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化学制药生产过程包括原料药生产和药物制剂生产两个环节,原料药由药用植物经化学合成工艺和分离纯化获得。生产过程具有以下特点:生产流程长、工序复杂;原辅材料种类多,生产过程中对中间体和产品的质量标准要求高,原料和中间体的质量控制要求严格;原料净收率低,副产物多,废弃物多。化学制药企业在工业生产中产生的废水是我国污染最严重、处理难度最大的工业废水之一,有机盐含量高、无机盐含量高,BOD5、CODcr比值低且波动大,可生化性差,间歇性排放,水量波动大。
1、污水的分类
目前,工业废水和城镇生活污水是我国水污染的污染源之一。特别是随着生产规模的不断扩大和工业技术的飞速发展,含有高浓度有机废水的污染源日益增多。通常,根据高浓度有机废水的性质和来源,可将其分为三类:第一类是不含有害物质且易生物降解的高浓度有机废水,如食品工业废水;第二类是含有有害物质且易生物降解的高浓度有机废水,如某些医药化工工业废水;第三类是含有有害物质且不易生物降解的高浓度有机废水,如有机化学合成工业和农药废水。由于采用一般的废水处理方法难以满足高浓度有机废水净化处理的经济和技术要求,因此,对其净化、回收和综合利用的研究已逐渐成为国际环保技术的热点研究课题之一。
2.废水处理技术
制药废水的处理技术可归纳为以下四种类型:生物处理、化学处理、物化处理、物理处理。每种处理方法都有各自的优点和缺点。
2.1 生物处理技术
生物处理技术是一般有机废水处理系统中最重要的工艺之一。它是利用微生物,主要是细菌的代谢作用,将废水中的可溶性有机物和部分不溶性有机物氧化、分解、吸附,转化成无害的稳定物质,以净化水质的技术。在现代生物技术处理工艺中,好氧生物氧化、兼性好氧生物降解、厌氧消化降解等被广泛应用。生物处理技术由于经济可行性、不产生二次污染等优点,越来越受到人们的重视。
2.2 化学处理技术
化学处理技术是应用化学原理和化学反应,将废水中的污染物转化为无害物质,净化废水的方法。其单元操作过程包括中和、沉淀、氧化还原、催化氧化和焚烧。
2.3 物理化学处理技术
物理化学处理技术是指在处理过程中通过相转移变化去除废水中污染物的处理技术。常用的单元操作有萃取、吸附、膜技术、离子交换等。
2.4 物理加工工艺
物理处理技术是指利用物理作用将废水中的溶解性物质或乳状液分离,改变废水成分的处理方法,如格栅(筛)、沉淀(沉砂)、过滤、微滤、气浮、离心(旋风)分离等单元操作,已成为废水处理工艺的基础,相对成熟。上述处理技术虽然已发展了一百多年,相对成熟,但制药废水由于成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深、含盐量高、可生化性差、间歇排放等特点,处理难度极大。我公司根据废水特点,指定了变废为宝、综合利用的指导方针,经过研究,确定了蒸发分离、综合利用的处理工艺,此工艺操作简单,运行费用低。下面就我公司高浓度有机废水的处理技术作一简单探讨。
3、药厂废水处理技术
公司生产过程中产生的含盐废水pH值呈碱性,原始浓度约10%(氯化钙、氯化钠、氯化铵及2%低沸点有机物等),COD为100g/L,BOD为1000mg/L。由于废水成分复杂,生化处理难度很大。我们联系了国内外多家环保工程公司、大专院校科研机构,送样处理、分析、研究,但均未拿出好的可行解决方案。随着环保要求的逐步提高和长远发展的需要,彻底解决污水处理问题已成为企业的当务之急。 公司依靠自身技术力量,结合生产实践,通过分析污水产生过程确定了这批污水的成分,研究了污水中各组分的性质及特点,转变管理思路,创新性地提出了蒸发分离、综合利用的处理方案,确定先将污水中的低沸点物质(有机物)蒸发后回用于车间,其余污水中含有大量的无机盐,采用继续蒸馏的方式,将蒸发后的水作为工艺用水返回车间回用,并将无机盐回收。此工艺不仅将污水处理成工艺用水,还回收了一定量的有机物,实现了零排放,减少了物耗,降低了生产成本,实现了清洁生产,保护了环境。
考虑到大量的能源消耗在蒸发过程中,公司本着节能降耗的原则,在选择蒸发工艺时,采用了多效蒸发,大大降低了成本,使该工艺更加符合生产实际,增加了污水处理工艺的可靠性和可行性。
