Xử lý nước thải dược phẩm
2021-03-09
Các phương pháp xử lý nước thải ngành dược phẩm có thể được tóm tắt như sau: xử lý vật lý và hóa học, xử lý hóa học, xử lý sinh hóa và sự kết hợp của nhiều phương pháp khác nhau.
1. Theo đặc điểm chất lượng nước thải dược phẩm, phương pháp xử lý lý hóa nên được sử dụng như quy trình tiền xử lý hoặc hậu xử lý cho quá trình xử lý sinh hóa. Hiện nay, các phương pháp xử lý lý hóa chủ yếu bao gồm keo tụ, tuyển nổi bằng không khí, hấp phụ, tách amoniac bằng hơi, điện phân, trao đổi ion và tách bằng màng.
(1) Keo tụ là một phương pháp xử lý nước được sử dụng rộng rãi trong và ngoài nước. Phương pháp này được ứng dụng phổ biến trong quá trình tiền xử lý và hậu xử lý nước thải dược phẩm, chẳng hạn như nhôm sunfat và sắt sunfat polyme hóa dùng cho nước thải từ các bài thuốc Đông y. Điểm mấu chốt của việc xử lý keo tụ hiệu quả cao chính là lựa chọn và bổ sung chất keo tụ có hiệu suất tốt. Trong những năm gần đây, hướng phát triển của chất keo tụ đang chuyển từ phân tử thấp sang polymer, từ thành phần chức năng đơn lẻ sang hỗn hợp đa thành phần.
(2) Quá trình tuyển nổi bằng không khí thường bao gồm tuyển nổi bằng không khí sục khí, tuyển nổi bằng không khí hòa tan, tuyển nổi bằng không khí hóa học và tuyển nổi bằng không khí điện phân. Tại nhà máy dược phẩm Tân Xương, thiết bị tuyển nổi bằng không khí cavitation CAF đã được sử dụng để xử lý sơ bộ nước thải dược phẩm. Với các hóa chất phù hợp, tỷ lệ loại bỏ trung bình của COD vào khoảng 25%.
(3) Các chất hấp phụ thường được sử dụng trong phương pháp hấp phụ bao gồm than hoạt tính, than hoạt hóa, axit humic, nhựa hấp phụ, v.v. Một nhà máy dược phẩm đã sử dụng quy trình xử lý sinh học hiếu khí hai giai đoạn với hấp phụ tro than để xử lý nước thải của mình. Kết quả cho thấy tỷ lệ loại bỏ COD là 41,1%, và tỷ lệ BOD5/COD đã tăng lên.
(4) Công nghệ tách màng, bao gồm thẩm thấu ngược, lọc nano và màng sợi, có thể thu hồi các chất hữu ích và giảm tổng lượng phát thải chất hữu cơ. Những đặc điểm chính của công nghệ này là thiết bị đơn giản, vận hành thuận tiện, không có sự thay đổi pha hay biến đổi hóa học, hiệu quả xử lý cao và tiết kiệm năng lượng. Juana et al. đã sử dụng màng lọc nano để tách nước thải chứa lincomycin và phát hiện rằng phương pháp này không chỉ làm giảm tác động ức chế của lincomycin đối với vi sinh vật mà còn giúp thu hồi được lincomycin.
(5) Điện phân ngày càng được quan tâm nhiều hơn nhờ hiệu quả cao và vận hành dễ dàng. Đồng thời, điện phân còn có tác dụng khử màu tốt. Li Ying đã tiền xử lý dịch đục riboflavin bằng phương pháp điện phân, và các tỷ lệ loại bỏ COD, SS cùng độ màu lần lượt là 71%, 83% và 67%.
2. Các phương pháp xử lý hóa học bao gồm phương pháp sắt-carbon, phương pháp oxy hóa-khử hóa học (thuốc thử Fenton, H2O2, O3), công nghệ oxy hóa sâu, v.v.
(1) Quá trình vận hành công nghiệp của quy trình sắt-carbon cho thấy khả năng phân hủy sinh học của nước thải có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng Fe-C như bước tiền xử lý đối với nước thải dược phẩm. Quy trình kết hợp điện hóa vi mô sắt-carbon, kỵ khí, hiếu khí và tuyển nổi bằng không khí đã được áp dụng để xử lý nước thải từ quá trình sản xuất dược phẩm trung gian. Tỷ lệ loại bỏ COD sau khi xử lý bằng sắt-carbon là 20%.
