Đồ Án 2 - Nước Thải Dược Phẩm.docx

MỞ ĐẦU
Điều gì sẽ sảy ra nếu một ngày khơng có thuốc tây, hàng nghìn bệnh viện trên cả đất nước
này sẽ phải dừng hoạt động, hàng triệu người sẽ rơi vào tình trạng nguy kịch nếu khơng có
thuốc… Qua đó ta có thể thấy được sự quan trọng của dược phẩm và ngành dược phẩm nói
chung.
Theo báo lao động số ra ngày 28/03/2022 “Việt Nam có quy mơ thị trường tương đối lớn
với dân số hơn 98 triệu người và tuổi thọ xấp xỉ 76 tuổi. Khoảng 30% dân số Việt Nam có
thể mua thuốc tây tương đối đắt tiền và con số này đang tăng lên. Ngành công nghiệp dược
phẩm Việt Nam là một trong những thị trường tăng trưởng cao nhất trong khu vực nhờ tăng
trưởng kinh tế ngày càng tăng, thu nhập bình quân đầu người tăng và dân số già”.
Ngành sản xuất dược phẩm ở Việt Nam được đánh giá là ngành có tốc độ tăng trưởng
nhanh. Đặc biệt năm 2022, ngành sản xuất dược phẩm chứng kiến sự tăng trưởng vượt
bậc. Theo báo cáo tổng hợp, thị trường dược phẩm Việt Nam có giá trị khoảng 6,2-6,4 tỷ
USD/năm. Thị trường dược phẩm Việt Nam cũng được dự báo đạt 16,1 tỷ USD vào năm
2026. Theo báo cáo của VIRAC, quý 1/2023, chỉ số sản xuất cơng nghiệp của nhóm ngành
này đạt tốc độ tăng trưởng gần 7% so với cùng kỳ năm ngoái. Sản xuất dược phẩm trong
nước ngày càng mở rộng về quy mô.
Cùng với sự tăng trưởng và phát triển của ngành dược phẩm thì cũng sẽ kéo theo đó là
những vấn đề về nước thải từ quá trình sản suất dược phẩm, với nhiều đặc thù riêng biệt. Vì
vậy cần có những phương pháp và các công nghệ khác nhau để phù hợp cho từng loại nước
thải dược phẩm cũng là điều cần thiết.
Nhiệm vụ đồ án: Thiết kể hệ thống xử lý nước thải cho các nhà máy điển hình sản suất
dược phẩm bằng phương pháp lên men trong công nghiệp


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP DƯỢC
PHẨM
1.1 Tổng quan về xử lý nước thải dược phẩm
Nước thải dược phẩm thường được đặc trưng bởi độc tính cao và sự hiện diện của các hợp
chất khó phân hủy sinh học làm hạn chế khả năng phân hủy sinh học của nó, khiến nó trở
thành mối đe dọa tiềm ẩn đối với môi trường tự nhiên.

Các chất như chất thải lên men, dung môi chiết xuất dư thừa cịn sót lại sau khi cơ đặc và
tinh chế các thành phần hoạt tính từ các nguồn tự nhiên, các hoạt chất dược lý như chất
chống đông máu và chất hóa trị liệu, cũng như chất tẩy rửa và chất khử trùng được sử dụng
để khử trùng thiết bị. Một số loại dược phẩm gây ra mối lo ngại đặc biệt và trong số đó có
thuốc kháng sinh có tác động đáng kể đến mơi trường nơi chúng có thể làm gián đoạn quá
trình xử lý nước thải và ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái ). Hơn nữa, một số loại thải dược
phẩm như sản xuất thuốc kháng sinh có thể chứa các vật liệu chịu nhiệt sinh học khơng thể
phân hủy. Tải lượng ơ nhiễm của dịng nước thải còn phụ thuộc vào dây chuyền sản xuất
dược phẩm.
Dựa trên các quy trình liên quan đến sản xuất, ngành cơng nghiệp dược phẩm có thể được
chia thành các loại sau: nhà máy lên men; nhà máy tổng hợp hóa chất hữu cơ; nhà máy
lên men/tổng hợp hóa chất hữu cơ (thường là nhà máy vừa đến lớn); chiết xuất sản phẩm tự
nhiên/sinh học (kháng sinh/vitamin/enzym, v.v.); nhà máy pha chế, bào chế và pha chế
thuốc (viên nén, viên nang và dung dịch, v.v.).
Quá trình sản xuất các hợp chất dược phẩm thường bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau bao
gồm chuyển đổi các chất tự nhiên thành các thành phần dược phẩm thơng qua q trình lên
men và chiết xuất và chủ yếu là tổng hợp hóa học.


