مرحبًا بكم في شركة شنغهاي ماريا للهندسة والمشاريع الدوائية المحدودة.

info@marya.cn

ماريا

أخبار الشركة

معلومات الصناعة

طرق ومعالم معالجة مياه الصرف الصحي في الصناعة الدوائية

2022-04-06

النص الأصلي

ماريا

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

تتضمن الطرق الفيزيائية والكيميائية بشكل رئيسي عمليات الترسيب والتخثر والترشيح وغيرها من الأساليب. ونظرًا للتركيب المعقد لمياه الصرف الناتجة عن إنتاج المضادات الحيوية، الذي يتميز بارتفاع محتواها العضوي ووجود كميات صغيرة من المضادات الحيوية المتبقية، فإن استخدام المعالجة البيوكيميائية يؤدي إلى تأثيرات مثبطة قوية للميكروبات بسبب هذه المضادات الحيوية المتبقية، مما يسبب تعقيدًا في عمليات معالجة المياه العادمة، وارتفاع التكاليف، وعدم استقرار النتائج.

تتضمن المعالجة البيولوجية الهوائية بشكل رئيسي تقنيات مثل SBR، وقناة الأكسدة، والتهوية في الآبار العميقة، وأكسدة التلامس. ومع ذلك، نظرًا لأن مياه الصرف الصحي المحتوية على مضادات حيوية تعد من مياه الصرف العضوي ذات التركيز العالي، فإن طريقة الحمأة النشطة التقليدية للعملية الهوائية لا تستطيع تحمل مياه الصرف التي يتجاوز تركيز COD فيها 10 جرام/لتر، مما يستدعي تخفيف المياه الخام بشكل كبير قبل المعالجة. وبالتالي، تتسبب هذه العملية في استهلاك كبير للمياه النقية والطاقة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المعالجة، كما تنخفض نسبة معالجة مياه الصرف الفعلية لدى الشركات المنتجة.

يشمل المعالجة البيولوجية اللاهوائية بشكل رئيسي خزان التحلل اللاهوائي، والمرشح اللاهوائي، وسرير الحمأة اللاهوائي عالي التدفق، وسرير الحمأة الحبيبية الموسعة اللاهوائي، والتدوير الداخلي، وغيرها. وبالمقارنة مع المعالجة الهوائية، تتميز المعالجة اللاهوائية عادةً بحمل عضوي مرتفع في معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على مضادات حيوية، وإنتاج منخفض للحمأة، وسهولة فصل الحمأة البيولوجية عن الماء، واحتياج أقل للمغذيات، وعدم الحاجة إلى التهوية، واستهلاك منخفض للطاقة. كما يمكنها إنتاج الغاز الحيوي واستعادة الطاقة، وتتمتع بمدى واسع من درجات حرارة المياه المناسبة، بالإضافة إلى مزايا مثل طول فترة تخزين الحمأة اللاهوائية النشطة، مما أدى إلى استخدامها على نطاق واسع بشكل متزايد.

  • مصدر وخصائص مياه الصرف الصحي المحتوية على المضادات الحيوية

تشمل عملية إنتاج المضادات الحيوية التخمير الميكروبي، والترشيح، والاستخلاص والبلورة، والتنقية وغيرها من العمليات. أما مياه الصرف الصحي المستخدمة في إنتاج المضادات الحيوية باستخدام الحبوب أو دبس السكر كمواد خام رئيسية، فتأتي بشكل رئيسي من مياه الصرف العضوي عالي التركيز الناتجة عن عمليات الفصل والاستخلاص والتنقية، مثل سائل البلورة، وسائل الأمهات الناتجة عن النفايات، ومياه الغسيل الصادرة عن خزانات البذور وخزانات التخمير، بالإضافة إلى مياه التبريد الخاصة بخزانات التخمير. وبالتالي، تتميز مياه الصرف الصحي بالخصائص التالية:

1. محتوى عالٍ من COD

تتراوح قيمة COD لمياه الصرف الصحي المحتوية على مضادات حيوية عادةً بين 5000 و80000 ملجم/لتر. وتشمل بشكل رئيسي مصفوفة بقايا التخمير وعمليات الاستخلاص، والسوائل المتبقية من غلايات التقطير بعد استعادة المذيبات، والسوائل الناتجة عن عمليات الامتزاز في عملية التبادل الأيوني، ومحلول الترشيح الناتج عن تخمير المضادات الحيوية غير القابلة للذوبان في الماء، بالإضافة إلى السوائل الناتجة عن خزانات التلوث وغيرها. وتتميز هذه المكونات بتركيز عالٍ جدًا، مثل تركيز CODCr في مياه الصرف الصحي الخاصة بالبنسلين الذي يتراوح بين 15000 و80000 ملجم/لتر، وتركيز CODCr في مياه الصرف الصحي الخاصة بالأوكسي تتراسيكلين الذي يتراوح بين 8000 و35000 ملجم/لتر.

