电子教案与课件:制药过程安全与环保-第5章-制药过程“三废”防治技术.ppt
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1、第第5章章 制药过程制药过程“三废三废”防治防治技术技术制药工程的制药工程的“三废三废”,一般指制药工业生产过程中产,一般指制药工业生产过程中产生的废水、废气、废渣,它们属于环境科学所定义的生的废水、废气、废渣,它们属于环境科学所定义的污水、大气污染物和固体废弃物范畴。污水、大气污染物和固体废弃物范畴。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及分类制药废水来源、特点及分类水污染也称之为水体污染,是指排入水体的污染物使水污染也称之为水体污染,是指排入水体的污染物使该物质在水中的含量超过了水体的本底含量和水体的该物质在水中
2、的含量超过了水体的本底含量和水体的自净力。制药废水是严重的水污染源之一。我国已于自净力。制药废水是严重的水污染源之一。我国已于2008年年8月月1日起,强制实施日起,强制实施制药工业水污染物排放制药工业水污染物排放标准标准。根据该标准,制药废水分为以下六类。根据该标准,制药废水分为以下六类。(1)发酵类制药废水)发酵类制药废水 发酵法生产的药物或药物中间体:抗生素类,如发酵法生产的药物或药物中间体:抗生素类,如-内酰胺类、大环内酯类等;维生素类,如维生素内酰胺类、大环内酯类等;维生素类,如维生素B12,维生素,维生素C等;氨基酸类;其它类,如核酸类等;氨基酸类;其它类,如核酸类药物辅酶药物辅酶
3、A、甾体类药物氢化可的松、酶类药物细胞、甾体类药物氢化可的松、酶类药物细胞色素色素C等。等。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及分类分类发酵类制药废水,来源于发酵、过滤、萃取、结晶、提炼、精制等过程,发酵类制药废水,来源于发酵、过滤、萃取、结晶、提炼、精制等过程,如图如图5-1所示。根据其来源,发酵类制药废水分为四类。直接工艺排水,所示。根据其来源,发酵类制药废水分为四类。直接工艺排水,包括:废滤液(从菌体中提取药物)、废母液(从滤液中提取药物)、其包括:废滤液(从菌体中提取药物)、废母液(从
4、滤液中提取药物)、其他母液,溶剂回收残液等。辅助过程排水,包括:工艺冷却水(如发酵他母液,溶剂回收残液等。辅助过程排水,包括:工艺冷却水(如发酵罐、消毒设备冷却水)、动力设备冷却水(如空气压缩机冷却水、制冷机罐、消毒设备冷却水)、动力设备冷却水(如空气压缩机冷却水、制冷机冷却水)、循环冷却水系统排污、水环真空设备排水、去离子水制备过程冷却水)、循环冷却水系统排污、水环真空设备排水、去离子水制备过程排水、蒸馏(加热)设备冷凝水等。冲洗水,包括:容器设备冲洗水(排水、蒸馏(加热)设备冷凝水等。冲洗水,包括:容器设备冲洗水(如发酵罐冲洗水等)、过滤设备冲洗水、树脂柱(罐)冲洗水、地面冲洗如发酵罐冲洗
5、水等)、过滤设备冲洗水、树脂柱(罐)冲洗水、地面冲洗水等。生活污水水等。生活污水。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及分类分类特点:排水点多,高、低浓度废水单独排放;污染物浓度高,特点:排水点多,高、低浓度废水单独排放;污染物浓度高,如废滤液、废母液等高浓度废液的如废滤液、废母液等高浓度废液的COD一般在一般在10000mg/L以上;含以上;含氮量高,可生化性较差;含有大量的硫酸盐,给废水的厌氧处理氮量高,可生化性较差;含有大量的硫酸盐,给废水的厌氧处理带来困难;废水中含有药物效价及微生物难以
6、降解,甚至对微生带来困难;废水中含有药物效价及微生物难以降解,甚至对微生物有抑制作用的物质。如当废水中青霉素、链霉素、四环素、氯霉物有抑制作用的物质。如当废水中青霉素、链霉素、四环素、氯霉素的浓度大于素的浓度大于10mg/L时会抑制好氧污泥活性,降低处理效果;色时会抑制好氧污泥活性,降低处理效果;色度较高度较高。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及分类分类(2)化学合成类制药废水)化学合成类制药废水 包括完全合成制药和半合成(主要原料为提取或生物制药方法生产包括完全合成制药和半合成(主要原料为
