقيق غرض تركيز مياه الصرف الصحي وتنقيتها.

• طريقة المعالجة الكيميائية لمياه الصرف الصحي المضادة للميكروبات

1. الأكسدة الضوئية الحفازة.

يمكن لهذه التقنية أن تحلل بشكل فعال تركيز المواد العضوية في مياه الصرف الصحي الدوائية، ولها مزايا الأداء المستقر، وعدم الانتقائية لمياه الصرف الصحي، وظروف التفاعل الدافئة، وعدم وجود تلوث ثانوي، مما يجعلها ذات آفاق تطبيقية جيدة. باستخدام Ti02 كعامل حفاز، تم استخدام مفاعل ضوئي حفازي سرير من السوائل لمعالجة مياه الصرف الصحي الدوائية، وتم التحقيق في التأثير الضوئي الحفازي في ظل ظروف عملية مختلفة. بعد 150 دقيقة، كان COD للمصرف في مرحلة الأكسدة الضوئية 113 و 124 ملغم / لتر، وكانت معدلات الإزالة 81.0٪ و 85.6٪، ويمكن أيضًا زيادة قيمة BODs / COD من 0.2 إلى 0.5، مما يحسن قابلية التحلل البيولوجي لمياه الصرف الصحي. ومع ذلك، لا تزال هناك أوجه قصور في طريقة الأكسدة الضوئية الحفازة، وأكثر محفزات Ti02 استخدامًا يتميز بانتقائية عالية ويصعب فصله وإعادة تدويره. لذلك، فإن تحضير المحفزات الضوئية الفعالة هو شرط أساسي لاستخدام هذه الطريقة على نطاق واسع في مجال حماية البيئة.

2. طريقة Fe-C.

تُعد تقنية Fe-C من تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي التي حظيت بدراسة وتطبيق واسعين. يتم ملء محلول الإلكتروليت بمياه الصرف الصحي ذات قيمة PH تتراوح بين 3 و 6. وتشكل برادة الحديد وجزيئات الكربون العديد من البطاريات الأولية الصغيرة، مما يؤدي إلى إطلاق [H] عالي النشاط. يمكن أن يتفاعل [H] الإيكولوجي الجديد مع العديد من المكونات في المحلول. يحدث تفاعل اختزال مؤكسد، وفي الوقت نفسه يتم إنتاج Fe3 إيكولوجي جديد. يتميز Fe3 الإيكولوجي الجديد بنشاط عالٍ وينتج Fe3. مع تقدم تفاعل التحلل المائي، يتشكل جل بمركز Fe3، وذلك لتحقيق تأثير تحلل مياه الصرف العضوية.

في ظل درجة الحرارة والضغط العاديين، تم تركيب الكربون المنشط وبرادة الحديد في عمود التشريب بنسبة طول الأنبوب إلى القطر كطبقة ترشيح، وتم استخدام Mn2 و Cu2 كمحفزات لمعالجة مياه الصرف الشاملة لمصنع الأدوية التتراسيكلين، وتُظهر النتائج أن الكربون المنشط له تأثير امتصاص أكبر. في الوقت نفسه، يؤكسد ميكروباتارية Fe-c المتكونة في الأنبوب الحديد إلى راسب هيدروكسيد الحديديك، والذي يفصل المواد الصلبة والسائلة ويقلل العكارة. في التطبيق الفعلي لأساليب المعالجة الكيميائية، يمكن أن يؤدي الاستخدام المفرط للكواشف بسهولة إلى تلوث ثانوي للمسطحات المائية، لذلك يجب إجراء أعمال بحث ذات صلة قبل التصميم.

3. معالجة مياه الصرف الصحي بالمضادات الحيوية والهوائية.

تشمل الطرق البيولوجية الهوائية المستخدمة عادةً في مياه الصرف الصحي الدوائية: طريقة الطين النشط العادية، والطريقة البيوكيميائية المضغوطة، وطريقة التهوية بالآبار العميقة، وطريقة الأكسدة بالاتصال البيولوجي، والطريقة البيولوجية للسرير المائع، وعملية الطين النشط الدوري، إلخ.

