Situação atual: a indústria farmacêutica concentra-se principalmente em produtos farmacêuticos de síntese química, produtos farmacêuticos biológicos e produtos farmacêuticos da medicina tradicional chinesa, e a produção tem como características a variedade de produtos, processos complexos e diferentes escalas de produção.
As águas residuais produzidas pelo processo farmacêutico apresentam características como alta concentração de poluentes, componentes complexos, baixa biodegradabilidade e alta toxicidade biológica.
A síntese química e a fermentação na produção farmacêutica geram efluentes que representam um desafio e um ponto crucial no controle da poluição na indústria farmacêutica.
As águas residuais da síntese química são um dos principais poluentes descarregados durante a produção farmacêutica [2].
As águas residuais farmacêuticas podem ser divididas em quatro categorias [3], ou seja, líquido residual e líquido mãe no processo de produção;
O líquido residual na recuperação inclui solvente, líquido pré-requisito, subproduto, etc.
Drenagem de processos auxiliares, como água de resfriamento, etc.
Águas residuais de equipamentos e lavagem do solo;
Esgoto doméstico.
Tecnologia para o tratamento de águas residuais intermediárias farmacêuticas
Tendo em conta as características das águas residuais intermediárias farmacêuticas, tais como elevada DQO, elevado azoto, elevado fósforo, elevado teor de sal, croma profundo, composição complexa e baixa biodegradabilidade, os métodos de tratamento mais comuns incluem o tratamento físico-químico e o tratamento bioquímico [6].
De acordo com os diferentes tipos de qualidade das águas residuais, uma série de métodos, como a combinação de processos físico-químicos e biológicos, também serão aplicados [7].
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1. Tecnologia de tratamento físico e químico
Atualmente, os principais métodos de tratamento físico e químico para águas residuais da produção farmacêutica incluem: método de flotação por gás, método de coagulação-sedimentação, método de adsorção, método de osmose reversa, método de incineração e processo de oxidação avançada [8].
Além disso, métodos de eletrólise e precipitação química, como a microeletrolise FE-C e os métodos de precipitação MAP para remoção de nitrogênio e fósforo, também são comumente usados ​​no tratamento de efluentes intermediários farmacêuticos.
1.1 Método de coagulação e sedimentação
O processo de coagulação é um processo no qual as partículas em suspensão e as partículas coloidais na água são transformadas em um estado instável pela adição de agentes químicos e, em seguida, agregadas em flocos ou aglomerados que são fáceis de separar.
Atualmente, esta tecnologia é normalmente utilizada no pré-tratamento, tratamento intermediário e tratamento avançado de águas residuais farmacêuticas [10].
A tecnologia de coagulação e sedimentação apresenta as vantagens de ser uma tecnologia consolidada, com equipamentos simples, operação estável e manutenção conveniente.
No entanto, haverá uma grande quantidade de lodo químico produzido no processo de aplicação dessa tecnologia, o que levará a um baixo pH do efluente e a um teor de sal relativamente alto nas águas residuais.
Além disso, a tecnologia de coagulação e sedimentação não consegue remover eficazmente os poluentes dissolvidos nas águas residuais, nem consegue remover completamente os poluentes tóxicos e nocivos presentes em concentrações residuais.
1.2 Método de precipitação química
O método de precipitação química é um método químico para remover poluentes das águas residuais por meio de reação química entre agentes químicos solúveis e os poluentes presentes nas águas residuais, formando sais insolúveis, hidróxidos ou compostos complexos.
As águas residuais intermediárias farmacêuticas frequentemente contêm altas concentrações de nitrogênio amoniacal, íons fosfato e sulfato, entre outros. Para esse tipo de água residual, o método de precipitação química é frequentemente utilizado como pré-tratamento físico e químico para garantir o funcionamento normal do processo subsequente de tratamento bioquímico.
Como tecnologia tradicional de tratamento de água, a precipitação química é frequentemente usada para amolecer águas residuais.
Devido ao uso de matérias-primas químicas de alta pureza no processo de produção de efluentes de produtos farmacêuticos intermediários, estes frequentemente contêm altas concentrações de nitrogênio amoniacal, fósforo e outros poluentes. O método de precipitação química com fosfato de amônio e magnésio permite a remoção eficaz desses dois poluentes simultaneamente, e o sal de fosfato de amônio e magnésio resultante pode ser reciclado.
O método de precipitação química de fosfato de magnésio e amônio também é conhecido como método da estruvita.
No processo de produção de intermediários farmacêuticos, uma grande quantidade de ácido sulfúrico é frequentemente utilizada em algumas instalações, e o pH dessa fração do efluente pode ser baixo. Para melhorar o pH do efluente e remover alguns íons sulfato simultaneamente, o método de adição de CaO é frequentemente utilizado, sendo denominado dessulfurização por precipitação química com cal viva.