(2) Sự kết hợp giữa muối sắt hai giá trị và H2O2 trong quá trình xử lý bằng thuốc thử Fenton được gọi là thuốc thử Fenton, có khả năng loại bỏ hiệu quả các hợp chất hữu cơ khó phân hủy mà công nghệ xử lý nước thải truyền thống không thể xử lý được. Cùng với sự phát triển sâu rộng của nghiên cứu, tia cực tím (UV) và oxalat (C2O4²⁻) đã được đưa vào thuốc thử Fenton, giúp tăng cường đáng kể khả năng oxy hóa của nó. Bằng cách sử dụng TiO2 làm chất xúc tác và đèn thủy ngân áp suất thấp 9 W làm nguồn sáng, thuốc thử Fenton đã được áp dụng để xử lý nước thải dược phẩm. Kết quả cho thấy màu sắc được khử hoàn toàn và tỷ lệ loại bỏ COD đạt 92,3%; nồng độ hợp chất này giảm từ 8,05 mg/L xuống còn 0,41 mg/L. Phương pháp này có thể cải thiện khả năng phân hủy sinh học của nước thải và đạt được hiệu quả loại bỏ COD cao.
(3) Công nghệ oxy hóa, còn được gọi là công nghệ oxy hóa tiên tiến, chủ yếu bao gồm oxy hóa điện hóa, oxy hóa ướt, oxy hóa nước siêu tới hạn, oxy hóa quang xúc tác và phân hủy bằng sóng siêu âm. Trong số đó, công nghệ oxy hóa xúc tác UV có những ưu điểm như mới mẻ, hiệu quả cao và không chọn lọc đối với nước thải; đặc biệt thích hợp để phân hủy các hydrocacbon không no; đồng thời điều kiện phản ứng tương đối nhẹ nhàng, không gây ô nhiễm thứ cấp, do đó có triển vọng ứng dụng tốt. So với các phương pháp xử lý khác như tia cực tím, nhiệt, áp suất, công nghệ xử lý chất hữu cơ bằng sóng siêu âm mang tính trực tiếp hơn và yêu cầu ít thiết bị hơn. Là một phương pháp xử lý mới, công nghệ này ngày càng nhận được sự quan tâm nhiều hơn.
3. Công nghệ xử lý sinh hóa được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dược phẩm, bao gồm phương pháp sinh học hiếu khí, phương pháp sinh học kỵ khí, phương pháp kết hợp hiếu khí - kỵ khí và các phương pháp kết hợp khác.
(1) Do nước thải dược phẩm chủ yếu là nước thải hữu cơ nồng độ cao, quá trình xử lý sinh học hiếu khí thường cần pha loãng dung dịch gốc, do đó tiêu thụ điện năng lớn và khả năng phân hủy sinh học của nước thải kém, dẫn đến khó đạt chuẩn xả thải sau khi xử lý sinh hóa trực tiếp. Vì vậy, phương pháp xử lý hiếu khí đơn thuần không nhiều; thông thường, cần phải tiến hành xử lý sơ bộ trước. Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí phổ biến bao gồm: quy trình bùn hoạt tính, quy trình sục khí giếng sâu, quy trình phân hủy sinh học hấp phụ (quy trình AB), quy trình oxy hóa tiếp xúc, quy trình phản ứng từng mẻ theo chu kỳ (quy trình SBR), quy trình bùn hoạt tính tuần hoàn (quy trình CASS), v.v.
(2) Hiện nay, xử lý sinh học kỵ khí chủ yếu được sử dụng để xử lý nước thải hữu cơ nồng độ cao trong và ngoài nước; tuy nhiên, sau khi xử lý kỵ khí đơn thuần, nồng độ COD của nước thải đầu ra vẫn còn cao, do đó thường cần phải tiến hành xử lý tiếp theo (chẳng hạn như xử lý sinh học hiếu khí). Hiện nay, vẫn cần tăng cường phát triển và thiết kế các lò phản ứng kỵ khí hiệu suất cao, đồng thời thực hiện nghiên cứu sâu hơn về các điều kiện vận hành. Các ứng dụng thành công trong xử lý nước thải dược phẩm bao gồm bể bùn kỵ khí (UASB), bể kết hợp kỵ khí (UBF), lò phản ứng ngăn kỵ khí (ABR), quá trình thủy phân, v.v.
(3) Các quy trình xử lý kết hợp kỵ khí - hiếu khí và các quy trình kết hợp khác thường không thể đáp ứng được yêu cầu do chỉ sử dụng phương pháp xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí đơn thuần. Tuy nhiên, các quy trình kết hợp như kỵ khí - hiếu khí, hiếu khí axit hóa thủy phân và các quy trình kết hợp khác rõ ràng vượt trội hơn so với phương pháp xử lý đơn lẻ trong việc cải thiện khả năng phân hủy sinh học, khả năng chống chịu tác động, chi phí đầu tư cũng như hiệu quả xử lý nước thải; do đó, chúng được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn kỹ thuật và có tính ứng dụng phổ quát.