٢. تركيز عالٍ من SS في مياه الصرف الصحي (٥٠٠ إلى ٢٥٠٠٠ ملجم/لتر)

تُعتبر الصلبة المعلقة في مياه الصرف الصحي المحتوية على مضادات حيوية بشكل رئيسي بقايا مادة الثقافة المستخدمة في التخمير، وكذلك الخيوط الفطرية الناتجة عن عملية التخمير. على سبيل المثال، تبلغ نسبة الصلبة المعلقة في مياه الصرف الصحي الخاصة بالجنتاميسين حوالي 8000 ملليغرام/لتر، بينما تتراوح هذه النسبة في مياه الصرف الصحي الخاصة بالبنسلين بين 5000 و23000 ملليغرام/لتر.

3. مكونات معقدة

تحتوي مياه الصرف الصحي المحتوية على مضادات حيوية على مواد خام مثل المستقلبات الوسيطة والمواد الخافضة للتوتر السطحي، بالإضافة إلى تركيزات عالية من الأحماض والقلويات والمذيبات العضوية المتبقية من عمليات الاستخلاص والفصل، مما يجعل مكوناتها معقدة. ومن السهل أن تؤدي إلى تذبذب في درجة الحموضة وتؤثر على التأثير البيوكيميائي.

4. وجود مواد سامة بيولوجيًا.

تحتوي مياه الصرف الصحي على مواد يصعب تحللها بواسطة الكائنات الدقيقة، بل وقد يكون لها تأثيرات مثبطة عليها. وفي عملية التخمير أو الاستخلاص، فإن المواد العضوية أو غير العضوية التي يجب إضافتها للإنتاج، بالإضافة إلى المذيبات المتبقية والمضادات الحيوية المتبقية ومنتجات تحللها التي يتم تصريفها خلال عملية الإنتاج، وغيرها من المواد، عندما تصل هذه المواد إلى تركيز معين، فإنها ستؤدي إلى تثبيط الكائنات الدقيقة.

5. تركيز الكبريتات مرتفع.

على سبيل المثال، يبلغ محتوى كبريتات مياه الصرف الصحي من ستريبتومايسين حوالي 3000 ملليغرام/لتر، وقد يصل إلى 5500 ملليغرام/لتر، في حين يتجاوز محتوى البنسلين 5000 ملليغرام/لتر.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز مياه الصرف الصحي المحتوية على المضادات الحيوية بخصائص مثل اللون العالي، والتذبذب الكبير في درجة الحموضة، والتصريف المتقطع. وهي تعد من مياه الصرف العضوي السامة التي تتطلب تكاليف معالجة مرتفعة وتعتبر صعبة المعالجة.

  • طريقة المعالجة الفيزيائية لمياه الصرف الصحي المحتوية على المضادات الحيوية

نظرًا لأن مياه الصرف الناتجة عن إنتاج المضادات الحيوية تعد من مياه الصرف العضوية الصعبة التحلل، فإن التأثير المثبط القوي للمضادات الحيوية المتبقية على الكائنات الدقيقة يمكن أن يؤدي إلى عمليات معقدة لمعالجة المياه العادمة، وتكاليف مرتفعة، وتأثيرات غير مستقرة. ولذلك، في عملية معالجة مياه الصرف الخاصة بالمضادات الحيوية، يمكن استخدام طريقة المعالجة الفيزيائية كطريقة مسبقة للعلاج البيوكيميائي اللاحق، وذلك لتقليل المواد الصلبة العالقة في المياه وتقليل المواد المثبطة بيولوجيًا الموجودة في مياه الصرف. تشمل طرق المعالجة الفيزيائية المستخدمة حاليًا بشكل رئيسي التخثر والترسيب والتعويم بالهواء والامتزاز والتناضح العكسي والترشيح.

