Меню Рубрики

Методы анализа сточных вод фармацевтических предприятий

Потребление водных ресурсов на объектах производства лекарственных препаратов имеет двойственную природу. С одной стороны, подобные производства уже давно считаются одними из загрязнителей водной среды, потому необходима регулярная очистка сточных вод фармацевтических предприятий. Но в тоже время ресурс, потребляемый самой фабрикой, должен отвечать высоким стандартам. Из грязной воды лекарство делать нельзя. Во избежание этого на фармацевтических предприятиях объектах устанавливают различные системы водоочистки и водоподготовки для получения чистой воды в производственных целях.

Впервые нахождение в воде фармацевтических препаратов было отмечено еще в 60-х годах прошлого столетия. Но ежегодно эта проблема становится все больше. В США более 80% водных ресурсов загрязнены, в том числе и фармакологическими препаратами. Медикаменты в разных количествах уже замечены во многих объектах окружающей среды, но особую тревогу вызывает устойчивость лекарственных препаратов к химическому и биологическому разложению. Как считают ученые, более 50% фармацевтических стоков в мире сбрасываются в водоемы без очистки.

Основным путем попадания медицинских препаратов в окружающую среду считаются именно сточные воды фармацевтических фабрик. В них могут содержаться:

  • катализаторы;
  • субпродукты;
  • активные лекарственные субстанции и сырье;
  • органические растворители;
  • добавки.

Различная природа компонентов, используемых при производстве лекарств, вынуждает очищать стоки всевозможными способами. На фармацевтических фабриках сооружаются сложные системы фильтрации, включающие установки обратного осмоса, биологической очистки, фильтры ПАВ, деионизации, дистилляции и т.п.

Научно-исследовательские институты постоянно ведут разработку инновационных систем, поставляя производству новые методики. Используя только фильтр обезжелезивания и деманганации или биологическую очистку, нельзя получить 100% чистую воду, тем более что состав сточных вод постоянно меняется. Предприятия такого типа используют комплекс всех известных видов фильтров и технологий удаления загрязнений.

Современные системы очистки воды на фармацевтических предприятиях характеризуются высоким уровнем автоматизации, применением высококлассной фурнитуры, эргономичности оборудования. Оптимальное удаление обеспечивается компьютерным моделированием. Вначале определяется состав воды, после чего она пропускается через необходимые системы очистки. Многие системы на фармацевтических предприятиях оснащены опцией самоочистки, автопромывки и дезинфекции, что позволяет существенно продлить время эксплуатации всего оборудования и фильтров в частности.

  1. Адсорбционная очистка – используется свойство порошкообразного активированного угля поглощать вредные вещества. Удаляются коллоидные компоненты, бактерицидные компоненты и пестициды. В результате стоковые воды подаются на очистку как бытовые.
  2. Озонирование – окисление различных соединений до безвредного состояния или возможности фильтрации другими методами.
  3. Биофильтрация – комплексное применение фильтрующих мембран, бактерий и микроорганизмов, разлагающих органические соединения на безвредные.
  4. Дистилляции – выпаривание стоков с получением сухих остатков вредных компонентов.
  5. Обратный осмос – стоки под давлением пропускаются через специальные мембраны, задерживающие растворенные в воде вредные вещества и микроорганизмы, и пропускающие чистую воду.

На данный момент для всех систем водоочистки характерно комплексное применение указанных технологий, что позволяет добиться оптимально чистой воды для производства различных препаратов на фармацевтических предприятиях и максимально обезвредить сбрасываемые в окружающую среду стоки.

источник

Дата публикации: 01.09.2013 2013-09-01

Статья просмотрена: 13731 раз

Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/archive/56/7745/ (дата обращения: 01.06.2019).

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами [1, с. 1287]. Из этого можно сделать вывод о, безусловно, антропогенном происхождении и неоднородности стоков, а также о сложности очистки или утилизации данного продукта антропогенной деятельности.

Из-за ухудшившихся биологических и физических свойств, сточные воды пагубно влияют на развитие всей биосферы. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов из обильного содержания в них фосфора и азота, а также приводят к изменению естественных биоценозов и, как следствие, гибели биологических видов, загрязнению объектов водопользования, используемые человеком в качестве источника питьевой воды. Так же происходит обильное воздействие на артезианские бассейны: их биологическая чистота несопоставима с их состоянием до научно-технической революции, обусловившей эру активного антропогенного воздействия на природу.

Вследствие научно-технической мысли, ее развитии и повсеместном внедрение, источниками сточных вод являются практически любые антропогенные объекты: жилые дома, образовательные учреждения, медицинские объекты, торговые склады и точки реализаций товаров, различные сервисные организации, АЗС, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, фармацевтической промышленность, сельхозяйственные угодья и т. д.

Для контроля качества и объема поступления сточных вод разрабатываются законы и подзаконные акты, происходит внедрение и разработка как новых, так и уже зарекомендованных себя методов очистки. Формируется всесторонний анализ сточных вод, позволяющий разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения. Любые нарушения влекут за собой штрафы и санкции, прописанные как в Водном кодексе РФ, так и в Уголовном кодексе РФ.

Определим, какими характеристиками обладают сточные воды, и как загрязнители влияют на процесс очистки. Для начала определим классификацию сточных вод и особенности отдельных их типов.

Виды сточных вод

1) Хозяйственно-бытовые. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % — органика, 42 % — минеральные вещества. Особенность — высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2) Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель — объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3) Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

Анализ сточных вод

Рассмотрим основные источники поступления сточных вод в экосистемы: промышленные и бытовые объекты, на них приходится основная доля поступающих на очистные сооружения стоков. [2, с. 59] Анализ именно этих источников позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений не должно быть примесей, содержишихся в характерной для той или иной природы стоков, либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Для анализа качества вод используются следующие параметры: температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативные и понятны на интуитивном уровне. Для всех типов сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменение цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Так же важным методом анализа качества вод является химический анализ. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5–8), а реакция промышленных стоков подвержена изменениям от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11) в зависимости от источника поступления. В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Для определения доли примесей как сухих, так и растворенных, используется такой параметр как «сухой остаток», отражающий степень загрязненности воды примесями. Данный параметр берется из нефильтрованной пробы. Он указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс и т. д.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая — сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая — выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию. [4, с. 76]

Процесс очистки сточных вод от взвешенных примесей происходит путем механических методов очистки, самым распространенным из которых является метод отстаивания. Для прогнозирования эффективности этого метода используется показатель «оседающие вещества». Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах, как правило, составляют 65–75 %.

Необходимость вычисления сухого остатка обусловлена дальнейшей обработкой промышленных и коммунальных стоков при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л.

Следующим важным параметром сточных вод является зольность твердых примесей. Прокаливание сухого остатка проводят при температуре «красного» каления (500–600°С), в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучиваются в виде оксидов, углерода, водорода, азота, серы и других примесей, вес пробы уменьшается. Массу остатка, называемого золой, делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25–35 %.

Еще одним показателем является окисляемость. Данный показатель является санитарным, сфера его актуальности распространяется также не только на сточные воды. Окисляемость указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но также он используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость определяется при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость — бихроматная, иодатная и т. д.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК — биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки. [3, с. 141]

Химическая окисляемость определяет общее содержание в воде восстановителей — органических и неорганических, реагирующих с окислителями. В сточных водах преобладают органические восстановители, поэтому, как правило, всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды.

Важнейшими показателям для сохранности гидросферы и эффективности биологической очистки является содержание фосфора и азотистых соединений. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. При малом содержание азота в производственных сточных водах на стадии биологической очистки добавляют в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности.

Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК. Основой поступления фосфатов в сточные воды служат фосфатные компоненты синтетических моющих средств и фекальные стоки, поступающие как из хозяйственной, так и из промышленной сферы. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов в городских сточных водах обычно находится на уровне 100- 150 мг/л, хлоридов — 150–300 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Представленные выше показатели важны для оценки загрязненности стоков, так же их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК. Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ, так же являются серьезными загрязнителями естественных водоемов. Воздействие СПАВ напрямую влияет на эвтрофикацию рек и озер, угнетение процессов самоочищения гидросферы, торможение биохимических процессов в водоемах, вызывая другие губительные для биоценоза процессы.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75–80 % всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO3Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO3Na (с числом углеродных атомов 12–15) и алкиларилсульфонаты R—C6Н4—SO3Na (с числом углеродных атомов в радикале 5–18).

Так же присутствие СПАВ резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Для предотвращения данных процессов содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Источниками СПАВ в сточных водах является результат широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов.

Наиболее высокая концентрация токсических веществ определяется в промышленных сточных водах и классифицируются на две категории — неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и СПАВ. Неорганические компоненты представлены солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий и т. д.).

В хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах основными биологическим загрязнителями являются бактерии, вирусы, патогенные простейшие и яйца гельминтов, источником которых являются люди и животные.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются микробиологические анализы — определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). Основная задача данных анализов оценить степень фекального загрязнения воды, а не выявление самого факта наличия патогенных микроорганизмов. Вывод делается на основе степени загрязнения сточных вод фекалиями: чем выше уровень загрязнения, тем выше вероятность присутствия патогенных организмов в воде.

Бактериологический анализ сточных вод необходим для оценки эффективности работы очистных сооружений и дает представление о необходимых корректировках процесса очистки сточных вод. Дезинфекция проводится хлором, который оказывает негативное воздействие на качество воды.

Последним показателем является растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Он также необходим для самоочищения водоемов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Снижение концентрации РК свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов. Поэтому важным фактором является соблюдение качества очищенной воды, поступающей в естественные водоемы. [5, с. 49]

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности, а так же для мониторинга и последующего прогнозирования негативного антропогенного воздействия на гидросферу и экосистему в целом. Проблемы загрязненности сточных вод, методов очистки и возвращения в естественные источники или их повторное использование, давно перестали быть чем то далеким и несбыточным. За последние 150 лет качество наземных и подземных источников воды резко ухудшилось и требует не только использования современных норм и стандартов, но так же и поиск, разработку и внедрение новых идей и подходов, как к контролю поступающих загрязняющих веществ, так и к методам очистки сточных вод.

1. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.).- М.: «Советская энциклопедия», 1981.- 1287 с.

2. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, В. И. Калицун.- М.:Стройиздат, 1996.- 59 с.

3. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О. А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985.- 141 с.

4. Евилович А. З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989.- 76 с.

5. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И. К. Гавич М.: Агропромиздат 1985.- 49 с.

источник

1. Ознакомление с основными методами очистки и обеззараживания сточных вод.

2. Изучение и химических методов анализа сточных водпредприятий.

3. Решение ситуационных задач.

Место проведения занятия: лаборатория гигиены воды.

Для очистки сточных вод применяются механические, физикохимические, электрохимические, биохимические и термические методы. Их можно подразделить на деструктивные и регенеративные . Деструктивные –

разрушение загрязняющих воду веществ путем их окисления или восстановления. Образующиеся при этом продукты распада удаляются из воды или остаются в ней в форме растворимых минеральных солей. Регенеративные – извлечение или утилизация содержащихся в воде ценных веществ. Однако регенеративные методы далеко не всегда очищают воду до такого состояния, в котором ее можно сбрасывать в водоемы.

Бытовые стоки отличаются высоким уровнем микробного загрязнения на фоне значительной концентрации взвешенных частиц и органических веществ. Поэтому перед обеззараживанием необходима их механическая и биологическая очистка.

При расположении промышленных предприятий в городах, а также при решении о совместной очистке сточных вод группы предприятий промышленной зоны и близлежащего жилого массива загрязненные производственные воды могут сбрасываться в городскую водоотводящую сеть. Очистка смеси бытовых и производственных сточных вод в этом случае осуществляется на единых очистных сооружениях. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться загрязняющие вещества, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен требованиями, установленными «Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов». Производственные сточные воды,

не удовлетворяющие указанным требованиям, должны подвергаться предварительной очистке. При совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод механическая очистка может быть как раздельной, так и совместной. Раздельную механическую очистку следует применять для взрывоопасных производственных стоков. При необходимости химической или очистки производственных сточных вод также применяется раздельная механическая очистка.

