Пречистване на отпадъчни води от фармацевтичната промишленост

Thursday, October 27, 2011 8:19 | Filled in Информация

Пречистване на отпадъчни води от фармацевтичната промишленост.

Ефективно разграждане на медикаменти посредством озониране.

За новата си производствена фабрика в Мексико, фармацевтичната компания Roche възложи на ЕнвироХеми да разработи метод, позволяващ предотвратяване на изпускането на токсични лекарствени вещества в околната среда и отпадъчни води до постъпването им в общото пречиствателно съоръжение.

На първия етап от работата в лабораторни условия бяха изследвани 3 метода: UV/H2O2-окисление, озониране и адсорбция с активен въглен, като освен това беше проведена и икономическа и екологична оценка на трите метода. Сравнението показа, че озонирането се явява най-ефективния  метод за безопасно и пълно разграждане на биологически активни вещества в отпадните води. Вторият етап на проекта се явява разработването и реализирането от ЕнвироХеми на концепция за промишлена инсталация въз основа на съществуващите данни. Тук са описани етапите на проекта и концепцията на инсталацията Envochem за отделяне на биологически активни вещества от отпадните води непосредствено на мястото на тяхното отделяне.

1. Въведение

Все по-често във водна среда се откриват медикаменти и техните метаболити. Лекарствените вещества попадат в повърхностните и питейни води чрез дейностите на животни и хора. Освен това отпадъчните води от фармацевтичните предприятия могат да бъдат източник на замърсяване на околната среда. Ако произвежданите лекарствени вещества са екологически токсични, то отпадните води трябва да бъдат третирани непосредствено на мястото на тяхното отделяне, за да се гарантира,че в околната среда ще попаднат само биоразградими вещества. Това беше задачата, която си беше поставила компанията Roche при изграждането на новото си производствено предприятие в Мексико. Новото предприятие ще произвежда два вида високоефективни медикамента против ракови заболявания. Изследванията показаха, че и двете вещества – Капецитабин  и Микофенолат – могат да бъдат опасни за околната среда и не трябва да се допуска тяхното попадане в отпадъчните води. При производството на фармацевтични препарати ежедневно се отделят около 10 000 л отпадъчни води. Дневно се обработва само един вид биологически активно вещество. Компанията Roche поръча на EnviroChemie да тества в лабораторни условия различни методи за разграждане на Микофенолат Мофетил и въз основа на получените данни да създаде промишлена инсталация за пречистване на отпадните води. Целта на изследването е да се намери най-ефективния и същевременно най-изгодния икономически вариант, с помощта на който напълно да се отдели медикамента от отпадните води. Експериментът с това вещество беше проведен в Института по  Енергетика и Технология на Защита на Околната Среда в Дуисбург (IUTA). Експериментите по адсорбция с помощта на активен въглен – в компанията Roche в Базел.

 

Технологично задание:

  • Надежден пренос на данни
  • Високо ниво на техника на безопасност
  • Високо ниво на автоматизация
  • Компактност на конструкцията на инсталацията
  • Незначителен разход за химикали и реагенти
  • Минимално възможно количество на отделените отпадъци

2. Лабораторни изследвания

За отстраняването на биологично активните вещества съдържащи се в отпадъчните води  в лабораторни  условия бяха изследвани и анализирани от производствено-икономическа гледна точка три метода.

Схема 1: Озониране на Капецитабин в пилотна инсталация (200л свежа вода, с0 = 200 мг/л, концентрация на озона: 110 г/ м3, разход на газ: 0,5 м3/час)

Заедно с методите за UV/H2O2-Окисление  и адсорбция с активен въглен беше предложен и трети метод-окисление с озон. В процеса на производство на лекарства, в предприятието се използват основи, киселини и NaClO2 и беше разгледана възможността за тяхното използване за пречистване на отпадните води. Оказа се обаче, че прилагането на такъв подход не е подходящ по много различни причини.
Резултатите от изследванията показват, че с помощта на трите гореспоменати метода е възможно да се отделят от отпадъчните води и двете биологично активни съставки. Въпреки това методът за пречистване на отпадните води с помощта на озон, използван при патентованата технология  Envochem най-добре съответства на изискванията на клиента. Резултатите от окислението на Капецитабин са представени на схема 1. За дадения метод беше изготвен образец с концентрация на биологично активните  вещества в 200мг/л. Процесът на окисление продължава 20 минути и се нуждае общо от 18,33г. озон . Въз основа на лабораторните изследвания беше изчислено потреблението на озон за 1 денонощие (24 часа) за отстраняване на замърсяването, което е макс. 917г. (18,33 g O3 x 10 000 л/200 л), потреблението за  час е 38г.
За лабораторното изследване на процеса на разграждане на Микофенолат Мофетил и неговите хидролизни продукти  беше подготвен образец с концентрация на биологически активни вещества от 25мг/л в разтвора. Първия етап на експеримента е изследване на свойствата на хидролизата на Микофенолат Мофетил. Изследването показа, че след 24 часа остават още  80% от изходното вещество (схема 2). Опитите с озониране показаха, че озонът разрушава напълно Микофенолат Мофетила  в течение на няколко минути. Съгласно изчисленията, дневното потребление представлява около 460 г/денонощие. Анализът на получените данни за Капецабин показват, че размера на установката определя разхода на озона за окислението на активното вещество.

