Situation actuelle : l'industrie pharmaceutique se concentre principalement sur les produits pharmaceutiques de synthèse chimique, les produits pharmaceutiques biologiques et les produits pharmaceutiques de médecine traditionnelle chinoise, et la production présente les caractéristiques d'une variété de produits, de processus complexes et de différentes échelles de production.
Les eaux usées produites par le procédé pharmaceutique présentent les caractéristiques d'une concentration élevée de polluants, de composants complexes, d'une faible biodégradabilité et d'une toxicité biologique élevée.
Les eaux usées de la production pharmaceutique de synthèse chimique et de fermentation constituent la difficulté et le point clé du contrôle de la pollution de l’industrie pharmaceutique.
Les eaux usées de synthèse chimique sont un polluant majeur rejeté lors de la production pharmaceutique [2].
Les eaux usées pharmaceutiques peuvent être grossièrement divisées en quatre catégories [3], à savoir les liquides résiduaires et les liquides mères du processus de production ;
Le liquide résiduel lors de la récupération comprend le solvant, le liquide préalable, le sous-produit, etc.
Drainage de processus auxiliaires tel que l'eau de refroidissement, etc.
Eaux usées de rinçage des équipements et des sols ;
Eaux usées domestiques.
Technologie de traitement des eaux usées pharmaceutiques intermédiaires
Compte tenu des caractéristiques des eaux usées pharmaceutiques intermédiaires telles qu'une DCO élevée, une teneur élevée en azote, une teneur élevée en phosphore, une teneur élevée en sel, une saturation profonde, une composition complexe et une mauvaise biodégradabilité, les méthodes de traitement couramment utilisées comprennent le traitement physico-chimique et le processus de traitement biochimique [6].
Selon les différents types de qualité des eaux usées, une série de méthodes telles que la combinaison de processus physico-chimiques et de processus biologiques seront également appliquées [7].
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1. Technologie de traitement physique et chimique
À l'heure actuelle, les principales méthodes de traitement physique et chimique des eaux usées de la production pharmaceutique comprennent : la méthode de flottation gazeuse, la méthode de coagulation-sédimentation, la méthode d'adsorption, la méthode d'osmose inverse, la méthode d'incinération et le processus d'oxydation avancé [8].
En outre, les méthodes d'électrolyse et de précipitation chimique, telles que la microélectrolyse FE-C et les méthodes de précipitation MAP pour l'élimination de l'azote et du phosphore, sont également couramment utilisées dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques intermédiaires.
1.1 Méthode de coagulation et de sédimentation
Le processus de coagulation est un processus dans lequel les particules en suspension et les particules colloïdales dans l'eau sont transformées en un état instable par l'ajout d'agents chimiques, puis agrégées en flocs ou flocs faciles à séparer.
À l’heure actuelle, cette technologie est généralement utilisée dans le prétraitement, le traitement intermédiaire et le traitement avancé des eaux usées pharmaceutiques [10].
La technologie de coagulation et de sédimentation présente les avantages d’une technologie mature, d’un équipement simple, d’un fonctionnement stable et d’un entretien pratique.
Cependant, une grande quantité de boues chimiques sera produite lors du processus d'application de cette technologie, ce qui entraînera un faible pH des effluents et une teneur en sel relativement élevée des eaux usées.
De plus, la technologie de coagulation et de sédimentation ne peut pas éliminer efficacement les polluants dissous dans les eaux usées, ni éliminer complètement les traces de polluants toxiques et nocifs dans les eaux usées.
1.2 Méthode de précipitation chimique
La méthode de précipitation chimique est une méthode chimique permettant d'éliminer les polluants des eaux usées par réaction chimique entre des agents chimiques solubles et des polluants des eaux usées pour former des sels, des hydroxydes ou des composés complexes insolubles.
Les eaux usées pharmaceutiques intermédiaires contiennent souvent une concentration élevée d'azote ammoniacal, d'ions phosphate et sulfate, etc. Pour ce type d'eaux usées, la méthode de précipitation chimique est souvent utilisée pour le prétraitement physique et chimique afin d'assurer le fonctionnement normal du processus de traitement biochimique ultérieur.
En tant que technologie traditionnelle de traitement de l’eau, la précipitation chimique est souvent utilisée pour adoucir les eaux usées.
En raison de l'utilisation de matières premières chimiques de haute pureté dans le processus de production des eaux usées pharmaceutiques intermédiaires, les eaux usées contiennent souvent une forte concentration d'azote ammoniacal, de phosphore et d'autres polluants, l'utilisation de la méthode de précipitation chimique au phosphate d'ammonium et de magnésium peut éliminer efficacement les deux polluants en même temps. Au fil du temps, la précipitation du sel de phosphate d'ammonium et de magnésium générée peut être recyclée.
La méthode de précipitation chimique au phosphate d’ammonium et de magnésium est également connue sous le nom de méthode struvite.
Dans le processus de production d'intermédiaires pharmaceutiques, une grande quantité d'acide sulfurique est souvent utilisée dans certains ateliers et le pH de cette partie des eaux usées peut être faible. Afin d'améliorer la valeur du pH des eaux usées et d'éliminer en même temps certains ions sulfate, la méthode d'ajout de CaO est souvent utilisée, appelée méthode de précipitation chimique de désulfuration à la chaux vive.
