גישות חדשניות להסרת קונטמינים אורגניים מפסולת ייצור תרופות

ייצור תרופות מייצר זרמי פסולת מורכבים עם contaminants אורגני כי קיים בסביבה ומהווה סיכונים משמעותיים לבריאות האדם ואת מערכות אקולוגיות אקווהרטיות.מזהמים אלה כוללים פותרים שאריות, מרכיבים פרמצבטיים פעילים (APIs), ביניים סינתטיים, וטרנספורמציה על ידי מוצרים. כמו בדיקה רגולטורית בעצימות ותעשיית התרופות מתרחבת ברחבי העולם, צורך יעיל, רחב, בר קיימא טכנולוגיות לא היה מסוגלות יותר לפתח פתרונות פסולת לאחרונה.

המורכבות של קונטמינים אורגניים בפסולת תרופות

סוגים ומקורות של Contaminants

פסולת ייצור תרופות מכיל מגוון רחב של תרכובות אורגניות. קטגוריות נפוצות כוללות:

(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: אִנְלוּ, אֲשֶׁר נָאֶת, אִתְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתְתָּב.
(FLT:0) מרכיבים של תרופות אקטיביות (APIs)FirLT:1) - מולקולות מורכבות המיועדות לפעילות ביולוגית, אשר נותרו יציבים במי שפכים ומתנגדות להידרדרות טבעית.
(FLT:0) מבשרי ביניים ומדכאים 1 (FLT: 1) – לעתים קרובות יותר רעיל מאשר מוצר התרופות הסופי.
(FLT:0) אנטיביוטיקה ותרכובות של אנדוקריני-דיסרופינג'ר (FLT) 1:1 - אשר יכול לקדם התנגדות מיקרוביאלית להפריע לרבייה של חיות בר גם בריכוזי עקבות.
(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ההרכב משתנה באופן נרחב על ידי קו המוצר, גודל אצווה, לוח הזמנים של הייצור, מה שהופך טיפול סטנדרטי קשה.רבים מהתרכובות האלה נמצאים בריכוזים נמוכים (חלקים ל מיליארד) עדיין פעילים ביולוגית, הדורשים יעילות של הסרת יעילות של מעל 99.9% כדי לעמוד בסטנדרטים של שחרור סביבתי.

מדוע טיפול באמנה נופל קצר

טיפול במים בזבזניים מסורתי מבוסס על השפלה ביולוגית (התחילה, ביולוגיים של קרום) ותהליכים פיזיים-כימיים (קואגציה, flocculation, מודעות פחמן מופעל).

(FLT:0) אי-בידוד (Non-biodegradability) 1 (IAP) - רבים נועדו להתנגד להתמוטטות האנזימטית בגוף האדם, כך שהם מתנגדים להתקפות מיקרוביאליות בצמחי טיפול.
(FLT:0) ריכוז לוטו ועוצמה גבוהה של 1) - מערכות ביולוגיות סטנדרטיות ממוטבות עבור עומסים אורגניים גבוהים יותר, ולא יכול ביעילות להסיר את המזהמים.
(ב) ⁇ :0) , Solubility וקוטב 1 (הראשונה ל- 1) - כמה מעצורים ו- API הם מאוד חסרי ערך ועוברים באמצעות פילטר ופרסומות ללא שמירה.
(FLT:0) רעילות היזונות הדינמית של קונסולת 1 - ערבוב של contaminants יכול לעכב פעילות מיקרוביאלית, עוד צמצום ביצועי הטיפול הביולוגי.

מגבלות אלה מחייבות גישות חדשניות שיכולות להתמודד עם המגוון הכימי והיציבות של פסולת התרופות.

הגבלות הטיפול באמנה

מערכות טיפול ביולוגי

לוחות מופעלים ומזכרים ביולוגיים (MBRs) הם מעשי העבודה של טיפול פסולת תעשייתית מים.הם למעשה להסיר חומר אורגני וחנקן, אבל הם לא נועדו לדהוק תרופות סטיות סטיות. מחקרים הראו כי API נפוצים רבים - כגון carbamazepine, diclofenac, ו sametholethoxaloxt - באמצעות טיפול כימי שלילי, 000, 000, 000 משככי כאבים, 000 .

שיטות פיזיות-Chemical

(FLT:0) הפעלת מודעות פחמן מבוזרות (FLT:1) הוא צעד מלוטש נרחב. Granular או אבקת פחמן מופעל פחמן יכול פרסומות או ממזהמים אורגניים רבים, אבל היכולת שלו היא סופית והתחדשות היא אנרגיה-intensive. עבור זרמים גדולים מושעה, העלות של החלפת פחמן וסילוק הופך להיות אסרטיבי.