Первой ступенью очистки является механическая очистка процеживанием, отстаиванием или фильтрованием. При этом используется соответствующее оборудование: решетки, песколовки, отстойники, преаэраторы, нефтеловушки, гидроциклоны и фильтры. Сравнительно крупные частицы размером болеемм задерживают методом процеживания. Затем сточные воды поступают в песколовки, предназначенные для отделения более мелких минеральных примесей. Отстойники применяются для гравитационного выделения из сточных вод грубодисперсных примесей. Гидроциклоны также используются для выделения грубодисперсных примесей под действием центробежных сил. Фильтры служат для очистки стоков от тонкодисперсных примесей, не удаляемых механически на других стадиях. По типу конструкции бывают фильтры однослойные, двухслойные (из двух материалов разной плотности), многослойные,аэрируемые и с плавающей загрузкой. Фильтрующим материалом может служить кварцевый песок, керамическая крошка, пористая керамика, горные породы, дробленый антрацит. Размер зерен фильтрующего слоямм, высота фильтрующего слоя до 2 м. Один из наиболее распространенных методов механической очистки сточных вод является метод обратного осмоса (гиперфильтрации), при этом очищаемые стоки непрерывно фильтруются под давлением через полупроводниковые мембраны, задерживающие органические, неорганические и бактериальные примеси. Недостатком метода является высокая стоимость мембран и их быстрая изнашиваемость.

К методам очистки относятся: флотация; ионный обмен; адсорбция; кристаллизация; дистилляция; электродиализ и др. Для удаления из сточных вод тонкодисперсных нерастворимых взвесей применяют флотацию – метод, основанный на различной смачиваемости частиц. В резервуар с очищаемой водой подают снизу воздух, пузырьки которого адсорбируются на поверхности частиц извлекаемого вещества и выносят его на поверхность воды. Для глубокой очистки сточных вод от растворимых органических соединений (фенолов, пестицидов, ПАВ, красителей и др.)

применяют метод адсорбции . Очищаемую воду пропускают через фильтр, загруженный сорбентом, а после его насыщения загрязняющими веществами отделяют сорбент от очищенной воды отстаиванием или фильтрацией. В качестве адсорбентов применяют торф, опилки, золы, шлаки. Для извлечения из сточных вод металлов используется ионообменная очистка , позволяющая не только освобождать воду от загрязнения токсичными элементами, но и улавливать для повторного использования ряд ценных химических соединений. Для очистки сточных вод от фенолов, масел, органических кислот применяется метод экстракции . Если сточные воды содержат дурно пахнущие вещества – меркаптаны, амины, сероводород, альдегиды, некоторые углеводороды, они подвергаются дезодорации, т.е. устранению неприятного запаха. Дезодорация осуществляется различными методами, среди которых наибольшее распространение получил метод аэрации , заключающийся в продувании воздуха через сточные воды. Хотя очистка с применением этих методов требует дорогих реагентов, она широко используетсясвоей эффективности и невозможности произвести очистку стоков другими способами (например, многокомпонентных сточных вод с малой концентрацией загрязнений).

Химическую очистку применяют в тех случаях, когда обеззараживание стоков возможно лишь в результате химических реакций стоков с реагентами и образованием новых веществ, которые легче удалить из сточных вод. К химическим методам водоочистки относят коагуляцию и флокуляцию, нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы требуют расхода реагентов и поэтому дороги.

Коагуляция – процесс укрупнения частиц и объединения их в агрегаты под влиянием специально внесенных в раствор веществ – коагулянтов. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия, полиакриламид. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев и повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов и при этом ускорить процесс осветления сточных вод.

В результате протекания реакций нейтрализации, окисления и восстановления появляются менее токсичные соединения; растворимые соединения превращаются в нерастворимые; кислые и щелочные стоки – нейтрализуются. Нейтрализацию сточных вод осуществляют разными путями: смешением кислых и щелочных стоков, фильтрованием сквозь нейтрализующие материалы, добавлением реагентов, сорбцией кислых газов щелочными водами.

В качестве окислителей используют хлор, озон, пероксид водорода, перманганат калия и др. Чаще всего в системах водоочистки используют хлор и хлорсодержащие соединения, способные выделять «активный» хлор. При введении хлора в воду образуются соляная и хлорноватистая кислоты, затем хлорноватистая кислота частично диссоциирует. Сумма соединений CI 2 +HCIO+CIO – называется свободным «активным» хлором. Его источниками могут быть также хлорная известь, гипохлориты, хлориты, диксид хлора. Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. В этих установках сточные воды очищаются от сероводорода, гидросульфидов, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов.

Прекрасным окислителем является пероксид водорода – бесцветная жидкость без запаха, которая легко разлагает нитриты, альдегиды и фенолы, содержащиеся в сточных водах.

Очень перспективным окислителем для сточных вод является озон O 3 . Озонирование не только очищает стоки от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка,веществ, цианидов, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и многих других токсичных примесей, но одновременно обесцвечивает и обеззараживает воду и устраняет ее запахи и привкусы. При обработке воды озоном патогенные микроорганизмы погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при ее хлорировании. В сточные воды озон подается в виде озоновоздушной или озонокислородной смеси, в которой содержание озона обычно не превышает 3%. В европейских странах, США, Японии этот метод достаточно широко используется (в Швейцарии на миллион жителей работает 24 озонаторные установки, а в России – только 0,02). При перемешивании озона с водой перспективно использовать явление кавитации (образование пустот в движущейся жидкости). В зоне кавитации создается глубокий вакуум и сюда за счет самовсасывания подводитсясмесь. Поскольку при этом часть жидкости переходит в парообразное состояние, то поверхность контакта фаз при кавитации увеличивается в тысячи раз, так как перемешивание происходи на уровне «газ с газом». Процесс очистки может быть существенно ускорен при совместном применении озона и ультразвуковой обработки или ультрафиолетового облучения сточных вод.

В тех случаях, когда сточные воды содержат легковосстанавливаемые вещества, используются методы восстановительной очистки. Эти методы часто применяются для удаления из сточных вод соединений хрома, ртути, мышьяка.

Электрохимические методы очистки сточных вод (электрокоагуляция,

электродиализ, анодное окисление и катодное восстановление) позволяют даже извлекать из промышленных стоков ценные продукты. Процессы анодного окисления разработаны для очистки сточных вод от цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, меркаптанов. В процессе электрохимического окисления распадаются или переходят в более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить из сточных вод другими методами. Процессы катодного восстановления используют для извлечения из сточных вод тяжелых и редких металлов (свинца, ртути, хрома, олова).

Читайте также:  Анализ для определения качество воды

Биохимическая очистка стоков основана на способности некоторых микроорганизмов разрушать органические и неорганические соединения (сульфиды, соли аммония), превращая их в безвредные продукты окисления (вода, двуокись углерода,К недостаткам методов биологической очистки следует отнести незначительную скорость протекания окислительных процессов, что требует больших объемов очистных сооружений. Биологическая очистка является завершающей стадией очистки сточных вод химических предприятий.

Термическая очистка стоков заключается в полном окислении при высокой температуре (сгорании) примесей стоков с получением нетоксичного твердого остатка.

В результате очистки сточных вод образуется большое количество осадков, загрязненных токсичными веществами, склонных к загниванию и зараженных патогенными микроорганизмами. Это обусловливает необходимость специальной обработки осадков для последующего их использования. Осадки городских сточных вод (ОГСВ) образуются в результате переработки промышленных и бытовых стоков, а также стоков ливневой канализации. Они могут быть неорганическими или органическими с примерным распределением: белки (до 80%), жиры (до 20%), углеводы (до 8%). Способами утилизации ОГСВ могут быть:

• применение их в качестве удобрений (после нейтрализации токсичных веществ и снижения содержания металлов);

• термическая обработка ОГСВ для удаления органики с последующим использованием золы в производстве стройматериалов, если это экологически безопасно;

• захоронение ОГСВ на специальных площадках (первоначально организуется извлечение тяжелых металлов из отходов).

источник

Методические рекомендации для студентов специальности: «Фармация», 4 курс по изучению раздела «Методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий»

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Иркутский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской федерации

Кафедра фармацевтической и токсикологической химии
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

специальности: «Фармация», 4 курс

по изучению раздела «Методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий» для работы на аудиторных занятиях по теме
Органолептические, физические и химические методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий
Составители:

Илларионова Е.А., зав.кафедрой, д.х.н., профессор

Сыроватский И.П., доцент кафедры, к.фарм.н., доцент

Методические рекомендации утверждены

протоколом ФМС № от . . 2013

Зав. кафедрой Илларионова Е.А.

Методические рекомендации для студентов обсуждены на методическом совете фармацевтического факультета ИГМУ, рекомендованы к печати и использованию в учебном процессе на кафедре фармацевтической и токсикологической химии Иркутского государственного медицинского университета, протокол № от . 2013 г.

Авторы: Е. А. Илларионова – д-р хим. наук, профессор, зав. каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ,

И.П. Сыроватский – канд. фарм. наук, доцент каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ.

М.М. Мирович — доктор фармацевтических наук, профессор, зав. кафедрой фармакогнозии и ботаники ГБОУ ВПО ИГМУ;

В.В. Гордеева — кандидат фармацевтических наук, доцент, зав. кафедрой технологии лекарственных форм ГБОУ ВПО ИГМУ.
Илларионова, Е. А., Сыроватский И.П.

И44 Органолептические, физические и химические методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий: метод. Рекомендации для студентов / Илларионова Е. А. Сыроватский И.П.; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ. – Иркутск, 2013. – 25 с.
Методические рекомендации для студентов по основам экологии и охране природы предназначены для выполнения лабораторных работ по использованию органолептических, физических и химических методов в анализе сточных вод химико-фармацевтических предприятий. Приведены приборы, реактивы и посуда, порядок выполнения работы, вопросы для защиты работы.

Методические рекомендации предназначены для студентов фармацевтического факультета.

© Илларионова Е. А., Сыроватский И.П. 2013

© ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ, 2013
Предисловие

Методические рекомендации для студентов по основам экологии и охране природы предназначены для выполнения лабораторных работ по использованию органолептических, физических и химических методов в анализе сточных вод химико-фармацевтических предприятий. Приведены приборы, реактивы и посуда, порядок выполнения работы, вопросы для защиты работы.

Пособие составлено в соответствии с программой по основам экологии и охраны природы для студентов 4 курса фармацевтического факультета.

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое — повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое — наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое — наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное — присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое — выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

Качество воды оценивается по многочисленным параметрам, величины которых зависят от её назначения. Основными показателями качества воды, нормирующими содержание вредных веществ, являются предельно-допустимые концентрации (ПДК), предельно-допустимый сброс (ПДС), лимитирующие показатели вредности (ЛПВ).

ПДК – максимальная концентрация вредных веществ в единице объема или массы биологического объекта, при которой примеси не оказывают вредного воздействия на организм человека и других живых организмов и окружающую среду.

ПДС – устанавливает допустимую массу загрязнений, сбрасываемых в водный объем, которая не приводит к превышению соответствующих ПДК в фиксированных точках.

ЛПВ – предельные нормы состава и свойств воды, которые должны быть обеспечены при сбросе сточных вод.

Они устанавливаются требованиями СанПиНов, ГОСТов, ОСТов, постановлениями правительства, решениями администраций субъектов РФ и постоянно корректируются.