1.3adsorption
Le principe de l'élimination des polluants dans les eaux usées par méthode d'adsorption fait référence à l'utilisation de matériaux solides poreux pour adsorber certains ou divers polluants dans les eaux usées, de sorte que les polluants présents dans les eaux usées puissent être éliminés ou recyclés.
Les adsorbants couramment utilisés comprennent les cendres volantes, les scories, le charbon actif et la résine d'adsorption, parmi lesquels le charbon actif est plus couramment utilisé.
1.4 flottation aérienne
La méthode de flottation aérienne est un processus de traitement des eaux usées dans lequel de petites bulles hautement dispersées sont utilisées comme supports pour produire une adhésion aux polluants présents dans les eaux usées. Parce que la densité des petites bulles adhérant aux polluants est inférieure à celle de l'eau et flotte, une séparation solide-liquide ou liquide-liquide est réalisée.
Les formes de flottation par air comprennent la flottation par air dissous, la flottation par air aéré, la flottation par air par électrolyse et la flottation par air chimique, etc. [18], parmi lesquelles la flottation par air chimique convient au traitement des eaux usées à haute teneur en matières en suspension.
La méthode de flottation à air présente les avantages d’un faible investissement, d’un processus simple, d’un entretien pratique et d’une faible consommation d’énergie, mais elle ne peut pas éliminer efficacement les polluants dissous dans les eaux usées.
1.5 électrolyse
Le processus électrolytique est l'utilisation d'un rôle de courant imposé, produit une série de réactions chimiques, transforme les polluants nocifs dans les eaux usées et a été éliminé, le principe de réaction du processus électrolytique qui s'est produit dans la solution électrolytique est à travers le matériau de l'électrode et la réaction de l'électrode, génère un nouveau nouveau écologique L'oxygène et l'hydrogène écologiques [H] et les polluants des eaux usées de la réaction REDOX permettent d'éliminer les polluants.
La méthode d'électrolyse présente une efficacité élevée et un fonctionnement simple dans le traitement des eaux usées. Dans le même temps, la méthode d’électrolyse peut éliminer efficacement les substances colorées présentes dans les eaux usées et améliorer efficacement la biodégradabilité des eaux usées.
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2. Technologie d'oxydation avancée
La technologie avancée d'oxydation, en tant que nouvelle technologie de traitement de l'eau, présente de nombreux avantages, tels qu'une efficacité élevée de dégradation des polluants, une dégradation et une oxydation plus approfondies des polluants et l'absence de pollution secondaire.
La technologie d'oxydation avancée, également connue sous le nom de technologie d'oxydation profonde, est une technologie de traitement physique et chimique qui utilise un oxydant, la lumière, l'électricité, le son, le magnétique et un catalyseur pour générer des radicaux libres hautement actifs (tels que ·OH) afin de dégrader les polluants organiques réfractaires.
Dans le domaine du traitement des eaux usées pharmaceutiques, la technologie avancée d’oxydation est devenue le centre de recherches et d’attention approfondies.
La technologie d'oxydation avancée comprend principalement l'oxydation électrochimique, l'oxydation chimique, l'oxydation par ultrasons, l'oxydation catalytique humide, l'oxydation photocatalytique, l'oxydation catalytique composite, l'oxydation à l'eau supercritique et la technologie combinée d'oxydation avancée.
La méthode d'oxydation chimique consiste à utiliser des agents chimiques eux-mêmes ou dans certaines conditions avec une forte oxydation pour oxyder les polluants organiques présents dans les eaux usées afin d'éliminer les polluants, des méthodes d'oxydation chimique, notamment l'oxydation à l'ozone, la méthode d'oxydation Fenton et la méthode d'oxydation catalytique humide.
2.1 Processus d'oxydation Fenton
La méthode d’oxydation Fenton est une sorte de méthode d’oxydation avancée largement utilisée à l’heure actuelle. Cette méthode utilise du sel ferrique (Fe2+ ou Fe3+) comme catalyseur pour produire du ·OH avec une forte oxydation sous condition d'ajout de H2O2, qui peut avoir une réaction d'oxydation avec des polluants organiques sans sélectivité pour obtenir la dégradation et la minéralisation des polluants.
Cette méthode présente de nombreux avantages, notamment une vitesse de réaction rapide, l'absence de pollution secondaire et une forte oxydation, etc. La méthode d'oxydation Fenton est couramment utilisée dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques en raison de la réaction d'oxydation non sélective dans le processus d'oxydation chimique et la méthode peut réduire la toxicité des eaux usées et autres caractéristiques.
2.2 Méthode d'oxydation électrochimique
La méthode d'oxydation électrochimique consiste à utiliser des matériaux d'électrode pour produire des radicaux libres superoxyde · O2 et des radicaux libres hydroxyle · OH, qui ont tous deux une activité d'oxydation élevée, peuvent oxyder la matière organique dans les eaux usées, puis atteindre l'objectif d'élimination des polluants.