7、提取或生物制药方法生产的中间体)制药。的中间体)制药。化学合成制药的化学反应过程千差万别,生产工艺各异且较为复杂化学合成制药的化学反应过程千差万别,生产工艺各异且较为复杂,化学合成制药废水不好统一概括,可以笼统的分为,化学合成制药废水不好统一概括,可以笼统的分为4类:母液类类:母液类,如结晶母液,转相母液,吸附残液等;冲洗废水,包括过滤机,如结晶母液,转相母液,吸附残液等;冲洗废水,包括过滤机械、反应容器、催化剂载体、树脂、吸附剂等设备及材料的洗涤水械、反应容器、催化剂载体、树脂、吸附剂等设备及材料的洗涤水;回收残液,如回收溶剂残液、副产品回收残液等;辅助过程;回收残液,如回收溶剂残液、副产品
8、回收残液等;辅助过程排水及生活污水。排水及生活污水。特点:水质、水量变化大,特点:水质、水量变化大,pH值变化大,含盐量有时高,见表值变化大,含盐量有时高,见表5-2;污染物种类多,成分复杂;可生化性差,一些原料或产物具;污染物种类多,成分复杂;可生化性差,一些原料或产物具有生物毒性,或难被生物降解,如酚类化合物、苯胺类化合物、重有生物毒性,或难被生物降解,如酚类化合物、苯胺类化合物、重金属、苯系物、卤代烃溶剂等;色度高。金属、苯系物、卤代烃溶剂等;色度高。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及
9、分类分类(3)提取类制药废水)提取类制药废水 指应用物理、化学、生物化学的方法,将生物体(人体、动物、植物,不指应用物理、化学、生物化学的方法,将生物体(人体、动物、植物,不包括微生物)中起重要生理作用的各种基本物质经过提取、分离、纯化等包括微生物)中起重要生理作用的各种基本物质经过提取、分离、纯化等手段制造药物的过程。根据手段制造药物的过程。根据提取类制药工业水污染物排放标准提取类制药工业水污染物排放标准,适用,适用于不经过化学修饰或人工合成提取的生化药物,以动植物提取为主的天然于不经过化学修饰或人工合成提取的生化药物,以动植物提取为主的天然药物和海洋生物提取药物。提取类制药不含中药,不适用
10、于利用化学合成药物和海洋生物提取药物。提取类制药不含中药,不适用于利用化学合成、半合成等方法制得的生化基本物质的衍生物或类似物、菌体及其提取物、半合成等方法制得的生化基本物质的衍生物或类似物、菌体及其提取物、动物器官或组织及小动物制剂类药物。、动物器官或组织及小动物制剂类药物。提取类制药废水,包括从母液中提取药物后残留的废滤液、废母液和溶剂提取类制药废水,包括从母液中提取药物后残留的废滤液、废母液和溶剂回收残液等。废水成分复杂,水质、水量变化大,回收残液等。废水成分复杂,水质、水量变化大,pH值波动范围较大,见值波动范围较大,见图图5-2。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其
11、处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及分类分类(4)中药类制药废水)中药类制药废水 中药分为中药材、中成药和中药饮片。中药分为中药材、中成药和中药饮片。对于不同产品,中药制药都有其特殊的产生工段,但大多包含对于不同产品,中药制药都有其特殊的产生工段,但大多包含洗药、煮提与制剂、洗瓶等工段。中药废水主要含有各种天然洗药、煮提与制剂、洗瓶等工段。中药废水主要含有各种天然有机污染物,如有机酸、苷类、蒽酯、木质素、生物碱、单宁有机污染物,如有机酸、苷类、蒽酯、木质素、生物碱、单宁、鞣质、蛋白质、淀粉及它们的降解产物等。该类废水有机污、鞣质、蛋白质、淀粉及它
12、们的降解产物等。该类废水有机污染物含量高,成分复杂,难于沉淀,色度高,可生化性好,水染物含量高,成分复杂,难于沉淀,色度高,可生化性好,水质、水量变化大。质、水量变化大。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及分类分类(5)生物工程类制药废水)生物工程类制药废水 生物工程类制药,是利用微生物、寄生虫、动物毒素、生物组生物工程类制药,是利用微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织等,采用现代生物技术方法(主要是基因工程技术等),生织等,采用现代生物技术方法(主要是基因工程技术等),生产用于治疗、诊断等的多
13、肽和蛋白质类药物、疫苗等的过程。产用于治疗、诊断等的多肽和蛋白质类药物、疫苗等的过程。包括基因工程药物、基因工程疫苗、克隆工程制备药物等。包括基因工程药物、基因工程疫苗、克隆工程制备药物等。生物工程类制药废水,是以动物脏器为原料培养或提取菌苗、生物工程类制药废水,是以动物脏器为原料培养或提取菌苗、血浆、血清抗生素、胰岛素、胃酶等产生的废水。成分复杂,血浆、血清抗生素、胰岛素、胃酶等产生的废水。成分复杂,COD、SS含量高,水质变化大并且存在难生物降解且有抑菌作含量高,水质变化大并且存在难生物降解且有抑菌作用的抗生素。用的抗生素。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药