  1. К основным физико-химическим показателям, определяющим органолептические свойства воды, относят привкус, запах, мутность, цветность, а также ПДК компонентов, которые ухудшают органолептические свойства воды. Привкус, запах, цветность определяется по специальным шкалам. Перечень веществ, влияющих на органолептические свойства воды постоянно расширяется. В настоящее время к нему относят: соли железа, марганца, меди, сульфаты, хлориды, фенолы, хлор и др.
  2. Органолептические свойства воды во многом связаны с ее кислотностью или щелочностью. Для питьевой воды рН должна быть от 6 до 9.
  3. Безопасность воды в эпидемиологическом отношении определяется косвенными показателями: количеством микробов в 1мл воды (Общее микробное число для питьевой воды – до 100) и содержание бактерий группы кишечной палочки (палочек Коли) в 1 литре. Коли индекс для питьевой воды в водопроводе – до 3. Величина обратная Коли-индексу, называется Коли-титр. Для питьевой воды он составляет не менее 300 мл на одну палочку.
  4. Показатели токсичности воды приводят в виде ПДК тех веществ, которые могут встретиться в исходной воде или добавляются в нее искусственно. Это достаточно широкий перечень органических и неорганических компонентов, к которым относится алюминий, барий, бериллий, ртуть, свинец, хлороформ, дихлорэтан, бензпирен и др.
  5. Паразитологические показатели оценивают количеством патогенных микроорганизмов от дизентерийных амеб до холерных вибрионов, вирусов лептоспироза и др. Они не должны обнаруживаться в 25 л питьевой воды.
  6. Органические загрязнения воды определяют косвенным путем по количеству кислорода, необходимого для окисления органических примесей в 1 л воды. Чем больше требуется кислорода, тем грязнее вода. Применяются два показателя: биологическая потребность в кислороде за время (БПК) и химическая потребность в кислороде (ХПК). Причем ХПК более полная оценка загрязнения, при определении которой вовлекаются в реакцию даже трудно окисляемые органические вещества. Величина БПК и ХПК особенно важно учитывать для сточных вод. Если БПК/ХПК
    Раствор №1, мл 0 1 2 3 4 5 6 8 10 12 16 Раствор №2, мл 100 99 98 97 96 95 94 92 90 88 84 Градусы цветности 0 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70

Порядок выполнения работы

Цветность можно определять визуально. Для этого в колориметрический цилиндр наливают 100 мл профильтрованной исследуе­мой воды и, просматривая окраску контрольных растворов сверху вниз, находят цилиндр, окраска жидкости в котором совпадает с окраской воды в цилиндре с исследуемой водой.

Цветность можно более точно определить на фотоколориметре. Для этого строят градуированный график по хромово-кобальтовой шкале цветности. Растворы с различной цветностью фотометрируют в кювете на 5 см в синей части спектра относительно профильт­рованной дистиллированной воды.

При цветности выше 35°С водопотребление ограничивают.

Запах оценивается в баллах. Водой, не имеющей запаха, считается такая, запах которой не превышает 2 балла.

Приборы, реактивы и посуда

Колба с притертой пробкой; 2) коническая колба на 200 мл 3) часовое стекло; 4) электрическая плитка, термометр.

Порядок выполнения работы

Колбу с притертой пробкой наполняют на 2/3 объема испытуемой водой, сильно встряхивают, открывают пробку и вдыхают запах. Для усиления интенсивности запахов воду подогревают. Коническую колбу на 200 мл наполняют на 1/2 ее объема исследуемой водой, закрывают часовым стеклом и нагревают до 60°С. Затем колбу вращательным движением взбалтывают и, сдвинув стекло, определяют запах.

Интенсивность запаха определяют по 5-бальной шкале: 0 – не ощущается; 1 — обнаруживается только опытным исследователем; 2 — слабый, обнаруживается потребителем только в том случае, если указать на него; 3 — заметный, обнаруживается потребителем, вызывает его неодобрение; 4 — отчетливый, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья; 5 — очень сильный, делающей воду совершенно непригодной.

Естественные запахи описывают, придерживаясь следующей терминологии.

источник

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9

Государственное бюджетное образовательное учреждение

«Иркутский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской федерации

Методы Анализа сточных вод

Учебное пособие обсуждено на методическом совете фармацевтического факультета ИГМУ, рекомендовано к печати и использованию в учебном процессе на кафедре фармацевтической и токсикологической химии Иркутского государственного медицинского университета, протокол № 1 от 20.09. 2013 г.

Авторы: – д-р хим. наук, профессор, зав. каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ,

– канд. фарм. наук, доцент каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ.

— доктор фармацевтических наук, профессор, зав. каф. управления экономики фармации ГБОУ ВПО ИГМУ;

— доктор фармацевтических наук, профессор кафедры технологии лекарственных форм ГБОУ ВПО ИГМУ.

И44 Анализ сточных вод: учеб. пособие / , ; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ. – Иркутск, 2013. – 53 с.

В учебном пособии по основам экологии и охране природы изложены основы органолептических, физических и химических методов используемых в анализе сточных вод химико-фармацевтических предприятий.

Учебное пособие предназначено для студентов фармацевтического факультета.

© ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ, 2013

Отбор проб сточных вод. Консервация. 3

Органолептические и некоторые физические методы анализа сточных вод. 3

Определение прозрачности. 3

Определение реакции среды (рН) 3

Определение температуры.. 3

Химические и физико-химические методы анализа сточных вод 3

Общее содержание примесей. Сухой остаток. Взвешенные вещества. 3

Биохимическое потребление кислорода. 3

Дихроматная окисляемость. 3

Перманганатная окисляемость. 3

Синтетические поверхностно-активные вещества. 3

Общее содержание азота (общий азот) 3

Тестовые задания по теме «методы Анализа сточных вод». 3

Рекомендуемая литература. 3

Учебное пособие по основам экологии и охране природы предназначено для студентов при подготовке в качества специалиста экологической лаборатории. В пособии приведены основные способы и методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий.

Пособие составлено в соответствии с программой по основам экологии и охраны природы для студентов 4 курса фармацевтического факультета.

Анализ сточных вод — одна из наиболее сложных областей аналитической химии (а по отношению к химико-фармацев­тическим предприятиям — фармацевтической химии), так как исследование качественного и количественного состава сточ­ных вод затрудняется вследствие: а) сложного состава сточных вод, б) широкого интервала концентраций примесей, в) изме­нения состава (нестабильность сточных вод во времени), г) малой концентрации загрязняющих веществ.

Для анализа сточных вод используются как классические методы химического анализа, так и современные физические и физико-химические методы:

-спектрофотометрия в видимой и УФ областях спектра;

-пламенная эмиссионная спектроскопия;

-атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектро­скопия;

-рентгеноструктурный анализ и др.

Для анализа сточных вод используют также органолептические и некоторые физические показатели.

В экологических лабораториях химико-фармацевтических предприятий наиболее часто используют классические хими­ческие методы, фотоэлектроколориметрию, спектрофотометрию в УФ и видимой областях спектра, органолептические, физические и некоторые другие методы.

Первостепенными задачами в разработке методик опреде­ления отдельных компонентов и групп веществ, присутствую­щих в сточной воде-, остаются максимальная инструментализация и целесообразная автоматизация работ, а также внедре­ние экспрессных тест-систем.

В последние годы для наблюдения за состоянием гидро­сферы все чаще применяются дистанционные методы с ис­пользованием авиации, аппаратуры спутников и околоземных космических станций.

Отбор проб сточных вод. Консервация

Результаты анализа сточной воды будут правильными толь­ко в том случае, если проба для анализа отобрана верно. Ме­сто отбора проб выбирается в зависимости от цели контроля, характера выпуска сточных вод, а также в соответствии с тех­нологической схемой канализации.

К местам отбора проб должен быть свободный доступ. При отборе проб сточных вод с помощью автоматических пробоот­борников доступ к ним посторонних лиц должен быть исклю­чен. Способ отбора пробы сточной воды зависит от цели, ко­торая ставится перед исследователем.

Состав сточной воды обычно сильно колеблется и всецело зависит от технологического процесса производства, поэтому перед отбором пробы необходимо подробно изучить этот про­цесс и брать средние или сред непропорциональные пробы в течение суток или нескольких суток в зависимости от условий спуска сточных вод, так как некоторые цеха спускают сточ­ные воды не ежедневно и нерегулярно.

Если количество спускаемой воды более или менее посто­янно, можно ограничиться только средними пробами. При нерегулярном спуске сточной воды составляют среднепропорциональные пробы, т. е. отбирают порции, пропорциональ­ные объемам спускаемой сточной воды. И средние, и средне-пропорциональные пробы обычно берут в течение суток, сли­вая отдельные порции в большие, чисто вымытые бутыли. По истечении суток содержимое бутыли тщательно перемешива­ют и для анализа отливают часть жидкости (1—3 л) в чисто вымытую посуду. Если количество спускаемой воды непостоянно и ее спус­кают только в известные промежутки времени, это надо обя­зательно учитывать и согласовывать время и способы отбора проб с течением технологического процесса.

Для характеристики изменения состава воды отдельных стоков в различное время дня надо отбирать разовые про­бы и определять в них отдельные компоненты, характер­ные для данного стока. Такие пробы следует брать через одинаковые промежутки времени, например через 1 ч, 2 ч, а иногда и через несколько минут (в зависимости от цели ис­следования) и тотчас же проводить анализ отобранной пробы.

Таким образом, различают простую и смешанную пробы. Простая проба характеризует состав воды в данный момент времени в данном месте.

Смешанная проба характеризует средний состав воды за оп­ределенный промежуток времени в определенном объеме. Как было указано выше, ее получают смешением простых проб, взятых в одном и том же месте через определенные промежут­ки времени (усреднение по времени).

При проведении массовых анализов различают среднесменную, среднесуточную и среднепропорциональную суточ­ные пробы. Среднесменная или среднесуточная проба готовит­ся смешением равных по объему проб через равные проме­жутки времени. Среднепропорциональная проба готовится сме­шением объемов воды, пропорциональных объемам спускае­мой сточной воды, отобранных через равные промежутки времени.

Сроки отбора проб должны устанавливаться с учетом ре­жима расхода и состава сточных вод данного производства. Доступ к точкам сброса (колодцам) имеется на предпри­ятии или за его пределами.

Для отбора сточных вод применяют устройства различного типа, которые должны обеспечивать сохранение химического состава исследуемой воды и гарантировать исключение эле­ментов случайности при отборе проб. В качестве пробоотборных сосудов используют химически стойкие к исследуемой сточной воде стеклянные, фарфоровые и пластмассовые сосу­ды (с притертыми или плотно навинчивающимися крышка­ми) вместимостью, обеспечивающей определение всех иссле­дуемых компонентов. При использовании автоматического анализатора должны быть применены стационарные автома­тические пробоотборники. Стеклянную посуду моют и обеззараживают хромовой сме­сью, тщательно отмывают от кислоты и пропаривают. Поли­этиленовую посуду споласкивают смесью ацетона и хлоро­водородной кислоты (1:1), несколько раз водопроводной во­дой, а затем дистиллированной.

Консервация. При длительном стоянии отобранной для, анализа пробы могут произойти существенные изменения в составе предназначенной для анализа воды, связанные с про­теканием химических, физико-химических и биохимических процессов. Могут изменяться и органолептические свойства воды — запах, цвет, мутность, поэтому, если нельзя начать анализ воды сразу или в крайнем случае через 4 ч после отбо­ра пробы, нужно консервировать пробу для стабилизации ее химического состава.

Универсального консервирующего средства не существует, поэтому пробы для анализа отбирают в несколько бутылей. В каждой из них на. месте отбора воду консервируют, добав­ляя различные консерванты, в зависимости от определяемого компонента.

Способы консервации и сроки анализа проб воды для не­которых показателей качества представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, для определения некоторых пока­зателей качества воды консервирование не допускается, на­пример, при определении органолептических показателей (за­пах, цветность), а также рН, кислотности, хлоридов, сульфа­тов, активного хлора. Для многих показателей рекомендуется консервировать или охлаждать пробу. Охлаждение пробы до 4 °С приводит к замедлению биохимических процессов в про бах воды и, следовательно, к замедлению разрушения многих органических веществ.

