Пречистване на отпадъчни води от фармацевтичната индустрия

През последните години въпросът за наличието и съдбата на активни фармацевтични съставки, разтворители, междинни продукти и суровини във водите и отпадъчните водни потоци от фармацевтичната индустрия привлича все по-голямо внимание. Традиционните методи за пречистване на отпадъчни води, като използването на активна утайка, не са достатъчни за пълното отстраняване на активните фармацевтични съставки и други компоненти от тези отпадъчни води. Затова е необходимо да се прилагат допълнителни методи на третиране като например мембранна филтрация, обратна осмоза и пречистване с активен въглен.

Отпадъчните води от фармацевтичната индустрия варират в значителна степен по отношение на дебит и състав, които се определят от фактори като скорост на производство, осъществяваните специфични процеси, конкретните дейности, от които се генерират потоците, и др. Всички тези променливи означават, че замърсеността на крайния поток може да е много различна. Обикновено тези отпадъчни води съдържат: високи концентрации органични вещества, голяма част от които са лесно биоразградими (алкохол, ацетон и др.); бавно биоразграждащи се органични съединения (ароматни съединения, хлорирани въглеводороди); инхибиращи и токсични съединения (антибиотици); сапуни и детергенти, съдържащи повърхностно активни вещества.

Повечето от отпадъчните води се генерират вследствие на измиване на оборудването в края на производствения процес. По-малки количества се отделят от пречистването на използваната в производството вода (остатъци от обратна осмоза и регенериране на йонообменни смоли), от лабораториите и др.

Най-добрите техники за третиране на потоците, отделящи се от фармацевтичната индустрия, се определят спрямо всеки отделен случай поради изключително широката гама съединения, които те могат да съдържат.

Процес с активна утайка

Методите за биологично третиране традиционно се използват за отпадъчни води от фармацевтичната индустрия. Те могат да бъдат разделени на аеробни и анаеробни. Характеристиките на отпадъчните води играят ключова роля при избора на биологичен процес. Разтворителите, активните фармацевтични съставки, междинните продукти и суровините са бионеразградими вещества, които оказват влияние върху ефективността на системите за биологично третиране. Прилагането на процеса с активна утайка не е подходящо за отпадъчни води, при които стойността на химичната потребност от кислород (ХПК) е над 4000 mg/l.

В исторически план конвенционалният процес с активна утайка и дълго време на хидравлично задържане е предпочитаният метод за третиране на отпадъчните води от фармацевтичната индустрия. Той има по-ниски капиталови разходи в сравнение с другите методи и ограничени оперативни изисквания. Освен това е по-екологосъобразен от хлорирането. С процеса с активна утайка обаче са свързани високо енергопотребление, получаване на големи количества утайка и проблеми като оцветяване, запенване и запушване във вторичните утаители. Сред най-важните параметри са времето на хидравлично задържане, температурата, pH, разтвореният кислород, органичното замърсяване, наличието на токсични или бионеразградими вещества и др.

Анаеробни технологии

Предимствата на анаеробното третиране пред аеробните процеси се изразяват в по-голямата способност за справяне със силно замърсени отпадъчни води, като са характерни по-ниско енергопотребление, оперативни разходи, пространствени изисквания, наличие на по-малко хранителни вещества и по-висока компактност на съоръженията. Тъй като редица природни и ксенобиотични органични съединения в отпадъчните води от фармацевтичната индустрия са трудно- или небиоразградими от микробиланата маса в рамките на конвенционалната пречиствателна система, анаеробните процеси невинаги са ефективни в отстраняването на тези вещества.

Един от начините за преодоляване на този проблем е използването на анаеробни микроорганизми, които могат да се адаптират към нива, надвишаващи многократно тези, които инхибират метаногените, както и прилагането на различни конфигурации, включително биомембранни реактори, реактори с разбъркване, с флуидизиран слой и др.

Окислителни процеси

Когато отпадъчните води са с висока концентрация на устойчиви съединения (с много силна химична стабилност) или токсични вещества, са необходими процеси, които са по-интензивни в елиминирането на замърсителите. Усъвършенстваните окислителни процеси включват широка гама технологии, повечето от които се основават на генерирането на хидроксилни радикали или осигуряването на енергията, необходима за разрушаването на молекулите на замърсителите. Тези техники са особено конкурентоспособни за елиминиране на халогенирани въглеводороди (бензен, толуен, фенол и др.), детергенти, оцветители. Сред най-разпространените техники са електрохимичното окисление, каталитичното озониране, анодното окисление, комбинацията от ултравиолетово излъчване и водороден пероксид, фотокатализата и др. Всички изброени техники могат да елиминират високи концентрации на който и да е замърсител поради неселективния им характер. Разходите за провеждането на тези окислителни процеси обаче са високи и затова те се прилагат само когато химичната деструкция е единственото възможно решение.

Крайната цел на окислителните процеси е минерализацията на замърсителите чрез превръщането им във въглероден диоксид, вода, азот и други неорганични вещества. Различни проучвания доказват потенциала на тези процеси за елиминирането на фармацевтични продукти. Те могат да променят полярността на съединенията и на редицата функционални групи, определящи активността на фармацевтичното вещество. Необходимо е обаче да се идентифицират и следят продуктите от разграждането, тъй като понякога те могат да бъдат по-токсични от първоначалните съединения.

Активен въглен

Използването на активен въглен е конвенционална технология за отстраняването както на природни, така и на синтетични органични замърсители. Най-често се прилага под формата на прах или гранули във филтри с пълнеж. Като недостатък на метода може да бъде посочена необходимостта от обезвреждане и регенериране на активния въглен.

Според проучване и прахообразният, и гранулираният активен въглен отстраняват над 90% от естрогени (100-200 ng/l начални концентрации). Разтворените органични съединения и повърхностно активните вещества обаче могат да запушат порите в структурата на активния въглен. Основната трудност при използването на прахообразен активен въглен е разделянето му от водата. Съществуват няколко опции – може да се осъществи или чрез утаяване, за което са необходими утаяващи агенти, или чрез мембранна филтрация, за която е необходима допълнителна енергия. Процесът може да бъде подобрен и чрез увеличаване на времето на задържане. Етапът на филтрация намалява потребността от активен въглен поради редуцираното блокиране на микропорите от съединения с високо молекулно тегло. Вследствие на това прахообразният активен въглен е подходящ за третиране само на предварително обработени отпадъчни води или такива с ниско органично замърсяване.

Озониране

Озонът се използва в пречистването на води предимно заради своите силни дезинфекциращи свойства. Приложението му за третиране на води, съдържащи остатъци от фармацевтични продукти, понастоящем е обект на обширна научноизследователска дейност.

Ефектът от процеса на озониране се дължи предимно на формирането на хидроксилни радикали в резултат от разграждането на озона във водата. Техниката се използва като основен метод на третиране или за увеличаване на биоразградимостта на замърсителите и ефективността на последващите процеси.

Генерирането на озон е енергийно интензивен процес, което оскъпява внедряването на метода. Използването на система за пречистване с озон може да увеличи енергийните потребности на конвенционална станция за третиране на отпадъчни води с 40-50%.