14、废水及其处理原则5.1.1.1 制药废水来源、特点及制药废水来源、特点及分类分类(6)混装制剂类制药废水)混装制剂类制药废水 指用药物活性成分和辅料通过混合、加工和配制,形指用药物活性成分和辅料通过混合、加工和配制,形成各种剂型药物的过程。按照成各种剂型药物的过程。按照混装制剂类制药工业混装制剂类制药工业水污染排放标准水污染排放标准,混装制剂类制药不适用于中成药,混装制剂类制药不适用于中成药制药。制药。这类制药废水主要是原料和生产器具洗涤水,设备、这类制药废水主要是原料和生产器具洗涤水,设备、地面冲洗水,污染程度不高,水质较简单,属于中低地面冲洗水,污染程度不高,水质较简单,属于中低含量有机废
15、水,这类生产企业的废水排放标准相对严含量有机废水,这类生产企业的废水排放标准相对严格,一般所含污染物较少,但也需进行适当的处理。格,一般所含污染物较少,但也需进行适当的处理。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.2 污染指标及处理污染指标及处理原则原则制药废水处理涉及常用的名词术语主要有以下几种。制药废水处理涉及常用的名词术语主要有以下几种。(1)化学需氧量或化学耗氧量()化学需氧量或化学耗氧量(chemical oxygen demand,COD)指在一定的条件下采用一定的强氧化剂处理水样时所消指在一定的条件下采用一定的强氧化剂处理水样
16、时所消耗的氧化剂量,是表示废水中还原性物质如各种有机物、亚硝耗的氧化剂量,是表示废水中还原性物质如各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等多少的一个指标。酸盐、硫化物、亚铁盐等多少的一个指标。COD越大,说明水越大,说明水体污染越严重。体污染越严重。(2)测定)测定CODcr的重铬酸钾法的重铬酸钾法 表示在强酸性条件下重铬酸钾表示在强酸性条件下重铬酸钾氧化氧化1L废水中有机物所需要的氧量,可大致表示废水中的有机废水中有机物所需要的氧量,可大致表示废水中的有机物含量。物含量。(3)生化需氧量或生化耗氧量()生化需氧量或生化耗氧量(biochemical oxygen demand,BOD)指废水中
17、所含有机物与空气接触时因需氧微生物的作用指废水中所含有机物与空气接触时因需氧微生物的作用而分解,使之无机化或气体化时所需消耗的氧量,以而分解,使之无机化或气体化时所需消耗的氧量,以mg/L表示表示,BOD越大,说明水体受有机物的污染越严重。越大,说明水体受有机物的污染越严重。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.2 污染指标及处理污染指标及处理原则原则(4)BOD/COD 反映废水的可生化性指标,比值越大,反映废水的可生化性指标,比值越大,越容易被生物处理。越容易被生物处理。(5)五日生化需氧量()五日生化需氧量(BOD5)采用五天时间在
18、一定温采用五天时间在一定温度下,用水样培养微生物,并测定水样中溶解氧消耗情况度下,用水样培养微生物,并测定水样中溶解氧消耗情况,称为五日生化需氧量。数值越大,说明水中有机物污染,称为五日生化需氧量。数值越大,说明水中有机物污染越严重。越严重。(6)悬浮固体()悬浮固体(suspended substance,SS)即水质中的悬即水质中的悬浮物。浮物。(7)总氮()总氮(total nitrogen,TN)即一切含氮化合物以氮即一切含氮化合物以氮计的总称。计的总称。(8)总有机碳()总有机碳(total organic carbon,TOC)即废水中溶即废水中溶解、悬浮有机物中的全部碳。解、悬浮
19、有机物中的全部碳。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.1制药废水及其处理原则制药废水及其处理原则5.1.1.2 污染指标及处理污染指标及处理原则原则(9)排水量)排水量 指生产设施或企业排放到企业法定边界外的废水指生产设施或企业排放到企业法定边界外的废水量,包括与生产有直接或间接关系的各种外排废水。量,包括与生产有直接或间接关系的各种外排废水。(10)单位产品基准排水量)单位产品基准排水量 指用于核定水污染物排放浓度而规指用于核定水污染物排放浓度而规定的生产单位产品的废水排放量上限值。定的生产单位产品的废水排放量上限值。制药废水的处理及排放标准的制定,要遵循以下原则:科学制药废水的处理及排
