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制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)的優(yōu)化與環(huán)保策略

發(fā)布日期：2025-04-24

文章探討了制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的挑戰(zhàn)及未來研究策略，并詳細(xì)介紹了主要的廢水處理技術(shù)，分析了各技術(shù)的優(yōu)勢與局限性。面對現(xiàn)有技術(shù)在效率、經(jīng)濟(jì)性和法規(guī)適應(yīng)性方面的不足，提出了優(yōu)化技術(shù)的具體策略，如提升技術(shù)效率、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)可行性、改善法規(guī)適應(yīng)性和加強(qiáng)環(huán)保意識與教育等具體措施。

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Part.00

引  言
隨著全球制藥工業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生的廢水量和污染負(fù)荷也在不斷增加。制藥廢水含有多種有機(jī)污染物、殘余藥物、高濃度生化需氧量和化學(xué)需氧量，以及潛在的毒性成分，對環(huán)境和人類健康構(gòu)成威脅。傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)、生物處理和化學(xué)處理，在某些方面有效，但面對復(fù)雜和多樣化的制藥廢水，技術(shù)難以滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。本研究主要目的是探索和優(yōu)化制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)，集中于高級處理技術(shù)如膜分離技術(shù)、高級氧化技術(shù)以及新興的吸附技術(shù)，以提高處理效率，降低處理成本，適應(yīng)更為嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)。旨在綜合技術(shù)，探索最佳的處理工藝組合，實(shí)現(xiàn)對廢水中有毒有害成分的最大限度去除。研究的意義在于通過提高制藥廢水處理技術(shù)的效率和廣度，減少工業(yè)活動對水體的污染壓力，保護(hù)水生生物安全和人類健康，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。優(yōu)化的廢水處理技術(shù)幫助制藥企業(yè)降低運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，滿足越來越嚴(yán)格的國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)企業(yè)的國際競爭力。

Part.01

制藥行業(yè)廢水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1 制藥行業(yè)廢水處理的應(yīng)用概況
廢水中含有多種有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)鹽類、殘余藥物和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的其他污染物。每生產(chǎn) 1 kg 抗生素，約產(chǎn)生 50～100 kg 的高濃度有機(jī)廢水，而處理這些廢水是確保環(huán)境安全與符合法規(guī)的關(guān)鍵步驟。目前應(yīng)用的廢水處理技術(shù)主要包括生物處理、化學(xué)處理和物理處理方法。化學(xué)方法如氧化和混凝則適用于去除廢水中的難降解有機(jī)物和懸浮固體。采用 Fenton 反應(yīng)處理某制藥廠廢水，COD 去除率可以達(dá)到 76.3%，傳統(tǒng)的生物處理方法僅能達(dá)到 58.1%。物理方法包括膜過濾技術(shù)和吸附技術(shù)，分離出廢水中的顆粒物和某些溶解物，成本相對較高。反滲透技術(shù)在某研究中對廢水中的藥物殘留物去除率達(dá)到 97.8%，顯示出其高效性。
1.2 制藥行業(yè)廢水處理的環(huán)境影響
制藥行業(yè)廢水的環(huán)境影響體現(xiàn)在對水體生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的潛在威脅，廢水含有高濃度的有機(jī)化合物、重金屬、殘留藥物及其他有害物質(zhì)，未經(jīng)適當(dāng)處理就排放到自然水體中，嚴(yán)重影響水質(zhì)和水生生物的健康。未經(jīng)處理的制藥廢水中的抗生素和其他活性物質(zhì)導(dǎo)致水體中細(xì)菌對這些藥物產(chǎn)生抗藥性。在受到制藥廢水影響的河流中，含有殘留抗生素的濃度可高達(dá) 0.8 μg/L，遠(yuǎn)高于安全標(biāo)準(zhǔn)。抗生素在水環(huán)境中不易降解，在水生環(huán)境中持續(xù)存在，使細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性。廢水中的重金屬如汞和鉛對水生生物產(chǎn)生毒性作用，影響生長和繁殖。嚴(yán)重污染的水域，重金屬濃度可達(dá)到3.4 μg/L，對魚類和其他水生生物的生存構(gòu)成威脅[1]。

