制药行业废水处理技术详解
制药行业废水处理技术详解
摘要
随着医药工业的发展，制药废水已逐渐成为重要的污染源之一，由于制药废水成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深和含盐量高，特别是生化性很差、且间歇排放，很难处理。本文分析了制药生产废水的水质特征，介绍了近年来国内外制药废水处理过程中常采用的处理方法，详细阐述了制药厂工业废水处理技术。
化学制药的生产过程，有原料药生产和药物制剂生产组成，通过化学合成工艺和药用植物中分离提纯得到原料药。生产过程具有的特点是：
生产流程长、工艺复杂；
原辅材料种类多，生产过程的中间体及产品质量标准高，对原料和中间体严格控制质量；
物料净收率较低，副产品多，三废多。
化学制药企业在工业生产中产生的废水是我国污染最严重、最难处理的工业废水之一，具有有机物及无机盐含量高，BOD₅和CODcr比值低且波动大，可生化性很差，间歇排放，水量波动大等特点。
1. 污水的分类
目前，工业废水和城市生活废水是我国水环境污染的污染源之一，尤其是随着生产规模的不断扩大及工业技术的飞速发展，含有高浓度有机废水的污染源日益增多。通常根据高浓度有机废水的性质和来源可以分为三大类：
类别 | 特征 | 典型行业 |
|---|---|---|
第一类 | 不含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水 | 食品工业废水 |
第二类 | 含有有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水 | 部分制药业和化学工业废水 |
第三类 | 含有有害物质且不易生物降解的高浓度有机废水 | 有机化学合成工业和农药废水 |
由于高浓度有机废水采用一般的废水治理方法难以满足净化处理的经济和技术要求，因此对其进行净化处理、回收和综合利用研究已逐渐成为国际上环境保护技术的热点研究课题之一。
2. 污水处理技术
制药废水的处理技术可归纳为以下几种：生物处理法、化学处理法、物理化学处理法、物理处理法等四种，各种处理方法具有各自的优势及不足。
2.1 生物处理技术
生物处理技术是一般有机废水处理系统中最重要的过程之一，是利用微生物（主要是细菌）的代谢作用，氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物，并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到净化的技术。
在现代的生物技术处理过程中，主要有好氧生物氧化、兼氧生物降解及厌氧消化降解被广泛应用。生物处理技术由于经济可行、无二次污染等特点，已越来越引起重视。
2.2 化学处理技术
化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的方法，其单元操作过程有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化和焚烧等。
2.3 物理化学处理技术
物理化学处理技术是指废水中的污染物在处理过程中通过相转移的变化而达到去除目的的处理技术，常用的单元操作有萃取、吸附、膜技术、离子交换等。
2.4 物理处理技术
物理处理技术是指应用物理作用来分离废水中的溶解物质或乳浊物改变废水成分的处理方法，如格栅（筛网）、沉淀（沉砂）、过滤、微滤、气浮、离心（旋流）分离等单元操作，已成为废水处理流程的基础，目前已较为成熟。
尽管以上处理技术经过一百多年的发展，至今已经比较成熟，但由于制药废水成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深和含盐量高，且生化性很差、间歇排放，属极难处理的工业废水。
3. 制药厂有限公司污水处理技术
公司在生产过程中所产生的含盐废水，pH为碱性，废水原始浓度约10%（氯化钙、氯化钠、氯化铵以及2%低沸点有机物等），COD为100g/L、BOD为1000mg/L，由于废水水质成分复杂，进行生物化学处理难度非常大，先后与国内外许多环保工程公司、高校科研单位联系，送样处理、分析研究，均未拿出较好的可行方案。
