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制药工业废水处理技术的优化与环保策略

发布日期：2025-04-24

文章探讨了制药工业废水处理技术的当前应用现状、存在的挑战及未来研究策略，并详细介绍了主要的废水处理技术，分析了各技术的优势与局限性。面对现有技术在效率、经济性和法规适应性方面的不足，提出了优化技术的具体策略，如提升技术效率、增强经济可行性、改善法规适应性和加强环保意识与教育等具体措施。

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Part.00

引  言
随着全球制药工业的迅速发展，产生的废水量和污染负荷也在不断增加。制药废水含有多种有机污染物、残余药物、高浓度生化需氧量和化学需氧量，以及潜在的毒性成分，对环境和人类健康构成威胁。传统的废水处理技术、生物处理和化学处理，在某些方面有效，但面对复杂和多样化的制药废水，技术难以满足越来越严格的环境排放标准。本研究主要目的是探索和优化制药工业废水处理技术，集中于高级处理技术如膜分离技术、高级氧化技术以及新兴的吸附技术，以提高处理效率，降低处理成本，适应更为严格的环境法规。旨在综合技术，探索最佳的处理工艺组合，实现对废水中有毒有害成分的最大限度去除。研究的意义在于通过提高制药废水处理技术的效率和广度，减少工业活动对水体的污染压力，保护水生生物安全和人类健康，促进生态环境的可持续发展。优化的废水处理技术帮助制药企业降低运营成本，提高经济效益，满足越来越严格的国际环保标准，增强企业的国际竞争力。

Part.01

制药行业废水处理的应用现状
1.1 制药行业废水处理的应用概况
废水中含有多种有机物质、无机盐类、残余药物和生产过程中产生的其他污染物。每生产 1 kg 抗生素，约产生 50～100 kg 的高浓度有机废水，而处理这些废水是确保环境安全与符合法规的关键步骤。目前应用的废水处理技术主要包括生物处理、化学处理和物理处理方法。化学方法如氧化和混凝则适用于去除废水中的难降解有机物和悬浮固体。采用 Fenton 反应处理某制药厂废水，COD 去除率可以达到 76.3%，传统的生物处理方法仅能达到 58.1%。物理方法包括膜过滤技术和吸附技术，分离出废水中的颗粒物和某些溶解物，成本相对较高。反渗透技术在某研究中对废水中的药物残留物去除率达到 97.8%，显示出其高效性。
1.2 制药行业废水处理的环境影响
制药行业废水的环境影响体现在对水体生态系统和人类健康的潜在威胁，废水含有高浓度的有机化合物、重金属、残留药物及其他有害物质，未经适当处理就排放到自然水体中，严重影响水质和水生生物的健康。未经处理的制药废水中的抗生素和其他活性物质导致水体中细菌对这些药物产生抗药性。在受到制药废水影响的河流中，含有残留抗生素的浓度可高达 0.8 μg/L，远高于安全标准。抗生素在水环境中不易降解，在水生环境中持续存在，使细菌产生抗药性。废水中的重金属如汞和铅对水生生物产生毒性作用，影响生长和繁殖。严重污染的水域，重金属浓度可达到3.4 μg/L，对鱼类和其他水生生物的生存构成威胁[1]。

Part.02

制药工业废水处理技术
2.1 混凝沉淀技术
混凝沉淀技术是用于水和废水处理的方法，在制药工业中用于去除废水中的悬浮颗粒、有机物质及某些溶解性污染物。通过添加混凝剂来实现，混凝剂是无机盐类如铝盐、铁盐或是有机高分子物质。在处理过程中，混凝剂在废水中迅速分散，与废水中的负电荷颗粒相互作用，中和其表面电荷，破坏稳定状态。混凝沉淀技术的效果受多种因素影响，pH 值、混凝剂的种类和投加量、搅拌速度和时间。正确调控参数实现最佳处理效果的关键。调整 pH 值至 6.5，使用铁盐作为混凝剂，将制药废水中的浊度去除率提高至90% 以上。
2.2 活性炭吸附技术
活性炭吸附技术用于制药工业中，去除废水中的有机污染物、色度、气味和重金属。活性炭有高度发达的孔隙结构和较大的表面积，高效地吸附废水中的污染物。活性炭是粉末状或颗粒状。废水通过装有活性炭的过滤器时，活性炭的表面和孔隙将吸附废水中的有机化合物及其他污染物。吸附作用主要依赖于物理吸附和化学吸附两种机制。物理吸附通过分子间的范德华力进行，化学吸附则依托共价键形成。
2.3 膜分离技术
膜分离技术通过半透膜来实现污染物质的分离，膜具有特定的孔径，根据分子大小或质量筛选物质，分离出废水中的悬浮颗粒、微生物、有机分子以及无机盐。膜分离技术包括微滤 (MF)、超滤 (UF)、纳滤(NF) 和反渗透 (RO)。微滤和超滤用于去除较大颗粒物和微生物，纳滤和反渗透则能去除更小的有机分子和离子。分级处理根据废水特性和处理需求进行优化配置[2]。
2.4 高级氧化技术
高级氧化技术是利用强氧化剂来矿化废水中的有机污染物至无害物质的废水处理技术，核心在于生成具有高反应性的羟基自由基 (·OH)，自由基有效地分解废水中难以生物降解的有机化合物，持久性有机污染物 (POPs) 和残留药物。高级氧化技术包括多种处理方式，如臭氧 / 紫外线 (O3/UV)、过氧化氢 / 紫外线(H2O2/UV) 和光催化氧化等。通过光化学、电化学或化学途径激发氧化剂，生成羟基自由基。在臭氧 / 紫外线系统中，紫外线光激发溶解在水中的臭氧分解生成羟基自由基，自由基与有机污染物反应，导致污染物结构破坏并最终矿化。

