化学制药废水治理现状与出路

作者:张道新,本文作者系中国化学制药工业协会环保技术专家。 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:88 发布时间:2016-10-17
终端治理的模式已经走不通了,绿色发展是制药行业发展的根本出路——我国是世界化学药物生产大国之一,是抗生素第一生产大国。鉴于此,我国化学药物生产的环境保护问题,一直受到全社会的关注,其中,化学制药废水就是倍受关注的问题之一。
化学制药废水治理现状与出路

化学制药废水治理现状

化学制药废水水质状况

化学制药废水,主要是指化学原料药生产过程中的化学合成工艺过程及生物发酵工艺过程产生的废水。

化学合成类废水大部分为高浓度有机废水,含盐量高,pH值变化大,部分原料或产物具有生物毒性,一般难被生物降解,如酚类化合物、苯胺类化合物、重金属、苯系物及卤代烃溶剂等。水污染物包括常规污染物和特征污染物,包括TOC、COD、BOD5、SS、pH、氨氮、总氮、总磷、色度、急性毒性、总铜、挥发酚、硫化物、硝基苯类、苯胺类、二氯甲烷、总锌、总氰化物和总汞、总镉、氨基汞、六价铬、总砷、总铅及总镍等污染物。

发酵类制药废水大部分属于浓废水,酸碱性和温度变化大、碳氮比低、含氮量高、硫酸盐浓度高、色度较高、抗生素残留及特征污染物。生物发酵过程需要大量的循环冷却水,制备冷却水过程所排污水占总用水量的30%以上。发酵类制药废水主要污染物有COD/BOD5、SS、pH、色度和氨氮等。

制药废水中可能含有的残留药物、药物中间体、反应未知物、未反应物以及参与生物处理的微生物可能产生的耐药菌等问题,都是废水治理的难点。

当然,一个企业的生产废水的水质是由企业自身的产品与产量来决定的,产品不同,水质各异。上述废水水质状况会随着产品产量的变更而变化,有的变化甚至达到可颠覆原废水处理设施技术工艺的程度。

《中国统计年鉴2011》数据显示,我国医药制造业2010年废水排放量52 606万t,占工业废水排放总量的2.48%;国家统计局2010年公布的《第一全国污染源普查公报》显示,医药制造业的化学需氧量排放量21.93万 t,占工业废水化学需要量排放总量的3.07%。在这些统计数据中,化学制药废水所占的比例较大,约占到60%~80%。

化学制药废水的治理

我国化学制药发展的历史,也是与生产废水斗争的历史。制药企业对生产废水的治理,投入了大量的资金、物力和人力。

根据《国家水体污染控制与治理科技重大专项》中“制药企业污染防治技术调研报告”(2102年),和中国化学制药工业协会对于我国大宗化学原料药和抗生素生产与污染治理状况的调研来看,国内大多数制药企业(化学合成类、发酵类及化学药物制剂类混合型企业),废水处理工艺采用了“厌氧-好氧”、“水解酸化-好氧”组合工艺,以及单独“好氧”工艺。其中“厌氧-好氧”二级处理工艺应用率高,所占比例约为57%,“水解酸化-好氧”工艺所占比例约为31%,单独“好氧”工艺约占12%。

厌氧生物处理技术主要包括上流式厌氧污泥床(UASB)、两相厌氧消化反应器和厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB),其应用率分别为78.6%、14.3%和7.1%。

好氧生物处理技术主要包括生物接触氧化法、吸附生物降解法(AB法)、MSBR法、序批式间歇活性污泥法(SBR法)及其变形工业循环活性污泥法(CASS法)、活性污泥法,其应用率分别为61.5%、3.8%、3.8%、11.6%、11.6%和7.7%。

