化工分离技术在制药废水处理中的创新应用与工艺优化

一、引言

制药工业作为国民经济的重要支柱产业，在为人类健康提供保障的同时，也产生了大量成分复杂、毒性较强的工业废水。制药废水具有有机物浓度高、生物毒性强、难生物降解等特点，传统的生物处理和物化处理技术往往难以达到理想的处理效果[1]。随着环保法规日趋严格和清洁生产理念的深入推广，制药企业面临着前所未有的废水处理压力。化工分离技术凭借其高效、精确的分离能力，为制药废水处理提供了新的技术路径，这些技术能够实现有价值组分的回收利用，同时显著提高废水处理效率，降低后续处理负荷。

二、制药废水特征与化工分离技术基础（一）制药废水污染特征分析

制药废水的污染特征呈现出高度的复杂性和多样性。从组成结构看，废水中通常含有大量的抗生素、激素类化合物、有机溶剂残留以及各种中间体产物，这些物质的分子结构稳定，生物降解性差。废水的化学需氧量往往高达数万毫克每升，同时伴随着较强的生物毒性，对微生物活性产生显著抑制作用[1]。此外，制药废水还具有pH 值波动大、盐分含量高、色度深等特点，使得单一的处理技术难以实现全面达标。

传统的生物处理工艺在面对制药废水时暴露出明显的技术局限性。活性污泥法处理过程中，有毒有害物质会抑制微生物的正常生长代谢，导致处理效率急剧下降。物化处理方法如混凝沉淀、气浮等虽能去除部分污染物，但对溶解性有机物的去除效果有限，且容易产 生大量化学污泥。这些技术瓶颈的存在，迫切需要引入更为先进和高效的分离处理技术。

（二）化工分离技术原理与适用性

化工分离技术基于不同物质间物理化学性质的差异，通过选择性分离实现目标组分的提取或去除。膜分离技术利用膜材料的选择透过性，根据分子大小、电荷性质等特征实现精确分离，具有操作简便、能耗较低的优势[2]。吸附分离技术依托吸附剂与溶质分子间的相互作用力差异，实现选择性吸附，特别适用于低浓度有价值组分的回收。萃取分离技术基于组分在不同相间的分配系数差异，通过相际传质实现分离，对热敏性物质具有良好的适用性。

这些分离技术在制药废水处理中展现出独特的技术优势。相比传统处理方法，化工分离技术能够实现污染物的定向去除和有价值组分的同步回收，显著提高资源利用效率。同时，分离过程不依赖生物活性，避免了有毒物质对处理效果的干扰，具有更强的抗冲击负荷能力。通过合理的工艺设计和技术集成，化工分离技术能够构建适应性强、处理效率高的废水处理系统。

三、化工分离技术创新应用与工艺优化（一）膜分离技术的组合应用与优化

超滤-纳滤-反渗透多级膜分离工艺已成为制药废水深度处理的重要技术路线。超滤膜作为预处理单元，有效截留废水中的悬浮物、胶体物质和大分子有机物，为后续处理创造良好条件[3]。纳滤膜凭借其介于超滤和反渗透之间的分离特性，能够选择性去除二价离子和中等分子量的有机物，同时保留单价盐类，实现精确分离。反渗透膜作为最终处理单元，确保出水水质达到回用标准。这种梯级分离模式不仅提高了整体处理效率，还延长了各级膜组件的使用寿命。

膜生物反应器技术的改进重点集中在膜污染控制和生物活性优化两个方面。通过膜材料表面改性处理，引入亲水性基团或抗污染涂层，显著降低有机物和微生物在膜表面的附着。同时，优化曝气系统设计，采用间歇曝气和错流操作相结合的运行模式，有效减轻膜污染程度。在生物相优化方面，通过投加专用菌剂和调控运行参数，提高系统对难降解有机物的去除能力，实现生物处理与膜分离的协同增效。

（二）吸附与萃取分离技术集成优化

新型吸附材料的开发为制药废水 染物的选择性去除提供了技术支撑。分子印迹聚合物通过模板分子预组装形成特异性识别位点， 吸附能力。改性活性炭通过表面官能团修饰，增强了对极性有机物的吸附亲和 可调节的孔道结构，在重金属离子和有机溶剂回收方面显示出巨大潜力。这些材料的应用不仅提高了吸附效率，还实现了吸附剂的再生利用。

液-液萃取与超临界萃取技术的工艺参数优化是提高分离效率的关键。针对不同类型的制药废水，通过热力学计算和实验验证，确定最佳的萃取 温度和pH 值条件。超临界萃取技术利用超临界流体的独特溶解性质，在温和条件下实现高效分离， 适用于热敏性活性成分的回收。工艺集成方面，将萃取分离与吸附净化相结合，形成萃取-吸附联合工艺，既保证了高价值组分的回收，又确保了废水的深度净化。

（三）蒸馏结晶分离技术的节能改进

多效蒸发系统通过热能的梯级利用，显著降低了蒸馏分离过程的能耗。系统设计中采用热泵技术回收二次蒸汽的潜热，提高热能利用效率。同时， 通过优化效间传热面积和操作压力分布，确保各效间的热量平衡，实现系统的稳定高效运行。在热敏性物料处理方面，采用真空蒸馏技术降低操作温度，避免有机物的热分解，保证产品质量。蒸发浓缩液的进一步处理采用膜蒸馏技术，利用膜两侧的蒸汽压差实现低温分离。

结晶分离工艺的溶剂回收技术是实现资源循环利用的重要环节。通过控制结晶过程的温度、浓度和搅拌强度等参数，优化晶体的粒度分布和纯度。母液中的溶剂通过精馏回收，回收率可达95%以上。减压蒸馏技术的能耗控制主要通过热集成和过程强化实现。采用热泵精馏技术，将塔顶蒸汽压缩后作为塔底再沸器的热源，构成内部热循环，大幅降低外部加热需求。过程强化方面，采用规整填料和高效塔板提高传质效率，减少理论板数需求。

（四）多技术集成的系统优化策略

分离技术组合的工艺设计遵循“因废制宜、梯级利用”的原则，根据废水特性和处理要求构建最优化的技术路线。预处理阶段采用混凝澄清去除悬浮物和胶体，为后续分离创造条件。主体分离过程采用膜分离和萃取分离相结合的模式，膜分离负责大分子物质的截留，萃取分离实现小分子有机物的选择性去除。深度处理采用吸附和高级氧化相结合的技术，确保出水稳定达标。整个系统通过自动化控制实现参数的精确调节和过程的优化运行。

自动化控制系统集成了在线监测、数据分析和智能控制功能。关键控制参数包括膜通量、跨膜压差、萃取效率和吸附穿透点等，通过传感器实时监测并反馈至控制中心。数据分析系统基于历史运行数据和实时监测结果，建立预测模型和优化算法，实现运行参数的动态调整。智能控制模块根据进水水质变化自动调节各处理单元的运行状态，确保系统在最佳工况下运行。资源回收方面，通过物料平衡计算和经济评价，确定最佳的回收目标和技术路线，实现经济效益和环境效益的双重优化。

参考文献：

[1]肖瑶， 温沁雪， 陈志强. 基于载体诱导厌氧污泥颗粒化的制药废水处理技术[J]. 化工环保， 1-7.

[2]程材， 何强斌， 季立亚， 田登盛， 周聿滔， 胡挺挺. 制药废水深度处理技术研究[J]. 化工环保， 1-8.

[3]全光洙. 膜技术在化工制药废水处理中的应用研究[J]. 化纤与纺织技术， 2024， 53 （03）： 62-64.