随着环保要求的逐步提高和长远发展的需求，彻底解决污水处理问题成为企业头等大事。公司依靠自身技术力量，结合生产实际，通过对污水产生过程分析确定此污水成分，研究污水中各组分的性质和特点，转变治理思路，创新地提出了蒸发分离综合利用的处理方案，确定首先将污水中的低沸点物质（有机物）先蒸出，车间回用；剩下的污水含有大量的无机盐，采用继续蒸馏，蒸出水返回车间作为工艺水回用，无机盐回收。此工艺将污水处理成工艺用水的同时，也回收了一定的有机物，做到零排放，降低了物料单耗，降低生产成本，做到清洁生产，保护环境。
考虑到蒸发过程中需要消耗大量能源，本着节能降耗的原则，公司在选择蒸发工艺时，采用多效蒸发，大大降低了成本，使此工艺更加符合生产实际，加大了污水处理工艺的可靠性可行性。
本处理技术经省环保专家组论证，一致认为该工艺可行合理，方案可行，符合国家相关环保要求，既节能减排，又提高了循环利用，可以彻底解决化学原料药污水处理难题。
3.1 工艺流程简述
物料流程： 废水→单效蒸发器（回收2%低沸点物质）→中间槽→三效加热器→三效分离器→二效加热器→二效分离器→一效加热器→一效分离器→系统外（自然沉淀，定期人工清理）
蒸汽流程： 蒸汽→一效加热器→一效分离器→二效加热器→二效分离器→三效加热器→三效分离器→冷凝器
蒸汽冷凝水： 蒸汽→一效加热器→系统外（可作为锅炉补充水）
物料冷凝水流程： 一效加热器→二效加热器→三效加热器→汽液分离器→冷凝器→系统外
不凝气流程： 一效加热器→二效加热器→三效加热器→冷凝器→真空泵→废水吸收
3.2 主要工艺说明
根据公司生产过程中所产生的废水自身特点，该废水溶液在真空条件下其沸点有所降低，因此采用真空蒸发的方式进行蒸发浓缩。但在蒸发时耗汽量大、处理量较小等原因，故在本工艺中采用单效蒸发和三效蒸发组合方式来进行蒸发结晶：
先采用单效蒸发将进料量1000kg/h中的2%低沸点有机物通过常压蒸发进行回收；
之后进入三效蒸发器进行蒸发，使得其浓度达到设计要求时出料；
为了节省能源成本和提高生产效率，该项目采用逆流蒸发、三效强制外循环蒸发器组合形式，提高其传热系数和传质动力；
物料进入三效、二效、一效进行蒸发结晶，使得废水达到设计浓度时出料，浓缩液去自然沉淀（人工定期清理）；
物料冷凝液去生产工序中回用或者进入生化系统进行处理；
蒸汽冷凝液为软化水可直接去锅炉作为补给水；
回收的低沸点有机物返回生产工序中回用。
本工艺采用三效逆流蒸发工艺的蒸发系统，对物料进行一次性蒸发分离，具有工艺简单、操作方便、操作人员少等特点。
3.3 设备防护措施
根据结垢层沉积的机理，可将污垢分为颗粒污垢、结晶污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、生物污垢等。在本工艺中主要为有机物、无机盐类等在列管壁的沉积结垢问题。
为了避免换热器的结垢及延缓换热器的结垢，从设计方面采取必要措施：
防护措施 | 具体方案 |
|---|---|
流速均匀分布 | 设计时换热器内流速分布均匀，避免较大的速度梯度，确保温度分布均匀（如折流板区） |
强制循环 | 每效均采取强制循环的形式，废水在管内流速达到1.9m/s以上，使垢层不易形成，以及对垢层有强烈的冲刷作用 |
可拆卸结构 | 加热器盖为易拆卸结构，方便以后正常的现场维护和现场清洗 |
定期清洗 | 每运行3个月对换热器进行洗效一次，每次洗效需要4小时；每运行1年对整套设备进行清洗一次，每次清洗需要8小时 |
操作规程 | 在设备的运行中严格按照出厂的操作、维护、清洗等规程来进行，可大大延缓加热器的结垢 |
清洗方法 | 机械清洗或者化学清洗两种方法，都能达到较好的除垢效果，基本可恢复到设备未结垢前的效果 |
完全一劳永逸的解决换热器的结垢办法目前世界上还没有，设备在经过正常运行一段时间后，或多或少管壁仍然会有结垢现象产生。污垢层具有很低的导热系数，从而增加了传热热阻，降低了换热器的传热效率。当换热器表面有结垢层形成时，换热设备中流体通道的过流面积将减少，导致流体流过设备时的阻力增加，从而消耗更多的泵功率，使生产成本增加。
4. 结论
制药工业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水四大类。由于原料及工艺的多样性，废水水质千差万别，所以制药废水并没有成熟统一的治理方法，具体选择哪种工艺路线取决于废水的性质、特点。
我公司通过该技术的应用，彻底解决了多年来废水处理疑难问题，取得了较好的社会效益和环境效益。