企业根据产品废水特点,采用均质、电解法、混凝法、气浮法和芬顿氧化法等物化预处理技术。

问题与分析

尽管我国化学制药企业所采用的废水处理技术是适当且有效的,但随着社会生产的快速发展,新的问题也层出不穷,社会公众还是提出了许多的质疑。主要问题聚焦于以下几个方面。

(1)废水治理模式基本上都是终端治理的统一模式,投资大、运行成本高(10~60元/t),低利润状态下生产经营的企业难以支撑庞大的运行费用。

(2)产品产量的经常性变更造成废水水质与水量的频繁变化,使得已经定型的废水处理工艺(或运行参数)不能适应新的变化,往往造成在一段时间内的处理不能达标。

(3)企业源头控制与管理不到位,把本该收集单独处理的母液、釜底残渣等冲入下水,大大增加了终端废水处理的负荷量,造成不达标排放;比如,某企业在鼓励源头釜底液回收时,污水处理均质池COD 800 mg/L左右,在取消鼓励政策不再回收后,均质池COD达到2 000~4 000 mg/L。

(4)废水排放标准提高,治理设施升级改造投资大,增加了企业环保投入和运行成本,经济能力难以支持。

(5)污染搬迁进入工业园区的企业,废水排放标准应享受200~500 mg/L的待遇,但是,有的企业要求按照一级B的标准(60 mg/L)排放,这样必将增加企业的环保投入和治理运行成本。

总体看,终端治理的模式,从技术角度上分析,只要产品产量基本稳定,有足够的资金支持,稳定达标排放是能做到的;当产品产量变化幅度较大的时候,终端治理的模式,不仅难以应对变化,而且大大增加了运行成本。由此得到一个清晰的结论:终端治理,即使技术上可行,经济上也是不可行的。

化学药废水治理的出路

治理思路的检讨

环保法确定的环境保护的原则是:“环境保护坚持保护优先、预防为主、综合治理”。

对于制药废水的污染防治,环保部制定的《制药工业污染防治技术政策》已经做了科学的指导。

(1)废水宜分类收集、分质处理;高浓度废水、含有药物活性成份的废水应进行预处理。企业向工业园区的公共污水处理厂或城镇排水系统排放废水,应达到国家或地方规定的排放标准。

(2)烷基汞、总镉、六价铬、总铅、总镍、总汞及总砷等水污染物应在车间处理达标后,再进入污水处理系统。

(3)含有药物活性成分的废水,应进行预处理灭活。

(4)高含盐废水宜进行除盐处理后,再进入污水处理系统。

(5)可生化降解的高浓度废水应进行常规预处理,难生化降解的高浓度废水应进行强化预处理。预处理后的高浓度废水,先经“厌氧生化”处理后,与低浓度废水混合,再进行“好氧生化”处理及深度处理;或预处理后的高浓度废水与低浓度废水混合,进行“厌氧(或水解酸化)-好氧”生化处理及深度处理。

(6)毒性大、难降解废水应单独收集、单独处理后,再与其他废水混合处理。

(7)含氨氮高的废水宜物化预处理,回收氨氮后再进行生物脱氮。

(8)接触病毒、活性细菌的生物工程类制药工艺废水应灭菌、灭活后再与其他废水混合,采用“二级生化-消毒”组合工艺进行处理。

(9)实验室废水、动物房废水应单独收集,并进行灭菌、灭活处理,再进入污水处理系统。

(10)低浓度有机废水,宜采用“好氧生化”或“水解酸化-好氧生化”工艺进行处理。

显而易见,终端治理的模式,把一切问题都放到最后一起解决,前边省了事,最后不仅费事,还难以彻底解决问题。要想改变这种现状,治理思路一定要转变。

发展模式的思考

我们有个共识,环境污染是社会经济发展中问题的表象;环境污染的本质,是社会经济发展理念的问题、是法制环境的问题、也是工业技术水平的问题。

中国的制药工业起步于建国初期,大发展于改革开放。经过几十年的稳步发展,几经技术改造、GMP达标改造以及污染治理达标改造,我国制药工业已经取得了长足的进步。但是从总体上讲,还依然是粗放型的发展模式。低端产品占行业的主导地位,产品结构不尽合理,产能严重过剩,当然有些还与追求经济指标有关,此处略去不谈。