Tổng hợp hóa học

Lên men

Chiết xuất sản phẩm tự nhiên

Kháng sinh ; thuốc kháng
histamin; tác nhân tim
mạch; chất kích thích hệ
thần kinh trung ương
(CNS); thuốc ức chế thần

kinh trung ương

Kháng sinh; chất
chống ung thư;
dưỡng chất trị
liệu; vitamin;
steroid

Thuốc chống ung thư (chlorambucil,
daunomycin, melphalan, mitomycinc);
men và chất hỗ trợ tiêu hóa; thuốc ức
chế thần kinh trung ương; tác nhân
huyết học; insulin; vắc-xin

Phân loại các quy trình khác nhau dựa trên các con đường sản xuất thuốc nguyên liệu đại trà
trong ngành kỹ thuật dược phẩm

Một số công nghệ sản xuất thuốc kháng sinh
a. Cơng nghệ lên men – quy trình chung [1]
Hầu hết các loại kháng sinh được sản xuất bởi quá trình lên men, bao gồm ba
bước cơ bản: Tạo giống, lên men và thu hồi sản phẩm. Sản xuất dược phẩm lên men
bắt đầu với bước tạo giống với các bào tử có từ nhà máy. Các bào tử được ni
dưỡng trong mơi trường thích hợp; Sau đó, chúng được nhân giống thông qua việc sử
dụng thạch nuôi cấy trong bình cho đến khi đủ khối lượng được sản xuất để chuyển
sang bể cấy vi sinh. Trong một số quá trình lên men, chỉ có một bể cấy vi sinh duy
nhất, do vậy bể cấy vi sinh luôn trong trạng thái làm việc liên tục, phần giống còn lại
trong bể đóng vai trị là chất nền có sẵn. Bể cấy vi sinh được xử lí và kiểm sốt khi có
các sự cố.
Một số sản phẩm dược phẩm được sản xuất bằng phương pháp lên men có thể kể
đến như:

 Thuốc kháng sinh: Amphotericin, Chlortetracycline, Lincomycin,
Nystatin, Penicillin G, Penicillin V, Streptomycin, Vancomycin.
 Chất chống ung thư: Dextran.
 Vitamin: Ascorbic acid (C), Riboflavin (B2).
b. Quy trình lên men sản xuất Penixilin trong công nghiệp [2]
Công nghệ lên men sản xuất penicillin mang nét đặc thù riêng của từng cơ sở sản
xuất và các thông tin này rất hạn chế cung cấp công khai, ngay mỗi bằng sáng chế
thường cũng chỉ giới hạn ở những cơng đoạn nhất định; vì vậy rất khó đưa ra được
công nghệ tổng quát chung. Theo công nghệ lên men của hãng Gist-Brocades (Hà
Lan), toàn bộ dây chuyển sản xuất thuốc kháng sinh penicillin có thể phân chia làm
bốn cơng đoạn chính như sau:
 Lên men sản xuất penicillin tự nhiên (thường thu penicillin V hoặc
penicillin G).
 Xử lý dịch lên men tinh chế thu bán thành phẩm penicillin tự nhiên.
 Sản xuất các penicillin bán tổng hợp (từ nguyên liệu penicillin tự nhiên)
 Pha chế các loại thuốc kháng sinh penicillin thương mại.


Hình 0.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất penicillin (theo Gist-Brocades Copr. (Hà Lan))

Hình 0.2 Ước tính lượng nước cho quá trình sản xuất lên men penicillin [3]

c. Quy trình lên men sản xuất Streptomycin
Quy trình thể hiện rõ về dòng nước thải được tạo ra tại các cửa xả khác nhau và
triển vọng áp dụng công nghệ thu hồi và xử lý tại địa điểm của nhà máy xử lý nước
thải.


Hình 0.3 Quy trình lên men sản xuất Streptomycin [4]

d. Sơ đồ quy trình sản xuất dược phẩm bằng quá trình chiết sinh học
Quá trình sản xuất dược phẩm bằng chiết sinh học được thể hiện ở hình dưới. Các
hóa chất hữu cơ và vơ cơ có thể tồn tại dưới dạng cặn trong các dịng chất thải này.
Ngồi ra, việc sử dụng nhiều loại dung mơi hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp sẽ tạo ra nước
thải chứa dung mơi. Thơng thường, nước thải có BOD, COD và TSS thấp, độ pH
tương đối trung tính dao động từ 6 đến 8


Hình 0.4 quy trình sản xuất dược phẩm bằng quá trình chiết sinh học [1]

Các thơng số ơ nhiễm đặc trưng của nước thải dược phẩm bằng phương pháp
lên men
Nhìn chung, thành phần của nước thải dược phẩm rất phức tạp, bao gồm nồng độ
các chất hữu cơ cao, vi sinh vật có độc tính cao, nồng độ muối cao và khó phân hủy
sinh học. Ngồi ra, với mỗi nhà máy dược phẩm khác nhau, thành phần nguyên liệu
đầu vào khác nhau, dẫn đến thành phần nồng độ các chất ô nhiễm là khác nhau đối
với từng loại dược phẩm sản xuất. Bảng dưới cung cấp tóm tắt một số đặc tính của
nước thải dược phẩm: [5]
Bảng 0.1 Đặc tính nước thải dược phẩm

COD
(mg/L)

BOD5
(mg/L)

1000 – 10000 500 – 2500

TN
(mg/L)

TP
(mg/L)

SS
(mg/L)

