制药工业的节能减排

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1、第一章制药工业的节能减排制药工业按其产品或生产工艺过程可分为中药制药、化学制药和生物制药。不同药物的生产 工艺及合成路线区别很大，其节能减排的方向和途径也不尽相同。第一节、中药制药的节能减排技术中药制药的原料为天然动植物。由于原材料所含成分复杂，且提取率低而造成大量废液废渣。 其节能减排的重点应在有效成分的提取分离及废弃物的处理上。1.1中药制药节能新技术中草药常规提取分离方法有煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流提取法、水蒸气蒸馏法等。这些 方法存在的明显缺点是：有机溶剂残留、工艺操作复杂、提取时间长、有效成分收率低，萃 取率不高，造成大量的能源消耗。采用新型提取分离技术可有效提高提取收率，减轻废物

2、处 理负担，降低能耗。(1) 超临界萃取技术超临界萃取(Supercritical Fluid Extraction. SCFE)是世界范围内近30年来新兴的萃取工艺， 在提取生物活性物质方面发挥着独特的作用。近年来我国实施中药现代化进程，超临界萃取 技术被列为中药高效提取分离现代化的关键新技术，其开发与产业化成为热点中的热点”。 特别是以非极性的CO2为萃取剂，由于它有不燃、无毒、化学惰性等优点，非常适用于中 药脂溶性有效成分的萃取分离。超临界CO2萃取中药有效成分的产业化打破了我国中药制 备以往以液体溶媒提取的传统工艺技术，避免了由丙酮、石油醚等有机溶剂提取中药脂溶性 成分而造成的有机污染

3、，取而代之的是成本低廉、节能又环保的CO2气体，并且我国自行 研制生产的超临界萃取设备在质量上已达到国际同类设备先进水平，但价格不到同类进口设 备的三分之一。现已推广应用超临界流体萃取银杏有效成分工艺。而注射用薏苡仁油的超临 界萃取则标志着该方法在中药领域开启了产业化应用。(2) 离子交换膜法离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般 在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。以甘露醇为例，甘露醇是一种渗透型利尿药，并可用于脑瘤、脑外伤、脑水肿所致颅压升高， 静滴20%溶液可降低颅内压，也可防治急性水尿症等。传统生产工艺为水重结晶-

4、离子交换 工艺，从海藻浸泡液中提取甘露醇，其结晶浓度在15%以上，而通常海带浸泡水甘露醇的 含量均在2%以下，为此生产中必须进行浓缩，在浓缩过程中则要消耗大量的蒸汽或能源； 在反复离心水洗过程中，也会使甘露醇流失，影响到收率。该工艺流程复杂，劳动强度大， 而且甘露醇的提取率低，耗气量大，生产成本高。要解决降低能耗，提高收率和质量问题， 必须解决好提纯和浓缩两个问题。为了加强对原液的处理和净化，通过膜分离组合技术进行 浓缩，以及工艺中水的循环运用，可解决上述问题。采用膜分离组合技术后，与现有工艺比较具有以下有优点：节省蒸气，降低能耗。由于采 用组合膜分离技术提高了效率，水在闭路循环中得到了充分的

5、利用，节省蒸气，降低能耗。提高了产品收率。提高了产品的质量。减轻了劳动强度，改善了生产环境。1.2中药制药废水减排方向和技术中药制药生产中产生的废水对于不同产品的生产都有其特殊的产生工段，但大多包含洗药、 煮提与制剂等工段。废水主要有洗涤水、药汁流失液、冲洗生产设备废水等。其主要成分为 糖类、甙类、蒽醍、木质素、生物碱、鞣质、蛋白质、淀粉、色素及他们的水解产物和有机 溶剂残留。中药废水的特点是：有机污染物浓度高；悬浮物，尤其是木质素等比重较轻、难于沉淀的有 机物质含量高；色度较高；废水的可生化性较好；多为间歇排放，污水成分复杂，水质水量 变化较大。在进行中药废水的治理时，应根据具体生产工艺、原

6、材料及产品，选择具体的处 理方法。(1) 物化法在中药废水处理中的应用物化法处理中药废水可作为单独的处理工序，又可作生物法的预处理或后处理工序。根据水 质的不同，采用的物理化学法有：混凝法、吸附法、气浮法等。此外还可用反渗透法、吹脱 法、电解法等处理制药废水。这些物化法能去除部分COD，BOD，SS，NH3-N，改善废水 的物理化学性状，常作为生物处理方法的预处理工序。(2) 生物法在中药废水处理中的应用厌氧生物法是中药废水最常用的处理工艺，能够去除有机废水中的大部分污染物。与厌氧生 物法相比，好氧生物法处理有机废水反应周期短，运行操作条件易控制，管理简单。生物接 触氧化对COD有良好的去除效

