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制藥工業廢水處理技術的優化與環保策略

發布日期：2025-04-24

文章探討了制藥工業廢水處理技術的當前應用現狀、存在的挑戰及未來研究策略，并詳細介紹了主要的廢水處理技術，分析了各技術的優勢與局限性。面對現有技術在效率、經濟性和法規適應性方面的不足，提出了優化技術的具體策略，如提升技術效率、增強經濟可行性、改善法規適應性和加強環保意識與教育等具體措施。

Part.00

引言

隨著全球制藥工業的迅速發展，產生的廢水量和污染負荷也在不斷增加。制藥廢水含有多種有機污染物、殘余藥物、高濃度生化需氧量和化學需氧量，以及潛在的毒性成分，對環境和人類健康構成威脅。傳統的廢水處理技術、生物處理和化學處理，在某些方面有效，但面對復雜和多樣化的制藥廢水，技術難以滿足越來越嚴格的環境排放標準。本研究主要目的是探索和優化制藥工業廢水處理技術，集中于高級處理技術如膜分離技術、高級氧化技術以及新興的吸附技術，以提高處理效率，降低處理成本，適應更為嚴格的環境法規。旨在綜合技術，探索最佳的處理工藝組合，實現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的效率和廣度，減少工業活動對水體的污染壓力，保護水生生物安全和人類健康，促進生態環境的可持續發展。優化的廢水處理技術幫助制藥企業降低運營成本，提高經濟效益，滿足越來越嚴格的國際環保標準，增強企業的國際競爭力。

Part.01

制藥行業廢水處理的應用現狀

1.1 制藥行業廢水處理的應用概況

廢水中含有多種有機物質、無機鹽類、殘余藥物和生產過程中產生的其他污染物。每生產 1 kg 抗生素，約產生 50～100 kg 的高濃度有機廢水，而處理這些廢水是確保環境安全與符合法規的關鍵步驟。目前應用的廢水處理技術主要包括生物處理、化學處理和物理處理方法。化學方法如氧化和混凝則適用于去除廢水中的難降解有機物和懸浮固體。采用 Fenton 反應處理某制藥廠廢水，COD 去除率可以達到 76.3%，傳統的生物處理方法僅能達到 58.1%。物理方法包括膜過濾技術和吸附技術，分離出廢水中的顆粒物和某些溶解物，成本相對較高。反滲透技術在某研究中對廢水中的藥物殘留物去除率達到 97.8%，顯示出其高效性。

1.2 制藥行業廢水處理的環境影響

制藥行業廢水的環境影響體現在對水體生態系統和人類健康的潛在威脅，廢水含有高濃度的有機化合物、重金屬、殘留藥物及其他有害物質，未經適當處理就排放到自然水體中，嚴重影響水質和水生生物的健康。未經處理的制藥廢水中的抗生素和其他活性物質導致水體中細菌對這些藥物產生抗藥性。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 0.8 μg/L，遠高于安全標準?？股卦谒h境中不易降解，在水生環境中持續存在，使細菌產生抗藥性。廢水中的重金屬如汞和鉛對水生生物產生毒性作用，影響生長和繁殖。嚴重污染的水域，重金屬濃度可達到3.4 μg/L，對魚類和其他水生生物的生存構成威脅^[1]。

Part.02

制藥工業廢水處理技術

2.1 混凝沉淀技術

混凝沉淀技術是用于水和廢水處理的方法，在制藥工業中用于去除廢水中的懸浮顆粒、有機物質及某些溶解性污染物。通過添加混凝劑來實現，混凝劑是無機鹽類如鋁鹽、鐵鹽或是有機高分子物質。在處理過程中，混凝劑在廢水中迅速分散，與廢水中的負電荷顆粒相互作用，中和其表面電荷，破壞穩定狀態?；炷恋砑夹g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。正確調控參數實現最佳處理效果的關鍵。調整 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

活性炭吸附技術用于制藥工業中，去除廢水中的有機污染物、色度、氣味和重金屬?；钚蕴坑懈叨劝l達的孔隙結構和較大的表面積，高效地吸附廢水中的污染物。活性炭是粉末狀或顆粒狀。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吸附兩種機制。物理吸附通過分子間的范德華力進行，化學吸附則依托共價鍵形成。

