16:37 В случае сточных вод фармацевтического производства объемом в несколько десятков кубических метров в сутки биологическая система на основе технологии MBBR зачастую позволяет соблюдать предельно допустимые показатели сброса при меньших затратах и меньшей нагрузке на персонал по сравнению с полноценной мембранной установкой. Система MBR оправдывает себя в случаях, когда предельно допустимые показатели сброса очень жесткие, площадь размещения ограничена или вода подлежит повторному использованию.
Очистка сточных вод фармацевтической промышленности: руководство по выбору технологического процесса
Фармацевтические предприятия не производят однотипные сточные воды. Предприятие, на котором осуществляются синтез, ферментация, изготовление препаратов и упаковка, генерирует потоки сточных вод, практически не имеющие между собой ничего общего, и то, будут ли они разделены или объединены перед очисткой, влияет на выбор технологического процесса в большей степени, чем выбор любого оборудования.
Сточные воды синтеза содержат растворители, характеризуются высоким показателем ХПК и зачастую высокой соленостью. Отходы ферментационных бульонов содержат значительную, но в основном биоразлагаемую органическую нагрузку. В результате разработки рецептур и промывки оборудования образуются сточные воды умеренной концентрации, содержащие активные фармацевтические ингредиенты в низких концентрациях, и именно этот поток привлекает внимание регулирующих органов. По сравнению с ними слив из инженерных сетей и бытовые сточные воды с того же объекта являются обычными, и их объединение с технологическими стоками в основном разбавляет проблему, одновременно увеличивая размеры завода.
Четыре характеристики, характерные для всех фармацевтических предприятий, определяют критерии сравнения, которые будут использоваться в дальнейшей части данного руководства:
Именно эти четыре фактора являются причиной того, что страницы сравнения поставщиков, на которых MBBR и MBR оцениваются по общим критериям, дают непригодные для фармацевтического объекта результаты. Решающими критериями являются изменчивость нагрузки, риск ингибирования и строгость требований к качеству сбрасываемых стоков.
MBBR (реактор с подвижным слоем биопленки). Биомасса растет в виде биопленки на пластиковых носителях, которые удерживаются в взвешенном состоянии за счет аэрации. Поскольку биомасса прикреплена, а не находится во взвешенном состоянии, она не вымывается при скачках расхода, и реактор восстанавливается после появления ингибирующего импульса быстрее, чем система с взвешенным ростом. Отделение твердых частиц все же происходит впоследствии, обычно путем осаждения или с помощью простого фильтра, и содержание взвешенных твердых частиц в стоках зависит от эффективности этого отделения.
МБР (мембранный биореактор). Взвешенная биомасса с погружёнными мембранами, заменяющими отстойник. Барьер удерживает всю биомассу в реакторе независимо от её осадочных свойств, что позволяет достичь гораздо более высокой концентрации биомассы и обеспечить длительный срок выдержки осадка в небольшом резервуаре. Содержание взвешенных твердых частиц в стоках определяется мембраной, а не осадочными свойствами.
Гибридная система: MBBR перед MBR. На первом этапе фильтрующие элементы поглощают ударную нагрузку и удерживают фракцию, подлежащую удалению, защищая тем самым взвешенную биомассу, находящуюся в мембранном резервуаре, расположенном за ними. Чем больше оборудования, тем больше точек контроля и тем выше отказоустойчивость.
Стоит упомянуть и четвертый вариант, поскольку он зачастую оказывается оптимальным, но редко фигурирует на страницах сравнения: выделение наиболее проблемного потока и его отдельная переработка или вывоз за пределы площадки, при этом для остальной основной части используется более простая установка. На объекте, где одна производственная линия создаёт основные сложности при незначительной доле в общем объёме, такой подход зачастую обходится дешевле, чем строительство установки, способной обрабатывать совокупный наихудший сценарий.