20、放标准的制定,要遵循以下原则:科学性、先进性和可操作性原则;清洁生产和循环经济原则;性、先进性和可操作性原则;清洁生产和循环经济原则;浓度控制与总量控制相结合的原则;分类指导原则;国家浓度控制与总量控制相结合的原则;分类指导原则;国家排放标准和地方排放标准相结合;定量与定性相结合原则。排放标准和地方排放标准相结合;定量与定性相结合原则。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.2 制药废水处理制药废水处理方法方法5.1.2.1 物理处理法物理处理法应用物理作用分离、回收废水中不易溶解的呈悬浮或应用物理作用分离、回收废水中不易溶解的呈悬浮或漂浮状态的污染物而不改变污染物化学本质的处理方漂浮状态的污
21、染物而不改变污染物化学本质的处理方法称为物理处理法,以热交换原理为基础的处理法也法称为物理处理法,以热交换原理为基础的处理法也属于物理法。物理法包括:重力分离法(如沉降和上属于物理法。物理法包括:重力分离法(如沉降和上浮)、离心分离法(如水旋和离心机)、筛滤截留法浮)、离心分离法(如水旋和离心机)、筛滤截留法(如格栅、筛网、布滤、砂滤)等。处理单元操作包(如格栅、筛网、布滤、砂滤)等。处理单元操作包括:调节、离心分离、除油、过滤等。括:调节、离心分离、除油、过滤等。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.2 制药废水处理制药废水处理方法方法5.1.2.1 物理处理物理处理法法表表5-3 废水物
22、理处理的基本方法与适用范围废水物理处理的基本方法与适用范围5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.2 制药废水处理制药废水处理方法方法5.1.2.2 化学处理法化学处理法利用化学原理、化学反应改变废水中的污染物成分的利用化学原理、化学反应改变废水中的污染物成分的化学本质,使之从溶解、胶体、悬浮状态转变为沉淀化学本质,使之从溶解、胶体、悬浮状态转变为沉淀、漂浮状态或从固态转变为气态而除去的处理方法称、漂浮状态或从固态转变为气态而除去的处理方法称之为化学处理法。之为化学处理法。(1)中和法)中和法 在废水中加入酸或碱进行中和反应,调在废水中加入酸或碱进行中和反应,调节废水的酸碱度节废水的酸碱度pH
23、,使其呈中性或接近中性或适于下,使其呈中性或接近中性或适于下步处理的步处理的pH值范围值范围。(2)化学沉淀法)化学沉淀法 向废水中投加沉淀剂,使其和水中向废水中投加沉淀剂,使其和水中的某些溶解性污染物质发生反应,生成溶度积小的难的某些溶解性污染物质发生反应,生成溶度积小的难溶于水的化合物,分离出去,降低溶解性污染物质的溶于水的化合物,分离出去,降低溶解性污染物质的浓度。浓度。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.2 制药废水处理制药废水处理方法方法5.1.2.2 化学处理化学处理法法(3)氧化还原法)氧化还原法 废水中某些有毒、有害的溶解性污废水中某些有毒、有害的溶解性污染物质,可以在氧化
24、还原反应过程中转化成无毒、无染物质,可以在氧化还原反应过程中转化成无毒、无害的新物质,或转化成可从水中分离出来的气体或固害的新物质,或转化成可从水中分离出来的气体或固体,达到净化目的。体,达到净化目的。(4)铁炭法)铁炭法 在酸性介质(在酸性介质(pH 36)的作用下,铁屑)的作用下,铁屑和炭粒形成无数个微小原电池,释放出活性极强的和炭粒形成无数个微小原电池,释放出活性极强的H,并与溶液中的许多组分发生氧化还原反应。同时,并与溶液中的许多组分发生氧化还原反应。同时,还产生新生态的还产生新生态的Fe2+,新生态的,新生态的Fe2+继续被氧化生成继续被氧化生成Fe3+,随后被水解并形成以,随后被水
25、解并形成以Fe3+为中心的胶凝体,从为中心的胶凝体,从而使有机废水降解而使有机废水降解。5.1 制药废水防治制药废水防治5.1.2 制药废水处理制药废水处理方法方法5.1.2.2 化学处理化学处理法法(5)Fenton试剂处理法试剂处理法 Fenton试剂的基本组成是试剂的基本组成是H2O2和和Fe2+,其实质是,其实质是2价铁离子和价铁离子和H2O2之间的链式反应催化生成高活性之间的链式反应催化生成高活性的羟基自由基(的羟基自由基(OH),链反应如图),链反应如图5-35.1 制药废水防治制药废水防治5.1.2 制药废水处理制药废水处理方法方法5.1.2.2 化学处理化学处理法法(6)高级氧
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