在新常态的环保形势下,企业、行业的出路,只能从自律开始,改变发展理念,调整产品结构,提高技术水平,实施绿色发展。

当前,绿色发展、绿色改造及绿色制造,预示着新一轮科技革命和产业变革已经开始,这些变革与我国加快转变经济发展方式形成了历史性交汇,并预示着国际产业分工格局正在重塑。抓住这一重大历史机遇,按照“四个全面”战略布局要求,顺应历史的潮流,实实在在地使企业、行业走出传统的理念与发展模式,走向绿色制造,为实现制造强国的民族复兴梦铺上一块基石。

说到绿色技术改造,就要说说“绿绿色理念”、“绿色制造技术”、“绿色制造”和“绿色发展”。

绿色理念

绿色理念即追求“健康、和平、绿色和可持续”的发展基本原则。“健康、和平”是实现“绿色”的途径和表现形式,“可持续”是“绿色”的必然结果。绿色理念是倡导健康、和谐得策划设计、采购、生产、储运、销售、消费、废弃物处置的理念,是在全球绿色经济一体化的背景下推动全球可持续发展的理念。

绿色制造技术

绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量及成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,符合环境保护要求,对生态环境无害或危害极少,节约资源和能源,使资源利用率最高,能源消耗最低。

绿色制造模式

绿色制造模式是一个闭环系统,也是一种低熵的生产制造模式,即原料-工业生产-产品使用-报废-二次原料资源,从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小,资源效率最高,也就是说要在产品整个生命周期内,以系统集成的观点考虑产品环境属性,改变原来末端处理的环境保护办法,对环境保护从源头抓起,并考虑产品的基本属性,使产品在满足环境目标要求的同时,保证产品应有的性能、质量和使用寿命等要求。

绿色发展

绿色发展是一个永恒的主题,按照国务院要求,就是人人、事事、时时都要做,要全社会形成绿色发展的一种意识,才能最后实现生态文明和工业文明相得益彰、人和自然和谐相处,尽管可能需要一个相当长的过程,但这是我们的最终目标。

对于如何实施中国的绿色制造工程,国务院印发的《中国制造2025》,《国务院办公厅关于促进医药产业健康发展的指导意见》,以及《绿色制造工程实施指南》都有详尽的指导。

绿色技术改造

企业如何实现绿色发展,根据行业技术改造的经验,我们认为技术改造是个最好的载体,通过绿色技术改造,实现企业的绿色制造和绿色发展。

绿色技术改造离我们并不遥远,不是空想和空谈,这些年都有许多积累。

(1)环境友好工艺的研究与推广。

如6-APA产品,用酶法裂解替代化学裂解法,可减少65%的有机溶媒和化学品。以此推算,全国2014年生产6-APA 26 865 t,按总收率6.20%推算,用化学裂解法使用物料433 306 t,如全部采用酶法裂解,将减少281 649 t有机溶媒和化工原料。

(2)改变工艺装备的组合。

新诺明生产中的一勺烩,把格氏反应、环合、氨解和溶盐四道工序合而为一,减少了装备数量,减少了工艺步骤,节省了能源,也减少了物料的流失。既有经济效益,也有环境效益。

(3)菌种优化。

维生素B2BS菌深层通气发酵法比EA菌工艺,每吨产品原辅料减少56.1%,发酵单位比EA菌发酵法提高了4倍,发酵培时减少了70%,能耗减少了80%,新水耗用量减少了88%,COD减少了53.5%,收率提高了5%,产量和品质得到提升,生产成本降低。

(4)改变原料。

盐酸小檗碱(化学合成法)黄连素,替代植物提取工艺。

(5)辅助生产装置。

自动吞沫机——环境友好型消泡剂术,利用原供气系统消除发酵过程中的泡沫,减少或不使用消泡剂,减少物料消耗,减少污染物的产生,提高产品品质,提高罐容1%~10%,减少适用消泡剂60%~100%。

(6)新的节能节水技术。

国家鼓励节能节水的政策,促进了节能、节水技术的创新与发展,也为企业实施绿色改造提供了机会。

比如MNIP换热装置用于“汽—水”热交换系统,换热效率接近100%(经相关节能计量测试技术中心测试);该装置本身特有的增压输出功能,能克服系统的阻力,又具有一定的流量,在配置循环泵时可降低循环泵的数量与功率。与传统换热器相比,节约用电50%~80%。装置易于施工安装、运行安全稳定、不结垢免维护、使用寿命长(10年)、 投资回收期短(1~3年)。

