تصفیه پساب های صنعت داروسازی

تصفیه پساب های صنعت داروسازی:

در سال‌های اخیر، ایران با بحرانی روزافزون در زمینه کم‌آبی مواجه شده است؛ بحرانی که ریشه در کاهش چشمگیر بارندگی، مدیریت ناپایدار منابع آب، و رشد سریع جمعیت و صنایع دارد. این بحران، تأثیرات گسترده‌ای بر بخش‌های مختلف به‌ویژه صنعت گذاشته و ضرورت توجه به بهینه‌سازی مصرف آب و تصفیه پساب‌ها را دوچندان کرده است. صنایع دارویی به عنوان یکی از مصرف‌کنندگان قابل توجه آب، به‌ویژه به دلیل استفاده از فرآیندهای شیمیایی متنوع و تولید آلاینده‌های خاص، نیازمند رویکردی دقیق در مدیریت منابع آبی هستند.

در این راستا، سازمان حفاظت محیط زیست ایران توجه بیشتری به صنایع دارای مصرف بالای آب و تولید پساب معطوف کرده است. سیاست‌گذاری‌های اخیر این سازمان بر پایه الزام به استفاده از فناوری‌های نوین تصفیه و بازیافت آب، به‌کارگیری سیستم‌های پایش پساب، و ارزیابی زیست‌محیطی واحدهای صنعتی شکل گرفته‌اند. به‌ویژه در صنایع دارویی، تأکید بر بهره‌گیری از روش‌های نوین تصفیه ترکیبی و کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی، در راستای حفظ منابع آبی کشور و ارتقاء سلامت عمومی، به یکی از اولویت‌های راهبردی سازمان تبدیل شده است.

در این میان، شرکت پویا ژن آزما با بهره‌گیری از تیم تخصصی خود در زمینه طراحی و اجرای سامانه‌های نوین تصفیه، به عنوان یکی از پیشتازان این حوزه شناخته می‌شود و نقش مؤثری در ارتقاء استانداردهای زیست‌محیطی صنایع دارویی کشور ایفا کرده است.

صنعت داروسازی با کارخانه‌هایی مواجه است که محصولات متنوعی را در حجم کم اما با ارزش بالا تولید می‌کنند. این کارخانه‌ها عمدتاً به‌صورت عملیات ناپیوسته (بَچ) فعالیت می‌کنند که در آن پساب‌ها با هم مخلوط شده و تحت تصفیه قرار می‌گیرند. در کنار این‌ موارد، برخی کارخانه‌های اختصاصی نیز وجود دارند که به‌صورت ناپیوسته، نیمه‌ناپیوسته یا پیوسته، داروهای عمده تولید می‌کنند. این کارخانه‌ها از انواع مختلفی از واکنش‌دهنده‌ها، کاتالیزورهای همگن، حلال‌ها، مواد جامد و آب استفاده می‌کنند که همگی در تجهیزات خاصی مدیریت می‌شوند.

در صنعت داروسازی، به‌دلیل چندمرحله‌ای بودن فرآیندها و استفاده گسترده از حلال‌های آلی و آب بسیار خالص، همواره مقدار زیادی پسماند تولید می‌شود. از سوی دیگر، به‌دلیل مقررات سخت‌گیرانه‌ای که در پرونده‌های رسمی دارویی (DMF) و نهادهای نظارتی بین‌المللی وجود دارد، امکان استفاده مجدد از این آب وجود ندارد. همچنین، باقی‌مانده‌های دارویی در آب که از فرآیندهای تولید ناشی می‌شوند، موجب نگرانی‌های زیست‌محیطی شده‌اند؛ زیرا این ترکیبات اغلب سمی و خطرناک‌اند و حذف آن‌ها از منابع آبی بسیار دشوار است.