1.3 adsorção
O princípio da remoção de poluentes em águas residuais pelo método de adsorção refere-se ao uso de materiais sólidos porosos para adsorver certos poluentes ou uma variedade de poluentes presentes nas águas residuais, de modo que os poluentes possam ser removidos ou reciclados.
Os adsorventes mais comuns incluem cinzas volantes, escória, carvão ativado e resina de adsorção, sendo o carvão ativado o mais utilizado.
1.4 flutuação de ar
O método de flotação por ar é um processo de tratamento de águas residuais no qual pequenas bolhas altamente dispersas são usadas como suporte para promover a adesão de poluentes presentes na água residual. Como a densidade das pequenas bolhas aderidas aos poluentes é menor que a da água e elas flutuam, ocorre a separação sólido-líquido ou líquido-líquido.
As formas de flotação por ar incluem flotação por ar dissolvido, flotação por ar aerado, flotação por ar por eletrólise e flotação por ar químico, etc. [18], entre as quais a flotação por ar químico é adequada para o tratamento de águas residuais com alto teor de matéria suspensa.
O método de flotação por ar apresenta as vantagens de baixo investimento, processo simples, manutenção conveniente e baixo consumo de energia, mas não consegue remover eficazmente os poluentes dissolvidos nas águas residuais.
1.5 eletrólise
O processo eletrolítico utiliza corrente elétrica para produzir uma série de reações químicas, transformando e removendo poluentes nocivos presentes em águas residuais. O princípio da reação eletrolítica, que ocorre na solução eletrolítica, baseia-se na reação entre o material do eletrodo e o eletrodo, gerando oxigênio e hidrogênio [H] ecologicamente corretos, e promovendo a remoção dos poluentes das águas residuais por meio de reações de oxirredução (REDOX).
O método de eletrólise apresenta alta eficiência e operação simples no tratamento de águas residuais. Ao mesmo tempo, esse método remove eficazmente as substâncias coloridas presentes nas águas residuais e melhora significativamente a biodegradabilidade das mesmas.
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2. Tecnologia avançada de oxidação
A tecnologia de oxidação avançada, como uma nova tecnologia de tratamento de água, apresenta muitas vantagens, como alta eficiência na degradação de poluentes, degradação e oxidação mais completa dos poluentes e ausência de poluição secundária.
A tecnologia de oxidação avançada, também conhecida como tecnologia de oxidação profunda, é uma tecnologia de tratamento físico e químico que utiliza oxidantes, luz, eletricidade, som, campos magnéticos e catalisadores para gerar radicais livres altamente ativos (como o ·OH) para degradar poluentes orgânicos refratários.
No campo do tratamento de efluentes farmacêuticos, a tecnologia de oxidação avançada tornou-se foco de extensa pesquisa e atenção.
A tecnologia de oxidação avançada inclui principalmente oxidação eletroquímica, oxidação química, oxidação ultrassônica, oxidação catalítica úmida, oxidação fotocatalítica, oxidação catalítica composta, oxidação em água supercrítica e tecnologia combinada de oxidação avançada.
O método de oxidação química consiste em utilizar agentes químicos, direta ou indiretamente, sob certas condições de forte oxidação, para oxidar os poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, com o objetivo de removê-los. Os métodos de oxidação química incluem a oxidação por ozônio, o método de oxidação de Fenton e o método de oxidação catalítica úmida.
2.1 Processo de oxidação de Fenton
O método de oxidação de Fenton é um tipo de método de oxidação avançado amplamente utilizado atualmente. Este método utiliza sal férrico (Fe2+ ou Fe3+) como catalisador para produzir radicais ·OH com forte ação oxidante sob a adição de H2O2, o qual pode reagir com poluentes orgânicos de forma não seletiva, promovendo a degradação e mineralização dos poluentes.
Este método apresenta muitas vantagens, incluindo alta velocidade de reação, ausência de poluição secundária e forte oxidação, entre outras. O método de oxidação de Fenton é comumente utilizado no tratamento de efluentes farmacêuticos devido à reação de oxidação não seletiva no processo de oxidação química, o que permite reduzir a toxicidade dos efluentes, entre outras características.
2.2 Método de oxidação eletroquímica
O método de oxidação eletroquímica consiste em utilizar materiais de eletrodo para produzir o radical livre superóxido ·O2 e o radical livre hidroxila ·OH, ambos com alta atividade oxidante, capazes de oxidar a matéria orgânica presente nas águas residuais, atingindo assim o objetivo de remover os poluentes.
No entanto, esse método apresenta como características o alto consumo de energia e o alto custo.