تتمثل طريقة التخثر في أنه بعد إضافة مادة متخثرة، تتم معالجة الجسيمات التي فقدت شحنتها عن طريق التقليب لتشكل كتلًا صغيرة، مما يسهل ترسيبها أو تصفيتها لتحقيق هدف الفصل. وبعد المعالجة بالتخثر، لا يمكن تقليل تركيز الملوثات بفعالية فحسب، بل تتحسن أيضًا قابلية المياه العادمة للتحلل الحيوي. ومن المواد المتخثرة الشائعة الاستخدام في معالجة المياه العادمة في صناعة الأدوية المضادة للميكروبات: كبريتات الحديد المتعددة البوليمرية، وكلوريد الحديد، وأملاح الحديدوز، وكبريتات كلوريد الألومنيوم المتعددة، وكلوريد الألومنيوم المتعدد، وكبريتات كلوريد الألومنيوم الحديدي، وبولي أكريلاميد (PAM)، وغيرها. أما عملية الترسيب فهي عبارة عن فصل أو إزالة الجزيئات العالقة التي تكون أكثر كثافة من الماء عن طريق الترسيب الجاذبي.

التعويم بالهواء هو عملية تُستخدم فيها فقاعات هواء دقيقة شديدة التشتت كحاملات لامتصاص الملوثات الموجودة في مياه الصرف، مما يؤدي إلى انخفاض كثافتها عن كثافة المياه وطفوها إلى الأعلى لتحقيق فصل بين المادة الصلبة والسائلة أو بين السائلين. وعادةً ما يشمل هذا العملية أشكالًا مختلفة مثل التعويم بالهواء القابل للنفخ، والتعويم بالهواء المذاب، والتعويم بالهواء الكيميائي، والتعويم بالهواء الكهربائي. وتستخدم إحدى المصانع المحلية للأدوية جهاز تعويم الهواء CAF ذو الفتحة المقعرة الدوامية لمعالجة مياه الصرف الصيدلاني بشكل مسبق. ومع التنسيق الدوائي المناسب، يمكن تحقيق معدل إزالة متوسط لـ CODcr يبلغ حوالي 25%.

تشير طريقة الامتزاز إلى استخدام المواد الصلبة المسامية لامتصاص بعض أو عدة ملوثات من مياه الصرف الصحي بهدف استعادة الملوثات أو إزالتها، وبالتالي تنقية المياه العادمة. ومن المواد الامتصاصة الشائعة الاستخدام الفحم المنشط والفحم المنشط والحموض الدبالية وراتنجات الامتزاز وغيرها. تتميز هذه الطريقة بمزايا مثل الاستثمار الصغير والعملية البسيطة والتشغيل المريح والمعالجة السهلة، وهي أكثر ملاءمة لتحسين العمليات في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية.

تستخدم طريقة التناضح العكسي غشاءً شبه منفذ لفصل المحاليل المركزة والمخففة، وتستغل فرق الضغط كقوة دافعة لتطبيق ضغط يتجاوز الضغط الأسموزي للمحلول، مما يؤدي إلى عكس اتجاه الترشيح الطبيعي، وتسريب ضغط المياه من الجانب المركّز إلى جانب المحلول المخفف. وبهذه الطريقة، يمكن تحقيق تركيز وتنقية مياه الصرف.

  • طريقة المعالجة الكيميائية لمياه الصرف المحتوية على المضادات الحيوية

1. الأكسدة بالتحفيز الضوئي

تستطيع هذه التكنولوجيا تقليل تركيز المواد العضوية في مياه الصرف الصيدلاني بفعالية، وتتميز بأداء مستقر، وعدم وجود انتقائية للمياه العادمة، وظروف تفاعل دافئة، وعدم إحداث تلوث ثانوي، مما يجعل لها آفاقًا جيدة للتطبيق. وباستخدام TiO₂ كعامل حفاز، تم استخدام مفاعل ضوئي مميع لمعالجة مياه الصرف الصيدلاني، وتم دراسة التأثير الضوئي تحت ظروف عملية مختلفة. وبعد 150 دقيقة، بلغت قيمة COD لمخرجات مرحلة الأكسدة الضوئية 113 و124 ملليغرام/لتر، وكانت نسبتا إزالة الملوثات 81.0% و85.6% على التوالي، كما زادت قيمة BODs/COD من 0.2 إلى 0.5، مما عزز قابلية المياه العادمة للتحلل الحيوي. ومع ذلك، لا تزال هناك أوجه قصور في طريقة الأكسدة الضوئية، حيث إن محفز TiO₂ الأكثر استخدامًا يتمتع بانتقائية عالية ويصعب فصله وإعادة استخدامه. ولذلك، فإن تحضير محفزات ضوئية فعّالة يُعدّ الشرط الأساسي لتوسيع نطاق استخدام هذه الطريقة في مجال حماية البيئة.

