Удаление остатков лекарственных препаратов из сточных вод фармацевтического завода

Применение озонирования для эффективного разложения лекарств, содержащихся в фармацевтических стоках

При строительстве нового фармацевтического завода в Мексике компания Roshe AG обратилась в EnviroChemie GmbH с предложением разработать новый метод очистки сточных вод, содержащих лекарственные препараты. Все токсичные загрязнения должны быть удалены непосредственно на месте их образования, так как попадание лекарств в общезаводскую систему канализации не допускается. Первым этапом стало проведение исследований в лабораторных условиях. В ходе экспериментов была произведена оценка экологических и экономических аспектов трех различных методов очистки сточных вод: облучение ультрафиолетом с последующим окислением перекисью водорода, окисление озоном и адсорбция на активированных углях. Именно для данного производства наиболее эффективным способом очистки оказалось озонирование. Озонирование гарантировало полное и безопасное разложение лекарственных препаратов, содержащихся в сточной воде. На основе полученных результатов компания
EnviroChemie GmbH спроектировала, изготовила и запустила в работу уже полномасштабные промышленные очистные сооружения.

В данной статье подробно описывается то, как был разработан метод очистки фармацевтических сточных вод, как выполнялось проектирование установки Envochem^© для обработки стоков непосредственно на месте их образования.

1. Введение
 

В настоящее время по всему миру отмечается рост количества лекарственных препаратов и продуктов их метаболизма, загрязняющих водные ресурсы планеты. В основном, медикаменты попадают в реки и затем в питьевую воду из бытовой канализации и с животноводческих ферм. Тем не менее, сточные воды фармацевтических заводов также могут содержать активные ингредиенты. И если при производстве таблеток используются токсичные соединения, стоки должны подвергаться обработке на локальных очистных сооружениях. Локальная очистка стоков гарантирует, что в окружающую среду попадут только биологически разлагаемые вещества.

С подобной проблемой столкнулась компания Roche AG, когда решила построить новую фармацевтическую фабрику в Мексике. На этих производственных площадях производятся два типа высокоэффективного препарата для лечения рака. Тщательный анализ показал, что сточные воды этого производства могут содержать два вида препаратов (это цитостатик [кселода, капецитабин] xeloda, capecitabine и иммунодепрессивное средство mycophenolate mofetil [микофенолата мофетил]), которые могут оказать критическое воздействие на окружающую среду, и поэтому должны очищаться на локальных очистных сооружениях перед сбросом в общую систему канализации завода. Производительность очистных сооружений составляет 10 м³ в сутки. Одновременно в сточных водах может присутствовать только один из указанных выше препаратов. Компания Roche AG поручила EnviroChemie GmbH разработать несколько способов удаления микофенолата мофетила из стоков в лабораторных условиях и затем, основываясь на полученных результатах, выполнить проектирование и строительство полномасштабных очистных сооружений. Главной задачей стала разработка способа, который сочетал бы в себе возможность полного удаления лекарственного препарата из сточных вод при невысоких эксплуатационных расходах и стоимости оборудования. Опыты с капецитабином (capecitabine) провел институт IUTA (Institute of Energy and Environmental Technology e.V.), г. Дуйсбург, Германия. Опыты по определению возможности использовать активированный уголь для обработки сточных вод были проведены в Швейцарии в исследовательском центре Roche Basel.

Заказчик выдвинул следующие требования к разрабатываемой технологии:

• реально достижимые результаты;
• гарантия высочайшего уровня безопасности процесса;
• высокая степень автоматизации очистных сооружений;
• компактность полномасштабной промышленной установки очистки сточных вод;
• минимальный объем потребления реагентов;
• минимально возможное количество отходов.

2. Лабораторные исследования
 

Наши специалисты исследовали в лабораторных условиях три метода удаления активных ингредиентов из сточных вод. Каждый способ очистки был оценен, как с точки зрения эффективности разложения фармацевтических препаратов, содержащихся в стоках, так и с экономической точки зрения. В сравнении с методами окисления ультрафиолетовым излучением и пероксидом водорода (H₂O₂) или адсорбцией на активированных углях, наиболее эффективным методом очистки было признано окисление озоном. Еще рассматривалась возможность обработки кислотами, основаниями или гипохлоридом натрия, которые используются на других участках данного завода, но эти реагенты не могли быть использованы по ряду причин.

Результаты лабораторных исследований показали, что для удаления микофенолата мофетила и капецитабина может использоваться любой из трех методов, но в данном конкретном случае, способ озонирования по запатентованной технологии Envochem^®, позволяет производить очистку наиболее оптимальным путем.

Результаты исследований по окислению капецитабина озоном представлены на рис. 1. Для опытов отбирались пробы с концентрацией действующего вещества 200 мг/л. Процесс окисления протекает в течение 20 минут и потребляет 18,33 г озона. На основе этих данных было рассчитано, что максимальное потребление озона промышленной установкой составит не более 917 г (38 г/ч).