Ch

Nhiệt độ
(oC)

pH

500 – 1500

50 – 250

200 – 500

500 – 1000

25 – 80

1–8

Hình 0.5: Đặc tính nước thải dược phẩm

Các loại nước thải dược phẩm khác nhau thì đặc tính cũng khác nhau. Nước thải
dược phẩm sinh học có đặc trưng là nồng độ ô nhiễm dao động lớn; tỉ lệ C/N thấp;

SS, nồng độ muối, độc tính sinh học và độ màu cao. Nước thải của một số nhà máy
dược phẩm ở Trung Quốc có chứa đường, glycoside, sắc tố hữu cơ, anthraquinone,
tannin, hàm lượng kiềm, cellulose, lignin và các chất hữu có màu.
Bảng 0.2 Đặc tính nước thải dược phẩm hóa học

Đặc tính nước thải dược phẩm sản xuất bằng phương pháp hóa học
Thơng số
Giá trị min – max
Giá trị trung bình
COD, mg/L
375 – 32500
8854
BOD5, mg/L
200 – 6000
2344
BOD5/COD ratio
0,1 – 0,6
0,32
TOC, mg/L
860 – 4940
2467
TKN, mg/L
165 – 770
383
NH3 – N, mg/L
148 – 363
244
TDS, mg/L
675 – 9320
5000

pH
3,9 – 9,2
6,9
Anionx


Cl-, mg/L
SO42- mg/L

760 – 4200
890 – 1500

2820
1260

Bảng 0.3 Đặc điểm nước thải bằng phương pháp lên men

Đặc tính nước thải dược phẩm sản xuất bằng phương pháp lên men
Thông số
Giá trị min – max
Giá trị trung bình
COD, mg/L
180 – 12380
4670
BOD5, mg/L
25 – 6000
2150
BOD5/COD ratio
0,2 – 0,6
0,4

TKN, mg/L
190 – 760
440
+
NH4 – N, mg/L
65,5 – 190
128
TDS, mg/L
1300 – 28000
12950
pH
3,3 – 11
7
TSS, mg/L
57 – 7130
1200
Độ dẫn điện, µS/cm
1600 – 44850
17800
Anionx
Cl-, mg/L
182 – 2800
1500
2SO4 mg/L
160 – 9000
2100

Dưới đây là tổng hợp một số các kết quả phân tích các thành phần ơ nhiễm của nước thải
dược phầm của các tác giả:

Xin Li ,Viện nghiên cứu vận tải đường thủy Thiên Tân, Kỹ thuật, Phòng thí nghiệm
trọng điểm Mơi trường, Cơng nghệ bảo vệ trên đường thủy, M.O.T.Thiên Tân, Trung
Quốc


O. Lefebvre, X. Shi, C. H. Wu and H. Y. Ng_ Singapo

1.2 Quá trình sản xuất dược phẩm và thành phần nước thải của phương pháp lên men
Từ thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, người Trung Quốc đã biết cách dùng cây ngải apxin để
chữa sốt rét. Nhưng phải đến 2000 năm sau, các nhà khoa học mới tìm ra cách chiết xuất
tinh chất acid artemisinic từ lá và hoa khô của cây ngải apxin để bào chế ra thuốc
Artemisinin dùng đặc trị loại bệnh do ký sinh trùng sốt rét gây ra. Tuy nhiên, cần phải có
hàng hecta cây ngải cho một mẻ chiết xuất. Vì thế chi phí cho một đợt chữa trị bằng
Artemisinin chiết xuất trở nên quá cao đối với 90% trong số 500 triệu bệnh nhân bị sốt rét
trên các quốc gia chậm phát triển. Để giải quyết khó khăn này, các nhà khoa học đã tìm ra
một hướng đi mới đó là sử dụng men rượu (Saccharomyces cerevisiae) để lên men tạo ra
thuốc chữa sốt rét. Chẳng cần phải mất nhiều thời gian và cơng sức để trồng trọt, chăm sóc
rồi thu hoạch ngải apxin, người ta chỉ việc mua loại men mà các nhà máy sản xuất rượu bia
vẫn hay sử dụng về, cấy thêm 2 gen có tác dụng tạo ra acid artemisinic của cây ngải apxin
vào rồi tiến hành cho lên men. Trong quá trình lên men, các vi khuẩn trong men do đã được
chuyển giao gen tạo ra acid artemisinic sẽ hoạt động, sinh sôi mạnh mẽ và tạo ra lượng acid
artemisinic dược chất lớn. Acid này chỉ qua vài phản ứng hóa học sẽ dễ dàng chuyển thành
thuốc Artemisinin. Có thể thấy cơng nghệ sản xuất dược phẩm bẳng phương pháp lên men
đem lại rất nhiều lợi ích dược phẩm thu được từ hệ lên men tinh khiết, có hàm lượng cao và
rẻ hơn rất nhiều. Hơn nữa, phương pháp lên men còn khắc phục được hậu quả cạn kiệt tài
nguyên sinh vật hoặc mất thời gian nuôi trồng.
Quá trình lên men theo mẻ bao gồm ba bước: cấy và chuẩn bị hạt giống, lên men và thu hồi
sản phẩm. Tiến hành chuẩn bị dịch cấy với các điều kiện cần thiết và chủng vi sinh vật cần
thiết, sau đó tồn bộ hỗn hợp được chuyển sang thiết bị lên men đã được tiệt trùng bằng hơi
nước.