Cependant, cette méthode présente les caractéristiques d’une consommation d’énergie élevée et d’un coût élevé.
2.3 Oxydation photocatalytique
L'oxydation photocatalytique est une technologie de traitement relativement efficace dans la technologie de traitement de l'eau, qui utilise des matériaux catalytiques (tels que TiO2, SrO2, WO3, SnO2, etc.) comme supports catalytiques pour effectuer l'oxydation catalytique de la plupart des polluants réducteurs présents dans les eaux usées, de manière à pour atteindre l’objectif d’élimination des polluants.
Étant donné que la plupart des composés contenus dans les eaux usées pharmaceutiques sont des substances polaires comportant des groupes acides ou des substances polaires comportant des groupes alcalins, ces substances peuvent être dégradées directement ou indirectement par la lumière.
2.4 Oxydation à l'eau supercritique
L'oxydation de l'eau supercritique (SCWO) est une sorte de technologie de traitement de l'eau qui prend l'eau comme milieu et utilise les caractéristiques spéciales de l'eau à l'état supercritique pour améliorer la vitesse de réaction et réaliser l'oxydation complète de la matière organique.
2.5 Technologie combinée d'oxydation avancée
Chaque technologie d'oxydation avancée utilise ses propres limites, afin d'améliorer l'efficacité du traitement des eaux usées, une série de technologies d'oxydation avancées sont regroupées, formant la combinaison des technologies d'oxydation avancées, ou une seule technologie d'oxydation avancée combinée avec d'autres technologies dans de nouvelles technologie pour améliorer la capacité d'oxydation et l'effet de traitement et pour répondre aux changements de qualité de l'eau dans le traitement des eaux usées pharmaceutiques de plus grande classe.
UV-Fenton, UV-H2O2, UV-O3, photocatalyse ultrasonique, photocatalyse sur charbon actif, photocatalyse et photocatalyse micro-ondes, etc. À l'heure actuelle, les technologies de combinaison d'ozone les plus étudiées sont [36] :
Processus de charbon actif à l'ozone, O3-H2O2 et UV-O3, issus de l'effet de traitement des eaux usées réfractaires et des applications techniques, O3-H2O2 et UV-O3 ont un plus grand potentiel de développement.
Le processus de combinaison Fenton commun comprend la méthode Fenton de microélectrolyse, la méthode Fenton à la limaille de fer H2O2, la méthode Fenton photochimique (telle que la méthode Fenton solaire, la méthode Fenton UV, etc.), mais la méthode Fenton électrique est largement utilisée.
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3. Technologie de traitement biochimique
La technologie de traitement biochimique est la principale technologie de traitement des eaux usées, à travers la croissance microbienne, le métabolisme, la reproduction et d'autres processus pour décomposer la matière organique dans les eaux usées, obtenir leur propre énergie nécessaire et atteindre l'objectif d'élimination de la matière organique.
3.1 Technologie de traitement biologique anaérobie
La technologie de traitement biologique anaérobie est en l'absence d'environnement d'oxygène moléculaire, l'utilisation du métabolisme des bactéries anaérobies, à travers le processus d'acidification hydrolytique, la production d'hydrogène, la production d'acide acétique et de méthane et d'autres processus pour convertir les macromolécules, difficiles à dégrader la matière organique en CH4, CO2 , H2O et matière organique à petites molécules.
Les eaux usées pharmaceutiques synthétiques contiennent souvent un grand nombre de substances organiques réfractaires cycliques, qui ne peuvent pas être directement dégradées et utilisées par des bactéries aérobies, de sorte que la technologie actuelle de traitement anaérobie est devenue le principal moyen dans le domaine du traitement des eaux usées pharmaceutiques au pays et à l'étranger [43] .
La technologie de traitement biologique anaérobie présente de nombreux avantages : le processus de fonctionnement du réacteur anaérobie n'a pas besoin de fournir d'aération, la consommation d'énergie est faible ;
La charge organique des eaux d’afflux anaérobies est généralement élevée.
Faibles besoins en nutriments ;
Le rendement en boues du réacteur anaérobie est faible et les boues sont faciles à déshydrater.
Le méthane produit lors du processus anaérobie peut être recyclé sous forme d’énergie.
Cependant, les effluents anaérobies ne peuvent pas être rejetés conformément aux normes et doivent être traités davantage en les combinant avec d'autres procédés. Cependant, la technologie de traitement biologique anaérobie est sensible à la valeur du pH, à la température et à d’autres facteurs. Si la fluctuation est importante, la réaction anaérobie sera directement affectée, puis la qualité de l'effluent sera affectée.
3.2 Technologie de traitement biologique aérobie
La technologie de traitement biologique aérobie est une technologie de traitement biologique qui utilise la décomposition oxydative et la synthèse par assimilation de bactéries aérobies pour éliminer la matière organique dégradée. Au cours de la croissance et du métabolisme des organismes aérobies, un grand nombre de reproductions seront réalisées, ce qui générera de nouvelles boues activées. Les boues activées en excès seront évacuées sous forme de boues résiduelles, et les eaux usées seront en même temps purifiées.

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