2.3 Oxidação fotocatalítica
A oxidação fotocatalítica é uma tecnologia de tratamento relativamente eficiente no tratamento de água, que utiliza materiais catalíticos (como TiO2, SrO2, WO3, SnO2, etc.) como suportes catalíticos para realizar a oxidação catalítica da maioria dos poluentes redutores em águas residuais, atingindo assim o objetivo de remover os poluentes.
Como a maioria dos compostos presentes nas águas residuais farmacêuticas são substâncias polares com grupos ácidos ou substâncias polares com grupos alcalinos, essas substâncias podem ser degradadas direta ou indiretamente pela luz.
2.4 Oxidação em água supercrítica
A oxidação em água supercrítica (SCWO, na sigla em inglês) é um tipo de tecnologia de tratamento de água que utiliza a água como meio e aproveita as características especiais da água em estado supercrítico para melhorar a taxa de reação e realizar a oxidação completa da matéria orgânica.
2.5 Tecnologia combinada de oxidação avançada
Cada tecnologia de oxidação avançada possui suas próprias limitações. Para melhorar a eficiência do tratamento de águas residuais, diversas tecnologias de oxidação avançada são agrupadas, formando combinações, ou uma única tecnologia de oxidação avançada é combinada com outras para criar uma nova tecnologia que aprimore a capacidade de oxidação e o efeito do tratamento, atendendo às mudanças na qualidade da água em efluentes farmacêuticos de maior porte.
UV-Fenton, UV-H2O2, UV-O3, fotocatálise ultrassônica, fotocatálise com carvão ativado, fotocatálise por micro-ondas e fotocatálise, etc. Atualmente, as tecnologias de combinação de ozônio mais estudadas são [36]:
Os processos de carvão ativado com ozônio, O3-H2O2 e UV-O3, apresentam grande potencial de desenvolvimento no tratamento de águas residuais refratárias e em aplicações de engenharia.
O processo Fenton combinado mais comum inclui o método Fenton por microeletrolise, o método Fenton com limalha de ferro e H2O2, o método Fenton fotoquímico (como o método Fenton solar, o método UV-Fenton, etc.), mas o método Fenton elétrico é o mais utilizado.
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3. Tecnologia de tratamento bioquímico
A tecnologia de tratamento bioquímico é a principal tecnologia no tratamento de águas residuais, que utiliza o crescimento microbiano, o metabolismo, a reprodução e outros processos para decompor a matéria orgânica presente nas águas residuais, obtendo a energia necessária para que os microrganismos consigam remover a matéria orgânica.
3.1 Tecnologia de tratamento biológico anaeróbio
A tecnologia de tratamento biológico anaeróbico, em um ambiente sem oxigênio molecular, utiliza o metabolismo de bactérias anaeróbicas para converter, por meio de processos como acidificação hidrolítica, produção de hidrogênio, ácido acético e metano, matéria orgânica de difícil degradação em CH4, CO2, H2O e matéria orgânica de baixa massa molecular.
As águas residuais farmacêuticas sintéticas frequentemente contêm um grande número de substâncias orgânicas refratárias cíclicas, que não podem ser degradadas e utilizadas diretamente por bactérias aeróbicas, portanto, a atual tecnologia de tratamento anaeróbico tornou-se o principal meio no campo do tratamento de águas residuais farmacêuticas no país e no exterior [43].
A tecnologia de tratamento biológico anaeróbio apresenta muitas vantagens: o processo de operação do reator anaeróbio não necessita de aeração e o consumo de energia é baixo;
A carga orgânica da água de entrada anaeróbica é geralmente alta.
Baixas necessidades nutricionais;
O rendimento de lodo em reatores anaeróbios é baixo, e o lodo desidrata-se facilmente.
O metano produzido no processo anaeróbico pode ser reciclado como energia.
No entanto, o efluente anaeróbio não pode ser descartado de acordo com os padrões estabelecidos e precisa ser tratado posteriormente por meio da combinação com outros processos. A tecnologia de tratamento biológico anaeróbio, porém, é sensível ao pH, à temperatura e a outros fatores. Se houver grande flutuação nesses parâmetros, a reação anaeróbia será diretamente afetada, comprometendo a qualidade do efluente.
3.2 Tecnologia de tratamento biológico aeróbico
A tecnologia de tratamento biológico aeróbio é uma tecnologia de tratamento biológico que utiliza a decomposição oxidativa e a síntese por assimilação de bactérias aeróbias para remover matéria orgânica degradada. Durante o crescimento e metabolismo dos organismos aeróbios, ocorre uma grande reprodução, gerando novo lodo ativado. O excesso de lodo ativado é descartado na forma de lodo residual, e o efluente é purificado simultaneamente.

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