Part.03

制药工业废水处理技术面临的挑战
3.1 现有技术的效率不足
高级氧化技术在去除各类污染物方面表现最佳，其他技术在难降解物质的处理上效果仍然有限。活性污泥法和混凝沉淀技术在处理难降解物质方面的效率不足，该技术能有效去除一般有机物和重金属，对某些具有复杂结构的有机化合物和高稳定性的污染物则难以彻底处理，如表1 所示。

表1 用废水处理技术对不同类型污染物的平均去除率（单位：%）

3.2 经济可行性的缺陷
制药工业废水处理技术不断进步，经济可行性依然是制约广泛应用的重要因素。废水处理技术的成本涉及初始投资，包括运行维护、能源消耗、化学试剂使用以及必要的设备更新换代费用。一个中型制药工厂建立和维护一套完整的废水处理系统的年成本高达数百万美元。膜分离技术虽然处理效果良好，膜的更换和维护成本较高，经济效益受到影响。高昂成本对许多制药企业尤其是中小型企业来说是巨大负担。企业在考虑投资废水处理技术时，评估对生产成本的影响及可能的投资回报率。
3.3 法规适应性的不足
随着环保意识的提高和公众对健康及环境安全的关注增强，各国政府对废水排放标准不断提升，要求废水处理技术适应更为严格的法规要求。很多现有的废水处理技术难以满足新的或更严格的排放标准。某些地区的法规要求废水中特定有毒化学物质的浓度低至几 mg/L 的水平，传统的生物处理或化学处理方法无法达到这种高标准的清洁程度。难降解的有机化合物和新出现的污染物，如药物残留物和内分泌干扰物，超出常规废水处理技术的处理能力[3]。
3.4 环保意识与实践的差距
公众对环境保护的意识日益增强，许多制药企业在实际操作中仍面临环保理念转化为实际行动的困难。环保的实际成本往往高于企业预期，虽然许多制药公司公开承诺采取环保措施，在成本和效率的压力下，公司会倾向于采用成本较低、但环保效果较差的废水处理技术。经济压力导致环保意识与实践之间的脱节。
环保法规的执行力度和监管机制不足，由于监管不严或执法力度不够，企业不会完全遵守环保法规，在那些对环境违规行为罚款较低的国家和地区。监管缺失使得企业在实际操作中放松环保措施的执行。

Part.04

制药工业废水处理技术策略
4.1 提升处理技术的效率和范围
通过开发新的材料或改进现有材料来增强废水处理技术的性能，研发更高效的催化剂或改良生物处理菌株，提高化学处理和生物处理技术的污染物去除率。采用纳米技术改进膜材料会提高膜分离技术的选择性和耐用性，扩展其处理范围和提高处理效率。将生物处理与高级氧化过程结合使用，利用生物方法去除废水中的易降解有机物，通过高级氧化技术处理难降解或毒性较强的污染物。组合方法提高整体的处理效率，扩大处理技术的适用范围。
针对制药废水中常见的特定难降解化合物，如某些抗生素和激素类物质，开发专门的处理技术或改良现有技术以提高其针对性和效率。针对特定化合物的分子印迹技术或特定的生物降解途径在去除特定污染物时提供更为高效的处理方法。提高制药工业废水处理技术的效率和范围，确保更广泛的环境保护和资源再利用，最终推动可持续发展的目标实现[4]。
4.2 增强技术的经济可行性
为增强制药工业废水处理技术的经济可行性，专注于降低操作成本、提高能源效率以及增强系统的长期稳定性，如表2 所示。