Quá trình lên men tạo ra một lượng lớn chất thải như nước dùng lên men đã qua sử dụng và
chất thải tế bào chết. Như trong hầu hết các quá trình lên men pha nước, vi khuẩn không tồn
tại ở nồng độ sản phẩm cao hơn do vi khuẩn bị ức chế do tích tụ sản phẩm. Dịng thải có
một lượng lớn các nguyên liệu thô không tiêu thụ như canh trường dinh dưỡng, muối kim


loại, tinh bột, nitrat và phốt phát với COD, BOD và TSS cao với giá trị pH dao động từ 4
đến 8. Hơi nước và một lượng nhỏ hóa chất công nghiệp (phenol, chất tẩy rửa và chất khử
trùng) duy trì tính vơ trùng trong nhà máy chế biến và do đó, phần cịn lại của chúng cũng
được thêm vào dòng nước thải. Một lượng đáng kể các tạp chất kim loại và halogen cũng
được tìm thấy do quá trình sử dụng để kết tủa sản phẩm từ rượu mẹ. Một lượng lớn dung
môi cũng được sử dụng để tinh chế sản phẩm mong muốn và trong quá trình tái chế dung
môi, chất thải nước chứa dung môi hữu cơ có thể trộn được được tạo ra.
Một số dung mơi được sử dụng làm phương tiện trong quy trình sản xuất dược phẩm để hòa
tan các chất phản ứng, sản phẩm và tạp chất ở dạng khí, rắn hoặc nhớt. Chúng được sử dụng
trong q trình tổng hợp hóa học để hòa tan các chất phản ứng trong pha đồng nhất để khắc
phục hiệu ứng truyền nhiệt và khối lượng. Một số dung mơi cũng được sử dụng để kiểm
sốt nhiệt độ phản ứng. Nhiều loại chất ô nhiễm thải ra trong q trình sản xuất dược phẩm
là dung mơi phản ứng và tinh chế. Chúng bao gồm benzen, phenol, toluene, dung mơi
halogen hóa và xyanua. Mặc dù EPA đã cấm hoặc hạn chế sử dụng khoảng 23 dung môi bao
gồm một số VOC và dung mơi clo hóa, nhưng một số vẫn được ngành dược phẩm sử dụng
vì các loại thuốc liên quan không thể được sản xuất bằng cách sử dụng các dung mơi khác;
ví dụ, methylene chloride. Các dung mơi phi truyền thống chính được sử dụng trong công
nghiệp là metanol, etanol, isopropanol, axeton và etyl axetat. Ngồi ra, nhiều chất thơm dị
vịng như pyridine hoặc piperidine góp phần vào danh sách này vì chúng trơ trong q trình
phản ứng. Nhiều ngành cơng nghiệp có hệ thống thu hồi dung môi để tinh chế dung môi bị ô
nhiễm bao gồm cột chưng cất và hệ thống bay hơi dung mơi-dung mơi trong đó một dung
mơi thứ hai được sử dụng để tách tạp chất. Các hoạt động này dẫn đến nước thải chứa nước
được bão hịa hồn tồn hoặc một phần với dung mơi cịn lại. Ví dụ, trong năm 2007,
119000 tấn chất thải nguy hại của Ireland là dung môi hữu cơ và trong số này, 55400 tấn đã

được xuất khẩu để thu hồi hoặc xử lý. Chất thải này phát sinh chủ yếu từ lĩnh vực dược
phẩm .


1.1.2 Một số phương pháp xử lý nước thải trong ngành dược phẩm
1.Xử lý nước thải lên men kháng sinh bằng phương pháp keo tụ polyferric sulfat kết hợp
Fenton và lắng ở Cáp Nhĩ Tân Trung Quốc
Nước thải lên men kháng sinh được lấy từ một công ty dược phẩm ở Cáp Nhĩ Tân, Trung
Quốc. Theo công ty, thành phần chính của mẫu nước thải là nước, cefpirome, latomoxef,
aztreonam, cefoperazone, cefa tridine, ropylene glycol và ceftazidime.
Bảng tính chất của nước thải
COD
mg/L
3279

