制药污泥分析与处置现状

1 引言

制药工业是国民健康的重要保障，同时也是典型的高能耗、高污染产业。在生产抗生素、化学合成药、生物制剂等过程中，大量废水需经复杂处理（混凝、沉淀、生化处理等），由此产生大量副产物——制药污泥。据估算，我国每年产生含水率约 80% 的制药污泥数百万吨，且呈持续增长趋势。制药污泥成分极其复杂，被列入《国家危险废物名录》，含高浓度有机质、氮磷营养物、有毒残留药物（抗生素、激素等）、重金属（如 Cu、Zn）、致病微生物及 ARGs，环境与健康风险巨大。传统的填埋占用土地且存在渗滤液污染地下水风险；焚烧虽可减容减量，但能耗高、易产生二噁英等剧毒烟气，飞灰仍需安全处置。随着“绿水青山就是金山银山”理念的深入、“无废城市”建设的推进以及“双碳”目标的提出，探索制药污泥的安全处置与高效资源化利用途径，已成为环境工程、制药工程和循环经济交叉领域的研究热点与迫切需求。本文旨在系统梳理制药污泥的污染现状、特性与处理困境，聚焦资源化利用前沿技术，分析瓶颈挑战，并展望未来发展方向，为行业绿色转型与政策制定提供参考。

2 制药污泥概述：来源、特性与环境风险

2.1 主要来源与分类

化学合成制药污泥：来自原料药合成反应后处理、溶剂回收、废水处理（混凝沉淀污泥、生化剩余污泥）。常含未反应原料、中间体、有机溶剂、重金属催化剂（如 Pd/C, Cu 盐）。

发酵类制药污泥（抗生素为主）：主要来自发酵液过滤残渣（菌丝体）、提取废液处理污泥、生化处理剩余污泥。富含菌体蛋白、残留抗生素效价、发酵培养基成分（有机氮磷）。

生物制品 / 制剂类污泥：相对较少，主要来自设备清洗、纯水制备废水和少量废水处理污泥，污染物浓度相对较低但成分复杂（如佐剂、表面活性剂）。

混合污泥：大型制药园区污水集中处理厂产生的污泥，来源复杂，污染物具有叠加效应。

2.2 核心特性具有高含水率与脱水困难、高有机质含量、复杂污染组分、重金属、抗生素耐药基因（ARGs）与环境耐药菌（ARB）、高盐分、病原微生物、物化性质多变等特征。

2.3 环境与健康风险

污染扩散风险：不当堆放或填埋易导致重金属、药物残留渗滤污染土壤和地下水；降雨冲刷造成地表径流污染；自然风干产生含病原菌和ARGs 的气溶胶。

耐药性传播风险：ARGs 可通过土壤- 植物系统迁移、水体扩散、气溶胶吸入等途径进入生态链，加速耐药性传播。

生态毒性：残留药物（尤其抗生素、内分泌干扰物）、重金属对土壤微生物、水生生物（鱼类、藻类）甚至植物生长表现出急性或慢性毒性，破坏生态平衡。

人体健康威胁：直接接触暴露（工人）、食用受污染农作物 / 水产品、饮用水污染或吸入污染尘埃等途径，可能对人体造成过敏反应、慢性中毒、干扰内分泌系统，并增加感染耐药菌的风险。

3 制药污泥处理处置现状与困境

3.1 主流处理处置方式

填埋（占比仍高）：技术简单、成本相对较低（但危废填埋费昂贵），是许多企业的“兜底”选择。然而，占用宝贵土地资源，存在长期渗滤液污染风险，且未实现资源回收。新建危废填埋场选址极度困难。

焚烧（逐步增加）：可实现显著减量化（>90%）和彻底无害化（高温破坏有机物、病原体）。主流技术包括流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉。但面临严峻挑战：高能耗与高成本：需大量辅助燃料（因污泥热值波动），烟气处理（除尘、脱酸、脱硝、二噁英控制）系统复杂昂贵，飞灰作为危废处置成本高昂。

协同处置（水泥窑 / 电厂）：利用现有工业窑炉高温环境处置污泥。具有一定优势（处置效率高、利用现有设施），但存在争议，污染物迁移与二次排放风险：重金属可能进入水泥产品或烟气（需严格烟气净化）；残留的药物组分在高温下的分解产物及对水泥质量的影响研究不足。

3.2 面临的关键困境

“污染物复杂性”与“彻底无害化”的矛盾：多种类、高浓度、活性污染物（尤其是药物、ARGs）共存，单一技术难以彻底去除所有风险。焚烧虽能破坏大部分有机物，但对重金属无效且产生飞灰问题；生物处理对药物残留降解效率低。