Oxidation כימי

אוקסידנטים כגון chlorine, כלורמין דו-חמצני, ו- אשלגן permanganate יכולים להפיג כמה contaminants, אבל הם לעתים קרובות לייצר חיטוי על-ידי מוצרים (DBPs) של דאגה רעילה.בנוסף, חמצון עשוי לא להשיג מינרליזציה מלאה, ולהשאיר מוצרים טרנספורמציה כי יכול להיות מזיק יותר מאשר המתחם של ההורה.

טכנולוגיות מתפתחות למען הסרוליזציה יעילה

הגבול של טיפול בפסולת התרופות מוגדר על ידי תהליכים המייצרים מינים תגובתיים מאוד, ניצול הפרדה בגודל ננו, או רתום ביולוגיה בסביבות מונדסות.

תהליכי Oxidation מתקדמים (AOPs)

AOPs לייצר רדיקלים הידרוקסיל (OH) עם פוטנציאל חמצון שנייה רק לפלואורין. רדיקלים אלה מגיבים באופן לא-מחשמל עם מולקולות אורגניות, שוברים אותם לתוך פחמן דו-חמצני, מים, ומושגים לא אורגניים.

(FLT:0) אוזון (O3/H2O2)veFLT) 1 - אוזון בשילוב עם מימן peroxide מאיץ היווצרות רדיקלית.זה יעיל נגד ממשקי API רבים ויכול להיות מיושם בקנה מידה תעשייתי עם אנשי קשר מתאימים. A מחקר על פסולת בית החולים הראה > 90% הסרת תרופות במינונים של 0.5-1.0 גרם O3 / DOC.
(FLT:0)Fenton ו- photo-Fenton ProcesssveFLT:1 - Iron (Fe2+) מקטז את הפירוק של H2O2 לרדיקל רדיקלים.התוספת של אור UV (צילום-Fenton) מגבירה את ההשפלה ומפחיתה את מתקפת הברזל.
(FLT:0) photocatalysis (TiO2/UV)BuildFLT) 1 - חלקיקים דו-חמצני טיטניום דו-חמצני המושעה בזרם הפסולת מייצרים זוגות חור אלקטרוני תחת אור UV, ומייצרים מינים חמצן תגובתיים.
(FLT:0) אוקסידציה אלקטרו-כימית (FLT:1) - שימוש ביהלום דו-דופד (BDD) או חדודות תת-חמצני מעורבות, כורים אלקטרוכימיים ישירות מחמצן את המזהמים על פני השטח אלקטרודה. שיטה זו אינה דורשת תוספת כימית וניתן לטפל בתרכובות השבירה, אך צריכת האנרגיה נותרה דאגה.
(FLT:0) SonolysisFLT:1 - גלים אולטרה סגול ליצור בועות כיווץ כי קריסת עם טמפרטורות מקומיות קיצוניות ולחץ, יצירת רדיקלים. Sonolysis יעיל עבור contaminants אבל אולי לא להיות כלכלי עבור כרכים גדולים.

לכל AOP יש עלויות מסחר, הביקוש לאנרגיה, ויצורי לוואי.מערכות היברידיות המשלבות שני AOPs (למשל, O3/UV / H2O2) לעתים קרובות להשיג שיעורי השפלה גבוהים יותר ושימוש חוזר נמוך יותר.

הפרדה מבוססת-על

טכנולוגיות Membrane מציעות חסמים פיזיים שיכולים לכלול מולקולות אורגניות המבוססות על גודל, מטען או הידרופוביות:

(FLT:0)Nanofiltration (NF)cioF) Reved1) - פורים בטווח של 1-2 nm לאפשר דחייה של תותים רב ערך ומולקולות אורגניות קטנות (משקל מולקולרי 200-1000 Da) NF membranes יכול להסיר ממשקי API רבים ואנטיביוטיקה בעת הפעלת לחץ מתון (5-15 בר).
(FLT:0) דיסמוזוזיס הפוכה (RO)FIRLT:1) - עם פובס פחות מ 1 nm, RO משיגה > 99% דחייה כמעט של כל אורגנים מומסים.עם זאת, צריכת אנרגיה גבוהה (20-30 בר) ומזכר כי הם לעתים קרובות קשיים להישאר.
(FLT:0)Forward Osmosis (FO)FirLT:1) - השתמש הבדל לחץ אוסמוטי ולא לחץ הידראולי.
(FLT:0) מנברן ביופרקטורים (MBR) עם membranesuaFLT:1 - integrating membranes with Biological Treatment מספק הפרדה מוצקה מלאה וזמני שימור מזחלים ארוכים יותר, אשר משפרים את ההשפלה של תרופות מסוימות.Newקרמיקה membranes מתנגדת לטענות וכימיקליות, ומרחיבים את החיים התפעוליים.