Part.02

制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)
2.1 混凝沉淀技術(shù)
混凝沉淀技術(shù)是用于水和廢水處理的方法，在制藥工業(yè)中用于去除廢水中的懸浮顆粒、有機(jī)物質(zhì)及某些溶解性污染物。通過添加混凝劑來實(shí)現(xiàn)，混凝劑是無機(jī)鹽類如鋁鹽、鐵鹽或是有機(jī)高分子物質(zhì)。在處理過程中，混凝劑在廢水中迅速分散，與廢水中的負(fù)電荷顆粒相互作用，中和其表面電荷，破壞穩(wěn)定狀態(tài)?；炷恋砑夹g(shù)的效果受多種因素影響，pH 值、混凝劑的種類和投加量、攪拌速度和時間。正確調(diào)控參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳處理效果的關(guān)鍵。調(diào)整 pH 值至 6.5，使用鐵鹽作為混凝劑，將制藥廢水中的濁度去除率提高至90% 以上。
2.2 活性炭吸附技術(shù)
活性炭吸附技術(shù)用于制藥工業(yè)中，去除廢水中的有機(jī)污染物、色度、氣味和重金屬?；钚蕴坑懈叨劝l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的表面積，高效地吸附廢水中的污染物?；钚蕴渴欠勰罨蝾w粒狀。廢水通過裝有活性炭的過濾器時，活性炭的表面和孔隙將吸附廢水中的有機(jī)化合物及其他污染物。吸附作用主要依賴于物理吸附和化學(xué)吸附兩種機(jī)制。物理吸附通過分子間的范德華力進(jìn)行，化學(xué)吸附則依托共價鍵形成。
2.3 膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)通過半透膜來實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的分離，膜具有特定的孔徑，根據(jù)分子大小或質(zhì)量篩選物質(zhì)，分離出廢水中的懸浮顆粒、微生物、有機(jī)分子以及無機(jī)鹽。膜分離技術(shù)包括微濾 (MF)、超濾 (UF)、納濾(NF) 和反滲透 (RO)。微濾和超濾用于去除較大顆粒物和微生物，納濾和反滲透則能去除更小的有機(jī)分子和離子。分級處理根據(jù)廢水特性和處理需求進(jìn)行優(yōu)化配置[2]。
2.4 高級氧化技術(shù)
高級氧化技術(shù)是利用強(qiáng)氧化劑來礦化廢水中的有機(jī)污染物至無害物質(zhì)的廢水處理技術(shù)，核心在于生成具有高反應(yīng)性的羥基自由基 (·OH)，自由基有效地分解廢水中難以生物降解的有機(jī)化合物，持久性有機(jī)污染物 (POPs) 和殘留藥物。高級氧化技術(shù)包括多種處理方式，如臭氧 / 紫外線 (O3/UV)、過氧化氫 / 紫外線(H2O2/UV) 和光催化氧化等。通過光化學(xué)、電化學(xué)或化學(xué)途徑激發(fā)氧化劑，生成羥基自由基。在臭氧 / 紫外線系統(tǒng)中，紫外線光激發(fā)溶解在水中的臭氧分解生成羥基自由基，自由基與有機(jī)污染物反應(yīng)，導(dǎo)致污染物結(jié)構(gòu)破壞并最終礦化。

Part.03

制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
3.1 現(xiàn)有技術(shù)的效率不足
高級氧化技術(shù)在去除各類污染物方面表現(xiàn)最佳，其他技術(shù)在難降解物質(zhì)的處理上效果仍然有限?；钚晕勰喾ê突炷恋砑夹g(shù)在處理難降解物質(zhì)方面的效率不足，該技術(shù)能有效去除一般有機(jī)物和重金屬，對某些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物和高穩(wěn)定性的污染物則難以徹底處理，如表1 所示。