تصفیه پساب های صنعت داروسازی

صنعت داروسازی به دلیل تنوع زیاد در مواد اولیه و فرآیندهای تولید، فاضلاب‌هایی با ترکیب و حجم متفاوت تولید می‌کند؛ عواملی مانند نوع محصول، فصل، زمان و حتی موقعیت مکانی کارخانه بر ویژگی‌های این فاضلاب‌ها تأثیرگذارند. بنابراین تعیین یک روش تصفیه‌ی یکنواخت برای کل این صنعت دشوار است. با این حال، بر اساس اطلاعات منابع معتبر، شش رویکرد کلی برای تصفیه فاضلاب دارویی وجود دارد که عبارت‌اند از:

1. بازیابی مواد مؤثره دارویی (API) یا داروهایی که ممکن است در آب‌های شست‌وشو و حلال‌ها باقی مانده باشند؛
2. تصفیه فیزیکی – شیمیایی از طریق ته‌نشینی یا شناورسازی؛
3. تصفیه زیستی هوازی یا بی‌هوازی در راکتورهای غشایی یا سیستم‌های هوادهی زیستی؛
4. غیرفعال‌سازی ترکیبات فعال از طریق اکسیداسیون با UV همراه با ازن یا پراکسید هیدروژن؛
5. استریلیزاسیون و حذف آلودگی‌های ناشی از مواد عفونی و زیست‌فعال حاصل از بیوتکنولوژی؛
6. استفاده از فناوری‌های ترکیبی نوین که به‌طور خاص برای صنایع دارویی طراحی شده‌اند.

پساب‌های حاصل از واحدهای تولیدی دارو عمدتاً با روش‌های تصفیه زیستی مورد پردازش قرار می‌گیرند؛ زیرا این روش‌ها قادرند بیشتر مواد زائد را به گاز تبدیل کرده و لجن حاصل از فرآیند نیز معمولاً بدون ضرر قابل دفع است. روش‌های رایج در این حوزه شامل فرآیند لجن فعال، فیلتراسیون قطره‌ای، لجن فعال همراه با پودر کربن فعال و راکتور هیبریدی بی‌هوازی هستند. افزون بر این، فرآیندهای دیگری نظیر اکسیداسیون پیشرفته، فناوری‌های غشایی و روش‌های نوین اکسیداسیون نیز برای تصفیه فاضلاب دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای درک بهتر روش‌های مورد استفاده در تصفیه و دفع انواع مختلف ضایعات تولیدشده در صنعت داروسازی، فرآیندهای تصفیه به چهار گروه تقسیم می‌شوند: فرآیندهای تصفیه زیستی (هوازی و بی‌هوازی)، تصفیه‌های پیشرفته (فناوری غشایی، کربن فعال، تقطیر غشایی)، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (ازن/پراکسید هیدروژن، فننت، فتوکاتالیز، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، پرتو فراصوت، و اکسیداسیون مرطوب با هوا) و فناوری‌های ترکیبی.

فرآیندهای تصفیه زیستی برای تصفیه پساب های صنعت داروسازی:

روش‌های زیستی از دیرباز برای تصفیه فاضلاب‌های دارویی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و شامل دو نوع اصلی یعنی سیستم‌های هوازی و بی‌هوازی هستند. در تصفیه هوازی، باکتری‌هایی مانند Pseudomonas aeruginosa و Bacillus subtilis در حضور اکسیژن فعال شده و ترکیبات آلی را به دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌کنند. این فرآیند در سامانه‌هایی مانند لجن فعال (Activated Sludge – AS) و راکتور زیستی غشایی (Membrane Bioreactor – MBR) انجام می‌شود. در یکی از مطالعات، با استفاده از P. aeruginosa و P. pseudomallei، تخریب مؤثر ترکیبات فنلی بررسی شد که در آن P. aeruginosa عملکرد بالاتری در حذف نیاز اکسیژن شیمیایی (Chemical Oxygen Demand – COD) و نیاز اکسیژن بیوشیمیایی (Biochemical Oxygen Demand – BOD) داشت.

در تصفیه بی‌هوازی، میکروارگانیسم‌هایی مانند Methanosaeta و Methanosarcina بدون نیاز به اکسیژن، ترکیبات آلی را به متان و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کنند. این روش در راکتورهایی نظیر بستر لجن با جریان رو به بالا (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB) و راکتور ناپیوسته اختلاط کامل (Completely Stirred Tank Reactor – CSTR) کاربرد دارد. مزایای این روش شامل مصرف انرژی کمتر، تولید لجن کمتر، و تولید انرژی زیستی (بیوگاز) است.

