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生物制药废水处理设备工艺介绍
生物制药废水处理设备工艺介绍
Date:2018-03-20

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一、生物制药废水处理的来源与特点

生物制药是利用生物体或生物过程生产药物。作为制药工业的独立门类,生物制药主要包括通过菌种发酵的方法生成抗生素和抗菌素。抗生素是微生物、植物、动物在其生命活动过程中产生的化合物,是具有能在低浓度下选择性地抑制或杀灭其他微生物的化学物质,是人类控制感染疾病、保障身体健康及防治动植物病毒的重要药物。抗生素的生产以微生物发酵法进行生物成为主(少数为化学合成)。另外,还可将生物合成后进行分子结构改造制成各种衍生物,称为半合成抗生素。

生物医药作为新兴的产业,目前我国总体上绝大多数生物类制药企业都存在产量小、原料利用率低、提炼程度低、废水中残留抗生素含量高等诸多问题。亦有部分生物类制药企与传统的制药(化学合成制药、发酵类制药等)混合生产。抗生素的生产原料主要为粮食产品,生产过程中,原料消耗大,只有少部分转化为产品和供微生物生命活动,大部分仍剩留在废水中。抗生素生产过程主要包括种子制备、发酵生产、提取,精制等。生物制药生产废水的主要来源可以分为以下三大类:

一是生产工艺废水,主要有提取废水和洗涤废水。包括微生物发酵的废液、提取纯化工序所生的废液或残余液,发酵罐排放的洗涤废水,发酵排气的冷凝水,可能含有设备泄漏的冷却水、瓶塞/瓶子洗涤水、冷冻干燥的冷冻排放水等。
二是实验室废水,包括一般微生物实验室废弃的含有致病菌的培养物、料液和洗涤水,生物医学实验室的各种传染性材料的废水、血液样品以及其他诊断检测样品,重组DNA实验室废弃的含有生物危害的废水,实验室废弃的诸如疫苗等的生物制品,其他废弃的病理样品、食品残渣以及洗涤废水。
三是实验动物废水,包括动物的尿、粪以及笼具、垫料等的洗涤废水及消毒水等。

营口东亿宇冠胶粘制品有限公司此外,在基因工程制药中,由于盐析、沉淀、酸化等是通常必需的工艺生产步骤,所以酸洗废水是其一股重要的废水。

生物制药废水中污染物的主要成分是发酵残余的营养物,如糖类、蛋白质、脂肪和无机盐等,其中包括酸、碱、有机溶剂和化工原料等。废水的水质特征如下:

(1)有机物浓度高,COD5000~80000mg/L.主要为发酵的残余培养基质及营养物、溶媒提取过程的萃余液,经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液,离子交换过程排出的吸附废液,不溶性抗生素的发酵滤液,以及染菌倒灌废液等。                       

(2)废水中悬浮物浓度高,SS500~2500mg/L。主要为发酵的残余培养基质和发酵出水的剩余菌丝体。                                                            

(3)成分复杂,存在难生物降解物质和有抑菌作用的抗生素等毒性物质。发酵中抗生素得率较低,一般仅为0.1%~3%,且提取率仅为60%~70%,因此废水中残留的代谢产物、表面活性剂、有机溶剂等化工原料含量和抗生素含量均较高,抗生素浓度达到100~1000mg/L。而当抗生素浓度达到100mg/L时,就会对好氧生物处理产生抑制作用。

(4)硫酸盐浓度高,达到2000~5000mg/L。

营口东亿宇冠胶粘制品有限公司(5)废水量较歇排放,冲击负荷大。

二、卓越水处理生物制药废水处理工艺流程

一般发酵工序的废液浓度高,但由于其产生量很少,所以制药企业通常将发酵废液作为危险废物交由有资质的单位处置,一般不在厂内处理。对其余工艺废水处理,目前常用物化法、生物法、物化法-生物法联用等工艺,基本上以二级生化为主,均能满足达标排放要求。目前的生物制药企业对于动物房的废水几乎不单独收集处理。随着《生物工程类制药工业水污染物排放标准》(GB21907-2008)的实施,要求将这部分废水单独收集、单独处理。由于生物制药废水含致病菌,目前重点需要考虑的是废水处理的消毒工艺。

