申请日2013.03.01
公开(公告)日2014.09.03
IPC分类号C02F1/66
摘要
本发明涉及一种头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，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后，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，可应用于头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理的工业生产中。
权利要求书
1.一种头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，包括以下步骤：
a)提供自吸式管道混合反应器，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;
b)含头孢菌素类抗生素药物的生产废水从流体入口管道(3)进入自吸式管 道混合反应器，降解药物从吸入物流管道(6)进入自吸式管道混合反应器;所 述废水和降解药物在自吸式管道混合反应器中混合、反应;
c)设置废水流量、降解药物流量的比例调节装置，并在自吸式管道混合反 应器出口处设置自动pH计，通过监测出口反应液的pH值，控制加入的降解药 物液量，当出口流出物流保持pH≥13后，排至后续的废水处理站进行生化处理。
2.根据权利要求1所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，其特征 在于含头孢菌素类抗生素药物的生产废水与降解药物的重量比为(5∶1)～(50∶ 1)。
3.根据权利要求1所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，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。
4.根据权利要求1所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，其特征 在于所述流体分布器(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所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，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所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，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所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，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所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，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所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，其特征 在于所述降解药物为重量百分比浓度为2～5%的NaOH溶液。
10.根据权利要求1所述的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法，其特 征在于所述头孢菌素类抗生素药物选自头孢唑琳、头孢拉定、头孢哌酮或头孢曲 松。
说明书
头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法
技术领域
本发明涉及一种头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法。
背景技术
抗生素是人们日常生活中常用的一种抗菌药物，常用来治疗各种细菌感染或 抑制致病微生物感染。人类从二十世纪二十年代首次发现青霉素的治疗作用，迄 今为止已经发现了近万种抗生素，其中用于治疗人类疾病的抗生素类药物多达近 百种。
头孢菌素类抗生素是分子中含有头孢烯的半合成抗生素，它属于β-内酰胺 类抗生素，是β-内酰胺类抗生素中的7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的衍生物。头 孢菌素高效、低毒、临床应用广泛，具有抗菌谱广、抗菌作用强、耐青霉素酶、 过敏反应较青霉素类少见等优点，它不但可以破坏细菌的细胞壁，还可以在细菌 的繁殖期内杀菌，而对机体几乎没有毒性，因此在临床得到了广泛的应用。
采用化学合成方式合成抗生素的工艺，又简称为半合成抗生素，大多数头孢 菌素类抗生素均采用这种方式获得，如头孢唑琳、头孢拉定、头孢哌酮、头孢曲 松等。
在此类半合成抗生素的生产过程中，由于生产工艺的原因，不可避免的会产 生大量的有机废液，如头孢唑啉酸的生产过程，起始原料7-ACA与噻二唑、乙 酸等在乙酸乙酯、三氟化硼、冰醋酸、偏重亚硫酸、盐酸、氢氧化钠、丙酮等作 用下，经过多步反应最后制得头孢唑啉酸。在此生产过程中会产生大量的废液， COD的含量高达3000～40000mg/L，BOD5含量达到10000-15000mg/L。这 些废液必须经过一定的废水处理工艺，使得其COD/BOD含量达到国家规定的 废水排放标准，方可加以排放。
目前抗生素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，通过培养 特定的厌氧和好养微生物，使得废水中的长链微生物(如纤维蛋白质)在微生物 的作用下进行断裂和分解，从而降低了废水中的COD/BOD的含量，并达到国 家规定的排放浓度。
头孢类抗生素生产废水除了含有大量有机物质外，往往还残留有头孢类抗生 素的成分。由于头孢菌素类抗生素是一种广谱抗菌素，它会破坏细菌的细胞壁， 使得细菌失去活性。因此，含头孢类抗生素药物废水，必须事先经过降解反应， 去除头孢类成分的活性，这样才能进入后续的生化处理过程，在厌氧/好养微生 物的共同作用下，进行生化反应，从而降低其废水中的COD/BOD的含量，使 之达到国家的排放标准。
目前在常规的头孢菌素类半合成抗生素生产中，对产生的废水可通过加入氢 氧化钠溶液的方法，使其溶液的pH值呈碱性，来去除头孢类物质的生物活性。
但是，在传统的化学降解方法中，加入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，加入碱液的数量和方式、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)碱液 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， 提供一种新的头孢菌素类抗生素药物生产废水预处理方法。该方法可连续处理抗 生素药物生产过程中产生的含抗生素活性成分的废水并可即时进行降解，保证了 废水预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：一种头孢菌素类抗生素 药物生产废水预处理方法，包括以下步骤：
a)提供自吸式管道混合反应器，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;
b)含头孢菌素类抗生素药物的生产废水从流体入口管道(3)进入自吸式管 道混合反应器，降解药物从吸入物流管道(6)进入自吸式管道混合反应器;所 述废水和降解药物在自吸式管道混合反应器中混合、反应;
c)设置废水流量、降解药物流量的比例调节装置，并在自吸式管道混合反 应器出口处设置自动pH计，通过监测出口反应液的pH值，控制加入的降解药 物液量，当出口流出物流保持pH≥13后，排至后续的废水处理站进行生化处理。
上述技术方案中，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。根据含头饱类成分的生产废水 特性，所选降解药物为重量百分比浓度为2～5%的NaOH溶液。头孢菌素类抗生 素药物优选方案为选自头孢唑琳、头孢拉定、头孢哌酮或头孢曲松。
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，使含头孢菌素类抗生素药物的生产废水通过文丘里管产生负压， 将降解药物吸入系统。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，使得降解药物能够事先分散成数 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，可大大减少混合器的 物理长度，方便混合器的安装，降低混合器的投资。
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，将含有头孢菌素类抗生素药物废水和氢氧化钠溶液自动按一定的配比 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。