Membrane שיבושים - הנגרמת על ידי מודעות אורגניות, ביופוחיות, ומדפי - הוא המחסום העיקרי לאימוץ נרחב.התקדמות בציפוי membrane (למשל, פולימרים זרוטניים, גרף גרף) ופרוטוקולים תקופתיים ניקוי (למשל, שטיפת גב ostic) משפרים את האמינות.

מודעות לשימוש בחומרים חדשים

פחמן פעיל הוא תקן התעשייה במשך עשרות שנים, אבל sorbents חדשים מציעים יכולת גבוהה יותר,סלקטיביות, והתחדשות:

(FLT:0)BiocharveFLT:1 - המיוצר מפסולת חקלאית או יערית באמצעות pyrolysis, ביושר עולה פחות פחמן מופעל ויכול למקם פחמן.כימיה משטח שלה ניתן לתפקוד עם קבוצות חמצן כדי לשפר את המודעות של תרופות הקוטביות.
(FLT:0) מטל-אורגני מסגרות (MOFsenti)FLT:1 - חומרי קריסטל ⁇ עם אזורי משטח גבוהים מאוד (עד 7000 m2 /g) MOFs יכול להיות מותאם למודעות אולב ספציפי contaminants באמצעות גודל pore או עיצוב קבוצתי פונקציונלי.
(FLT:0Graphene oxide (GO) ולהפחית תחמוצת גרפן (rGO)OVAFLT:1 - דו-ממדית עם קבוצות חמצן בשפע אינטראקציה עם תרכובות ארומטיות באמצעות ⁇ - ⁇ - ⁇ וחיבור מימן.
(FLT:0) פולימרים מאוישים (MIPs) FLT:1 - פולימרים סינתטיים עם חללים משלימים למולקולה מטרה (למשל, API ספציפי). MIPs מציעים בחירה גבוהה אבל הם בדרך כלל בשימוש לריכוז או התאוששות ולא טיפול פסולת.

בעוד שסרבנטים חדשים רבים עדיין נמצאים בשלב המעבדה או הפיילוט, טונה שלהם הופכת אותם אטרקטיביים עבור יישומים מיוחדים שבהם פחמן קונבנציונלי נכשל.

המונחים: bioremediation

ביו-רגולציה מתפתחת מעבר לפעימה מופעלת עם מערכות ביולוגיות מונדסות:

(FLT:0) לבן-גזר פטריות (למשל, Phanerochaete chrysosporium)FLT:1 לייצר אנזימים ממותקים (laccases, Manganese peroxidaes) אשר מדגימים ספקטרום רחב של אורגנים של פיגור, כולל APIs וצבעים.
(FLT:0Engineered microbial Conortiaal ConserLT:1) - ביולוגיה סינתטית מאפשרת עיצוב של חיידקים המבטאים אנזים ספציפיים עבור הפחתת API.לדוגמה, זנים של Pseudomonas לשיםidas השתנו כדי dephcetamol ו ibuprofen דרך נתיב to plasmid.
(FLT:0) Enzyme immobilizationFLT:1 ; Laccases, peroxidas, ואנזימים חמצון אחרים יכולים להיות משגשגים על תמיכה (silica, membranes, ננו-חלקיקים מגנטיים) ושימוש חוזר בכורים מתמשכים. Enzymatic פועל בתנאים קלים ומייצר לא רעילים על ידי מוצרים.
(FLT:0) הורתה רטובות (FLT:1) - מערכות המכילות ביו-סרטונים מיקרוביאליים על שורשי הצמח מספקים אפשרות בעלות נמוכה, אנרגיה נמוכה ללחיצת עול הדעת.הם יעילים במיוחד להסרת אנטיביוטיקה וסילוק אנדוקריני באמצעות שילוב של שכנוע, ביומדן ועלייה.

ביו-remediation משופרת משמשת לעתים קרובות כצעד משני או מטרי ברכבת טיפול, ומשלים תהליכים פיזיים וכימיקליים.

מערכות היברידיות ושילוב

שום טכנולוגיה אחת לא יכולה להתמודד עם הספקטרום המלא של תרופות מתכנסות מבחינה כלכלית.גישות מודרניות משלבות תהליכים מרובים בסדרה או בכור יחיד:

AOP + Membrane Bioreactor

לפני ה- MBR מפחית את העומס הרעיל על ביומסה ומשפר את ההסרה הכוללת. לחלופין, MBR יכול לעקוב אחר AOP כצעד מלוטש. ההתקנה בקנה מידה מלא באירופה הוכיחו כי שילובים של O3/H2O2 עם RO להשיג > 99% של 40+ תרופות לייצר מים מתאימים לשימוש חוזר במגדלי קירור.