2.3 膜分離技術

膜分離技術通過半透膜來實現污染物質的分離，膜具有特定的孔徑，根據分子大小或質量篩選物質，分離出廢水中的懸浮顆粒、微生物、有機分子以及無機鹽。膜分離技術包括微濾 (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分子和離子。分級處理根據廢水特性和處理需求進行優化配置^[2]。

2.4 高級氧化技術

高級氧化技術是利用強氧化劑來礦化廢水中的有機污染物至無害物質的廢水處理技術，核心在于生成具有高反應性的羥基自由基 (·OH)，自由基有效地分解廢水中難以生物降解的有機化合物，持久性有機污染物 (POPs) 和殘留藥物。高級氧化技術包括多種處理方式，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、電化學或化學途徑激發氧化劑，生成羥基自由基。在臭氧 / 紫外線系統中，紫外線光激發溶解在水中的臭氧分解生成羥基自由基，自由基與有機污染物反應，導致污染物結構破壞并最終礦化。

Part.03

制藥工業廢水處理技術面臨的挑戰

3.1 現有技術的效率不足

高級氧化技術在去除各類污染物方面表現最佳，其他技術在難降解物質的處理上效果仍然有限?；钚晕勰喾ê突炷恋砑夹g在處理難降解物質方面的效率不足，該技術能有效去除一般有機物和重金屬，對某些具有復雜結構的有機化合物和高穩定性的污染物則難以徹底處理，如表1 所示。

表1 用廢水處理技術對不同類型污染物的平均去除率（單位：%）

3.2 經濟可行性的缺陷

制藥工業廢水處理技術不斷進步，經濟可行性依然是制約廣泛應用的重要因素。廢水處理技術的成本涉及初始投資，包括運行維護、能源消耗、化學試劑使用以及必要的設備更新換代費用。一個中型制藥工廠建立和維護一套完整的廢水處理系統的年成本高達數百萬美元。膜分離技術雖然處理效果良好，膜的更換和維護成本較高，經濟效益受到影響。高昂成本對許多制藥企業尤其是中小型企業來說是巨大負擔。企業在考慮投資廢水處理技術時，評估對生產成本的影響及可能的投資回報率。

3.3 法規適應性的不足

隨著環保意識的提高和公眾對健康及環境安全的關注增強，各國政府對廢水排放標準不斷提升，要求廢水處理技術適應更為嚴格的法規要求。很多現有的廢水處理技術難以滿足新的或更嚴格的排放標準。某些地區的法規要求廢水中特定有毒化學物質的濃度低至幾 mg/L 的水平，傳統的生物處理或化學處理方法無法達到這種高標準的清潔程度。難降解的有機化合物和新出現的污染物，如藥物殘留物和內分泌干擾物，超出常規廢水處理技術的處理能力^[3]。

3.4 環保意識與實踐的差距

公眾對環境保護的意識日益增強，許多制藥企業在實際操作中仍面臨環保理念轉化為實際行動的困難。環保的實際成本往往高于企業預期，雖然許多制藥公司公開承諾采取環保措施，在成本和效率的壓力下，公司會傾向于采用成本較低、但環保效果較差的廢水處理技術。經濟壓力導致環保意識與實踐之間的脫節。

環保法規的執行力度和監管機制不足，由于監管不嚴或執法力度不夠，企業不會完全遵守環保法規，在那些對環境違規行為罰款較低的國家和地區。監管缺失使得企業在實際操作中放松環保措施的執行。

Part.04

制藥工業廢水處理技術策略

4.1 提升處理技術的效率和范圍

通過開發新的材料或改進現有材料來增強廢水處理技術的性能，研發更高效的催化劑或改良生物處理菌株，提高化學處理和生物處理技術的污染物去除率。采用納米技術改進膜材料會提高膜分離技術的選擇性和耐用性，擴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合使用，利用生物方法去除廢水中的易降解有機物，通過高級氧化技術處理難降解或毒性較強的污染物。組合方法提高整體的處理效率，擴大處理技術的適用范圍。

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，開發專門的處理技術或改良現有技術以提高其針對性和效率。針對特定化合物的分子印跡技術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。提高制藥工業廢水處理技術的效率和范圍，確保更廣泛的環境保護和資源再利用，最終推動可持續發展的目標實現^[4]。