Пробы для определения запаха, кислотности, ВПК, нефте­продуктов, фенолов отбирают в стеклянные бутыли.

источник

Очистка сточных вод фармацевтических предприятий в биореакторе с погружными керамическими мембранными модулями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Колпаков, Михаил Валерьевич

1. Анализ состояния очистки сточных вод фармацевтических предприятий и перспективы развития данного направления

1.1. Оценка состояния и развития фармацевтической отрасли

1.2. Особенности сточных вод фармацевтических производств и их классификация

1.3. Подходы к очистке сточных вод фармацевтических предприятий

1.3.1. Физико-химические методы очистки сточных вод фармацевтических предприятий

1.3.2. Биохимические методы очистки сточных вод фармацевтических предприятий

1.3.2.1. Аэробные методы биохимической очистки сточных вод фармацевтических предприятий

1.3.2.2. Анаэробные методы биохимической очистки сточных вод фармацевтических предприятий

1.4. Очистка воды от загрязнений компонентами лекарственных препаратов, не связанных с их производством

2. Биореактор с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод химико-фармацевтического завода

2.1. Химико-фармацевтический завод «Нижфарм»

2.1.1. Водопотребление предприятия

2.1.2. Водоотведение предприятия

2.1.3. Очистка сточных вод предприятия

2.2. Установка мембранного биореактора для исследований по очистке сточных вод химико-фармацевтического завода

2.2.1. Предлагаемый принцип работы мембранного биореактора для

очистки сточных вод фармацевтических предприятий

3. Эксперименты. Результаты. Анализ полученных данных

3.1. Результаты работы лабораторной установки биореактора с погружными керамическими мембранными модулями

3.2. Кинетика окисления загрязнений сточных вод фармацевтических производств в мембранном биореакторе

3.3. Исследование работы погружных керамических мембранных модулей в биореакторе для очистки фармацевтических сточных вод

3.3.1. Оценка эффективности регенерации керамических мембран обратной продувкой воздухом в сравнении с их регенерацией обратной промывкой фильтратом

3.3.2. Математическая модель влияния на величину потока фильтрата погружных керамических мембранных модулей основных технологических параметров мембранного биореактора, работающего по предложенному принципу

3.4. Пилотная установка для очистки сточных вод химико-фармацевтического завода «Нижфарм»

3.5. Технология очистки сточных вод химико-фармацевтического завода в биореакторе с погружными керамическими мембранными модулями.

4. Технико-экономическое сравнение физико-химической очистки сточных вод завода «Нижфарм» и предлагаемой технологии с применением мембранного биореактора

4.1. Расчет дисконтированных доходов

4.2. Расчёт дисконтированных расходов

4.2.1. Расчет капитальных вложений

4.2.2. Расчет годовых эксплуатационных расходов

4.2.2.1. Расчет затрат на реагенты

4.2.2.2. Расчет затрат на электроэнергию

4.2.2.3. Расчет затрат тепла на нагрев воды для промывки фильтров151

4.2.2.4. Расчет затрат на амортизацию и текущий ремонт

4.2.2.5. Расчет затрат на сдачу осадка на полигон ТБО

4.3. Выбор варианта инвестиционных вложений

Список используемой литературы

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», 05.23.04 шифр ВАК

Интенсификация очистки сточных вод предприятий молочной промышленности в анаэробных условиях 2005 год, кандидат технических наук Данилович, Дмитрий Александрович

Биомембранная и биосорбционно-мембранная очистка нефтесодержащих сточных вод 2010 год, кандидат технических наук Степанов, Александр Сергеевич

Интегрированный подход к моделированию и построению информационных систем для разработки технологических схем очистки сточных вод 2004 год, доктор технических наук Челноков, Виталий Вячеславович

Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе 2010 год, кандидат технических наук Стрельцов, Сергей Александрович

Интенсивная малоотходная система биодеструкции загрязнений высококонцентрированных стоков 2004 год, кандидат технических наук Сафронов, Василий Владимирович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Очистка сточных вод фармацевтических предприятий в биореакторе с погружными керамическими мембранными модулями»

Фармацевтическая промышленность — одна из самых сложных отраслей химической индустрии, отличающаяся большим количеством подотраслей, высоким уровнем НИОКР и огромными капитальными затратами. Продукция современной фармацевтической промышленности приобретает все большее значение для охраны здоровья постоянно увеличивающегося населения планеты.

Для отрасли характерны устойчивые, высокие темпы роста производства и прибыли, причем рост спроса на лекарственные препараты в мире и в отдельных странах практически не зависит от подъемов или спадов в экономике. Фармацевтическая отрасль выступает в настоящее время как один из важных секторов мировой экономики, который серьезно влияет на положение дел в сопредельных сферах: здравоохранении, страховом бизнесе, финансах и т.д. При этом возрастающая наукоемкость фармацевтического производства обеспечивает тесное развитие межотраслевых связей со многими отраслями промышленности, такими как нефтехимия, биотехнология и военно-промышленный комплекс.

Фармацевтические сточные воды очень сложны по своему составу. Определить, какие вещества и в каком количестве присутствуют в них, не представляется возможным. Усугубляет это и современные требования к такому производству, к его гибкости, что связано с постоянно меняющимся спросом на фармацевтическую продукцию. Задача очистки таких сточных вод довольно сложна и не менее интересна. Мировые исследования во второй половине XX века показали возможность и целесообразность применения биохимических методов для очистки фармацевтических стоков. Создание эффективных аппаратов и сооружений по биологической очистке, работающих в таких условиях — перспективное направление в технологии очистки сточных вод во всем мире. Одними из таких сооружений являются

В России фармацевтическая отрасль быстро развивается. Поддержка правительства РФ снижает барьеры для её роста. Строительство и реконструкция заводов по производству лекарственных препаратов идет быстрыми темпами и, если учесть, что все они располагаются в больших городах, то возникает актуальная проблема очистки их стоков. Для её решения направлены исследования очистки сточных вод в мембранном биореакторе с применением керамических мембранных модулей.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось создание высокоэффективной технологии с применением мембранного биореактора для очистки сточных вод химико-фармацевтических производств. В соответствии с поставленной целью автором решались следующие задачи:

— проведение анализа существующих методов очистки сточных вод химико-фармацевтических предприятий;

— изучение процесса аэробного биохимического окисления загрязнений сточных вод фармацевтических производств;

— исследование влияния технологических параметров мембранного биореактора на работу погружных керамических мембранных модулей;

— создание эффективного режима работы мембранного биореактора для очистки сточных вод фармацевтических производств;

— разработка эффективной технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод фармацевтических предприятий;

— выполнение технико-экономического сравнения существующей физико-химической очистки сточных вод завода ОАО «Нижфарм» и предлагаемой для него технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями.

Научная новизна работы состоит в том, что:

— на основании проведённых лабораторных и полупромышленных испытаний доказана высокая эффективность новой для нашей страны технологии очистки сточных вод фармацевтических производств с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями;

— получена математическая модель влияния наиболее значимых параметров процесса очистки сточных вод фармацевтических производств в биореакторе на величину потока фильтрата для погружных керамических мембранных модулей.

— предложен расчёт продолжительности окисления загрязнений сточных вод фармацевтических производств в мембранном биореакторе.

Читайте также:  Анализ фенола в сточных водах

— доказана эффективность регенерации керамических мембран обратной продувкой воздухом при их работе в иловой смеси и её превосходство над обратной промывкой фильтратом.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем:

Разработана технология с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод фармацевтических производств. Расчет продолжительности окисления загрязнений данных стоков и расчет производительности мембранных модулей, могут быть использованы при проектировании, реконструкции и строительстве очистных сооружений химико-фармацевтических предприятий.

На основании проведённых исследований, разработаны рекомендации по реконструкции очистных сооружений завода ОАО «Нижфарм» с целью повышения эффективности очистки сточных вод и сокращения

эксплуатационных затрат, которые будут реализованы в соответствии с планом развития предприятия.

Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на 911-ом Международном научно-промышленном форуме «Великие реки» (г. Нижний Новгород, 2009-2011 г.), на международной IWA конференции «Regional Conference and Exhibition on Membrane Technology and Water Reuse» (Istanbul, Turkey, October 2010).

Диссертационная работа выполнялась в рамках бюджетной работы «Разработка теоретических основ создания высокоэффективных мембранных биореакторов для очистки сточных вод» № г/р 01201152854, финансируемой Министерством образования РФ (2010 г.), а также в рамках хоздоговорной работы «Исследование по доочистке производственных сточных вод ОАО «НИЖФАРМ» ультрафильтрацией» (2008-2009 гг.).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 10-ти научных работах, в том числе 5 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад соискателя заключается: в постановке цели и задач исследований, в разработке лабораторной и полупромышленной установки, в получении, обработке и интерпретации экспериментальных данных, в личном участии в апробации результатов исследования, в подготовке публикаций по выполненной работе и разработке рекомендаций по очистке сточных вод фармацевтических предприятий.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных и пилотных установках с реальными сточными водами в

различные сезоны года, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, применением стандартизированных методов измерений и анализа, статистической обработкой результатов.

Обоснованность предлагаемых технологических и конструктивных решений подтверждена лабораторными и полупроизводственными испытаниями с реальными сточными водами.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложения. Работа содержит 179 страниц основного текста, в том числе 33 таблицы, 76 рисунков и приложение. Список используемой литературы насчитывает 144 источников.

Диссертационная работа выполнена автором в период с 2008 по 2011 гг. на кафедре «Водоснабжение и водоотведение» Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автор выражает свою искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Л.Н. Губанову за научную и методическую помощь, к.т.н., доценту И.В. Катраевой за консультации и помощь в проведении исследований, А.Г. Кутузову, В.А. Жданову, С.А. Флаксман, Ю.С. Кузиной, а так же другим сотрудникам кафедры водоснабжения и водоотведения, кафедры экологии и природопользования и кафедры гидротехнических сооружений ННГАСУ.

На защиту выносятся следующие основные положения:

— технология с применением мембранного биореактора для очистки сточных вод фармацевтических предприятий и её апробация в лабораторных и полупромышленных условиях с использованием реальных сточных вод фармацевтических производств;

— результаты теоретических и экспериментальных исследований кинетики окисления сточных вод фармацевтических производств;

— результаты экспериментальных исследований и полученная на их основе математическая модель, адекватно описывающая работу погружных керамических мембранных модулей в биореакторе;

результаты технико-экономического сравнения существующей технологии физико-химической очистки сточных вод завода ОАО «Нижфарм» и предлагаемой для него технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями.

1 Анализ состояния очистки сточных вод фармацевтических предприятий и перспективы развития данного направления

Международный авторский коллектив книги «Очистка сточных вод предприятий химико-фармацевтической промышленности» под редакцией Карюхиной Т.А., изданной в 1985 году [1], в предисловии отмечает, что вопросы очистки сточных вод химико-фармацевтической промышленности мало освещены в литературе. Книги, специально посвящённые данному вопросу, отсутствуют. Созданное ей и её коллегами издание обобщает имеющийся на тот момент опыт специалистов очистки сточных вод и рассматривает ряд характерных для того времени предприятий фармацевтической отрасли. Сама Тамара Александровна по праву считается одним из самых видных специалистов в области очистки сточных вод фармацевтических предприятий того времени. При проектировании практически всех значительных очистных сооружений химико-фармацевтических предприятий были реализованы рекомендации Т.А. Карюхиной. Автор данной диссертационной работы приводит слова многоуважаемых учёных, подчёркивая недооценённость проблемы очистки фармацевтических сточных вод в СССР. По сути, кроме статей этих же авторов [2-5] в журналах и редких упоминаниях в других печатных изданиях, в Советском Союзе об очистке фармацевтических сточных вод писали, мягко говоря, очень мало. В справочнике ВНИИ ВОДГЕО [6] фармацевтическая промышленность приводится в разделе прочие производства, а приведённая таблица состава сточных вод описывает только малую их часть, касающуюся витаминных заводов. Нормы сточных вод на единицу продукции, которые приведены в этом справочнике, вызывают много вопросов у проектировщиков и проблемы у эксплуатационников.