فرآیند لجن فعال یکی از رایج‌ترین و مقرون ‌به‌ صرفه‌ترین روش‌های تصفیه زیستی فاضلاب دارویی است. در این سیستم، میکروارگانیسم‌های هوازی مواد آلی را تجزیه کرده و آن‌ها را به دی‌اکسید کربن، آب و بیومس تبدیل می‌کنند. عملکرد این فرآیند وابسته به دما، pH، زمان ماند هیدرولیکی (Hydraulic Retention Time – HRT)، و حضور ترکیبات مقاوم یا سمی است.

در نسخه معمولی این فرآیند، HRT بین ۴ تا ۸ ساعت و غلظت لجن معلق (Mixed Liquor Suspended Solids – MLSS) در محدوده ۲ تا ۴ گرم بر لیتر حفظ می‌شود. در حالت هوادهی طولانی‌مدت، HRT به ۲۰ تا ۲۴ ساعت و MLSS از ۶ تا ۸ گرم بر لیتر افزایش می‌یابد تا تجزیه ترکیبات پیچیده تسهیل شود.

افزودن کربن فعال دانه‌ای (Granular Activated Carbon – GAC) به این سیستم، با جذب ترکیبات سمی، راندمان حذف COD و BOD را تا ۱۵٪ افزایش می‌دهد و نقش حامل زیستی برای باکتری‌ها را ایفا می‌کند.

راکتورهای زیستی غشایی (MBR) با ترکیب تصفیه بیولوژیکی و فیلتراسیون غشایی، دارای عملکرد بالا در حذف آلاینده‌ها و کاهش نیاز به ته‌نشینی ثانویه هستند. در این سیستم، با غلظت بالای MLSS (تا ۱۵ گرم بر لیتر)، کیفیت پساب بهبود یافته و ترکیبات مقاوم مانند آنتی‌بیوتیک‌ها و هورمون‌ها نیز تا حد مطلوب حذف می‌شوند. در برخی مطالعات، استفاده از سامانه MBR ترکیبی با لجن فعال متداول (Conventional Activated Sludge – CAS) منجر به حذف بیش از ۹۰٪ COD و ۹۸٪ مواد معلق کل (Total Suspended Solids – TSS) شده است.

با وجود عملکرد مطلوب MBR در حذف داروهایی مانند استامینوفن و کتورولاک، برخی ترکیبات مقاوم مانند ونلافاکسین، سولفامتاکسازول و روکسیترومایسین در این سیستم‌ها به‌خوبی حذف نمی‌شوند. عامل اصلی حذف در این سامانه‌ها تجزیه زیستی است و نقش نفوذپذیری غشاء محدود است.

برای حذف انتخابی ترکیبات پایدارتر، استفاده از پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی (Molecularly Imprinted Polymers – MIPs) پیشنهاد می‌شود. این مواد سنتزی هوشمند، با طراحی اختصاصی بر اساس ساختار آلاینده‌ها، توانایی جذب هدفمند ترکیباتی مانند تتراسایکلین، اکسی‌تتراسایکلین و کلرتتراسایکلین را دارند. مزایای آن‌ها شامل گزینش‌پذیری بالا، پایداری شیمیایی و قابلیت استفاده مجدد است. با این حال، هزینه ساخت اولیه و محدودیت در مقیاس‌پذیری از چالش‌های آن محسوب می‌شود.

در بخش تصفیه بی‌هوازی، راکتورهایی مانند CSTR، بستر سیال (Fluidized Bed Reactors)، و UASB به کار می‌روند. اخیراً، راکتورهای ترکیبی با ترکیب رشد معلق (Suspended Growth) و چسبیده (Attached Growth) توسعه یافته‌اند که موجب بهبود راندمان و پایداری سیستم می‌شود. در یک مطالعه، راکتور بی‌هوازی با بازیافت لجن (Upflow Sludge Anaerobic Reactor – USAR) توانست ۷۵٪ COD و بیش از ۹۵٪ آنتی‌بیوتیک تی‌لوسین را حذف کند.