٢. طريقة Fe-C

Fe-C هي تقنية معالجة مياه الصرف الصحي التي تم دراستها وتطبيقها على نطاق واسع. يتم ملء محلول الإلكتروليت بمياه الصرف ذات قيمة الأس الهيدروجيني من 3 إلى 6، حيث تشكل حبيبات الحديد والجسيمات الكربونية العديد من البطاريات الأولية الصغيرة الحجم، مما يؤدي إلى إطلاق ذرات [H] شديدة النشاط. يمكن لهذه الذرات البيئية الجديدة التفاعل مع العديد من المكونات في المحلول، مما يُحدث تفاعلاً أكسدة-اختزال ويؤدي في الوقت نفسه إلى إنتاج Fe3 بيئي جديد عالي النشاط. يمتاز هذا النوع الجديد من Fe3 بنشاطه العالي، ويُساهم في تكوين Fe3 أثناء تقدم تفاعل التحلل المائي، مما يؤدي إلى تشكيل هلام مركز حول Fe3، وبالتالي تحقيق تأثير تحلل مياه الصرف العضوية.

في درجة حرارة وضغط عاديين، تم تركيب الفحم المنشط وحُبيبات الحديد في عمود الترشيح بطول أنبوب مائل كطبقة مرشحة، واستُخدم كل من Mn²⁺ وCu²⁺ كمحفزين لمعالجة المياه العادمة الشاملة الناتجة عن مصنع الأدوية الخاص بالتيتراسيكلين. أظهرت النتائج أن الفحم المنشط يتمتع بتأثير أكبر في الامتزاز. وفي الوقت نفسه، تعمل خلية Fe-c الدقيقة المتكونة داخل الأنبوب على أكسدة الحديد إلى هيدروكسيد حديديك، مما يساعد على فصل المواد الصلبة عن السائلة ويقلل من العكارة. وفي التطبيق الفعلي لأساليب المعالجة الكيميائية، قد يؤدي الاستخدام المفرط للعوامل الكيميائية بسهولة إلى تلوث ثانوي للمياه؛ لذا ينبغي إجراء البحوث ذات الصلة قبل البدء في التصميم.

3. المعالجة بالمضادات الحيوية والهوائية لمياه الصرف الصحي.

تتضمن الطرق البيولوجية الهوائية المستخدمة عادةً في مياه الصرف الصيدلانية بشكل رئيسي: طريقة الحمأة المنشطة العادية، والطريقة الكيميائية الحيوية بالضغط، وطريقة التهوية في الآبار العميقة، وطريقة الأكسدة التلامسية البيولوجية، وطريقة السرير المميع البيولوجي، وعملية الحمأة المنشطة المتتابعة الدورات، وغيرها.

في الوقت الحالي، تعد طريقة الحمأة المنشطة هي الطريقة الأكثر نضجًا لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على مضادات حيوية في الداخل والخارج. وبفضل تعزيز المعالجة المسبقة وتحسين طريقة التهوية وتحقيق تشغيل مستقر للجهاز، أصبحت هذه الطريقة شائعة الاستخدام من قِبل المصانع الدوائية في بعض البلدان الصناعية خلال سبعينيات القرن الماضي. ومع ذلك، تتمثل عيوب طريقة الحمأة المنشطة التقليدية في احتياج مياه الصرف الصحي إلى كمية كبيرة من التخفيف، وظهور الكثير من الرغوة أثناء التشغيل، وميل الحمأة إلى التمدد، بالإضافة إلى زيادة كمية الحمأة الزائدة وعدم تحقيق معدلات عالية في إزالة الملوثات. ولذلك، يتعين اللجوء إلى مرحلتين أو أكثر من المعالجة. ومن هذا المنطلق، أصبح تحسين طريقة التهوية وتكنولوجيا تثبيت الكائنات الحية الدقيقة بهدف تحسين فعالية معالجة مياه الصرف من العناصر الأساسية في أبحاث وتطوير عملية الحمأة المنشطة خلال السنوات الأخيرة.