Специфика производства лекарственных препаратов не позволяет строго регламентировать количество и состав образующихся сточных вод на

единицу готового продукта. Это объясняется изменением процесса производства и номенклатуры сырья и полупродуктов, используемых в производстве, а также исключительным многообразием оформления технологических схем. В связи с этим количество потребляемой воды и соответственно образующихся сточных вод постоянно изменяются. Одному и тому же препарату в зависимости от конкретных условий могут соответствовать различные количества и состав сточных вод. Поэтому в производстве химико-фармацевтических препаратов чрезвычайно сложно разработать единые нормы водоотведения, которые позволили бы установить лимит сточных вод для каждого предприятия. Это ещё более актуально в наши дни, а предприятия налаживают свои производства, стараясь гибко реагировать на рыночный спрос, работая по принципу « с колес».

1.1 Оценка состояния и развития фармацевтической отрасли

Современные экономические исследования отрасли не позволяют её недооценивать. Вообще со времён своего появления отрасль развивается в геометрической прогрессии. Появление аптек и производства лекарственных препаратов в них относится к средним векам. Первая возникла в 754 году в Багдаде, и затем они быстро распространились в средневековых арабских странах и Европе. К XIX веку многие аптеки в Европе и Северной Америке превратились в крупные фармацевтические компании. Большая часть нынешних фармацевтических компаний образовалась еще в конце XIX -начале XX века.

В 1920-1930-х годах были открыты инсулин и пенициллин, ставшие важнейшими лекарствами, производимыми в массовых масштабах. В те годы наиболее развитой фармацевтической промышленностью обладали Швейцария, Германия и Италия. За ними следовали Великобритания, США, Бельгия и Голландия. К этому же времени относится разработка

законодательства, регулирующего тестирование и процесс одобрения лекарств и требующего использования соответствующих брендов. Стало возможным законодательно отделять рецептурные и безрецептурные лекарства.

В 1950-х годах шли систематические научные исследования, совершенствовались медицинские знания и технологический процесс производства. В этот период было разработано и получило массовое распространение большое число новых лекарств, включая кортизон, различные сердечные средства. В 1960-е годы появились транквилизаторы и психотропные препараты, такие как хлопромазин, халоперидол, диазепам, нашедшие исключительно широкое применение.

Одновременно были сделаны попытки усилить государственное регулирование, ограничить финансовые связи фармацевтических компаний с врачами, выписывающими лекарства, что выразилось, в частности, в создании американской Администрации пищевых продуктов и лекарств (FDA). Выяснилось, например, что бесконтрольное использование одного из новых транквилизаторов (талидомида) беременными женщинами привело к рождению детей с различными уродствами.

В 1964 году Международная медицинская ассоциация выпустила свою хельсинкскую декларацию, устанавливающую стандарты для клинических исследований. Фармацевтические компании обязали доказывать эффективность новых лекарств в клинических условиях до запуска их в широкую продажу.

1970-е годы были периодом противораковых средств. С 1978 года Индия становится ведущим центром производства фармацевтической продукции без патентной защиты. До 1970-х годов фармацевтическая промышленность оставалась относительно малой по масштабам отраслью экономики. Именно с этого времени начинается период ее бурного роста. Большинство стран принимает жесткое патентное законодательство.

К середине 1980-х годов малые биотехнологические компании в борьбе за выживание стали активно создавать альянсы и партнерства с крупными фармацевтическими корпорациями либо продавать им свои акции. Шел процесс укрупнения и консолидации самих фармацевтических компаний, крупнейшие из которых заняли доминирующее положение не только на национальных, но и на глобальном фармацевтическом рынке. В 1980-е годы ужесточилось законодательство в области безопасности и экологии, а новые лекарства, направленные на борьбу с ВИЧ-инфекциями и заболеваниями сердца, стали визитной карточкой десятилетия.

1990-е годы ознаменовались волной слияний и поглощений на фармацевтическом рынке и резким ростом контрактов с исследовательскими организациями на проведение клинических испытаний и базовых исследований и разработок. Существенно изменился процесс маркетинга. Интернет предоставил возможность прямых покупок медикаментов потребителями, а также исходных сырьевых материалов производителями лекарств, что изменило характер бизнеса. В США с принятием в 1997 году нового законодательства, либерализующего требования к рискам, стала широко распространяться реклама лекарственных средств по радио и телевидению. Появилось новое поколение антидепрессантов, включая наиболее популярный — флюоксетин. Начали активно развиваться так называемая альтернативная медицина и производство пищевых добавок, которые усилили конкуренцию в фармацевтической промышленности. Одновременно фармацевтические компании стали объектом все возрастающей серьезной критики со стороны общественности за попытки «навязать» населению новые болезни и, соответственно, лекарства, направленные на «борьбу» с ними.

В 2006 году общий объем мирового фармацевтического рынка оценивался в 640 млрд долл., из которых почти 50% приходилось на США. Фармацевтическая промышленность остается одной из самых прибыльных

отраслей, с рентабельностью продаж на уровне 17%. Самым продаваемым в мире лекарством являются таблетки против холестерина липитор компании Pfizer, годовой объем продаж которых составил в 2008 году 13 млрд долл [711].

В России данная отрасль тоже не стоит в стороне, хоть в СССР и была побочной. По данным Минпромторга России [12-15] ситуация начала изменяться с начала 2000-х. Рост благосостояния граждан и увеличение госрасходов на закупку лекарственных средств привели к росту рынка и стимулировали ряд зарубежных компаний к созданию производств в России.

Российский фармрынок — один из наиболее динамичных и быстрорастущих в мире. На протяжении четырех докризисных лет он демонстрировал весьма значительные темпы роста — не менее 10-12% в год. Продажи лекарственных средств в нашей стране в 2007 г. составили в конечных ценах около 298 млрд руб., а в 2008 г. — около 360 млрд руб. Начиная с 2003 г., объем российского рынка (в рублях) увеличивался на 1012% ежегодно. Даже с учетом текущей ситуации в российской экономике можно прогнозировать (рисунок 1.1), что к 2020 г. он составит порядка 1-1,5 трлн руб.

ОБЪЕМЫ ПРОДАЖ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ В РОССИИ (млрд руб.)

• Прогноз роста рынка • Влияние кризиса на динамику до кризиса роста рынка

Рисунок 1.1- Объёмы продаж лекарственных средств в России

Мировой финансово-экономический кризис практически не сказался на объеме глобального фармацевтического рынка. Общая нехватка ликвидности вызвала волну слияний и поглощений с целью оптимизации продуктовых портфелей на рынке и в разработке. Общий объем таких сделок за последний год превысил 160 млрд долл. Дублирующиеся исследовательские проекты останавливаются. Это создает уникальный шанс для переноса таких инновационных разработок в Россию.

На это накладывается общесистемный фактор «худения» продуктовых портфелей. В ближайшие годы истекают патенты на лекарства-блокбастеры с годовым оборотом в мире более 40 млрд. долл. Они переходят в сегмент более дешевых дженериков. Это открывает возможности для оптимизации бюджетных расходов на лекарственное обеспечение за счет производства и закупки отечественных аналогов. Российский фармрынок в 2009 г. продолжал расти, поскольку спрос на лекарственные препараты неэластичен.

Развитие фармацевтической промышленности является одним из приоритетных направлений промышленной политики России. Принятые в 2009 г. меры были направлены не только на преодоление негативных тенденций, проявившихся в период кризиса, но и на развитие отрасли в долгосрочной перспективе. Утвержденная Минпромторгом России в 2009 г стратегия развития фармацевтической промышленности Российской Федерации на период до 2020 г. принимает в качестве базового инновационный сценарий развития. Он позволит инициировать разработку и производство высокотехнологичной фармацевтической продукции, повысить уровень отечественной фармацевтики до мирового, а также достичь конкурентоспособности российских производителей, как на внутреннем, так и на мировом рынке [13].

Доля отечественных лекарственных средств на российском рынке довольно низкая, что видно на рисунке 1.2. Однако в результате реализации Стратегии доля продукции отечественного производства в общем объеме потребления лекарственных средств на российском рынке в стоимостном выражении к 2020 г. должна составить не менее 50%, а доля инновационных препаратов в портфелях отечественных производителей должна достичь 60% в стоимостном выражении. Экспорт фармацевтической продукции российского производства должен увеличиться в восемь раз. Не стоит забывать и о лекарственной безопасности РФ по перечню жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств (ЖНВЛС). Внутреннее производство фармацевтических субстанций должно обеспечивать не менее 50% потребностей российского производства готовых лекарственных средств и не менее 85% по номенклатуре из списка стратегических лекарственных средств (подробнее см. выдержки из Стратегии развития фармацевтической промышленности Российской Федерации на период до 2020 г.).

ДОЛЯ ПРОДУКЦИИ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ ПО ПАТЕНТНОМУ СТАТУСУ

Инно&иис+лше препараты импортные

1 Инновационные прелароты

5 броид дащщщр ОТИЙШЯИИМ0

Рисунок 1.2 — Доля продукции отечественного и зарубежного производства на Российском рынке по патентному статусу

В 2009 г. по инициативе Минпромторга России был принят целый ряд мер, направленных на реализацию целей, сформулированных в Стратегии. Минпромторгом России создан Реестр перспективных проектов в области медицинской и фармацевтической промышленности. В этот реестр отобраны проекты, соответствующие целям государственной политики в области лекарственного обеспечения и имеющие предпосылки для успешной реализации. Они могут быть поддержаны, в том числе, в рамках разрабатываемой Федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности РФ до 2020 г. и на дальнейшую перспективу». [15]

Анализ современного положения дел в этой отрасли промышленности в РФ приводит к выводу о том, что в скором будущем при поддержке нашего государства мы ожидаем бурное развитие производства фармацевтической продукции в стране.

1.2 Особенности сточных вод фармацевтических производств и их классификация

Рост производства влечёт за собой и рост отходов. Химико-фармацевтическая промышленность характеризуется рядом специфических особенностей, наиболее существенными из которых является многообразие ассортимента выпускаемой продукции, большие расходы разнообразного сырья, а также многостадийность производства. Это обуславливает образование значительного количества сточных вод, твёрдых и пастообразных отходов, содержащих разнообразные органические и неорганические соединения и могущих в ряде случаев приводить к существенному загрязнению водоёмов и почвы.

Производство химико-фармацевтических препаратов, в том числе витаминов и антибиотиков, требует значительного расхода воды, вследствие чего предприятия химико-фармацевтической промышленности традиционно располагаются в бассейнах многоводных рек. Вместе с тем сложность производства обуславливает привлечение высококвалифицированного персонала, поэтому предприятия обычно располагаются в крупных населённых пунктах. Сочетание этих факторов особенно обостряет проблемы очистки сточных вод и охраны водоёмов от загрязнений.

Производство химико-фармацевтических препаратов основано на сложном органическом синтезе и использовании микробиологических процессов. Оно подразделяется на синтетическое, биосинтетическое и получение лекарственных средств из растительного и животного сырья. В зависимости от способа производства и области применения препараты разделяются на следующие группы: антибиотики, витамины, синтетические лекарственные средства, фитохимические и органопрепараты.

Сточные воды образуются на всех стадиях производства: при подготовке сырья, в процессах фильтрации, экстракции, при химической очистке

газовых выбросов. Поскольку производство химико-фармацевтических препаратов представляет собой многостадийный процесс, в общий сток поступают минеральные соли, свободные кислоты и щёлочи, а также многочисленная группа органических и неорганических продуктов и полупродуктов, образующихся в процессах химического и биологического синтеза и извлечения действующих начал из растительного и животного сырья. Производственные полупродукты из-за неполноты реакций также частично остаются в отходах производства [1-4, 16-19].