| Размер | Система на основе технологии MBBR | Система MBR | Гибридная система MBBR + MBR |
| Внешнее содержание взвешенных твердых частиц | Зависит от последующей сепарации | Устанавливается мембранным барьером | Устанавливается мембранным барьером |
| Толерантность ингибирующих слизней | Высокий уровень, биопленка восстанавливается | Нижняя, подвешенная биомасса обнажается | На самом верхнем уровне буферы переносчиков обеспечивают работу мембранного этапа |
| Устойчивость к гидравлическим ударам | Уровень высокий, биомасса остается на прежнем уровне | Уровень высокий, биомасса остается на прежнем уровне | Высокий |
| Площадь занимаемой территории | Компактный, превосходящий MBR по размерам при одинаковой нагрузке | Самый маленький | Больше, чем каждая из них по отдельности |
| Достижимый срок выдержки осадка | Умеренный | Длинный, не связанный с потоком | Длинный |
| Удаление медленно разлагающихся соединений | Умеренный | Лучше, когда время выдержки осадка длительное | Лучше |
| Требуется опыт работы оператора | Нижняя, без мембраны | Выше: мониторинг TMP, CIP, мер по предотвращению загрязнения | Самый высокий |
| Расходные материалы | Как минимум, носители отличаются длительным сроком службы | Замена мембраны и химикаты для CIP | И то, и другое |
| Энергия аэрации | Только технологический воздух | Технологический воздух плюс воздух для непрерывной промывки | Самый высокий из трёх |
| Пригодность в качестве источника вторичного сырья | Требует дальнейшего лечения | Прямая подача на систему обратного осмоса | Прямая подача на систему обратного осмоса |
| Реакция в случае ужесточения ограничений в будущем | Возможно, потребуется капитальный ремонт | Запас по высоте уже имеется | Запас по высоте уже имеется |
| Стоимость капитала при малом расходе | Самый низкий | Выше | Самый высокий |
По сравнению со страницами, посвящёнными сравнению технологий общего назначения, которые доминируют в результатах поиска по этой теме, на фармацевтическом сайте наибольшее значение обычно имеет не качество сточных вод, а устойчивость к ингибированию, поскольку установка, которая в благоприятную неделю соответствует установленным пределам, но выходит из строя при проведении очистных работ, не может считаться соответствующей нормативным требованиям.
В отрасли принято по умолчанию прибегать к MBR всякий раз, когда сточные воды представляются сложными. В случае небольших фармацевтических стоков такой подход по умолчанию зачастую оказывается ошибочным, и стоит уточнить, в каких именно случаях.
Система на основе технологии MBBR является более предпочтительным коммерческим решением, если выполняются несколько из следующих условий:
Измените условия — и ответ изменится вместе с ними. Если сброс с объекта осуществляется в водоток в соответствии с жесткими нормами, если на объекте нет свободного места или если требуется рециркуляция воды, то именно технология MBR позволяет решить эту задачу, в то время как одна только технология MBBR этого не обеспечит.
Итак, честный вариант сравнения: технология MBR обеспечивает более высокое качество воды, но ее эксплуатация обходится дороже; технология MBBR обеспечивает воду, пригодную для многих фармацевтических целей, и ее эксплуатация обходится дешевле. Решение определяется нормами сброса, указанными в разрешении, а не тем, какая из технологий является более передовой.
Очистка сточных вод фармацевтической промышленности: руководство по выбору технологического процесса
Даже если оценка указывает на использование мембранной биологической очистки (MBR), небольшие объемы сточных вод из фармацевтической отрасли поднимают вопрос о размерах, на который рекомендации для муниципальных очистных сооружений не дают четкого ответа: степень детализации модулей. Установке, очищающей десятки кубических метров в сутки, требуется площадь мембран, которая находится между стандартными размерами кассет, и выбор неверной степени детализации приводит к тому, что оператору либо не хватает площади, либо приходится платить за мощности, которые никогда не задействуются.
«Баноттс» MBR с полыми волокнами Диапазон приводится в зависимости от эффективной площади мембраны:
| Модель | Эффективная площадь мембраны | Опубликованное позиционирование |
| MBRIII3C | 3 м² | Компактные системы очистки сточных вод |
| MBRIII10C | 10 м² | Очистка сточных вод, стабильные характеристики фильтрации |
| MBI120C | 20 м² | Системы очистки сточных вод, стабильная эффективность фильтрации |
Трехступенчатая линейка полезна при небольших масштабах именно потому, что позволяет собирать площадь с высокой степенью детализации, а не крупными кассетными блоками. Поток, требующий умеренной общей площади, можно построить из комбинации, соответствующей нагрузке и оставляющей заложенный путь для расширения, что имеет значение на объекте, где добавление производственной линии изменит нагрузку через два года.