4.2 增強技術的經濟可行性

為增強制藥工業廢水處理技術的經濟可行性，專注于降低操作成本、提高能源效率以及增強系統的長期穩定性，如表2 所示。

表2 不同技術改進措施后的成本節約潛力（單位：%）

各項技術改進措施都能在不同程度上節約成本并延長設備使用壽命，這對于資本密集和操作成本高的制藥行業來說具有重大意義。優化生物處理菌種能提高生物處理效率，減少能源和化學藥品的消耗，節約 21.3% 的操作成本。改良菌種的適應性和效率，延長處理系統的預期使用壽命。應用能源回收技術，如通過厭氧消化過程回收產生的沼氣作為能源，雖然初始投資節約較小僅為 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濟效益特性。

引入自動化和監控系統減少人為操作錯誤和提高操作效率，能達到 28.7% 的操作成本節約；提高系統穩定性，延長設備使用壽命至 24.3%。自動化系統的實施雖然需要較高的初始投資，但長期來看，其節約的成本遠大于投資。使用耐用膜材料減少因膜材料損壞而頻繁更換的成本，盡管操作成本節約僅為14.3%，但設備使用壽命卻延長 29.9%，同時還減少了長期維護和更新的成本。

4.3 優化法規適應和政策支持

企業積極參與環保法規的制定過程，提供實際操作中的反饋和數據支持，幫助制定可行且科學的環保標準。政府為鼓勵企業采用高效的廢水處理技術，提供了稅收減免、補貼和資金支持等財政激勵措施，特別是針對在技術升級和系統優化上投入較大的企業。建立全面的信息共享平臺也非常關鍵，該平臺提供關于最新技術、政策更新和最佳實踐的信息。企業及時了解并適應最新的法規要求，政策制定者根據行業反饋調整和完善相關法規。推動跨行業合作，制藥企業與廢水處理技術供應商之間的合作，加速技術的實際應用和優化，確保技術解決方案與法規要求同步發展，提升整體的法規適應性和環保效果。有效地橋接現有政策與技術實施之間的差距，促進環保目標的實現^[5]。

4.4 強化環保意識和持續教育

開展定期的環保培訓和教育活動是提升員工和管理層環保意識的有效方法，培訓涵蓋廢水處理技術的最新進展、環保法規的要求，以及可持續發展的實踐案例，以加深員工對環保重要性的認識，激發他們在日常工作中采取更環保的操作方式。企業與學術機構和研究中心合作，共同開發教育項目和研究課題，有助于企業獲取最新的科研成果和高級人才，為學術界提供了實際應用的平臺，促進理論與實踐的結合。利用數字媒體和在線平臺進行環保教育，制藥企業創建了在線課程、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、合作伙伴和社區成員，而且使學習變得更加靈活和可接觸，同時有助于傳播環保理念和技術知識^[6]。

Part.05

結語

本文探討了制藥工業廢水處理技術的優化與環保策略，從現有技術的應用現狀、具體技術方法，到面臨的挑戰和未來的研究策略。制藥行業廢水處理技術不斷發展，從基礎的物理和化學處理到生物方法和高級氧化技術，各種方法各顯其能，但也存在效率、經濟和法規適應性的不足。面對這些挑戰，未來的研究需要集中于提高處理技術的效率和范圍，增強技術的經濟可行性，優化法規適應和政策支持，強化環保意識和持續教育。策略的實施和推廣，提高廢水處理技術的性能和適應性，促進制藥行業在環境保護方面的責任和效率。隨著技術的進步和政策的支持，制藥工業更好應對環境挑戰，實現可持續發展的目標，為保護水資源和生態環境作出積極貢獻。

參考文獻

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[3] 陳美娜，梁曉媛. 石化工業廢水處理技術及工藝優化策略分析[J]. 大科技，2020 (12)：223.

[4] 李雷. 工業園區一般工業固廢填埋場設計與管理分析[J]. 皮革制作與環?？萍?，2022，3(1)：87-89.

[5] 韓冬妮. PEBR 有機廢水處理進水流速優化分析[J].資源節約與環保，2018 (11)：93.

[6] 馬嵐茜婭. 超聲波聯合生物技術處理制藥污泥的實驗研究[D]. 北京：北京交通大學，2015.

來源：制藥工藝與裝備

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