BOD5/
COD
<0,1

pH
3-4

Màu
sắc
3000

TOC
mg/L
1296,3

TN
mg/L
221,4

SS
mg/L
194,5

NH4
mg/L
54,1

Công nghệ đưa ra ở đây là việc kết hợp giữa q trình keo tụ và oxi hóa bậc cao để làm sạch
nước thải. Trong quá trình Fenton, các chất ô nhiễm hữu cơ có thể được oxi hóa hiệu quả ở
liều lượng 150 mg/L H2O2 , 120 mg/L FeSO4, pH 4.0 và thời gian phản ứng 1 giờ. Ngoài
ra, động học của quá trình loại bỏ COD đối với nước thải kháng sinh trong hệ thống Fenton
tuân theo phản ứng giả bậc nhất. Thời gian bán hủy của phản ứng giả bậc 1 chỉ là 147 s,
chứng tỏ quá trình phân hủy các chất ơ nhiễm hữu cơ trong hệ Fenton diễn ra khá nhanh.
Quá trình lắng tiếp theo thực sự hữu ích để tăng cường q trình khử màu của nước thải
này. Độ màu tổng thể, loại bỏ COD và SS lần lượt đạt 97,3%, 96,9% và 86,7%, cho thấy
quá trình keo tụ PFS kết hợp Fenton và q trình lắng có hiệu quả trong xử lý nước thải của
nhà sản xuất kháng sinh và công nghiệp dược phẩm.
Công nghệ đưa ra ở đây là việc kết hợp giữa q trình keo tụ và oxi hóa bậc cao để làm sạch
nước thải. Trong quá trình Fenton, các chất ô nhiễm hữu cơ có thể được oxi hóa hiệu quả ở
liều lượng 150 mg/L H2O2 , 120 mg/L FeSO4, pH 4.0 và thời gian phản ứng 1 giờ. Ngoài
ra, động học của quá trình loại bỏ COD đối với nước thải kháng sinh trong hệ thống Fenton
tuân theo phản ứng giả bậc nhất. Thời gian bán hủy của phản ứng giả bậc 1 chỉ là 147 s,
chứng tỏ quá trình phân hủy các chất ơ nhiễm hữu cơ trong hệ Fenton diễn ra khá nhanh.
Quá trình lắng tiếp theo thực sự hữu ích để tăng cường q trình khử màu của nước thải
này. Độ màu tổng thể, loại bỏ COD và SS lần lượt đạt 97,3%, 96,9% và 86,7%, cho thấy

quá trình keo tụ PFS kết hợp Fenton và q trình lắng có hiệu quả trong xử lý nước thải của
nhà sản xuất kháng sinh và công nghiệp dược phẩm.
2.Nhà máy Patancheru Enviro Tech Ltd.; PETL nằm ở Patancheru, gần Hyderabad:
PETL nhận được khoảng 1500 m3 nước thải mỗi ngày, chủ yếu từ khoảng 90 nhà sản xuất
thuốc số lượng lớn. Những ngành này bao gồm các ví dụ về tồn bộ chuỗi sản xuất, thơng
qua tổng hợp các chất trung gian thành các thành phần hoạt tính. Nước thải được vận
chuyển bằng xe tải đến PETL, nơi nước thải được thu gom trong bể chứa đệm với thời gian
lưu khoảng 2 ngày, do đó đảm bảo lượng nước đầu vào ít thay đổi. Sau khi loại bỏ chất rắn
bằng hóa chất, khoảng 20% nước thải sinh hoạt thơ được thêm vào để cải thiện hiệu quả xử
lý sinh học. Thời gian lưu trong xử lý sinh học sục khí/oxy hóa là khoảng 4 ngày, sau đó
lắng trong bể và ly tâm bùn. Một số bùn được đưa trở lại quy trình. Hàm lượng vật liệu hữu
cơ được đo bằng BOD và COD được báo cáo là giảm từ 1300 và 6000 mg/L điển hình
tương ứng trong dịng chảy hỗn hợp xuống còn 270 và 1400 mg/L trong dòng thải được xử
lý. Tương tự, lượng tổng chất rắn hòa tan (TDS) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) giảm từ
khoảng 9000 và 500 mg/L xuống còn 5000 và 300 mg/L tương ứng. Độ pH của cả nước thải


đầu vào và nước thải được xử lý là khoảng 7,5. Lượng nước thải ước tính là 1500 m3/ngày
dựa trên lượng nước thải đầu vào được báo cáo và giả định rằng 20% lượng nước thải sinh
hoạt được thêm vào gần tương đương với lượng bốc hơi và loại bỏ bùn. Nước thải đã được
làm sạch được xả vào dòng Isakavagu cấp nước cho các sông Nakkavagu, Manjira và cuối
cùng là sông Godawari. Chất thải rắn được vận chuyển đến một đơn vị chôn lấp


3.Nước thải dược phẩm được lấy từ một nhà máy sản xuất kháng sinh ở phía tây Trung
Quốc:
Bao gồm nước thải được sản xuất từ các đơn vị hoạt động, liên quan đến quá trình lên men,
chiết xuất, tinh chế và làm sạch ERY. Như thể hiện trong bảng sau đây , nước thải thô được
đặc trưng bởi hàm lượng COD và amoni cao. Ngoài lượng dư lượng erythromycin ERY cao
khoảng 25,1 mg/L, sulfamethoxazole (SMX) và tetracycline (TC) cũng được xác định với

nồng độ trung bình là 33 μg/L và 14 μg/L, có thể xuất phát từ q trình làm sạch.g/L và 14 μg/L và 14 μg/L, có thể xuất phát từ q trình làm sạch.g/L, có thể xuất phát từ quá trình làm sạch. Đối
với các ion kim loại, Cu và Fe đã được xác định. pH xung quanh giá trị trung tính ở 7,6.
Thơng số
COD

Đơn vị
(mg/l)

Giá trị
3200 ± 100

pH
NH4+

(mg/l)

7,6 ± 0,2
169,0 ± 2,2

NO3-

(mg/l)