再比如HW-KS-380-110型智能节电器,在一个企业连续半年运行实验,用电能分析仪随机连续测试,综合节电率21%。

这些积累,为实施绿色技术改造,提供了有益的借鉴。把企业、行业的先进技术和经验融入绿色设计;体现环境保护优先、预防为主、综合治理的先进理念,将过程控制,污染点源的分类分质的管理与处置,合于生态理念的污染治理技术,一并作为绿色技术改造的内容。尽量实现密闭化、连续化、自动化以及智能化,使老企业赶上时代的步伐。

当然,调整产品结构,去过剩产能等项工作,应是绿色技术改造之前完成的工作。这些工作,最大限度地减少了污染物的产生,也必将大大减少污染治理的投资和运行成本。

期待废水治理技术的新成就

绿色技术改造,尽管最大限度地减少了污染物的产生,最后还是需要治理的。更高效、更经济、更适用的治理技术和废水资源化技术,将为制药行业开拓出宽阔的发展前景,这也是企业和行业的企盼。

综上所述,终端治理的模式,已经走不通了。破解制约制药工业发展的环保难题,不仅要解决治理思路问题,更要探寻产生污染的根本原因。绿色制造、绿色发展是战略性选择。绿色制药、绿色发展,是制药企业及行业发展的根本出路。

  • 2017中国国际化工展览会

    2017中国国际化工展览会

    时间:2017-08-30

    地点:上海世博展览馆

    中国国际化工展览会(ICIF China)于1992年首次举办,25年来成功地举办了十五届,现已成为国内外石油和化工界广泛认可并享有盛誉的行业品牌展会。 [详细]

  • 2017cippe中国国际石油石化技术装备展览会

    2017cippe中国国际石油石化技术装备展览会

    时间:2017-03-20

    地点:北京·中国国际展览中心(新馆)

    中国国际石油石化技术装备展览会(简称cippe),是国际石油石化行业例会。cippe吸引了来自65个国家和地区的2000家展商,世界500强企业46家,18大国家展团,专业观众80,000人,展会面积近100,000平米,目前已成为全球最大石油展。 [详细]

  • 智能制造@流程工业

    智能制造@流程工业

    时间:2017-07-24

    全面调研报道中国流程工业智能制造现状和趋势,展示智能制造领先的技术、产品和全厂解决方案,分享企业的智能制造建设经验。 [详细]

  • 防护服专题

    防护服专题

    时间:2017-04-06

    有时,最大的伤害来自那些看不到的威胁。基于杜邦创新材料的化学防护服,旨在帮助保护每天面对职业危害的人们免遭有害气体、液体和固体的伤害。 [详细]

  • 2017化工环保工程国际论坛

    2017化工环保工程国际论坛

    时间:2017-06-15

    地点:南京

    江苏省化工行业协会与《流程工业》共同主办 “2017化工环保工程国际论坛”,邀请来自欧美发达国家环保权威机构、国内政府监管机构等,传达前沿的化工环保工程理念,探讨环境治理措施在工程项目设计、运营及生产过程中的融合,分享国内外优秀的化工企业环境保护与治理成功案例,力图打破传统环境治理高耗能和低效率弊端,围绕“三废”处理、资源化利用及节能降耗等方面开展研讨,为产业升级、环境友好贡献一己之力。 [详细]

  • 2017(第六届)石油化工工程国际论坛

    2017(第六届)石油化工工程国际论坛

    时间:2017-08-31

    地点:上海

    2017年第六届“石油化工工程国际论坛”将与您相约南京。论坛将从行业发展趋势、工程理念、安全管理、设备维护、智能工厂等方面邀请行业专家进行分析介绍,将围绕“高效、节能、安全”,结合当前石油化工领域先进的理念、工艺、技术、装备等方面的话题展开讨论。 [详细]