«Озонирование капецитабина на опытной установки в институте IUTA» на Яндекс.Фотках

Для изучения процессов разложения микофенолата мофетила и продуктов его гидролиза были отобраны пробы с концентрацией 25 мг/л. На первой стадии было изучено поведение продуктов гидролиза. Выяснилось, что даже по прошествии суток, в сточной воде все еще содержится около 80% действующего ингредиента (см. рисунок 2). При использовании же озона в качестве окислителя, весь микофенолата мофетил полностью разлагается в течение нескольких минут. Расчетное количество потребляемого озона составляет около 460 г в сутки. Таким образом, сравнивая потребность в озоне для окисления двух активных ингредиентов, понятно, что размеры очистных сооружений определяются объемом потребления озона для окисления мофетила.

«Рисунок 2. Результаты гидролиза в течение 30 часов.» на Яндекс.Фотках

   

3. Описание процесса
 

Основываясь на результатах лабораторных исследований, компания EnviroChemie GmbH начала проектирование очистных сооружений, которые отвечают индивидуальным параметрам сточных вод на фармацевтическом заводе Roche в Мексике. Результатом работы стало строительство установки очистки сточных вод, смонтированной в 20-ти футовом контейнере. Очистные сооружения работают 24 часа в сутки в автоматическом режиме, что позволяет осуществлять непрерывную обработку сточных вод.

Сточные воды, образующиеся на производстве лекарств, попадают в накопительный резервуар объемом 15 м³ и далее непосредственно на установку очистки стоков Envochem^®. Объем стоков, подаваемых на очистку, регулируется насосом с частотным преобразователем и расходомером индуктивного типа. В зависимости от уровня жидкости в накопительном резервуаре, расход воды колеблется от 0,4 м³/ч до 0,8 м³/ч. Взвешенные вещества задерживаются на встроенном фильтре.

4. Озонирование
 

Озон вырабатывается на озоновом генераторе, который работает по технологии PSA (pressure swing adsorption /адсорбция со сдвигом давления). Сточные воды поступают в два реактора (см. рисунок 3), где происходит их смешение с озоном, который впрыскивается под давлением. Озонирование осуществляется под небольшим избыточным давлением, чтобы гарантировать эффективность реакции озона и присутствующих в воде лекарственных препаратов. Пена, образующаяся при такой реакции, отделяется во втором реакторе. Потребление озона зависит от химических характеристик медикаментов, поэтому установка Envochem^© оборудована запатентованным датчиком содержания растворенного в воде озона. Данный датчик установлен на выходе очистных сооружений и позволяет  автоматически изменять производительность генератора озона. Благодаря такому решению в системе поддерживается неизменная концентрация озона 2 мг/л. Если требуется больше озона – генератор увеличивает свою производительность, если меньше – снижает. Для удаления остатков озона из воды, обработанные стоки направляются на фильтр с активированным углем.

«Рисунок 3. Установка очистки стоков фармацевтического производства» на Яндекс.Фотках

5. Управление процессом очистки стоков
 

Управление очистными сооружениями производится с помощью программы Biomar^® Asic, разработанной EnviroChemie.

Установка очистки сточных вод Envochem^® оборудована системой автоматического управления при помощи программного комплекса Envochem^® Asic. В корпус шкафа управления встроена сенсорная панель, на которой отображаются все процессы, каждый параметр может быть легко изменен в любой момент прямо с экрана панели управления.

Рисунок 4 . Пример изображения на сенсорной панели системы управления. Примечание С.П.Лахардова: у меня, к сожалению, нет снимка панели именно с установки, описываемой в статье. На данном рисунке показана панель управления системы биологической очистки сточных вод).

Все параметры работы установки заносятся в базу данных и доступны для анализа. Также запоминается статус работы отдельных узлов и в любое время можно проверить случались ли какие-либо сбои в работе очистных сооружений. В качестве опции на очистных сооружениях был установлен модем удаленного доступа, поэтому в случае необходимости, специалисты EnviroChemie GmbH могут подключиться к панели управления очистных сооружений в Мексике и быстро изменить параметры их работы.

6. Запуск в работу
 

Вся автоматика была собрана в Германии и отправлена в Мексику в контейнере. Окончательная сборка осуществлялась в Мексике под руководством специалистов EnviroChemie GmbH. Чтобы подтвердить эффективность работы установки, окончательные заводские приёмо-сдаточные испытания были проведены с участием специалистов Roche AG.

7. Заключение
 

Анализ проб воды, очищенной на установке Envochem^® подтвердил, что запатентованный компанией EnviroChemie GmbH метод окисления устойчивых к разложению медикаментов позволяет достичь полной очистки сточных вод фармацевтического производства на заводе Roche AG. Система автоматического регулирования позволяет поддерживать оптимальное количество растворенного в воде озона.