九江市美景水处理科技有限公司是集水处理药剂销售、环保咨询、设计、研发、设备生产、工程总包（EPC）、运营管理（O&M）及环保工程建造于一体的综合性环保高新技术企业……（企业简介略）
江西中跃环保科技有限公司（位于江西九江，主营一体化污水处理设备）在承接制药废水处理项目时，可根据制药废水的核心特征——成分复杂、有机物及无机盐含量高、BOD₅/CODcr比值低、可生化性差、间歇排放、含盐量高、毒性大——灵活选用蒸发浓缩（多效/MVR）+ 厌氧 + 好氧 + 深度处理的组合工艺，提供从工艺设计、设备成套到调试达标、运营维护的全流程解决方案：
一、制药废水分类与对应工艺选型
废水类别（对应文中分类） | 特征 | 推荐工艺组合 | 江西中跃核心设备 |
|---|---|---|---|
第一类：不含有害物质、易生物降解 | 高浓度有机物，BOD₅/COD高 | 格栅＋调节池＋UASB厌氧＋好氧（接触氧化/A/O）＋二沉池＋消毒 | UASB反应器、好氧池体、填料/曝气器、二沉池 |
第二类：含有害物质、可生物降解 | 有毒性但BOD₅/COD中等 | 预处理（萃取/吸附除毒）＋UASB＋A/O＋二沉池＋深度处理 | 萃取塔/吸附柱、厌氧反应器、A/O池体、深度处理设备 |
第三类：含有害物质、难生物降解 | 毒性大、BOD₅/COD极低、含盐高 | 蒸发浓缩（多效/MVR）＋萃取/高级氧化破毒＋厌氧＋好氧＋深度处理（与文中案例思路一致） | 多效蒸发器/MVR蒸发器、萃取塔、芬顿/臭氧系统、厌氧/好氧池体、MBR |
二、蒸发浓缩系统配套（对应文中核心工艺"单效＋三效逆流蒸发"）
针对文中提到的含盐废水（COD＝100g/L、含氯化钙/氯化钠/氯化铵及2%低沸点有机物）、pH碱性这一典型制药废水特征，江西中跃可提供完整的蒸发浓缩系统：
1. 多效蒸发器（与文中"三效逆流蒸发"对应）
设备组成 | 江西中跃可提供的配置 |
|---|---|
单效蒸发器（预处理） | 不锈钢316L/钛材蒸发器，常压/减压操作，用于先蒸出2%低沸点有机物回收（与文中一致） |
三效逆流强制循环蒸发器 | 不锈钢316L/钛材，每效强制循环泵（流速≥1.9m/s，与文中防结垢要求一致），逆流进料，蒸汽梯级利用 |
冷凝器 | 管壳式/板式冷凝器，冷却水循环使用 |
真空系统 | 水环式/螺杆式真空泵＋冷凝器＋气液分离器（与文中"不凝气→真空泵→废水吸收"流程一致） |
循环泵 | 耐腐蚀离心泵（不锈钢316L/哈氏合金），大流量低扬程，保证管内高速流动防结垢 |
加热器 | 列管式/板式换热器，可拆卸端盖（与文中"加热器盖易拆卸"一致），方便清洗维护 |
分离器 | 气液分离罐，实现蒸汽与浓缩液的高效分离 |
冷凝液回收系统 | 蒸汽冷凝液→软化水回收（可作锅炉补水，与文中一致）；物料冷凝液→回用生产工序或进生化系统 |
浓缩液收集槽 | 碳钢防腐/不锈钢槽体，浓缩液自然沉淀，定期清理（与文中一致） |
多效蒸发关键设计参数（与文中对应）：
参数 | 设计值 | 说明 |
|---|---|---|
进料浓度 | 约10%总溶解固形物（氯化钙/氯化钠/氯化铵等） | 对应文中"废水原始浓度约10%" |
低沸点有机物含量 | 约2% | 先经单效常压蒸发回收（与文中一致） |
COD | 100g/L | 极高浓度，无法直接生化 |
BOD₅ | 1000mg/L | BOD₅/COD≈0.01，可生化性极差 |
管内流速 | ≥1.9m/s | 强制循环，防结垢（与文中一致） |
蒸发温差 | 每效5～15℃ | 逆流布置，传热推动力大 |
蒸汽消耗 | 约0.3～0.4t蒸汽/t水（三效） | 比单效节能60%～70%（与文中"节能降耗"一致） |
冷凝液回收 | 蒸汽冷凝液→锅炉补水；物料冷凝液→回用/生化 | 实现"零排放"目标（与文中一致） |
2. MVR（机械蒸汽再压缩）蒸发器（更节能的替代方案）
设备组成 | 江西中跃可提供的配置 |
|---|---|
MVR蒸发系统 | 蒸发器＋压缩机（离心式/罗茨式）＋换热器＋真空系统，蒸汽再压缩循环利用 |
压缩机 | 离心式（大风量）/罗茨式（小风量），温升8～15℃，电机功率按蒸发量核算 |
关键优势 | 比多效蒸发再节能30%～50%，仅需少量生蒸汽启动，运行成本最低 |
对应文中"蒸发过程需要消耗大量能源，采用多效蒸发大大降低成��"，江西中跃建议：大规模连续运行优选MVR（最节能）；中小规模或蒸汽来源充足时选用多效蒸发。