7、果。(3) 物化一生物法在中药废水处理中的应用以生物法为主体处理工艺，物化法为预处理或后处理工艺的物化一生物法在中药废水治理中 有着广泛的应用。物化一生物法一般按照前处理一厌氧处理一好氧处理一后续处理的途径来 组合。前处理方法应根据废水特点及试验结果而定，以沉淀、絮凝、过滤等方法为主。但从 实践看，化学药品投加量大时，处理成本高且有污泥生成。生物厌氧水解法通常也因为是提 高废水可生物降解性的有效方法而用于废水的预处理。厌氧处理的目的是利用高效厌氧工艺 容积负荷高、COD去除率高、耐冲击负荷的优点，减少稀释水量并且大幅度地削减COD。 优先采用的厌氧工艺是升流式厌氧污泥床反应器UASB和上流式厌

8、氧污泥床过滤器 UASB+AF。好氧处理的目的是保证厌氧出水经处理后达标排放。常用好氧工艺有生物接触 氧化、生物流化床和SBR。这些工艺的优点是污泥不用回流且剩余污泥少，基建投资低且 占地面积少，运行稳定且成本低于其他好氧工艺，SBR还具有适合间歇操作，可以更好地 适应中药废水排放水量的特点。当废水经好氧生物法处理后仍不能达标时，还会在其后布置 后处理工序，一般以砂滤沉淀法为主。废水经过物化一生物法处理，出水水质一般可以达到 制药废水二级排放标准的要求，甚至满足一级排放标准。1.3中药制药废渣减排的方向和技术由于中药制药工业本身的特点，其工艺环节收益不高，往往是几吨、几十吨甚至上百吨的原 材料

9、才制造出1吨成品，因此造成的废渣相当惊人。中药药渣的堆积、填埋，都会对环境造成一定的影响，也会造成资源浪费。目前对中药废渣 处理的主要途径如下：(1) 焚烧处理它是将提取后的药渣装入药渣收集罐，为了达到焚烧炉的焚烧要求，进一步提高焚烧炉的燃 烧效率，节约能源，需要在进行焚烧之前进行烘干，烘干设备可采用如振动烘干机等，可 以将物料的含水率降低30%40%。药渣进行预处理过程之后，再由倾斜式传输带将药渣 传送到焚烧炉进行焚烧。焚烧设备可采用转窑焚烧炉等。焚烧处理可以将药渣作为燃料用于 生产中，降低成本和能源消耗。(2) 堆肥化处理堆肥化处理工艺主要分为无发酵装置和有发酵装置两种。无发酵装置堆肥工艺

10、大多数是自然 风简单式堆肥，由于发酵周期长，无害化程度不高，卫生条件较差，现已很少使用。目前国 家极力推荐的发酵方法是有发酵装置机械化(动态)堆肥，堆肥周期短(37d)，物料混合均匀， 供氧效果好，机械化程度高等特点。它使用滚筒式发酵装置，该装置可以极大地降低占地面 积和发酵周期网。药渣经过预处理过程后，进入一级发酵仓，本方案采用地卧式旋转发酵滚 筒，可有效控制发酵参数，从而调整发酵状态，缩短发酵周期23d，大大提高了发酵效率。 经过一级发酵仓之后进入二级发酵仓，在仓内经数次到仓与空气充分接触，在其他生化条件 的配合下对药渣进行进一步的熟化，时间为3d，经过了堆肥化过程就可以得到绿色农肥成 品

11、。1.4推荐的中药制药减排新技术(1)生物接触氧化-混凝沉淀-过滤工艺在中药废水处理中的应用工艺流程及回用如图1-1所示：图1-1生物接触氧化-混凝沉淀-过滤工艺流程废水排至调节池，调节池挂有硬性纤维填料，底部通入少量空气，使溶解氧不足，由兼性微 生物起氧化作用。由调节池出来的废水打到氧化塔，氧化塔有上下两部分组成，上部分为塔 滤，内装塑料立波填料，下部为接触氧化池。池内有软性纤维填料。底部通足够的空气，废 水经生物氧化，使有机污染得到降解。净化后的废水混合液进入生化沉淀池，加混凝剂FeCl3 调试，调试的重点是接触氧化池内生物膜的培养与驯化。泥水分离后污泥进入污泥干化场， 汇集的污水由集水管