در نمونه‌ای دیگر، راکتور غشایی بی‌هوازی ترکیبی (Anaerobic Membrane Combined Bioreactor – AMCBR) توانست بیش از ۹۵٪ اکسی‌تتراسایکلین را حذف کند. اما ترکیباتی مانند کولیستین سولفات و کیتاسامایسین به خوبی حذف نشدند و نیاز به روش‌های تکمیلی وجود دارد.

برای افزایش راندمان، فناوری‌های پیشرفته مانند نانوفیلتراسیون (Nanofiltration – NF)، اسمز معکوس (Reverse Osmosis – RO)، اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation Processes – AOPs) و جذب سطحی با کربن فعال (PAC یا GAC) به‌عنوان مرحله مکمل استفاده می‌شوند.

در نهایت، انتخاب هر یک از این فناوری‌ها باید بر اساس نوع، غلظت، سمیت و ویژگی‌های فاضلاب دارویی انجام گیرد. کنترل دقیق پارامترهایی چون دما (۲۰–۳۰ درجه سانتی‌گراد)، pH(5/6–۸)، HRT و نسبت لجن برگشتی برای حفظ تعادل اکولوژیکی و دستیابی به راندمان مطلوب ضروری است.

فرایندهای پیشرفته تصفیه (AOPs)

بسیاری از داروها به دلیل زیست‌تخریب‌پذیری پایین، با روش‌های تصفیه متداول به‌طور کامل حذف نمی‌شوند. بنابراین، پساب‌های تصفیه‌شده همچنان ممکن است حاوی آلاینده‌های میکروبی باشند که ورود آن‌ها به منابع آبی می‌تواند اثرات سمی جدی بر موجودات زنده محیط‌زیست داشته باشد. به همین دلیل، استفاده از فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation Processes – AOPs) به‌عنوان روشی مؤثر برای اکسیداسیون ترکیبات مقاوم پیشنهاد شده است.

AOPها بر پایه تولید گونه‌های فعال و واکنش‌پذیر بالا مانند رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) عمل می‌کنند و هدف آن‌ها نابودی یا تبدیل ترکیبات پیچیده آلی به مواد ساده‌تر یا قابل‌تجزیه زیستی است. این روش‌ها شامل فتوکاتالیز ناهمگن و همگن، پرتو فرابنفش (UV)، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، فرایند فنتون و فوتوفنتون، اکسیداسیون با هوای مرطوب، اولتراسوند و مایکروویو هستند.

1. ازن/پراکسید هیدروژن (O₃/H₂O₂)

ازن یک اکسیدکننده قوی است که در آب تجزیه شده و رادیکال‌های هیدروکسیل تولید می‌کند. این رادیکال‌ها از خود ازن نیز واکنش‌پذیرتر هستند. ازن می‌تواند به‌صورت مستقیم از طریق حمله الکترون‌دوستی یا به‌صورت غیرمستقیم از طریق تولید •OH عمل کند. از این روش برای حذف ترکیبات مقاوم مانند تولوئن، فنول‌ها، نیتروفنول‌ها و سایر آلاینده‌های مقاوم در فاضلاب دارویی استفاده شده است. ترکیب ازن با H₂O₂ کارایی بالاتری نسبت به استفاده تکی دارد و مطالعات نشان داده‌اند که این ترکیب تا ۷۶٪ بازده حذف COD را افزایش می‌دهد. همچنین ترکیب با فوتوکاتالیز (مثلاً UV/TiO₂/H₂O₂) نیز مؤثر گزارش شده است.

2. فرایند فنتون

فرایند فنتون شامل واکنش H₂O₂ با یون‌های آهن دو و سه ظرفیتی است که طی آن رادیکال‌های هیدروکسیل تولید می‌شوند. این واکنش باعث تجزیه ترکیبات آلی پایدار و کاهش سمیت آن‌ها می‌شود. این روش به‌ویژه برای پیش‌تصفیه پساب‌های دارویی مناسب است، به‌طوری که آن‌ها را به مواد زیست‌تخریب‌پذیرتر تبدیل می‌کند و در نتیجه، راندمان تصفیه زیستی نهایی افزایش می‌یابد. در یک مطالعه، بیش از ۹۵٪ حذف COD در پساب حاوی کلرامفنیکل و پاراستامول گزارش شد. ترکیب فرایند فنتون با UV نیز موجب حذف کامل پنی‌سیلین در کمتر از ۴۰ دقیقه شده است. البته، تولید لجن حاوی آهن زیاد و وابستگی به pH (مناسب حدود ۳–۴) از معایب این روش هستند.