Один лишь показатель площади не определяет размер установки. Следующие сведения не указаны на страницах с описанием продукции, и их необходимо запрашивать в письменной форме до оформления заказа:
| Параметр запроса | Почему это необходимо для фармацевтического сайта |
| Материал мембраны и номинальный размер пор | Определяет риск отбраковки и совместимость с остаточными количествами растворителей и химикатами для CIP |
| Расчетный расход при заданной концентрации взвешенных твердых частиц (MLSS) и температуре | Преобразует расход в общую площадь мембран и количество модулей |
| Рабочий диапазон TMP и порог срабатывания сигнализации | Наборы, определяющие режим работы насоса и порог загрязнения |
| Скорость аэрации с промывкой на один модуль | Основная статья операционных расходов, которая зачастую становится решающим фактором при сравнении с технологией MBBR |
| Размеры модуля и необходимая глубина резервуара | Определяет, подходит ли данный модуль для компактного резервуара в корпусе |
| Типы химических веществ, используемых в процессе CIP, их концентрации и периодичность применения | Определяет нагрузку на оператора, что является основным аргументом против использования MBR в таких масштабах |
| Химическая совместимость с остатками дезинфицирующих средств | Чистящие средства, используемые при промывке производственного оборудования, могут попасть на мембрану |
| Предполагаемый срок службы мембраны при данной нагрузке и сроки поставки запасных частей | Необходимо для любого объективного сравнения затрат на весь жизненный цикл |
Компания Banott также производит модули MBR с плоскими пластинами из PVDF с ПЭТ-подложкой, с направлением волокон «снаружи внутрь», в компактных, интегрированных и стандартных конфигурациях. На небольших предприятиях с ограниченным штатом технического персонала упрощенный ручной осмотр плоских листов стоит учесть при сравнении, а не по умолчанию отдавать предпочтение полым волокнам.
Большинство случаев неудовлетворительной работы очистных сооружений для фармацевтических сточных вод обусловлено тремя типами неисправностей, и ни одна из них не связана с мембранами.
В ходе кампании по очистке уничтожаются микроорганизмы.
При проведении операций очистки на месте (CIP) в производственном процессе дезинфицирующие средства и щелочь подаются в виде концентрированных импульсных потоков. Попадая в биореактор в неразбавленном виде, они подавляют или уничтожают биомассу, а восстановление занимает недели, в течение которых предприятие не соответствует нормативным требованиям. Решение проблемы лежит на этапе, предшествующем биореактору: необходимо установить уравнительный резервуар, рассчитанный на максимальный объём однократного сброса при CIP, и организовать режим дозирования, при котором жидкость постепенно подаётся в реактор, а не сбрасывается целиком. Размеры этого резервуара чаще всего задаются слишком малыми по сравнению с другими элементами системы.
Предполагается, что растворители поддаются очистке.
Некоторые из них поддаются очистке. Другие улетучиваются в аэрационном резервуаре и становятся проблемой выбросов в атмосферу, а не проблемой загрязнения воды, а третьи вообще не поддаются биологической очистке. Решить этот вопрос позволяет испытание на очищаемость, проведенное на реальных сточных водах, а не гипотетические предположения, основанные на химическом составе продукта и взятые из литературы.
Завод рассчитан на текущий ассортимент продукции.
Изменения в фармацевтическом производстве. Завод, рассчитанный на производство текущей продукции, может оказаться совершенно не приспособленным к производству нового активного фармацевтического ингредиента (АФИ), который появится через два года. Заложить в проект задокументированный запас мощности и знать, какой параметр его ограничивает, обходится дешевле, чем перестраивать завод заново.
Отдельно стоит отметить один крайний случай: предприятия, занимающиеся производством антибиотиков, сталкиваются с растущим вниманием со стороны регулирующих органов к проблеме антимикробной резистентности в сточных водах, что является вопросом, отличным от соблюдения норм по ХПК, и может повлечь за собой требования, которые не могут быть удовлетворены ни с помощью технологии MBBR, ни с помощью технологии MBR в отдельности. Если в ассортименте продукции присутствуют антибиотики, следует проверить, какие требования, вероятно, будут предъявляться в разрешении на протяжении всего срока эксплуатации установки, а не только те, которые действуют в настоящее время.
Очистка сточных вод фармацевтической промышленности: руководство по выбору технологического процесса
Компания Banott не публикует цены на мембранные модули MBR или контейнерные очистные установки. Цены предоставляются по запросу, и для расчета реальной стоимости необходимы данные о характеристиках сточных вод, нормах сброса, профиле расхода и доступной площади. Опубликованные данные о производительности имеются для линейки небольших установок обратного осмоса производительностью 300–3 000 GPD, а также для промышленных Мембраны обратного осмоса поставляются в стандартных форматах с количеством элементов 4040 и 8040; для обоих форматов ценник отсутствует.
