申请日2013.03.01
公开(公告)日2014.09.03
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种原料药生产废水的处理方法，主要解决现有技术存在间歇操作时间长，设备体积大，人员保护差，易引起二次污染，人工计量不精确，处理终点不能有效控制的问题。本发明通过采用自吸式管道混合反应器对废水进行自动混合、按比例加入降解试剂，使降解试剂及时有效地分散在废水中，进行充分的接触混合，控制终点反应液pH≥13或pH≤1，排至后续的废水处理站进行生化处理的技术方案，较好地解决了该问题，可应用于原料药生产废水处理的工业生产中。
权利要求书
1.一种原料药生产废水的处理方法，包括以下步骤：
a)原料药生产废水和降解试剂进入自吸式管道混合反应器，在所述反应器中混 合、反应;
b)所述自吸式管道混合反应器入口处设置有原料药废水流量、降解试剂流量的 比例调节装置，自吸式管道混合反应器出口处设置自动pH计，通过监测出口反 应液的pH值，控制加入的降解试剂液量，当出口流出物流保持pH≥13或pH≤1 后，排至后续的废水处理站进行生化处理;
c)其中，所述自吸式管道混合反应器沿流体流动方向依次包括吸入段(1)和混 合段(2);吸入段(1)包括流体入口管道(3)、吸入腔段(4)和扩散段(5); 流体入口管道(3)伸入吸入腔段(4)内，末端收缩为圆锥形;在吸入腔段(4) 的管壁上设置有吸入物流管道(6)，吸入物流管道(6)深入吸入腔段(4)内 的末端设置有流体分布器(7);混合段(2)管壁上设置有导流挡板;沿流体流 动方向，流体入口管道(3)、吸入腔段(4)、扩散段(5)和混合段(2)的轴 线重合。
2.根据权利要求1所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于原料药生产 废水与降解试剂的重量比为(5∶1)～(50∶1)。
3.根据权利要求1所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于原料药生产 废水从流体入口管道(3)进入自吸式管道混合反应器，降解试剂从吸入物流管 道(6)进入自吸式管道混合反应器。
4.根据权利要求1所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于所述自吸式 管道混合反应器的吸入腔段(4)、扩散段(5)和混合段(2)的长度比为1∶ (2～4)∶(10～20);流体入口管道(3)与吸入腔段(4)的内径比为3～6;吸入 物流管道(6)与吸入腔段(4)的内径比为5～10;吸入腔段(4)、扩散段(5) 和混合段(2)的内径相同;所述流体分布器(7)深入吸入腔段(4)的位置为 吸入腔段(4)内径的1/4～1/2。
5.根据权利要求1所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于所述流体分 布器(7)包括进料管(71)和其末端的半球形空心腔体(72)，半球形空心腔 体(72)上设置有至少一个圆孔;其中，半球形空心腔体(72)的中心轴线与 流体流动方向的夹角θ=120°～135°。
6.根据权利要求5所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于进料管 (71)的直径D1与半球形空心腔体(72)的直径D2满足D1/D2≤0.5，半球形空 心腔体(72)上圆孔的数量n和圆孔的直径d满足
(D1/d)2≤n≤0.5(D2/d)2。
7.根据权利要求6所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于半球形空心 腔体(72)上圆孔的直径d=1～4毫米。
8.根据权利要求7所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于半球形空心 腔体(72)上圆孔的直径d=2～3毫米。
9.根据权利要求1所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于所述降解试 剂为重量百分比浓度为2～5%的NaOH溶液，当自吸式管道混合反应器出口流出 物流保持pH≥13后，排至后续的废水处理站进行生化处理。