12、流回到调节池，干化后的污泥则外运填埋。再经加氯消毒后，可使系统 出水完全符合冷却用水和冲洗杂用水水质要求，处理水可全部回用。(2) 中药药渣用于生产食用菌中药渣种食用菌的方法是将中药渣趁热倒人干净的塑料袋中，冷却至室温，喷液态菌种，再 进行培养，则可长出食用菌。像夏枯草、益母草等一些草本植物的药材，其药渣主要成分是 纤维素，纤维素经过加工以后，组织结构疏松，能够给食用菌中的酶分解利用，完全可以替 代食用菌栽培过程中像棉籽壳等一些物料进行食用菌的栽培。这样不仅可以解决传统的棉籽 壳栽培料逐渐缺乏的情况，而且其中的营养价值对于食用菌营养价值的提升也有好处。现通 过技术培训和示范种植等形式，中药渣生

13、产食用菌已在国内某些城市如山东省的城阳、胶州 等地进行大面积推广栽培。栽培食用菌后的残渣，因为它经过食用菌的酶分解以后，富含有 植物所必需的氮、磷、钾三种元素，还可以作为优质的天然有机肥料使用。(3) 中药药渣加工成保健饲料在中药药材中有一类治疗消化系统的药材，如黄连、木香、吴茱萸以及保肺滋肾的良药五味 子等，它们被提取后的残渣还留存疗效，能够预防和治疗鱼类的肠胃病、烂鳃病等病症。把 这药渣烘干以后打成粉，并和鱼的饲料拌在一起。药渣和饲料按1： 4的比例拌匀，撒到鱼 塘里，连续喂7d。它的效果和抗生素相当，明显优于敌百虫等化学药品，使500g鱼苗成活 率由原来的60%左右提高到85%以上。一些

14、药渣如：大枣、茯苓、麦冬、桑葚等含有蛋白 质、糖类和淀粉。把这些药渣粉搀到饲料里喂鸡、鸭、猪等畜禽，防治各种疾病的效果也很 好，这样就可以减少或不使用抗生素等化学药品，有利于提高畜禽及鱼类的肉质和营养，避 免食用者二次摄人抗生素等化学药品。第二节、生物制药的节能减排技术2.1生物制药节能新技术传统的提取抗生素的方法，使得抗生素在漫长的提取过程中易变性失活。因此，开发一种新 型节能、不破坏产品结构、污染少而又操作简单迅速的分离提纯技术势在必行。目前在提取 过程中，应用最广泛的是溶媒萃取方法，多采用醋酸丁酯为萃取剂，碳酸氢钠水为反萃取剂。 此工艺存在明显缺点是反复萃取次数多，导致废酸、废水量大。下

15、面几种提取新工艺可较好 的克服传统工艺的弊端。(1) 膜分离技术在抗生素提取中的应用膜分离是一种选择性高、操作简单和能耗低的分离方法，它在分离过程中不需要加入任何别 的化学试剂，无新的污染源。在医药和生物提取方面，膜分离技术已经取代了一些传统的分 离技术，成为一种重要的方法。用于抗生素提取中的膜分离技术主要涉及超滤、纳滤等。 超滤(UF)膜孔径在150nm，能从水溶液中分离相对分子质量大的分子和胶体物质，因此运 用超滤可从药剂中有效去除大分子物质，如蛋白质、病毒、热原、炭黑等。采用超滤进行抗 生素的提取能从根本上解决抗生素萃取过程的乳化问题纳滤作为一种新型的膜分离技术，在制药行业中的应用已受到

16、广泛重视，纳滤膜介于反渗透 膜与超滤膜之间，主要去除直径为纳米级的溶质粒子，它几乎对所有的溶质都有很高的脱除 率。(2) 双水相萃取提取工艺通过溶质在相间的分配稀疏的差异进行萃取的方法即为双水相萃取。双水相技术是一种近年 来发展起来的有希望用于大规模提取和纯化生物活性物质的新型分离技术。目前双水相系统 中最常见的系统是聚乙二醇/葡聚糖(PEG / DEX)系统和PEG /盐系统，该系统也是从双水 相体系从发酵液中直接提取有效成分，工艺简单，收率高，避免了发酵液的过滤预处理和酸 化操作，减少废水废渣的排放量。国内外有关双水相萃取在抗生素领域中的应用，表明它在 含生物小分子发酵液浓缩和分离中的显著的效果，双水相萃取中热力学模型和传质研究是实 现该技术的工程关键问题，其中涉及到抗生素平衡数据的关联和预测以及其在双水相系统 中的传质问题，值得一提的是水溶性产品合成中宜用水水相萃取与合成配