3. فوتوکاتالیز (Photocatalysis)

در فوتوکاتالیز، با استفاده از کاتالیزورهایی مانند TiO₂، واکنش‌های نوری سرعت می‌گیرند. این روش به‌ویژه برای فاضلاب‌هایی با COD بالا و آلاینده‌های مقاوم مناسب است. TiO₂ رایج‌ترین کاتالیزور مورد استفاده در این فرایند است، اما در برخی موارد ZnO₂ نیز فعالیت بالاتری نشان داده است. ترکیب فوتوکاتالیز با ازن یا H₂O₂ نیز کارایی تصفیه را افزایش می‌دهد. در یک مطالعه استفاده از TiO₂ همراه با RuO₂-IrO₂ به عنوان آند نیز توانسته است COD را تا ۹۵٪ کاهش دهد. از نظر اقتصادی، استفاده از نور خورشید به‌جای منابع مصنوعی UV مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مثبتی به همراه داشته است. مصرف انرژی این فرایند حدود 17 کیلووات ساعت به ازای هر کیلوگرم COD حذف‌شده گزارش شده است.

4. اکسیداسیون الکتروشیمیایی

در این روش، رادیکال‌های هیدروکسیل در محلول تولید شده و به‌صورت غیرانتخابی با ترکیبات آلی واکنش می‌دهند. آندهای الماس آلاییده شده با بور (Boron-Doped Diamond – BDD) به دلیل پایداری بالا و راندمان زیاد، بسیار مؤثر هستند. در مطالعات مختلف، حذف بیش از ۹۷٪ TOC در فاضلاب حاوی پاراستامول و دیکلوفناک گزارش شده است. راندمان فرایند با افزایش دوپینگ بور و کاهش ضخامت الکترود افزایش می‌یابد. ترکیب این روش با فنتون (الکتروفنتون) منجر به تولید مؤثرتر •OH شده و سمیت پساب نهایی را کاهش می‌دهد.

5. پرتودهی فراصوتی (Ultrasound Irradiation)

در این روش جدید، امواج فراصوت با فرکانس‌های خاص (مثلاً ۲۵ کیلوهرتز) باعث ایجاد پدیده کاویتاسیون شده و درون میکروحفره‌ها رادیکال‌هایی مانند •OH آزاد می‌شوند. این فرایند قادر است COD را تا ۸۰–۹۰٪ در مدت ۴۰–۶۰ دقیقه کاهش دهد. کاربرد این روش در حذف ترکیبات استروژنی و دو فازی با حلالیت پایین مناسب گزارش شده است. همچنین، ترکیب آن با تصفیه زیستی و UV نتایج بسیار خوبی داشته است؛ برای مثال، ترکیبی از این روش‌ها توانسته بیش از ۹۸٪ کاربامازپین، دیکلوفناک، و بیش از ۹۰٪ کلوفیبریک اسید را حذف کند.

پساب‌های صنعتی توسط واحد تحقیقات شرکت پویا ژن آزما مورد تحلیل و شناسایی دقیق قرار می‌گیرند و سپس با بهره‌گیری از مجموعه‌ای از روش‌های پیشرفته نظیر اکسیداسیون پیشرفته، فنتون، فوتوکاتالیز، ازن‌زنی و سایر تکنیک‌های نوین، ترکیبات پیچیده موجود در پساب‌ها به مولکول‌های ساده‌تر شکسته می‌شوند. در ادامه، جریان تصفیه‌شده از بیوفیلتری عبور داده می‌شود که حاوی میکروارگانیسم‌های تجزیه‌کننده‌ای است که به‌صورت اختصاصی برای همان نوع پساب بر روی بستر مناسب تثبیت شده‌اند؛ این فرآیند موجب افزایش چشمگیر راندمان تصفیه و کاهش بار آلودگی زیست‌محیطی می‌شود.

برای مقاهده پروژه های انجام شده بر روی این قسمت کلیلک کنید.