处理成本高企：无论是合规填埋、高标准焚烧还是复杂的无害化预处理，都导致企业负担沉重（危废处置费常达数千元/ 吨）。

资源严重浪费：填埋和焚烧未利用污泥中蕴含的有机质能量、氮磷钾营养元素、硅铝等无机物资源。

4 制药污泥资源化利用技术研究进展

资源化利用的核心目标是在确保环境安全前提下，最大限度回收利用污泥中的能源与物质资源。

4.1 能源化利用热化学转化：

热解（Pyrolysis）：在缺氧 / 惰性气氛下加热（ 300-800^∘ C），将有机物转化为生物炭、热解油和可燃气。这是当前最具前景的技术之一。

优势：有效固定重金属（富集于生物炭中，降低其迁移性），高温破坏有机污染物（药物、病原体、ARGs），产物可利用（生物炭作土壤改良剂/ 吸附剂；热解油可提炼或作为燃料；可燃气供热/ 发电）。富碳生物炭具有固碳潜力。

挑战：能耗控制；热解油成分复杂（含氧含氮化合物多），品质不高，高值化利用难；生物炭中重金属长期稳定性与安全性需长期监测；针对药物残留和ARGs 的深度去除效率需强化（可通过催化剂、优化温度/ 停留时间提升）。

厌氧消化（Anaerobic Digestion, AD）：

微生物在厌氧条件下分解有机物产生沼气（ CH₄. 、 C0₂ 混合气）。优势潜在：回收清洁能源（沼气），实现有机质稳定化和一定减量化，消化后沼渣理论上可农用。

制药污泥应用的严峻挑战：

抑制效应：残留抗生素（尤其广谱抗生素如四环素类、大环内酯类）对产甲烷菌具有显著抑制甚至杀灭作用，导致产气效率低下甚至失败。

ARGs 增殖风险：厌氧环境可能促进特定耐药菌（如厌氧菌）的存活和ARGs的水平转移（HGT），反而增加消化后沼渣中的ARGs 丰度。

盐分抑制：高盐分影响微生物活性。

对策研究：采用高级氧化（臭氧、Fenton）或热水解等预处理工艺降解抗生素、破解细胞壁；与低抑制性污泥（市政污泥、餐厨垃圾）共消化稀释抑制物；筛选耐受菌株；优化工艺参数（温度- 中温/ 高温、pH、停留时间）。

4.2 制药污泥应用的关键问题：

污染物残留风险：常规堆肥过程难以完全降解药物残留（尤其是疏水性强、抗降解药物），重金属被钝化但总量未减少。ARGs 在高温期可能被抑制但降温期可能反弹。

产品安全性疑虑：含药物残留和 ARGs 的堆肥施用于农田，存在污染物进入食物链和扩散耐药性的风险。

改进方向：强化预处理（化学氧化、生物强化剂）；延长堆肥周期并优化通风控制；严格限制制药污泥在堆肥原料中的比例（需非常低）；对最终堆肥产品进行药物残留、重金属、病原菌、ARGs 的严格检测与安全评估。目前制药污泥直接大规模农用堆肥风险过高，需极度谨慎。

4.3 材料化利用

致力于将污泥中的无机/ 有机组分转化为具有特定功能的新材料。

污泥基活性炭：制药污泥（尤其富含碳的生化污泥）经物理（水蒸气、C0₂ ）或化学（KOH, ZnCl₂ ）活化制备活性炭，用于废水处理（吸附染料、重金属、有机物）。性能接近或优于商业炭，是一条高值化路径。关键在于优化活化工艺提升比表面积和孔隙率，并确保吸附后材料的再生或安全处置。

改性生物炭 / 污泥炭：对热解炭进行酸洗、负载金属氧化物等改性，提升其对特定污染物（如磷酸盐、重金属、抗生素本身）的选择性吸附能力。

作为催化剂或催化剂载体：利用污泥中的金属成分（Fe, Cu, Zn, Al）或炭基材料，制备如多相 Fenton 催化剂、过硫酸盐活化剂、光催化剂等，用于降解废水中有机污染物（包括其他废水中的药物）。实现“以废治废”。

建材利用：制陶粒/ 轻骨料、制水泥/ 砖块掺合料。

5 未来发展展望与建议

推动制药污泥资源化利用健康发展，需多方合力，多维度突破。

强化源头减量与过程优化；推广绿色制药工艺，减少污染物产生；优化废水处理工艺，提高处理效率，减少污泥产量（如采用 MBR 减少剩余污泥）；加强厂内污泥分类收集管理（如高浓度废液污泥、生化污泥分开），利于后续定向资源化。

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培育基金项目：制药污泥低碳资源化利用技术集成研究 ( 课题号 :2023XJZX11)