بالمقارنة مع طريقة الحمأة المنشطة العادية، تزيد الطريقة الكيميائية الحيوية المضغوطة من تركيز الأكسجين المذاب، ويكون إمداد الأكسجين كافيًا، مما لا يساعد فقط في تسريع التحلل البيولوجي، بل أيضًا يُحسّن من مقاومة الحمل الصدمة البيولوجية.

تُعدّ طريقة التهوية في الآبار العميقة نظامًا عالي السرعة للحمأة النشطة. وبالمقارنة مع طريقة الحمأة النشطة العادية، تتمتع طريقة التهوية في الآبار العميقة بالمزايا التالية: معدل استخدام عالٍ للأكسجين، يعادل 10 أضعاف مثيله في التهوية العادية؛ حمولة مرتفعة من الحمأة، تفوق بـ 2.5 إلى 4 أضعاف تلك الخاصة بطريقة الحمأة النشطة العادية؛ حجم صغير، استثمار منخفض، تكاليف تشغيل منخفضة، وكفاءة عالية، حيث يمكن أن يصل متوسط نسبة إزالة مركبات الكربون العضوية (COD) إلى أكثر من 70%؛ قدرة كبيرة على تحمل التأثيرات الهيدروليكية والعضوية؛ لا تعاني من مشكلة انتفاخ الحمأة؛ كما توفر تأثيرًا جيدًا في العزل الحراري.

تتميز طريقة الأكسدة التلامسية البيولوجية بخصائص كل من طريقة الحمأة المنشطة وطريقة الغشاء الحيوي، وتتمتع بحمولة معالجة عالية، مما يجعلها قادرة على معالجة مياه الصرف العضوية التي تسبب بسهولة تضخم الحمأة. وفي معالجة مياه الصرف الصناعي في صناعة الأدوية، غالبًا ما يتم استخدام طريقة الأكسدة التلامسية البيولوجية مباشرةً، أو يتم إجراء الهضم اللاهوائي والتحميض كإجراءات مسبقة لمعالجة مياه الصرف الناتجة عن صناعة الأدوية. ومع ذلك، عند استخدام طريقة الأكسدة التلامسية لمعالجة مياه الصرف الصيدلانية، إذا كانت تركيزات المياه الواردة مرتفعة، فمن المحتمل ظهور كمية كبيرة من الرغوة في الحوض، ولذلك ينبغي اتخاذ تدابير وقائية وتصحيحية أثناء التشغيل.

تجمع وحدة السرير المميع البيولوجي بين مزايا طريقة الحمأة النشطة العادية والمرشح البيولوجي، مما يجعلها تتمتع بمزايا الحمل الحجمي العالي، وسرعة التفاعل العالية، بالإضافة إلى المساحة الصغيرة اللازمة.

تتميز عملية الحمأة المنشطة ذات الدورة التسلسلية (SBR) بمزايا تتمثل في تجانس جودة المياه، وعدم الحاجة إلى إعادة تدوير الحمأة، ومقاومة التأثيرات الخارجية، ونشاط عالٍ للحمأة، وهيكل بسيط، وتشغيل مرن، وتقليل احتلال الأرض، والاستثمار المنخفض، والتشغيل المستقر، بالإضافة إلى معدل إزالة للمواد العضوية أعلى من طريقة الحمأة المنشطة التقليدية. لذلك فهي أكثر ملاءمة لمعالجة مياه الصرف الصحي التي تتسم بالتصريف المتقطع والتقلبات الكبيرة في الجودة والكمية. ومع ذلك، فإن طريقة SBR تعاني من عيوب تتمثل في ترسب الحمأة وطول فترة فصل الحمأة عن المياه. وعند معالجة مياه الصرف عالية التركيز، يلزم الحفاظ على تركيز عالٍ للحمأة، وفي الوقت نفسه، يكون هناك ميل كبير لحدوث تورم مرتفع اللزوجة.

لذلك، غالبًا ما يُعتبر إضافة الكربون المنشط المسحوق لتقليل الرغوة في خزان التهوية، وتحسين أداء ترسيب الحمأة، وأداء فصل السائل عن الصلب، وأداء تجفيف الحمأة، وما إلى ذلك، وذلك للحصول على معدل إزالة أعلى. ومع ذلك، فإن التطبيق المباشر لطريقة الأكسدة الهوائية لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على المضادات الحيوية لا يزال بحاجة إلى مراعاة سمية المضادات الحيوية المتبقية في المياه العادمة بالنسبة للبكتيريا الهوائية، ولذا عادةً ما تكون هناك حاجة إلى معالجة مسبقة للمياه العادمة.