Общий сток производства какого-либо препарата формируется из отдельных стоков, образующихся на различных стадиях данного производства. Поскольку современная технология получения лекарственных препаратов основана на периодичности процессов, и только немногие производства работают в непрерывном режиме, сброс сточных вод, содержащих отходы по данной стадии, также имеет в основном периодический характер. Цикл производства может включать несколько химических процессов, проходящих в различных технологических аппаратах, причём в каждом из этих процессов участвуют различные виды химического сырья. В сточные воды поступают десятки видов различных исходных и получаемых в процессе производства химических соединений.

Анализ стоков предприятий фармацевтической промышленности приводит к созданию следующей классификации на взгляд автора диссертации, правильно и целостно отражающей различные стоки данной отрасли:

— стоки, образованные в технологическом процессе производства препаратов (промывка сырья, оборудования, фильтрующих сред, смол и т.п.);

— стоки, образующиеся от различных энергетических объектов, устройств по охране окружающей среды, складских комплексов, лабораторий, а также стоки бытовой канализации и прочих источников.

В свою очередь производственные сточные воды, образующиеся в технологическом процессе получения лекарственных препаратов, могут быть разделены на четыре категории: слабозагрязнённые, загрязнённые, сильнозагрязнённые или концентрированные, токсичные.

К слабозагрязнённым — относятся сточные воды, которые могут быть переданы в систему канализации предприятия или города без какой-либо предварительной обработки и при этом не окажут отрицательного воздействия на работу очистных сооружений перед сбросом очищенных стоков в водоём. Этому условию удовлетворяет большая часть сточных вод, образующихся от лабораторий, моек тары и посуды, водокольцевых насосов и других источников.

К загрязненным — относят сточные воды, которые могут быть переданы в систему канализации предприятия от мест образования без какой-либо предварительной обработки в цехах, но для общего стока предприятия, в этом случае может потребоваться специальная локальная очистка перед передачей стоков в городскую систему канализации. В число загрязнённых входят стоки, образованные от промывки некоторых видов оборудования и сырья, мытья производственных и вспомогательных помещений, от котельных, газоочистных устройств и других источников.

Сильнозагрязнёнными или концентрированными могут считаться стоки, образованные от отдельных стадий технологического производства и требующие специальной предварительной обработки перед сбросом в систему канализации предприятия. Указанные стоки могут содержать различные растворители, специфические и прочие загрязнения в количествах, которые делают технически возможным и экономически целесообразным их извлечение, регенерацию или обезвреживание. Необходимая эффективность локальной обработки определяется допустимой концентрацией остаточных загрязнений в общем стоке предприятия.

К четвёртой категории относятся сточные воды, локальная очистка которых технически невозможна или экономически нецелесообразна. Это могут быть маточные растворы, кубовые остатки и прочие стоки, которые содержат токсичные, неокисляемые или трудноокисляемые химические вещества органического и неорганического происхождения.

Следует отметить, что приведённая классификация сточных вод может быть уточнена с учётом местных требований, предлагаемых методов локальной и общезаводской обработки стоков и технико-экономических расчётов. Однако, независимо от эффективности систем очистки сточных вод следует по возможности проводить мероприятия технологического характера, ведущие к сокращению количества сточных вод и содержащихся в них загрязнений.

1.3 Подходы к очистке сточных вод фармацевтических предприятий

Для очистки сточных вод фармацевтической промышленности применяют следующие методы очистки: физико-химический, биологический. Эти методы используются самостоятельно или в совокупности [20-26]. Решение о применении того или иного метода очистки сточных вод фармацевтического производства, как считает автор диссертационной работы, должно приниматься только после экспериментальных исследований их эффективности на реальных стоках конкретно взятого предприятия.

1.3.1 Физико-химические методы очистки сточных вод фармацевтических предприятий

Анализ технологических схем очистки сточных вод от предприятий, производящих разные виды фармацевтической продукции (витамины, антибиотики, синтетические лекарственные препараты и другие), показал, что, главным образом, фармацевтические сточные воды на предприятиях в нашей стране подвергаются физико-химической локальной очистке. В составе сооружений, как правило, усреднитель, смеситель для смешения с реагентами (чаще всего применяют известь), отстойники, реагентное хозяйство для нейтрализации стока и подготовки коагулянта, хозяйство по утилизации образовавшегося шлама. После локальной очистки сточные воды подаются на очистные сооружения населённого пункта, разбавляясь бытовыми стоками, подвергаются биологической очистке [1-6, 20-24, 26]. Аналогичная этим технология очистки применяется на очистных сооружениях фармзавода «Нижфарм». Сооружения локальной физико-химической очистки сточных вод были полностью перестроены в 2004 г. На сегодня технология включает: жироловки, усреднитель, смеситель барботажного типа, куда подаются коагулянт — гидроксохлорид алюминия,

корректировщик рН — едкий натр и флокулянт — Реппоро1 К504, рабочие растворы которых готовятся в ёмкостях с мешалками, далее вода, содержащая осадок, подаётся в отстойники и на зернистые фильтры с опокой. Очищенная сточная вода сбрасывается в городскую канализацию и вместе с бытовыми и другими производственными стоками подвергается глубокой биологической очистке на сооружениях Нижегородской станции аэрации [24]. Проблема этой технологии и её прототипов — большое количество осадка в отстойниках, который помимо органических веществ содержит соли алюминия, что в итоге исключает его утилизацию в сельском хозяйстве, подразумевая его более сложную и дорогостоящую обработку. Плюс к этому, высокая стоимость реагентов также негативно сказывается на эксплуатационных затратах в технологии.

Исследования автора диссертации и его научного руководителя были проведены по доочистке сточных вод фармацевтических заводов с применением баромембранных методов [22-24]. В экспериментальной установке (рисунок 1.3) были испытаны выпускаемые в России ультрафильтрационные мембраны из различных материалов с разным размером пор.

Рисунок 1.3 — Внешний вид установки по исследованию доочистки сточных вод завода «Нижфарм» ультрафильтрацией

Эти исследования показали высокую эффективность процесса баромембранного разделения стоков, но в свою очередь наблюдается серьёзный недостаток в виде образующегося концентрата. Его утилизация представляет собой очень сложную проблему. И не без того дорогая технология ультрафильтрации должна быть дополнена сооружениями по обработке концентрата.

Ещё один метод был предложен компанией Roche для нового производства в Мексике, который позволит предотвратить выброс экологически токсичных лекарственных отходов в окружающую среду и сточные воды до поступления в общие очистные сооружения. На первом этапе работ были исследованы в лабораторных условиях три метода —

иУ/Н202-окисление, озоновое окисление и адсорбция с помощью активированного угля, кроме того, была произведена их экономическая и экологическая оценка. Сравнение показало, что озонирование является самым эффективным методом безопасного и полного расщепления органических веществ в сточных водах среди рассмотренных. В результате исследований была создана концепция промышленной установки на основе существующих данных [27].

1.3.2 Биохимические методы очистки сточных вод фармацевтических предприятий

Загрязнителями сточных вод фармацевтических предприятий в основном являются органические вещества различного происхождения. Этот факт сразу наталкивает на мысль о применении биохимических методов к очистке данных стоков. В середине XX века вопрос о возможности и целесообразности такой очистки фармацевтических сточных вод был подтвержден в работах многих учёных. В опубликованной в 1951 году работе Muss одним из первых сообщил об успешном лабораторном эксперименте по окислению в аэротенке фармацевтических сточных вод от производства антибиотиков. Andersen позже описал аэробную очистку сточных вод производства синтетических лекарственных препаратов при загрязнении воды по ХПК = 2700 мг/л. Лабораторные эксперименты советских учёных Карпухиной, Балабановой, Леоновой, Дормидошиной по очистке сточных вод производства сильных антибиотиков говорят не только о возможности проведения очистки с помощью данного метода, но и о его высокой эффективности. Однако многими авторами отмечается негативная особенность аэробного ила, он даже после многодневной адаптации имеет величину илового индекса 400-600 мл/г [1-5].

1.3.2.1 Аэробные методы биохимической очистки сточных вод фармацевтических предприятий

Самым широко применяемым методом биологической очистки является аэробный метод. Этот метод подразумевает применение кислорода в качестве окислителя для реакций окисления загрязнений сточных вод, катализируемых ферментами клеток бактерий. В технологии биохимической очистки сточных вод чаще других применяются в основном два вида сооружений: аэротенки и биофильтры [28-35].

Анализ литературных данных показывает, что очистке фармацевтических сточных вод на биофильтрах в последнее время уделяется мало внимания. Это связано скорее с появлением других более эффективных аппаратов и сооружений для биологической очистки данных стоков. Однако первые станции водоочистки представляли собой комбинацию способов очистки в аэротенках и на биофильтрах. На станции в штате Мичиган (США) сточная вода из аэротенков поступала на скорые биофильтры, два из которых были соединены параллельно, а третий — последовательно. В качестве загрузки во всех трёх фильтрах был применён кальцит. Общая эффективность очистки составляла 95-98%.

Читайте также:  Анализ для определение нефти в воде

На станции в г. Ростоке (Чехия) происходила очистка фармацевтических сточных вод от производства антибиотиков в смеси с хозяйственно-бытовыми сточными водами. Станция состояла из двух резервуаров-смесителей с временем пребывания 0,5-2 часа, двух параллельных резервуаров-отстойников и двух скорых биофильтров с вторичным отстойником. Ил из этих отстойников смешивали с фармацевтическим стоком и подвергали аэрации в резервуаре в течение 1-3 суток [1].

С появлением многоступенчатых схем с аэротенками для очистки фарм стоков применение биофильтров значительно снизилось. На сегодняшний день подавляющее число станций очистки фармацевтических сточных вод

работают именно с аэротенками. В настоящее время одним из самых активных строителей в области биологической очистки фармацевтических сточных вод является компания «Энвиро-Хеми Гмбх». Менеджер по технологиям очистки сточных вод химических предприятий, российского представительства компании Сергей Лахардов подробно освещает достижения компании в области очистки сточных вод фармацевтических предприятий. В статье [36] сообщается, что Энвиро-Хеми спроектировала, построила и запустила в эксплуатацию очистные сооружения для фармацевтического завода компании Schwarz Pharma AG в г. Шеннон (Shannon), Ирландия.

В соответствии с проектом очистные сооружения включают две основные стадии очистки сточных вод: биологическая обработка фармацевтических стоков в сочетании с физико-химическими методами очистки. Работа над проектом в г. Шеннон началась с того, что специалисты EnviroChemie успешно реконструировали стадию биологической очистки стоков на существующем производстве. Целью модернизации стало увеличение эффективности очистки стоков на имеющихся очистных сооружениях с возможностью обработки до 140 м3 в сутки высоко загрязненных сточных вод. Величина ХПК на данном фармацевтическом заводе достигает 40’ООО мг/л. Для решения этой проблемы применили высокоэффективную технологию аэробной биологической очистки BIOMAR®. Объем аэробного реактора, оборудованного запатентованной системой аэрации, составил 2000 м3. На выходе из вторичного осветлителя биологического реактора BIOMAR* построена установка физико-химической обработки ENVOCHEM®, где в процессе флокуляции осуществляется разделение избыточного активного ила. Обезвоживание избыточного активного ила происходит на мобильном декантере, показавшем прекрасные результаты. Следующим этапом реконструкции очистных сооружений станет

монтаж стационарной установки для обезвоживания избыточного активного ила.

Реактор Biomar* OBR [37] на рисунке 1.4 представляет собой биологический реактор периодического действия, так называемый, SBR reactor (sequencing batch reactors). Данный тип реакторов используется во всем мире для биологической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. Процесс очистки стоков в SBR-реакторе стал набирать популярность в последние 35 лет.

Технология обработки стоков в реакторе периодического действия предусматривает последовательное изменение режимов, создание аэробных, анаэробных и затем снова аэробных условий в процессе операций наполнения (подача неочищенных сточных вод), аэрации (для активизации жизнедеятельности аэробных бактерий), осаждения (отделение взвешенных веществ) и откачивания (отбор очищенной воды).