3. Описание на процеса
Получените данни бяха заложени в основата на създаването на инсталацията за третиране на отпадните води. Разработената система Envochem се помещава в контейнер с дължина 6м и обезпечава непрекъсната обработка на отпадната вода 24 часа в денонощието. Инсталацията работи в автоматичен режим.
Постъпващата от производството отпадъчна вода първоначално постъпва в буферен резервоар с обем 15м³, оборудван с нивомер. Дебитът на отпадъчната вода подавана към инсталацията Envochem е свързана непосредствено с буферния резервоар.  Помпата, която е оборудвана с честотен преобразовател регулира скоростта на подаване на отпадъчната вода за третиране. В зависимост от нивото на течността в буферния резервоар скоростта на захранване варира  от 0,4м³/час до 0,8 м³/час. Твърдите частици и неразтворени вещества се задържат от филтърна система.

Схема 2: Характеристика на процеса на хидролиза за 30 часа.

4. Озониране
Озонът се получава от генератор за озон, кислородът за който постъпва не от обкръжаващия въздух, а от предварително включена инсталация PSA. С помощта на система за впръскване, озонът се смесва с отпадъчните води, които се намират в два реактора (схема 3). Реакторите работят под слабо налягане, благодарение на което се обезпечава взаимодействието на озона с присъстващите биологично активни вещества. Излишната пяна се отделя във втория реактор.  Разходът на озон зависи от химическите свойства и концентрацията  на присъстващите в отпадъчните води медикаменти, системни датчици измерват нивото на остатъчната концентрация на озона след третиране. Системата за автоматизация регулира работата на озоновия генератор по такъв начин, че в отпадъчната вода винаги се поддържа зададената концентрация на озона, например, 2 мг/л. Ако нуждата от озон се увеличи, генераторът автоматично увеличава количеството на произведения озон, ако нуждата намалява-производството на озон намалява. За отделяне на остатъчните количества от озон отпадъчната вода  преминава през филтър с активен въглен. За обезпечение на необходимата безопасност, при наличие на озон във въздуха в работната зона, се задейства сигнализация от намиращия се в контейнера детектор за озон.

5. Контрол на техническия процес
Инсталацията е оборудвана със софтуер, който улеснява обслужването на всички елементи на системата и позволява пълна визуализация на процеса.

Капецитабин

Микофенолат Мофетил

Максимална концентрация на медикаменти в лабораторни условия [мг/л]

200

25

Дневно количество отпадъчни води [м³]

10

10

Дневно необходимо количество озон[гО3/ден]

916,5

240

Почасово необходимо количество озон  [гO3/ч]

38,18

10

Таблица 1: Концентрация на медикаментите в лабораторни условия и разчет на необходимия озон за разграждане на медикаменти в нормален режим при максимално натоварване на отпадните води.

Операторът на станцията има постоянен достъп до информацията за измерваните параметри и хода на процеса на пречистване. Получените данни са представени под формата на таблици и е възможно тяхното лесно съхранение в архива. Сигналите се регистрират и са достъпни в последствие за преглед.

Схема 3: Предварително монтираните поднапорни реактори за процеса на озониране.

Свързаният към инсталацията модем позволява на специалистите от ЕнвироХеми да осъществяват дистанционно обслужване и управление, така че в случай на авария или технически проблем да предприемат необходимите мерки.
6. Пуск и наладка
Пускът и наладката на инсталацията бяха осъществени под ръководството на ЕнвироХеми. Разположените в контейнера измервателна апаратура и система за управления на процеса бяха тестване предварително в Германия. Компанията Roche проведе допълнителни фабрични тестове (FAT).
7. Изводи
Лабораторните изследвания на методите за отстраняване на медикаменти показаха, че патентованата технология Envochem се явява надежден способ за разграждането на остатъци от лекарства в отпадъчните води. Автоматичното регулиране на концентрацията на озона в отпадните води обезпечава икономичната работа на инсталацията.

Both comments and pings are currently closed.