表1 用廢水處理技術(shù)對不同類型污染物的平均去除率（單位：%）

3.2 經(jīng)濟(jì)可行性的缺陷
制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)可行性依然是制約廣泛應(yīng)用的重要因素。廢水處理技術(shù)的成本涉及初始投資，包括運(yùn)行維護(hù)、能源消耗、化學(xué)試劑使用以及必要的設(shè)備更新?lián)Q代費(fèi)用。一個中型制藥工廠建立和維護(hù)一套完整的廢水處理系統(tǒng)的年成本高達(dá)數(shù)百萬美元。膜分離技術(shù)雖然處理效果良好，膜的更換和維護(hù)成本較高，經(jīng)濟(jì)效益受到影響。高昂成本對許多制藥企業(yè)尤其是中小型企業(yè)來說是巨大負(fù)擔(dān)。企業(yè)在考慮投資廢水處理技術(shù)時，評估對生產(chǎn)成本的影響及可能的投資回報率。
3.3 法規(guī)適應(yīng)性的不足
隨著環(huán)保意識的提高和公眾對健康及環(huán)境安全的關(guān)注增強(qiáng)，各國政府對廢水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，要求廢水處理技術(shù)適應(yīng)更為嚴(yán)格的法規(guī)要求。很多現(xiàn)有的廢水處理技術(shù)難以滿足新的或更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。某些地區(qū)的法規(guī)要求廢水中特定有毒化學(xué)物質(zhì)的濃度低至幾 mg/L 的水平，傳統(tǒng)的生物處理或化學(xué)處理方法無法達(dá)到這種高標(biāo)準(zhǔn)的清潔程度。難降解的有機(jī)化合物和新出現(xiàn)的污染物，如藥物殘留物和內(nèi)分泌干擾物，超出常規(guī)廢水處理技術(shù)的處理能力[3]。
3.4 環(huán)保意識與實(shí)踐的差距
公眾對環(huán)境保護(hù)的意識日益增強(qiáng)，許多制藥企業(yè)在實(shí)際操作中仍面臨環(huán)保理念轉(zhuǎn)化為實(shí)際行動的困難。環(huán)保的實(shí)際成本往往高于企業(yè)預(yù)期，雖然許多制藥公司公開承諾采取環(huán)保措施，在成本和效率的壓力下，公司會傾向于采用成本較低、但環(huán)保效果較差的廢水處理技術(shù)。經(jīng)濟(jì)壓力導(dǎo)致環(huán)保意識與實(shí)踐之間的脫節(jié)。
環(huán)保法規(guī)的執(zhí)行力度和監(jiān)管機(jī)制不足，由于監(jiān)管不嚴(yán)或執(zhí)法力度不夠，企業(yè)不會完全遵守環(huán)保法規(guī)，在那些對環(huán)境違規(guī)行為罰款較低的國家和地區(qū)。監(jiān)管缺失使得企業(yè)在實(shí)際操作中放松環(huán)保措施的執(zhí)行。

Part.04

制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)策略
4.1 提升處理技術(shù)的效率和范圍
通過開發(fā)新的材料或改進(jìn)現(xiàn)有材料來增強(qiáng)廢水處理技術(shù)的性能，研發(fā)更高效的催化劑或改良生物處理菌株，提高化學(xué)處理和生物處理技術(shù)的污染物去除率。采用納米技術(shù)改進(jìn)膜材料會提高膜分離技術(shù)的選擇性和耐用性，擴(kuò)展其處理范圍和提高處理效率。將生物處理與高級氧化過程結(jié)合使用，利用生物方法去除廢水中的易降解有機(jī)物，通過高級氧化技術(shù)處理難降解或毒性較強(qiáng)的污染物。組合方法提高整體的處理效率，擴(kuò)大處理技術(shù)的適用范圍。
針對制藥廢水中常見的特定難降解化合物，如某些抗生素和激素類物質(zhì)，開發(fā)專門的處理技術(shù)或改良現(xiàn)有技術(shù)以提高其針對性和效率。針對特定化合物的分子印跡技術(shù)或特定的生物降解途徑在去除特定污染物時提供更為高效的處理方法。提高制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)的效率和范圍，確保更廣泛的環(huán)境保護(hù)和資源再利用，最終推動可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)[4]。
4.2 增強(qiáng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性
為增強(qiáng)制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，專注于降低操作成本、提高能源效率以及增強(qiáng)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性，如表2 所示。