4,9 ± 1,0

Cl-

(mg/l)

602,9 ± 101,8

SO42-

(mg/l)

9,2 ± 2,8

Đồng
Sắt
ERY
SMX
TC

(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)

0,02 ± 0,01
6,8 ± 0,5
25,1 ± 15,3
0,033 ± 0,043
0,014 ± 0,011

4. Công nghệ xử lý Nước Thải Dược phẩm Hà Nam do Công ty cổ phần Công nghệ xử lý
nước và Môi trường ETM thiết kế
Nước thải tại nhà máy dược phẩm Nam Hà là nguồn nước thải ra từ quá trình tẩy rửa trang
thiết bị trong quá trình sản xuất và quá trình sản xuất các chế phẩm dược. Đặc điểm của
nước thải ngành dược là hàm lượng dầu mỡ rất cao, nhiều thành phần phức tạp khó xử lý,

đặc biệt là các hợp chất có mặt trong quá trính sản xuất các loại thuốc kháng sinh.


Một đặc điểm nữa ở nước thải tại nhà máy dược phẩm Nam Hà là các chất hoạt động bề mặt
thường gây nên hượng tượng tạo bọt, chính vì thế nó ngăn cản q trình hịa tan ơ xy gây
ảnh hưởng đến sự phát triển và phân tán của các loại vi sinh tham gia vào quá trình xử lý
nước thải.
Do đó, chúng ta khơng thể áp dụng các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học và hóa
học như những cơng trình xử lý nước thải khác, mà phải đưa ra một phương pháp xử lý sinh
học tối ưu về chất lượng và ổn định trong công tác vận hành.
Công nghệ mà công ty đưa ra là SCR thô >>> Bể tách mỡ >>> Hệ thống thu gom >>> Bể
điều hịa >>> Bể ơ xi hóa >>> Bể trung hòa >>> Bể AFBR >>> Bể lắng đứng >>> Bể
lọc áp lực >>> Bể khử trùng >>> Nguồn tiếp nhận (Đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011 Cột A)


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ
2.1. Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay
2.1.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ
Một trong những bước đầu tiên trong quy trình lọc nước thơng thường là bổ sung hóa chất
để hỗ trợ loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước. Các hạt có thể là vô cơ như đất sét và phù sa
hoặc hữu cơ như tảo, vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh và chất hữu cơ tự nhiên. Các hạt
vô cơ và hữu cơ góp phần tạo nên độ đục và màu sắc của nước
Việc bổ sung các chất keo tụ vô cơ như nhôm sunfat (hoặc phèn) hoặc muối sắt (III) như sắt
(III) clorua gây ra một số tương tác hóa học và vật lý đồng thời trên và giữa các hạt.
Trong vài giây, điện tích âm trên các hạt được trung hịa bởi các chất đơng tụ vơ cơ. Cũng
trong vài giây, kết tủa hydroxit kim loại của các ion nhơm và sắt (III) bắt đầu hình thành.
Những kết tủa này kết hợp thành các hạt lớn hơn theo các q trình tự nhiên như chuyển
động Brown và thơng qua q trình trộn cảm ứng mà đơi khi được gọi là hydroxit kim loại
vơ định hình là “floc”. Các hydroxit nhơm và sắt (III) vơ định hình lớn hấp thụ và tạo thành
các hạt dạng lưới ở dạng huyền phù và tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ các hạt bằng

các quá trình tiếp theo.
2.1.2.2. tuyển nổi
Tuyển nổi sử dụng các bong bóng nhỏ phân tán cao làm chất mang để bám vào các chất ô
nhiễm nước thải. Với mật độ thấp hơn nước, nó nhận ra nước và nổi đến sự phân tách chất
rắn-lỏng hoặc chất lỏng-lỏng. Tiền xử lý tuyển nổi có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao trong
nước thải, đầu tư ít hơn, tiêu thụ năng lượng thấp, quy trình đơn giản và bảo trì dễ dàng [5].
2.1.2.3. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ là việc sử dụng chất rắn xốp từ nước thải trong một hoặc một số chất
ô nhiễm, để thu hồi hoặc loại bỏ chất gây ô nhiễm, để nước thải được tiếp cận tinh khiết.
Trong xử lý nước thải dược phẩm, thường là tiền xử lý nước thải hấp phụ bồ hóng hoặc
carbon, lincomycin, chẳng hạn như paracetamol, giảm đáng kể COD, đồng thời loại bỏ màu
và mùi của nước thải [5].
2.1.2.4. Phương pháp sử dụng Fenton
Tiền xử lý nước thải dược phẩm bằng thuốc thử Fenton, tỷ lệ loại bỏ COD khoảng 40-50%.
Một nhà máy dược phẩm ở Vũ Hán xử lý nước thải dược phẩm bằng phương pháp này. Và
tỷ lệ khử màu đạt 100%. Hiệu quả loại bỏ COD là 92,3% trong kết quả. Bảng IV so sánh
toàn diện tất cả các phương pháp trên [5].
2.1.5 Phương pháp lọc
a. Bộ lọc cát nhanh
Loại bộ lọc phổ biến nhất là bộ lọc cát nhanh, Nước di chuyển thẳng đứng qua cát thường
có một lớp than hoạt tính hoặc than antraxit phía trên cát. Lớp trên cùng loại bỏ các hợp chất
hữu cơ, gây ra mùi hôi của nước thải. Khoảng cách giữa các hạt cát lớn hơn các hạt lơ lửng
nhỏ nhất nên việc lọc đơn giản là không đủ. Hầu hết các hạt đi qua các lớp bề mặt nhưng bị
mắc kẹt trong các lỗ rỗng hoặc bám vào các hạt cát. Lọc hiệu quả mở rộng đến độ sâu của