10.根据权利要求1所述的原料药生产废水的处理方法，其特征在于所述降解 试剂为重量百分比浓度为1～4%的HCl溶液，当自吸式管道混合反应器出口流出 物流保持pH≤1后，排至后续的废水处理站进行生化处理。
说明书
原料药生产废水的处理方法
技术领域
本发明涉及一种原料药生产废水的处理方法。
背景技术
原料药，英文名Active Pharmaceutical Ingredients，简称API，是一种药 物的活性成分，它可通过化学合成、植物提取、生物工程技术等方法来制备，其 成品则用于药物制剂的原料。由于原料药生产过程中会用到各种化学品及易燃易 爆的溶媒，以及一些生物活性物质，同时在制备过程中会产生一些具一定活性的 副产物和中间体等，所以整个原料药的生产过程对环境和人体具有一定的危险性 和危害性。如原料药伊曲康唑制备过程中，中间体羟基物和甲璜酰酯在甲苯、水、 氢氧化钠存在下进行缔合反应，反应结束后上层有机相作为反应产物进入下一步 结晶干燥并得到伊曲康唑粗品。而反应产生的水相层含有大量的甲璜酰酯和甲苯 残留等，具有化学毒性，它被作为反应废液排放至三废处理站进行后续处理。又 如头孢类抗生素产品头孢唑啉酸纳原料药的母核生产，7-ACA原料与噻二唑、 冰醋酸、乙酸乙酯、偏重亚硫酸纳等进行成盐反应，再经离心、过滤、洗涤后得 到头孢唑啉酸母核。此过程产生的废液含有机溶剂、以及活性头孢唑啉成分，须 进行后续的处理。另外原料药生产结束后的设备清洗以及场地清洗下水，也含有 一定的药物成分，这些废液也必须收集并加以处理。
目前原料药生产的废水大多采用生化方法进行处理。文献CN101746919A 公开了利用微生物的代谢作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转 化为无害物质。生化处理法可分为厌氧生物处理和需氧生物处理，分别通 过厌氧微生物和好氧微生物的共同作用，以降解废水中的有机污染物，使 废水得以净化。
由于原料药生产过程产生的废水含有一定的化学毒性和生物活性，特别 是某些抗生素原料药的生产废水，其所含的抗生素(如青霉素、头孢菌素 等)具有较强的杀灭微生物的作用，会使得生化处理所需的厌氧和好氧微 生物失效，达不到废水处理的目的。另外由于这些物质的高致敏性，如未 经降解处理会产生环境污染，对有过敏体质的人群有威胁。如残留于动植 物中，还会通过食物链进入人体对健康产生不利影响。
废水中的这些活性和毒性物质，可通过化学和物理的方法进行降解，以降低 和消除其毒性/活性。一种较常用的方法是酸碱处理法。由于化学毒性/生物活性 物质均为大分子长链结构的有机物/蛋白质，在强酸/强碱的作用下，有机长链大 分子结构会被切断而降解，这样其活性/毒性也得到了缓解/消除。因此可通过调 节废水的pH值的方法，来改变和消除其毒性和活性。
但是，传统的化学降解方法，加入盐酸和氢氧化钠的过程大多采用人工操作， 整个过程均暴露于环境中，加入酸碱的数量和方式、操作员工的防护措施、降解 结果的判断均不完善，存在很大的改进空间。这种工艺的缺点是：a)间歇操作， 废水处理池体积膨大;b)废水池敞开，易受雨水影响，溢流造成污染;c)降解 液人工加入，计量不精确;d)处理终点不能有效控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术存在间歇操作时间长，设备体积大， 人员保护差，易引起二次污染，人工计量不精确，处理终点不能有效控制的问题， 提供一种新的原料药生产废水的处理方法。该方法可连续处理原料药生产废水并 可即时进行降解，保证了废水处理过程的安全有效可控。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种原料药生产废水的 处理方法，包括以下步骤：
a)原料药生产废水和降解试剂进入自吸式管道混合反应器，在所述反应器 中混合、反应;
b)所述自吸式管道混合反应器入口处设置有原料药废水流量、降解试剂流 量的比例调节装置，自吸式管道混合反应器出口处设置自动pH计，通过监测出 口反应液的pH值，控制加入的降解试剂液量，当出口流出物流保持pH≥13或 pH≤1后，排至后续的废水处理站进行生化处理;
c)其中，所述自吸式管道混合反应器沿流体流动方向依次包括吸入段1和 混合段2;吸入段1包括流体入口管道3、吸入腔段4和扩散段5;流体入口管 道3伸入吸入腔段4内，末端收缩为圆锥形;在吸入腔段4的管壁上设置有吸 入物流管道6，吸入物流管道6深入吸入腔段4内的末端设置有流体分布器7; 混合段2管壁上设置有导流挡板;沿流体流动方向，流体入口管道3、吸入腔段 4、扩散段5和混合段2的轴线重合。