Отличительная особенность реактора периодического действия (часто его еще называют аэробный реактор с циклично прерываемой активностью) состоит в том, что для его функционирования не требуется строительства вторичного осветлителя для отделения избыточного активного ила. В данной технологии аэрация и осаждение осуществляются в одном и том же резервуаре. По окончании каждого технологического цикла производится оценка количества активного ила в системе и избыток систематически откачивается.

Перед подачей стоков на очистку в реактор периодического действия они подвергаются предварительной очистке на решетке и песколовке. Далее они поступают в усреднитель.

Рисунок 1.4 — Биологические очистные сооружения фармацевтического

завода, включающие два реактора периодического действия Вюшаг ОВЯ,

работающих в параллельном режиме

Процесс биологической очистки стоков в реакторе периодического действия Вютаг ОВЯ осуществляется в четыре операции, продолжительность которых управляется системой автоматики (рисунок 1.5).

1. Стадия наполнения и аэрации

Реактор наполняется стоками. Их перемешивают и аэрируют для достижения расчетного содержания кислорода в воде. На данной стадии происходит удаление БПК и нитрификация.

Воздуходувки и мешалки отключаются, активный ил осаждается. В реакторе образуются анаэробные условия, сопровождающиеся удалением фосфора и денитрификацией.

3. Стадия откачивания очищенной воды

Сточные воды, прошедшие биологическую обработку в ЗВЯ-реакторе, откачиваются плавающим на поверхности телескопическим декантером.

4. Стадия покоя, откачивания избыточного ила

В реакторе остается незначительный уровень жидкости. Удаляется избыточный активный ил. Воздух подается только в количестве, позволяющем поддерживать жизнедеятельность микроорганизмов в активном иле.

Рисунок 1.5 — Стадии работы реактора периодического действия

Что касается введения в реактор питательных веществ, улучшающих деятельность популяции микроорганизмов, а значит и степень очистки, то здесь нужно отметить следующее: обычно хозяйственно-бытовые стоки содержат требуемое количество азота и фосфора. А вот при очистке производственных стоков возможно понадобится вносить добавки, содержащие азот или фосфат диаммония.

Сама технология представляется довольно интересной, так как позволяет гибко реагировать на изменения состава стока, но в случаях повышенных значений илового индекса имеет те же проблемы, что и традиционные систехмы.

Для решения проблемы выноса ила была разработана технология, соединившая в себе биохимическую очистку и баромембранные методы разделения растворов. Технология мембранного биореактора (МБР) на сегодняшний день — одна из самых динамично развивающихся технологий для очистки сточных вод. Мировой опыт доказывает перспективность использования технологии мембранного биореактора в качестве доминирующей технологии очистки или в качестве промежуточной стадии. Предусмотрев дополнительные сооружения (механическая очистка, усреднение и т.д.), существует возможность создать легко эксплуатируемую технологию, устойчивую к изменениям расхода или концентрации исходных стоков [24,26, 38-56].

На рисунке 1.6 представлены схемы биологической очистки традиционным способом и с использованием мембранных модулей.

Традиционная схема биологической очистки сточных аод

Схемы с использованием мембранных систем

Рисунок 1.6 — Традиционная схема биологической очистки и схемы с использованием мембранных модулей

Мембрана задерживает активный ил в системе, что приводит к нарастанию биомассы в реакторе, а, следовательно, сокращению площади под строительство сооружений. Применение МБР позволяет поддерживать высокие значения возраста биомассы и ее концентраций, которые по разным источникам могут находиться в пределах от 3 до 31 г/л, что обеспечивает глубокое удаление загрязнителей при высоких скоростях процесса. Сооружениями такого типа в России начали заниматься совсем недавно относительно остального мира. Из российских учёных, изучающих процесс очистки сточных вод по данной технологии, можно отметить ряд специалистов: Герасимова Г.Н., Швецова В.Н., Морозову K.M., Губанова J1.H., Катраеву И.В., Степанова C.B., Степанова A.C., Стрелкова А.К., Видякина М.Н., Киристаева A.B. В Западной Европе, а вслед за ней и во

всем остальном мире активно осваивают технологию, применяя её, как для бытовых, так и для промышленных сточных вод. Фармацевтическая промышленность тоже входит в производства, стоки которых могут быть подвергнуты биологической очистке в МБР [24, 26, 54-58].

На предприятии компании Schering AG в г. Бергкамен (Германия) производят биологически активные вещества для изготовления лекарственных препаратов. По причине постоянного изменения ассортимента выпускаемой продукции сильно изменяется состав сточных вод. До 2003 года после предварительной очистки и усреднения стока сточная вода сбрасывалась в сеть канализации. Но компания Schering AG вынесла решение построить собственные очистные сооружения со сбросом в водоём, которые отличались бы экономической и экологической эффективностью, с целью снижения платежей за очистку сточных вод.

В 2003 г. были построены МБР-сооружения, которые являлись самыми крупными в Германии для очистки промышленных сточных вод [54]. На

.7 представлен внешнии вид этих сооружении.

Рисунок 1.7 — Внешний вид очистных сооружений компании Schering AG

Сооружения обрабатывают 3500 м3/сут сточной воды с ХПК=3500 мг/л, БПК=1500 мг/л, No6ui= 95 мг/л, Робщ = 8 мг/л, эффективность очистки по проблемным показателям ХПК, БПК, Ы0бЩ, Робщ удовлетворяет требованиям Германии на сброс в водоем.

Схема сооружений представлена на рисунке 1.8. Первая ступень включает две последовательно подключенных емкости по 1 ООО м»‘ каждая, в которых сточная вода нейтрализуется, затем проходит ступень коагуляции и гравитационного осаждения выпавших взвешенных веществ. Общий объем

сооружений биологической очистки составляет 9000 м , очистка происходит в три ступени: денитрификация, нитрификация, мембранная ступень, очищенная вода сбрасывается в водоприёмник. Для сооружений используются 36 кассет с мембранами типа ZW500c фирмы Zenon с общей площадью поверхности 15849 м2. Для сбора избыточного ила имеются 2 аэрируемые емкости общим объемом 1700 м3. Для аварийных случаев

применяют три емкости общим объемом 20500 м . Инвестиции для строительства сооружений составили 10 млн. Евро.

Ступень мембранного фнльтроапих

Рисунок 1.8 — Схема очистных сооружений компании Schering AG в городе

Тайванский фармацевтический завод находится на территории научного объединения STSP (Southern Taiwan Science Park, Тайвань), завод выпускает карбапенемы, имипенемы, циластин, меропенемы. Предприятие сбрасывало очищенную до величины ХГТК = 450мг/л воду в размере 10м3/сут. Для сброса очищенных стоков в водоем необходимо достичь показателя ХПК=50мг/л. Было принято решение построить очистные сооружения, способные достигнуть такого показателя. Схема мембранного биореактора с отдельными блоками для биологического окисления и фильтрования представлена на рисунке 1.9 [56].

II — сточная вода с производства; 12 — очищенная вода из септика; Т1 — приемный резервуар; Т2 — отстойник; ТЗ — усредитель; Т4 — блок биологической очистки; Т5 -мембранный биореактор; Т6 — резервуар обратной промывки; Т7 — резервуар очищенной воды; Т8 — обезвреживание осадка.

Рисунок 1.9 — Принципиальная схема очистки сточных вод фармацевтического завода STSP (Тайвань)

Фармацевтический завод ScinoPharm (Тайвань) с производительностью 250 м3/сут установил систему Zeeweed* MBR в качестве одной из ступеней очистки. Сооружения рассчитаны на нитрификацию и денитрификацию, являются высоко нагружаемыми, при исходной концентрации ХПК = 50000мг/л способны окислять загрязнения до ХПК = 500мг/л.

В Ирландии фирма Pfizer (1514 м/сут) реконструировала старые очистные сооружения в мембранный биореактор. Две емкости с мембранными модулями работают параллельно. Сооружение построено с раздельными зонами окисления и фильтрования [57].

В 2008 году были построены очистные сооружения для фармацевтического завода Merck Serono S.A в г. Fenil-sur-Corsier (Vevey, Швейцария), который входит в состав группы Merck KGaA. Она разрабатывает лекарственные препараты для лечения онкологических, нейродегенеративных заболеваний, проблем с бесплодием и

эндокринологических расстройств, ревматологии и др. При разработке концепции очистных сооружений стояла не только задача разработать оптимальную технологию высоко загрязненных органическими субстанциями сточных вод фармацевтического производства, но и проблема строительного характера. Заказчик потребовал, чтобы очистные сооружения были компактными и могли быть установлены в пределах очень небольшой площадки, отведенной для строительства установки по обработке стоков. Наилучшим решением оказалось использование в технологическом процессе очистки сточных вод фармацевтического производства цепочки из мембранного биореактора и установки обратного осмоса [58].

В 2003 г в Барселоне (Испания) на производстве пенициллина были построены МБР сооружения для повышения производительности существующих на предприятии сооружений в связи с расширением производства. Применялись погружные модули с плоскими полимерными мембранами фирмы КиЬо1а типа ЕК 300 с площадью мембран: 1440 м и расходом фильтрата: 400 м3/сут. Благодаря применению МБР системы доза активного ила в сооружениях биологической очистки была увеличена с 6 г/л до 12-16 г/л, а нагрузка на сооружения увеличена вдвое, ТМД при фильтрации составляет 0,05-0,15 бар, химическая промывка происходит два раза в год на месте, пермеат направляется далее в городскую сеть канализации.

На сегодняшний день насчитывается пятнадцать МБР сооружений, построенных для фармацевтической промышленности в Западной Европе. Из них четырнадцать — с погружными модулями и одни — с выносными. Производительность этих станций от 50 до 1500 м /сут. [54]. В России для предприятий химико-фармацевтической отрасли, как показывает анализ литературных источников, о построенных МБР сооружениях не упоминалось.

Одной из главных проблем, задерживающих распространение МБР в мире, отмеченной в большинстве литературных источников, является стоимость мембранной части аппаратов и сооружений, работающих по данной технологии. Но развитие производства полимерных мембран наращивается и на сегодняшний день технико-экономическое сравнение традиционной технологии с технологией МБР показывает, что проигрыш второй не так уж и очевиден [59-62]. Однако, быстрее всех развиваются половолоконные мембраны, которые из всех самые не надёжные, но их производство просто, и всё больше производителей в Китае осваивают его, закономерно цена на мембраны быстро падает, и становится экономически оправданным строительство станций большой производительности.

С точки зрения надёжности, долговечности и удобства в эксплуатации у половолоконных мембран с большим отрывом выигрывают керамические (таблица 1.1), но по цене они пока уступают [63-66].

Таблица 1.1 — Сравнение полимерных и керамических мембран [63]

Параметр Полимерные мембраны Керамические мембраны

высокая температура (выше 80°С) нет есть

биологическое разрушение нет есть

Органические растворители нет есть

Срок службы без замены, лет 0,5-1 До 20

Возможность обратной продувки нет есть

Потребность воды на промывку, % До 10 До 2

Разработка керамических мембран является приоритетным направлением развития у компаний — лидеров рынка мембран для МБР. Производство такой керамики высокотехнологично и требует большого научного потенциала. Скорее всего, из-за желания защитить и сохранить свои интеллектуальные и технические наработки от агрессивного промышленного шпионажа со стороны Китая, компании размещают производства в Европе. В настоящее время германская компания Itn Nanovation, доказывает превосходство своих керамических модулей по

приведённым затратам над полимерными мембранами [65]. В диссертационной работе автор приводит исследования, проведённые с российскими и германскими керамическими модулями для определения их эксплуатационных характеристик при работе с активным илом.