bộ lọc. Đặc tính này của bộ lọc là chìa khóa cho hoạt động của nó: nếu lớp cát trên cùng
chặn tất cả các hạt, bộ lọc sẽ nhanh chóng bị tắc. Khi đó sẽ được xả ngược để rửa lớp vật
liệu lọc đã bị bám bẩn và được tái sử dụng.
b. Bộ lọc chậm

Bộ lọc cát chậm có thể được sử dụng ở nơi có đủ đất và khơng gian, vì nước phải đi qua bộ
lọc rất chậm. Các bộ lọc được xây dựng cẩn thận bằng cách sử dụng các lớp cát được chọn
lọc, với cát thô nhất, cùng với một số sỏi ở phía dưới và cát mịn nhất ở trên cùng. Hệ thống
thoát nước tại cơ sở vận chuyển nước đã qua xử lý đi khử trùng. Quá trình lọc phụ thuộc
vào sự phát triển của một lớp sinh học mỏng, được gọi là lớp Zoogleal hoặc Schmutzdecke,
trên bề mặt bộ lọc.
c. Lọc Màng
Là công nghệ xử lý nước thải thơng qua các màng lọc có kích thước nhỏ như vi lọc, siêu lọc
và nano . Dưới tác động của sự chên lệch áp suất giữa trong và ngồi màng thì nước sẽ được
tách ra khỏi hỗn hợp chất bẩn như bùn hoạt tính hoặc các chất lơ lửng có trong nước. Tùy
vào yêu cầu của nước thải sau xử lý thì người ta sẽ chọn các loại màng phù hợp để lọc trong
đó:







Màng MF – Micromet filter: màng vi lọc có kích thước lỗ từ 0.1 – 1 µm. Tách vật liệu
thơ, chất rắn lơ lửng như: tinh bột, vi khuẩn, khử trùng nước.
Màng UF (Ultrafilltration): màng siêu lọc, kích thước lỗ màng dao động từ 0.01 – 0.1
µm. Ứng dụng tương tự màng MF, một số màng siêu lọc cũng đã được sử dụng để loại
bỏ các hợp chất hòa tan với trọng lượng phân tử cao. Chẳng hạn như protein và
hydrocacbon. Ngoài ra, UF có thể loại bỏ một số vius và nội độc tố.
Màng NF – Nanofilltration: màng 0.001 – 0.01 µm. Tùy vào điệu kiện hoạt động NF có
thể loại bỏ hiệu quả các ion hóa trị hai, ở hiệu suất tương đối cao từ 70 – 99%. Các ion
hóa trị một thường đạt mức độ thấp hơn khoảng 30 – 80%. Mục đích chính của màng NF
là lọc màu và tách muối. Đóng vai trị là tiền xử lý cho màng lọc RO. Loại bỏ độ cứng
của nước, giảm áp suất vận hành cho RO bằng cách giảm TDS, loại bỏ độ đục và vi

khuẩn.
Màng RO – Reverse Osmosis: màng thẩm thấu ngược là màng phức tạp nhất trong các
loại màng, có kích thước lỗ < 0.001 µm. Loại bỏ các chất hữu cơ phân tử thấp và muối
ion hóa trị một được loại bỏ hiệu quả, cho phép nước và dung môi đi qua. RO được ứng
dụng rỗng rãi nhất trong ngành sản xuất nước uống, đặc biệt là nước mặn thành nước
ngọt, hoặc nước lợ. RO loại bỏ được hầu hết các ion nhưng yêu cầu phải có áp suất cao.

2.1.6 Phươn pháp điện phân
Trong quá trình này, các màng tiếp giáp với hơi nước chảy vào được tích điện dương hoặc
âm và điện tích này thu hút các ion phản tác dụng về phía màng Những màng này được
thiết kế để cho phép các ion tích điện dương hoặc âm đi qua màng, tại đó các ion di chuyển
từ dòng nước sản phẩm qua màng đến hai dòng nước bị loại bỏ.
Ưu điểm của điện phân: Loại bỏ được tất cả các ion khơng hịa tan, khơng nhạy cảm với
mức TDS, Nồng độ chất ô nhiễm thấp vẫn loại bỏ được.