上述技术方案中，原料药生产废水与降解试剂的重量比优选范围为(5∶1)～ (50∶1)。原料药生产废水从流体入口管道3进入自吸式管道混合反应器，降解 试剂从吸入物流管道6进入自吸式管道混合反应器。所述自吸式管道混合反应器 的吸入腔段4、扩散段5和混合段2的长度比优选范围为1∶(2～4)∶(10～20)。 流体入口管道3与吸入腔段4的内径比优选范围为3～6。吸入物流管道6与吸 入腔段4的内径比优选范围为5～10。吸入腔段4、扩散段5和混合段2的内径 相同。所述流体分布器7深入吸入腔段4的位置优选范围为吸入腔段4内径的 1/4～1/2。所述流体分布器7优选方案为包括进料管71和其末端的半球形空心腔 体72，半球形空心腔体72上设置有至少一个圆孔;其中，半球形空心腔体72 的中心轴线与流体流动方向的夹角θ优选范围为120°～135°。进料管71的直径 D1与半球形空心腔体72的直径D2优选方案为满足D1/D2≤0.5，半球形空心腔体 72上圆孔的数量n和圆孔的直径d优选方案为满足(D1/d)2≤n≤0.5(D2/d)2。半球 形空心腔体72上圆孔的直径d优选范围为1～4毫米，更优选范围为2～3毫米。 根据所处理物料的特性不同，所选降解试剂之一为重量百分比浓度为2～5%的 NaOH溶液，当自吸式管道混合反应器出口物料保持pH≥13后，排至后续的废水 处理站进行生化处理。所选降解试剂之二为重量百分比浓度为1～4%的HCl溶液， 当自吸式管道混合反应器出口物料保持pH≤1后，排至后续的废水处理站进行生 化处理。
文丘里效应，是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。 这种现象以其发现者意大利物理学家文丘里(Giovanni Battista Venturi)命名， 所以叫文丘里效应。根据这种效应制成的设备，又叫文丘里管。文丘里管目前在 工业领域得到广泛应用，如用于产生真空的水喷射式真空泵，就是利用文丘里原 理产生真空。
本发明方法中的自吸式管道混合反应器，其中的吸入段实质是文丘里管，通 过文丘里效应，使含原料药的生产废水通过文丘里管产生负压，将降解试剂吸入 系统。然后在后续的管道混合器内进行充分混合并发生反应，其出口即得到反应 产物。两种流体的配比可通过进口阀门进行调节，使其符合反应物配比的要求。
本发明方法中，自吸式管道混合反应器的吸入段1，设置一个流体分布器7， 通过特殊设计的小孔，将降解药物事先分散成细小的液体流，当主物料流废水高 速流过时，产生负压，被吸入物料在负压的作用下，高速通过分散器分散形成数 股细小的物料流，并随主物料流进入混合段2。在混合段内的导流挡板作用下， 流体通过进一步的分散、混合、撞击等，从而完成了混合反应过程。其中，流体 分布器上小圆孔的直径d与被吸入流体的粘度、密度、含固量、在主流体内的分 散程度、与主流体的互溶性等因素有关。直径太小，会增大流动阻力，减缓流体 混合速度，并且易被堵塞。而直径太大，则不能起到事先分散的作用。一般直径 优选范围可为1～4毫米，更优选范围为2～3毫米。小圆孔的数量n，则与吸入 速度和半球型空心腔体的表面积有关，数量太少，由于形成的细小流体数量较少， 使得流体吸入量小，预混合不充分。而数量太多，则影响空心腔体的强度。n必 须满足：(D1/d)2≤n≤0.5(D2/d)2。
本发明方法在吸入段增加流体分布器之后，使得降解试剂能够事先分散成数 股细小的物料流，加大了其在废水物流中的分散程度，增大了两者的接触面积， 缩短了达到充分混合的时间(时间可减少30～60%)，有利后续混合反应的进行。 同时采用了特殊的流体分布器之后，由于混合时间的缩短，最大可减少混合器的 物理长度50%，方便混合器的安装，降低了混合器的投资。
本发明方法采用了自动管道混合及反应技术，在特殊设计的自吸式管道混合 反应器中，将原料药生产废水和降解试剂自动按一定的配比完成混合，并在管道 反应器中进行充分的混合、反应，最终通过反应终点pH值的判定，自动停止混 合反应过程，完成了废水的预处理降解过程，为后续的废水处理达标排放奠定了 基础。整个工艺稳定、高效、节能，并在可控状态下自动运行，取得了较好的技 术效果。