Довольно предсказуемой проблемой технологии также стало заиливание поверхности мембран, что приводит к уменьшению скоростей фильтрования [66-73]. В своих опытах Zhang Hong-jie, Yu Shuil-li и др. (Китай) [67] применяли мембраны с порами от 0,1 до 1,0 мкм, трансмембранное давление составляло до 0,04 МПа, исследовался состав отложений, выполнялась микрофотосъемка поверхности мембран. Согласно их исследованиям основной причиной отложений являются выделение экстрацеллюлярных биополимеров и растворимых продуктов метаболизма. В экспериментах уменьшение интенсивности образования отложений обеспечивалось размещением под мембранами аэраторов, промывкой химикалиями, разработкой новых материалов для мембран, устойчивых к обрастанию, изменением свойств иловой смеси, применением специальных методов эксплуатации мембран, периодической чисткой их физическими или химическими методами и т. д. Исследования Lu Hua, Wang Zhi-qiang [68] проводились с половолоконными мембранами и были рассмотрены три варианта регенерации мембран (под мембранами устанавливался крупнопузырчатый аэратор, включен непрерывно): по первому варианту под мембраны периодически дополнительно подавался воздух, по второму периодически мембраны промывались фильтратом, и по третьему оба фактора воздействовали совместно. Установлено, что третий вариант предпочтителен, при этом значения удельного потока между промывками изменялись от 38 до 27 л/чм . В экспериментах Sofia A., Ng W. J., Ong S. L. (Англия) [69] использовались два метода очистки поверхности мембран — с применением водных растворов различных реагентов, как кислотных, так и щелочных, механическим способом и метод очистки поверхностей

посредством воздушного потока, направляемого вдоль поверхности мембраны. Методы первой группы отличались сложностью и могли приводить к повреждению мембран, показана предпочтительность способов очистки с применением воздуха, при этом большая эффективность достигалась для потоков с мелкими пузырьками. В приводимом примере при воздушной очистке мембран период между их промывками значительно увеличился. В экспериментах Liao В. Q., Catalan L. J. J., Droppo I. G, Liss S. N.[70] использовались ультрофильтрационные мембраны, в целях удаления отложений их поверхность обрабатывалась раствором гипохлорита натрия. Установлено, что при этом отложения растворялись, на 1 мг свободного хлора приходилось 0,3 мг растворенных отложений, размер частиц оставшихся отложений в результате уменьшался, а величина ХПК сточных вод увеличивалась за счет перехода в них растворенных компонентов, 76% приращения ХПК приходилось на экзобиополимеры.

Автор предлагает в данной работе рассмотреть возможность и целесообразность проведения регенерации керамических модулей обратной продувкой.

Ещё одним вариантом удержания биомассы в реакторе может служить применение различных загрузок носителей биомассы в реакторе. Довольно много компаний изготавливают и продают загрузки разной формы и из различных материалов [74-76].

Также сообщается о схемах применения гранулированных и порошкообразных активированных углей как носителей биомассы для усовершенствования систем биоочистки [77, 78]. О применении активированного угля в качестве загрузки в МБР говорят учёные Швецов В.Н., Смирнова И.И., Степанов A.C. и др. Хотя публикаций с исследованиями по окислению стоков фармацевтических производств с применением угольной загрузки в МБР эти учёные не приводили, эффективность данного метода с другими стоками довольно высока.

Применение активированных углей при очистке сточных вод обсуждалось на конференции в 2007 г. (ФРГ) [79]. В докладах и выступлениях отмечалось, что расширение применения акт. углей связано с ужесточением требований к качеству очистки, а также с увеличением видов загрязнителей, в том числе устойчивых к процессам биоразложения, среди них называются многие фармацевтические препараты, эндокринные компоненты естественного происхождения и синтетические. В статьях сообщается о схемах применения гранулированных и порошкообразных акт. углей как носителей биомассы для усовершенствования систем биоочистки.

1.3.2.2 Анаэробные методы биохимической очистки сточных вод фармацевтических предприятий

Ещё одной высокоэффективной технологией очистки фармацевтических стоков является анаэробная очистка. Ряд советских, российских и иностранных учёных, для очистки концентрированных фармацевтических сточных вод предложили использовать анаэробные аппараты. Было показано, что анаэробная очистка целесообразна главным образом в тех случаях, когда органические загрязнения, присутствующие в концентрированных стоках, токсичны для аэробных микроорганизмов, но не замедляют анаэробный распад либо быстрее разлагаются в процессах восстановления, чем в процессах окисления [1,80-102]. В конце 80-х годов работало лишь незначительное количество анаэробных сооружений в химической и фармацевтической отрасли. Как правило, производились лишь лабораторные и полупромышленные испытания. Литературные данные и публикации были очень скудные [83]. В настоящее время в данном направлении техника и технология получила сильное развитие. Разработанные современные реакторы [86, 88, 90, 97-102] гораздо эффективнее и с точки зрения

технологического процесса и энергетических затрат по сравнению с аппаратами и технологиями ещё двадцатилетней давности.

К 1999 году насчитывалось 65 промышленных анаэробных сооружений очистки сточных вод химико-фармацевтической отрасли для большого спектра различных производств [94].

Так как сточные воды данных производств, как правило, содержат относительно небольшое количество взвешенных веществ, то были применены типы анаэробных реакторов, указанные в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Типы анаэробных реакторов для очистки сточных вод химико-фармацевтической отрасли

Гибридный анаэробный реактор 11

Прочие аппараты (контактный реактор, реактор кипящего слоя) 14

В 80-е годы и начале 90-х годов строились анаэробные реакторы, работающие с малыми нагрузками, в последнее время внедряются аппараты, работающие с гранулированным активным илом, такие как ИА8В и ЕС8В [97-102].

В качестве примера можно привести сооружения анаэробно-аэробной очистки сточных вод производства инсулина индустриального парка ЕгапкШЛ/Мат-Нбс!^ [94, 95]. Биогаз анаэробных сооружений после

удаления сероводорода используется для получения тепла и электроэнергии.

Для анаэробной ступени очистки были применены ВЮВЕБ -реакторы в количестве трех аппаратов из стали высотой 20 м и объёмом по 800 м

каждый, время пребывания сточной воды составило 6 ч. Объёмная нагрузка

на каждый аппарат составила Яя=13,75 кгХПК/м сут.

Компания Энвиро-Хеми построила анаэробные очистные сооружения в швейцарском кантоне Valais. Основная стадия установки очистки сточных вод — обработка на высокоэффективном анаэробном реакторе.

Концепция биологических очистных сооружений на основе запатентованного процесса Biomar® АНР была разработана для завода по производству витаминов DSM Nutritional Products AG. Очистные сооружения предназначены для предварительной очистки стоков с целью снижения нагрузки по органическим соединениям (ХПК) на 90%. Введение стадии предварительной биологической очистки позволило разгрузить существующую установку очистки стоков активированным углем. Однако как самостоятельная анаэробная технология очистки фармацевтического стока применяться не может в связи с ещё достаточно высокой загрязнённостью очищенной воды по ХПК, которая требует дополнительной доочистки в аэробных условиях [100].

Эта же компания спроектировала, построила и запустила в эксплуатацию очистные сооружения для фармацевтического завода по производству инсулина и антибиотиков Bioton S.A. (Польша). Чтобы обеспечить высокий уровень технологической безопасности, низкие операционные расходы и возможность работы с изменчивым составом 3-х различных потоков производственных стоков потребовалось применить 3 различных технологии очистки сточных вод. Первый поток сильно загрязненных сточных вод поступает в буферный резервуар, оборудованный средствами измерения токсичности и системой раннего оповещения, что позволяет снизить риск гибели микроорганизмов на следующих стадиях очистки. Далее стоки подвергаются обработке сначала в анаэробном реакторе Biomar® ASB, а затем в аэробном реакторе Biomar® OSB.

Второй поток, содержащий вещества, с трудом поддающиеся биодеградации, подается на выпарную установку Уасис^®. Дистиллят направляется на очистку в аэротенк.

Третий поток, включающий хозяйственно-бытовые и другие низко загрязненные сточные воды, сначала очищается от взвешенных веществ на механической решетке и затем также подается на аэробный реактор. Избыточный активный ил обезвоживается на декантере [101].

Главной проблемой анаэробной очистки является большая инерция анаэробных биологических процессов и сложность поддержания оптимальных параметров работы аппаратов. Образующийся в результате анаэробных процессов биогаз требует строительства сооружений газового хозяйства, которые являются сооружениями повышенной опасности. В России этот газ не представляет ценности для предприятий, т.к. у нас в стране крупнейшие месторождения природного газа, а также существует не

используемый попутный газ. Подготовка м биогаза до требований, предъявляемых к газу в котельных, значительно удорожает его стоимость по сравнению с м3 природного газа. Поддержание нужной для мезофильных микроорганизмов температуры в аппаратах зимой в нашей климатической зоне влечёт дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты. Анаэробные аппараты эффективны при очистке концентрированных сточных вод по удалению основной массы органических загрязнителей, но не позволяют достигнуть нормативных требований без дополнительной аэробной очистки на финише технологии. Однако нужно отметить, что создание высокоэффективных комбинированных технологий очистки концентрированных сточных вод с применением современных анаэробных и аэробных аппаратов — перспективное направление развития отрасли.

К примеру, на одном из фармацевтических заводов применяется анаэробный реактор со встроенной системой управления потоками и аэробный реактор с взвешенным слоем для удаления из фармацевтических

стоков органических веществ и сульфатов. Чтобы предотвратить гибель метаногенных бактерий в метанреакторе из-за большого количества сульфатов (5’ООО мг/л), стоки на входе в анаэробный реактор на 40% разбавляются чистой водой, забираемой на выходе из аэротанка. В данном случае уровень ХПК на входе в метанреактор составляет 40’ООО мг/л, время анаэробной обработки — 1 сутки. Такая схема обеспечивает снижение ХПК на 50% и удаление сульфатов более чем на 95%.

Еще один пример — фармацевтическая фабрика, на которой установлен реактор периодического действия (sequencing batch reactor SBR), совмещающий в себе анаэробную и аэробную обработку фармацевтических стоков с содержанием ХПК от 28’400 мг/л до 72’200 мг/л. Такая технология позволяет снизить ХПК на 95-97%. Кроме разложения органики, на данных очистных сооружениях отмечается удаление некоторых типов абиотиков [102].

1.4 Очистка воды от загрязнений компонентами лекарственных препаратов, не связанных с их производством

На сегодняшний день появляется множество интересных ракурсов обсуждаемой проблемы и всевозможных подходов к решению очистки и доочистки вод, загрязнённых производными фармацевтических препаратов [103-114]. Существует мировая тенденция увеличения потребления различных фармацевтических препаратов, при этом они с выделениями человека поступают преимущественно в бытовые стоки, как сами эти препараты, так и их метаболизированные формы. Авторы статей [103-105] предлагают в качестве эффективной меры — локальную очистку содержащих фарм препараты стоков, в том числе путём задержания их на мембранах для нанофильтрации. В лабораторных экспериментах модельные сточные воды содержали препараты видов сульфаметоксазол, ибупрофен и карбамазепин в

концентрации 500 мкг/л, для их задержания применялись различные мембраны для нанофильтрации. Установлено, что в оптимальном варианте препараты первых двух видов удалялись на 100%, карбамазепин на 98%.

Эту же проблему другие учёные из Германии [106] решают с помощью электрофлокуляции. Метод удаления из сточной воды фармацевтических препаратов в процессе электрофлокуляции включает анод и катод, при этом анод представляет собой слой гранулята с пленкой железа на поверхности, эта система с развитой поверхностью обеспечивает высокую эффективность. В электрохимических процессах генерируется Ре(ОН)з, выполняющий роль

Китайские исследователи пришли к выводу о том что, в городские очистные сооружения фармацевтические препараты поступают в значительных количествах и в результате неэффективного удаления переходят далее в речную воду [107-112]. Известно, что в природных водных средах под действием солнечной радиации происходит их фотодеструкция. Лабораторные исследования показали высокую эффективность таких процессов, а в сочетании с насыщением воды кислородом скорость процессов значительно возрастала [113, 114].

источник