废水消毒工艺有两大类。一是物理法消毒,二是化学法消毒。

(1)物理法消毒  物理法消毒是利用热、光波、电子流等实现消毒作用的方法。常用的有加热、紫外线、辐射、活性炭吸附消毒
①加热消毒。加热消毒法是通过加热实现消毒的一种方法。大部分病毒在55~65℃条件下,接触1h后即可失活。对于致病菌培养及后处理的生产废水,则必须加压消毒,其处理方式根据试验或生产的具体情况而定。例如,发酵罐中的残液或洗罐水可直接以蒸汽将其加热到134℃消毒lh后,再排放到处理工序。
②紫外线消毒。紫外线消毒是利用紫外线照射废水进行杀菌消毒的方法。当紫外线波长为200~295nm时,有明显的杀菌作用。当波长为260~265nm时,紫外线杀菌力最强。利用紫外线消毒,要求悬浮物的浓度低、色度低、水层浅,否则会影响光的透过力,从而影响消毒效果。
③辐射消毒。辐射消毒是利用电子射线等高能射线照射污水或目标物,从而杀死病原微生物达到消毒的目的。这些射线具有较强的穿透能力,可瞬间杀灭病原微生物,一般不受压力、温度和pH等因素的影响。

④活性炭吸附消毒。活性炭吸附可采用颗粒活性炭吸附柱去除废水中的细菌、病毒,有18%~40%的病毒可停留在吸附柱上。但是吸附法具有可逆性,在长时间运行后,可能有部分已吸附的病毒被置换出来。

(2)化学法消毒  化学法消毒是通过向水中投加各种化学药剂进行消毒。化学消毒法可分为氯化消毒法、二氧化氯消毒法、臭氧消毒法、甲醛消毒法及碱消毒法等。

①氯化消毒法。氯化消毒法是利用氯系消毒品(漂白粉、液氯、次氯酸钠、氯片等)杀死水中的微生物。
②二氧化氯消毒法。二氧化氯消毒法是目前较为先进的废水消毒方法,可避免用氧处理后导致余氯偏高的缺点,刺激性较小,稳定性较好。该合成剂为无色、无味、无臭的透明液体,腐性较小,不易燃,不挥发,在-5~95C下较稳定、不易分解。
③臭氧消毒法。臭氧在水中的溶解度是氧的10倍,浓度为1%~4%的臭氧在水中可溶解5~20mg/L。臭氧容易分解,所以使用时通常在现场用臭氧发生器制备。臭氧消毒的效率高,速度快,几乎可杀死所有的病菌、病毒及芽孢,同时能有效地降解水中残留的有机物,去除色度和异味等。
④甲醛消毒法。对小型至中等规模的病原体废水可用甲醛处理,具有费用低、无强烈腐蚀和有杀孢子作用的特点,最低浓度为80g/L,在40℃以上时消毒效果更好。主要缺点是对操作员有强烈的刺激和对环境的污染,并有致癌作用。其处理设备必须是密闭的容器,不适用于大规模的废水处理。

⑤碱消毒法。几乎所有的病原体废水都可用氢氧化钠等强碱调节pH使之灭活或抑制其生长

一般可使细胞悬浮液的存活计数降低相当数量级。该方法可用于病原体废水在室温下的预处理。

以上5种消毒方法各有优缺点。应用最为广泛的是蒸汽加热消毒,该消毒方法在生物制药生产过程的安全控制以及废水处理中都有应用,效果也良好。其次是氯系消毒和甲醛消毒,氯系消毒在基因工程废液的消毒方面有较广泛的应用,具有代表性的是我国某大型生物制药厂采用NaCLO消毒法。甲醛消毒在疫苗生产中具有较大的应用。除此之外,对于大规模的制药用品的消毒,辐射消毒法越来越得到广泛的应用,但通常不在厂内进行,而是由专门的集中工厂负责处理。


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