מודעות + Biodegradation

Biochar או פחמן מופעל הוסיף מערכות סלפט מופעל (למשל, אבקת טיפול פחמן מופעל, PACT) משפר את הסרת תרכובות של Realcitrant.המודעות מתמקדות contaminants, להאריך את הקשר שלהם עם microorganism משפיל.סינרגיה זו יכולה להכפיל את שיעור ההסרה עבור תרכובות כמו sulfamethoxazole ו trimethoprim.

תגית: Antibiotic Production Waste

יצרן של ciprofloxacin להתמודד עם אתגרים עם גבוה COD (ביקוש חמצן כימי) ופעילות אנטיביוטיקה בתועלתו.המערכת ההיברידית המיושמת מעורבים pre Treatmentment photo-Fenton (pH 3, Fe2+ 50 מ"ג / L, H2 500 מ"ג / L, UV) ואחריו מזכר ביולוגי ולבסוף ללטש.

שיקולים כלכליים וקיימות

צריכת אנרגיה ועלויות

בעוד AOPs לעתים קרובות דורשים אנרגיה חשמלית עבור מנורות UV או דור אוזון, ומערכות membrane דורשים משאבות בלחץ גבוה, העלות הכוללת של מערכות היברידית היא ירידה בשל ההתקדמות נורות LED, membranes אנרגיה נמוכה, והחלמה חום. מחזור חיים ניתוח עלות מחזור חיים ניתוח מראה כי עבור צמחי תרופות בינוני עד בינוני עד גדול, שילוב של MBR + RO + UVA יכול להיות תחרותי מערכות פחמן מופעלת במיוחד כאשר הם מופעלת פחמן, במיוחד כאשר הם נמנעים פחמן התחדשות מופעלת של פחמן.

התאוששות ו-Reuse

פרדיגמות מתפתחות מדגישות את ההתאוששות של משאבים מזרמי פסולת. mmbranes ופרסומות סלקטינות יכולות לשחזר פותרים יקרי ערך (למשל, methanol) ו- APIs. Water Reuse מפחית נפחי שחרור ונטל רגולטורי.תעשיית התרופות מאמצת יותר ויותר אפס-שקד-דיסקרטי (ZLD) אסטרטגיות שמתמקדות בפסולת ל מוצקים, מצמצם אחריות סביבתית.

סיקור ו-Outlook Future

סטנדרטים מורכבים

גופי רגולציה ברחבי העולם מתדקים גבולות על שאריות התרופות.המסגרת של האיחוד האירופי מעדנת מספר תרופות כחומרים בעדיפות גבוהה. EPA ארה"ב מפתחת הנחיות יעילות לייצור תרופות, עם דגש על אנטיביוטיקה ושיבושים אנדוקרניים.תקנות אלה ידחפו אימוץ טכנולוגיות טיפול מתקדמות.

מעקב בזמן אמת ובקרה

חיישנים מקוונים עבור ממשקי API ספציפיים (למשל, באמצעות כרומוזומטוגרפיה נוזלית-טאנדום של ספקטרומטריה או בדיקות פלואורסנס) משולבים במערכות טיפול כדי לאפשר ביצוע בזמן אמת של חמצון או התאמה של תנאי הפעלה membrane.תהליך אינטליגנטי זה משפר את יעילות ולהפחית פסולת כימית.

כלכלה מעגלית מתקרבת

התעשייה נעה לקראת תכנון תהליכים הממזערים את ייצור הפסולת במקור, כגון ייצור רציף ומחזורי פתרון. עבור פסולת בלתי נמנעת, המוקד הוא להמיר את contaminants למוצרים שפירים או משאבים הניתנים לשחזור.קדמה במערכות אלקטרוכימיות שמשמשות מימן או הידרוקסיל רדיקלים מפסולת הם פתח אפשרויות חדשות לטיפול באנרגיה חיובי.

מסקנה

פסולת ייצור תרופות מכיל תערובת מסוכנת של contaminants אורגני לאתגר תשתיות טיפול קונבנציונלי. גישות חדשניות - כולל תהליכי חמצון מתקדמים, membranes ביצועים גבוהים, מודעות חדשניות חדשניות, והנדסת ביותרפיה - מציעים פתרונות חזקים המסוגלים לעמוד בסטנדרטים של שחרור מחמירים ומאפשרת שימוש במים.