表2 不同技术改进措施后的成本节约潜力（单位：%）

各项技术改进措施都能在不同程度上节约成本并延长设备使用寿命，这对于资本密集和操作成本高的制药行业来说具有重大意义。优化生物处理菌种能提高生物处理效率，减少能源和化学药品的消耗，节约 21.3% 的操作成本。改良菌种的适应性和效率，延长处理系统的预期使用寿命。应用能源回收技术，如通过厌氧消化过程回收产生的沼气作为能源，虽然初始投资节约较小仅为 0.7%，但操作成本的大幅度降低 23.7% 和使用寿命延长 19.1%，充分显示了其长期经济效益特性。
引入自动化和监控系统减少人为操作错误和提高操作效率，能达到 28.7% 的操作成本节约；提高系统稳定性，延长设备使用寿命至 24.3%。自动化系统的实施虽然需要较高的初始投资，但长期来看，其节约的成本远大于投资。使用耐用膜材料减少因膜材料损坏而频繁更换的成本，尽管操作成本节约仅为14.3%，但设备使用寿命却延长 29.9%，同时还减少了长期维护和更新的成本。
4.3 优化法规适应和政策支持
企业积极参与环保法规的制定过程，提供实际操作中的反馈和数据支持，帮助制定可行且科学的环保标准。政府为鼓励企业采用高效的废水处理技术，提供了税收减免、补贴和资金支持等财政激励措施，特别是针对在技术升级和系统优化上投入较大的企业。建立全面的信息共享平台也非常关键，该平台提供关于最新技术、政策更新和最佳实践的信息。企业及时了解并适应最新的法规要求，政策制定者根据行业反馈调整和完善相关法规。推动跨行业合作，制药企业与废水处理技术供应商之间的合作，加速技术的实际应用和优化，确保技术解决方案与法规要求同步发展，提升整体的法规适应性和环保效果。有效地桥接现有政策与技术实施之间的差距，促进环保目标的实现[5]。
4.4 强化环保意识和持续教育
开展定期的环保培训和教育活动是提升员工和管理层环保意识的有效方法，培训涵盖废水处理技术的最新进展、环保法规的要求，以及可持续发展的实践案例，以加深员工对环保重要性的认识，激发他们在日常工作中采取更环保的操作方式。企业与学术机构和研究中心合作，共同开发教育项目和研究课题，有助于企业获取最新的科研成果和高级人才，为学术界提供了实际应用的平台，促进理论与实践的结合。利用数字媒体和在线平台进行环保教育，制药企业创建了在线课程、研讨会和工作坊等资源。这些资源不仅覆盖了更广泛的受众群体，包括员工、合作伙伴和社区成员，而且使学习变得更加灵活和可接触，同时有助于传播环保理念和技术知识[6]。

Part.05

结  语

本文探讨了制药工业废水处理技术的优化与环保策略，从现有技术的应用现状、具体技术方法，到面临的挑战和未来的研究策略。制药行业废水处理技术不断发展，从基础的物理和化学处理到生物方法和高级氧化技术，各种方法各显其能，但也存在效率、经济和法规适应性的不足。面对这些挑战，未来的研究需要集中于提高处理技术的效率和范围，增强技术的经济可行性，优化法规适应和政策支持，强化环保意识和持续教育。策略的实施和推广，提高废水处理技术的性能和适应性，促进制药行业在环境保护方面的责任和效率。随着技术的进步和政策的支持，制药工业更好应对环境挑战，实现可持续发展的目标，为保护水资源和生态环境作出积极贡献。

参考文献

[1] 郭会灿. 制药工业废水的特点及处理技术[J]. 煤炭与化工，2011，34(6)：29-30，37.

[2] 朱生旭，严成. 石化工业废水处理技术以及工艺优化策略分析[J]. 中国化工贸易，2018，10(2)：96.

[3] 陈美娜，梁晓媛. 石化工业废水处理技术及工艺优化策略分析[J]. 大科技，2020 (12)：223.

[4] 李雷. 工业园区一般工业固废填埋场设计与管理分析[J]. 皮革制作与环保科技，2022，3(1)：87-89.

[5] 韩冬妮. PEBR 有机废水处理进水流速优化分析[J].资源节约与环保，2018 (11)：93.

[6] 马岚茜娅. 超声波联合生物技术处理制药污泥的实验研究[D]. 北京：北京交通大学，2015.

来源：制药工艺与装备


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