该处理技术经过省环保专家组论证,一致认为该工艺合理、方案可行,符合国家环保相关要求,不仅节能减排,而且提高了回收利用率,可彻底解决化工原料废水处理难题。
3.1 工艺流程简述
预处理后的废水由进料泵吸入单效蒸发器,蒸发后2%的低沸点有机物被蒸发回收,然后由真空吸入三效蒸发器进行蒸发,在三效分离器中实现汽水分离,二次蒸汽经冷却器冷却后由排水泵排入废水处理设备或工业生产中重复利用。物料在三效蒸发器中达到设计浓度后由进料泵送至二效蒸发器加热蒸发,二次蒸汽作为三效蒸发器的热源,二效蒸发达到一定浓度后由化工过程泵送至一效蒸发器进行蒸发,二次蒸汽热能进入二效蒸发器作为二效蒸发器的热源。 一效蒸发达到设计浓度后,用泵抽至地池自然沉淀,定期人工清理,冷凝水回用或脱生化处理。一效、二效、三效蒸发装置均采用高速循环蒸发,防止蒸发过程中设备结垢、堵塞。
物料流程:废水→单效蒸发器(回收2%低沸点物质)→中间罐→三效加热器→三效分离器→双效加热器→双效分离器单效加热器→单效分离器→系统外。
蒸汽流程:蒸汽→一效加热器→一效分离器→二效加热器→二效分离器→三效加热器→三效分离器→冷凝器。
蒸汽冷凝水:蒸汽→一效加热器→系统外(可作为锅炉补充水)。物料冷凝水流程:一效加热器→二效加热器→三效加热器→汽液分离器→冷凝器→系统外。不凝性气体流程:一效加热器→二效加热器→三效加热器→冷凝器→真空泵→废水吸收。
3.2 主要流程描述
根据该公司生产过程中产生的废水的特点,在真空条件下废水溶液的沸点降低,因此采用真空蒸发进行蒸发浓缩。但由于蒸发时蒸汽消耗大、处理量小,因此本工艺采用单效蒸发和三效蒸发相结合的方式进行蒸发结晶。先采用单效蒸发通过常压蒸发回收1000kg/h进料中的2%低沸点有机物,然后进入三效蒸发器进行蒸发,使物料浓度达到设计要求后排出。
为节省能源费用,提高生产效率,本项目采用逆流蒸发与三效强制外循环蒸发器相结合的方式,提高其传热系数和传质功率,物料进入三效、二效、一效蒸发结晶,使废水达到设计浓度后排放,浓缩液自然沉淀(人工定期清理),物料冷凝水回用于生产工艺或进入生化系统处理,蒸汽冷凝水为软化水,可直接作为锅炉给水,回收的低沸点有机物返回生产工艺再利用。
本工艺采用三效逆流蒸发工艺,一次性蒸发分离物料,具有工艺简单、操作方便、人员少的特点,工艺流程如图1所示。
3.3 设备保护措施
根据垢层沉积机理,水垢可分为颗粒垢、晶体垢、化学反应垢、腐蚀垢、生物垢等。在此过程中,主要的结垢问题是有机物、无机盐等在管壁上的沉积。
为了尽可能的避免和延缓换热器结垢,我们首先从设计方面采取必要的措施。设计时,换热器内流速分布均匀,避免出现较大的速度梯度,保证温度分布均匀(如挡板区域)。在保证合理压降、不腐蚀的前提下,提高流速有助于减少结垢(真空蒸发,提高液体的流速,降低蒸发时的温度)。设计采用最少死区和低流速区。各效采用强制循环形式,使管内废水流速达到1.9m/s以上,不易结垢层,对垢层有很强的冲刷作用。加热器盖为易拆卸结构,便于正常的现场维护和日后的现场清理。设备运行过程中,严格按照出厂操作、维护、清理等规程进行,也可以大大延缓加热器结垢。 例如热交换器每运行3个月清洗一次,每次清洗需4小时;整套设备每运行1年清洗一次,每次清洗需8小时。
世界上还没有一种解决换热器结垢问题的办法。设备在正常运行一段时间后,管壁上还是会或多或少地结垢。由于结垢层的导热系数很低,增加了传热阻力,降低了换热器的传热效率。当换热器表面结垢层后,换热器内流体通道的流通面积就会减少,导致流体流经设备时阻力增大,从而消耗更多的泵功率,增加生产成本。为了使设备继续在原有的设计参数下运行,此时就需要对结垢进行清理。一般采用机械清理或化学清理都可以达到良好的除垢效果,基本恢复设备结垢前的效果。详情请查阅污水宝商城资料或更多相关技术文献。
4。结论
制药行业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各种制剂生产工序产生的洗涤水、冲洗废水等。由于原料、工艺的多样性,废水水质差异性较大,制药废水尚无成熟统一的处理方法,具体选择何种工艺路线,取决于废水的性质和特点。我公司通过该技术的应用,彻底解决了多年来废水处理的难题,取得了良好的社会效益和环境效益。