في الوقت الحاضر، الطريقة الأكثر نضجًا لمعالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على المضادات الحيوية في الداخل والخارج هي طريقة الطين النشط. نظرًا للمعالجة الأولية المعززة، وطريقة التهوية المحسنة، وتشغيل الجهاز المستقر، فقد أصبحت طريقة شائعة الاستخدام من قبل مصانع الأدوية في بعض الدول الصناعية في السبعينيات. ومع ذلك، فإن عيب طريقة الطين النشط الشائعة هو أن مياه الصرف تحتاج إلى الكثير من التخفيف، وهناك الكثير من الرغوة أثناء التشغيل، ومن السهل حدوث تمدد للطين، وكمية الطين الزائد كبيرة، ومعدل الإزالة ليس مرتفعًا. في هذه الحالة، يجب استخدام مرحلتين أو أكثر من المعالجة. لذلك، في السنوات الأخيرة، أصبح تحسين طريقة التهوية وتقنية تثبيت الميكروبات لتحسين تأثير معالجة مياه الصرف جزءًا مهمًا من البحث والتطوير لعملية الطين النشط.

مقارنةً بطريقة الطين النشط العادية، تزيد الطريقة البيوكيميائية المضغوطة من تركيز الأكسجين المذاب، ويكون إمداد الأكسجين كافيًا، وهو ليس فقط مواتٍ لتسريع التحلل البيولوجي، بل أيضًا لتحسين مقاومة الصدمات البيولوجية.

طريقة التهوية بالآبار العميقة هي نظام طين نشط عالي السرعة. مقارنةً بطريقة الطين النشط العادية، تتميز طريقة التهوية بالآبار العميقة بالميزات التالية: معدل استخدام الأكسجين العالي، ما يعادل 10 أضعاف معدل التهوية العادية؛ حمولة الطين العالية، أعلى من 2.5 إلى 4 أضعاف طريقة الطين النشط العادية؛ صغيرة، منخفضة التكلفة، منخفضة التكلفة التشغيلية، عالية الكفاءة، يمكن أن يصل متوسط معدل إزالة COD إلى أكثر من 70٪؛ مقاومة قوية لتأثير الحمولة الهيدروليكية والعضوية؛ لا توجد مشكلة في انتفاخ الطين؛ تأثير عزل حراري جيد.

تتميز طريقة الأكسدة بالاتصال البيولوجي بخصائص كل من طريقة الطين النشط وطريقة الأغشية الحيوية، ولها حمولة معالجة عالية، والتي يمكن أن تعالج مياه الصرف العضوية التي تسبب بسهولة انتفاخ الطين. في معالجة مياه الصرف الصناعي في الصناعة الدوائية، غالبًا ما يتم استخدام الأكسدة بالاتصال البيولوجي مباشرةً، أو يتم استخدام الهضم اللاهوائي والتحميض كإجراءات معالجة أولية لمعالجة مياه الصرف الصناعي الدوائية. ومع ذلك، عند استخدام طريقة الأكسدة بالاتصال لمعالجة مياه الصرف الصحي الدوائية، إذا كانت تركيز مياه المدخل عالية، فمن المحتمل أن تظهر كمية كبيرة من الرغوة في الحوض، ويجب اتخاذ إجراءات وقائية ووقائية أثناء التشغيل.

يُجمع السرير المائع البيولوجي بين مزايا طريقة الطين النشط العادية وطريقة الترشيح البيولوجي، لذلك يتمتع بمزايا حمولة الحجم العالية، وسرعة التفاعل السريعة، والمساحة الصغيرة.

تتميز عملية الطين النشط الدوري (SBR) بمزايا جودة المياه المتجانسة، وعدم الحاجة إلى إعادة الطين، ومقاومة الصدمات، ونشاط الطين العالي، والبنية البسيطة، والتشغيل المرن، وقلة احتلال الأرض، وانخفاض الاستثمار، والاستقرار التشغيل، ومعدل إزالة المصفوفة أعلى من طريقة الطين النشط الشائعة. وهي أكثر ملاءمة لمعالجة مياه الصرف ذات التصريف المتقطع والتقلبات الكبيرة في جودة المياه وكميتها. ومع ذلك، فإن طريقة SBR لها عيوب في ترسيب الطين ووقت فصل الطين والماء الطويل. عند معالجة مياه الصرف عالية التركيز، يلزم الحفاظ على تركيز طين عالي، وفي الوقت نفسه، من السهل حدوث انتفاخ لزوجة عالية.

لذلك، غالبًا ما يُنظر في إضافة الكربون المنشط المسحوق للحد من الرغوة في خزان التهوية، وتحسين أداء ترسيب الطين، وأداء فصل السائل والصلب، وأداء إزالة الماء من الطين، إلخ، وذلك للحصول على معدل إزالة أعلى. لا يزال تطبيق الطريقة الهوائية مباشرةً لمعالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على المضادات الحيوية يحتاج إلى مراعاة سمية المضادات الحيوية المتبقية في مياه الصرف على البكتيريا الهوائية، لذلك يلزم عادةً المعالجة الأولية لمياه الصرف.