表2 不同技術(shù)改進(jìn)措施后的成本節(jié)約潛力（單位：%）

各項技術(shù)改進(jìn)措施都能在不同程度上節(jié)約成本并延長設(shè)備使用壽命，這對于資本密集和操作成本高的制藥行業(yè)來說具有重大意義。優(yōu)化生物處理菌種能提高生物處理效率，減少能源和化學(xué)藥品的消耗，節(jié)約 21.3% 的操作成本。改良菌種的適應(yīng)性和效率，延長處理系統(tǒng)的預(yù)期使用壽命。應(yīng)用能源回收技術(shù)，如通過厭氧消化過程回收產(chǎn)生的沼氣作為能源，雖然初始投資節(jié)約較小僅為 0.7%，但操作成本的大幅度降低 23.7% 和使用壽命延長 19.1%，充分顯示了其長期經(jīng)濟(jì)效益特性。
引入自動化和監(jiān)控系統(tǒng)減少人為操作錯誤和提高操作效率，能達(dá)到 28.7% 的操作成本節(jié)約；提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，延長設(shè)備使用壽命至 24.3%。自動化系統(tǒng)的實(shí)施雖然需要較高的初始投資，但長期來看，其節(jié)約的成本遠(yuǎn)大于投資。使用耐用膜材料減少因膜材料損壞而頻繁更換的成本，盡管操作成本節(jié)約僅為14.3%，但設(shè)備使用壽命卻延長 29.9%，同時還減少了長期維護(hù)和更新的成本。
4.3 優(yōu)化法規(guī)適應(yīng)和政策支持
企業(yè)積極參與環(huán)保法規(guī)的制定過程，提供實(shí)際操作中的反饋和數(shù)據(jù)支持，幫助制定可行且科學(xué)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。政府為鼓勵企業(yè)采用高效的廢水處理技術(shù)，提供了稅收減免、補(bǔ)貼和資金支持等財政激勵措施，特別是針對在技術(shù)升級和系統(tǒng)優(yōu)化上投入較大的企業(yè)。建立全面的信息共享平臺也非常關(guān)鍵，該平臺提供關(guān)于最新技術(shù)、政策更新和最佳實(shí)踐的信息。企業(yè)及時了解并適應(yīng)最新的法規(guī)要求，政策制定者根據(jù)行業(yè)反饋調(diào)整和完善相關(guān)法規(guī)。推動跨行業(yè)合作，制藥企業(yè)與廢水處理技術(shù)供應(yīng)商之間的合作，加速技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和優(yōu)化，確保技術(shù)解決方案與法規(guī)要求同步發(fā)展，提升整體的法規(guī)適應(yīng)性和環(huán)保效果。有效地橋接現(xiàn)有政策與技術(shù)實(shí)施之間的差距，促進(jìn)環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[5]。
4.4 強(qiáng)化環(huán)保意識和持續(xù)教育
開展定期的環(huán)保培訓(xùn)和教育活動是提升員工和管理層環(huán)保意識的有效方法，培訓(xùn)涵蓋廢水處理技術(shù)的最新進(jìn)展、環(huán)保法規(guī)的要求，以及可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐案例，以加深員工對環(huán)保重要性的認(rèn)識，激發(fā)他們在日常工作中采取更環(huán)保的操作方式。企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和研究中心合作，共同開發(fā)教育項目和研究課題，有助于企業(yè)獲取最新的科研成果和高級人才，為學(xué)術(shù)界提供了實(shí)際應(yīng)用的平臺，促進(jìn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。利用數(shù)字媒體和在線平臺進(jìn)行環(huán)保教育，制藥企業(yè)創(chuàng)建了在線課程、研討會和工作坊等資源。這些資源不僅覆蓋了更廣泛的受眾群體，包括員工、合作伙伴和社區(qū)成員，而且使學(xué)習(xí)變得更加靈活和可接觸，同時有助于傳播環(huán)保理念和技術(shù)知識[6]。

Part.05

結(jié)  語

本文探討了制藥工業(yè)廢水處理技術(shù)的優(yōu)化與環(huán)保策略，從現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、具體技術(shù)方法，到面臨的挑戰(zhàn)和未來的研究策略。制藥行業(yè)廢水處理技術(shù)不斷發(fā)展，從基礎(chǔ)的物理和化學(xué)處理到生物方法和高級氧化技術(shù)，各種方法各顯其能，但也存在效率、經(jīng)濟(jì)和法規(guī)適應(yīng)性的不足。面對這些挑戰(zhàn)，未來的研究需要集中于提高處理技術(shù)的效率和范圍，增強(qiáng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，優(yōu)化法規(guī)適應(yīng)和政策支持，強(qiáng)化環(huán)保意識和持續(xù)教育。策略的實(shí)施和推廣，提高廢水處理技術(shù)的性能和適應(yīng)性，促進(jìn)制藥行業(yè)在環(huán)境保護(hù)方面的責(zé)任和效率。隨著技術(shù)的進(jìn)步和政策的支持，制藥工業(yè)更好應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，為保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境作出積極貢獻(xiàn)。

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來源：制藥工藝與裝備


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