При сравнении предложения по системе MBBR с предложением по системе MBR необходимо сравнивать цены по тем же пяти позициям, иначе сравнение может ввести в заблуждение:
Цены, указанные только для мембранных систем, кажутся более низкими, чем они есть на самом деле. Цены, указанные с учетом оператора, кажутся более низкими, чем они есть на самом деле, если не учитывать последующий этап сепарации.
Инженерная команда компании «Banott Water Treatment» предлагает предпродажное консультирование по технологическим процессам, включающее выбор технологии, определение типа мембран и расчет их площади, а также конфигурацию системы на основе предоставленных данных о качестве воды, опираясь на почти 20-летний опыт в области технологии мембранного разделения с использованием ультрафильтрации и её инженерного применения. В случае потока, представляющего риск ингибирования, предоставление фактических данных позволяет получить более полезный ответ, чем просто указание номинальной производительности.
A: В теоретическом плане ни одна из технологий не является лучшей. Технология MBBR, как правило, является более подходящим коммерческим решением для небольших стоков, сбрасываемых в канализацию, особенно в тех случаях, когда сточные воды содержат ингибирующие вещества, а на объекте отсутствует специалист по эксплуатации очистных сооружений. Технология MBR является более подходящим решением в случаях, когда нормы сброса сточных вод являются жесткими, площадь установки ограничена или очищенная вода будет повторно использоваться.
A: Он может работать с такими стоками, но взвешенная биомасса подвергается воздействию всего, что поступает в систему. Защиту обеспечивает надлежащая выравнивающая установка, расположенная перед реактором, а в некоторых случаях — первая ступень с использованием носителя. Если возникают опасения относительно конкретного активного фармацевтического ингредиента (API), единственной надежной основой для проектирования является испытание на обрабатываемость реального стока.
A: Мембрана MBR работает с размером пор, позволяющим удалять взвешенные твердые частицы и биомассу, но не растворенные молекулы. Удаление растворенных фармацевтических соединений в системе MBR происходит за счет биологического разложения и адсорбции при длительном выдерживании осадка, а не за счет самого барьера. Если необходимо удалить конкретное растворенное соединение до определенного предела, после системы MBR требуется этап с более плотной мембраной или другой процесс доочистки.
A: Система MBR является наиболее компактной при заданной нагрузке, поскольку мембрана позволяет обеспечить высокую концентрацию биомассы в небольшом резервуаре. Система MBBR является компактной по сравнению с традиционной системой с активным илом, но при той же нагрузке занимает больше места, чем система MBR. Гибридная система требует наличия обеих ступеней. Если пространство действительно является ограничивающим фактором, этот критерий сам по себе определяет выбор.
A: Нагрузка и характер торможения изменяются вместе с ней. Системы, спроектированные с учетом задокументированного запаса мощности и четко определённого пути расширения, справляются с этой задачей; системы, размеры которых точно рассчитаны под текущую кампанию, — нет. На этапе проектирования уточните, какой параметр ограничивает работу установки и насколько.
A: Пермеат из системы MBR не содержит твердых частиц и может напрямую подаваться в систему обратного осмоса, что делает его повторное использование для охлаждения, очистки или в качестве технической воды технически осуществимым. На фармацевтических предприятиях также действуют требования к качеству любой воды, контактирующей с продукцией, поэтому в практическом плане целью повторного использования обычно является техническая вода, а не технологическая.
A: Чаще, чем в случае муниципальных сточных вод, причем интервал зависит от характеристик ваших сточных вод, температуры и концентрации биомассы. Поскольку затраты на оплату труда оператора являются основным аргументом против использования MBR в малых масштабах, попросите указать частоту очистки и протокол CIP в рамках коммерческого предложения, а не полагаться на приблизительные оценки.
A: Цены не публикуются. Стоимость рассчитывается по запросу с учетом площади мембраны, конфигурации модулей и мощности проекта.
A: Контейнерные установки по очистке чистой воды и сточных вод поставляются в виде модульных комплектных агрегатов с высокой степенью автоматизации, что подходит для фармацевтических предприятий, где проведение строительных работ внутри действующего объекта может привести к сбоям в работе или где может возникнуть необходимость в перемещении установки.
How to size a submerged hollow fiber MBR train from design flow to module count, with confirmed module area, screening and aeration prerequisites, and gaps flagged where flux and TMP data are pending.
How to size a compact RO system beyond the nameplate GPD figure — feed TDS, temperature derate, and duty cycle, applied to Banott's published 300–3,000 GPD range.