2.1.4 Phương pháp Trao đổi ion


Những phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xử lý nước và nước thải. Trao đổi ion
chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các ion cứng như magie ,canxi và khử khống nước. Nước
khử khống cịn được gọi là nước khử ion, nước đã bị loại bỏ các ion khoáng các ion như
cation natri, canxi, sắt, đồng, v.v. và các anion như clorua, sunfat, nitrat, v.v. là những ion
phổ biến có trong nước. Khử ion là một quá trình vật lý sử dụng nhựa trao đổi ion được sản
xuất đặc biệt, cung cấp vị trí trao đổi ion để thay thế muối khoáng trong nước bằng nước tạo
thành ion H+ và OH-. Bởi vì phần lớn tạp chất trong nước là muối hịa tan nên q trình khử
ion tạo ra nước có độ tinh khiết cao nhìn chung tương tự như nước cất và quá trình này diễn
ra nhanh chóng và khơng tích tụ cặn. Hệ thống nước khử khoáng được ứng dụng rộng rãi
trong lĩnh vực hơi nước, năng lượng, xử lý và làm mát.
Trong lĩnh vực lọc nước, trao đổi ion là một quá trình nhanh chóng và có thể đảo ngược,
trong đó các ion tạp chất có trong nước được thay thế bằng các ion được giải phóng bởi

nhựa trao đổi ion. Các thiết bị trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ bất kỳ chất tích điện nào
khỏi nước nhưng chủ yếu được sử dụng để loại bỏ độ cứng và nitrat khỏi nước ngầm. Nước
thô được dẫn qua hai lớp nhựa nhỏ chứa đầy hạt polystyrene (nhựa trao đổi ion). Trong khi
các cation được trao đổi với các ion hydro ở lớp thứ nhất thì các anion được trao đổi với các
ion hydroxyl ở lớp thứ hai. Các ion tạp chất được nhựa hấp thụ và phải được tái sinh định
kỳ để khôi phục lại trạng thái ban đầu.
Nhựa trao đổi ion: Có hai loại nhựa cơ bản: nhựa trao đổi cation và nhựa trao đổi anion.
Nhựa trao đổi cation sẽ giải phóng các ion Hydro (H+) hoặc các ion tích điện dương khác để
đổi lấy các cation tạp chất có trong nước. Nhựa trao đổi anion sẽ giải phóng các ion
hydroxyl (OH-) hoặc các ion tích điện âm khác để đổi lấy các anion tạp chất có trong nước
Ưu điểm của trao đổi ion: Trao đổi ion có thể được sử dụng với tốc độ dòng chảy dao
động.Làm cho nước thải khơng bị ơ nhiễm thứ cấp , Nhựa có sẵn với số lượng lớn từ các
nhà cung cấp và mỗi loại nhựa đều có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm cụ
thể.
2.1.7 Phương pháp xử lý sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chính là việc xử lý các loại nước thải dựa vào
vi sinh vật có trong nước thải. Tận dụng nguồn chất hữu cơ có sẵn trong nước thải để cho
các vi sinh vật sử dụng làm nguồn thức ăn và dinh dưỡng cho chính nó. Khi nó phân hủy
các chất hữu cơ thành các chất khác, quá trình này giúp khử lượng BOD và COD có trong
nước thải giúp làm sạch nước thải
a. Các phương pháp kị khí
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí hay cịn gọi là xử lý nước thải kỵ khí
chính là việc sử dụng chính các loại vi sinh vật trong nước thải để xử lý các loại chất thải
hữu cơ trong điều kiện thiếu khí oxy. Q trình phân hủy các chất vô cơ trong nước thải sẽ
tạo ra các loại khí như CO2, và đặc biệt là chúng ta thu về được khí CH4 có thể để sử dụng
làm nguồn năng lượng sử dụng, thường thấy hiện nay là sử dụng làm chất đốt
Một loại hình của phương pháp xử lý sinh học kị khí


Hồ yếm khí Ở dạng bể này thì nước thải được đưa qua một lớp bùn lơ lửng. Khi

các vi khuẩn kỵ khí trong bùn phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải,
chúng sinh sôi và kết tủa thành các hạt lớn hơn lắng xuống đáy bể phản ứng và có


thể được tái chế cho các chu kỳ trong tương lai. Nước thải đã qua xử lý chảy lên
trên và ra khỏi bể phản ứng. Biogases sinh ra từ quá trình phân hủy được thu thập
bằng các thiết bị thu gom trong suốt quá trình xử lý.


Bể dạng UASBs: Đây là dạng bể xử lý mà nước thải được bơm vào đáy của bể để
cho dòng chảy hướng lên trên. Việc này làm cho lớp bùn sẽ nổi lên trên do áp lực
bơm của nước, chúng ta thường hay gọi dạng này là lớp bùn kỵ khí chảy ngược



Bể cơng nghệ EGSB(Lớp bùn dạng hạt mở rộng): Cũng giống như cơng nghệ xử
lý UASBs, nhưng cơng nghệ này duy trì mở mức cao hơn và tốc độ lớn hơn



Công nghệ bể ABR(Bể phản ứng có vách ngăn kỵ khí): Cơng nghệ ABR là dạng
bể chứa được xây dựng với các lớp ngăn cách nhau tạo thành các vách xen kẽ.
Nhờ có thiết kế vách ngăn mà dịng chảy nước thải bị gián đoạn dẫn đến tiếp xúc
nhiều hơn với lớp bùn khi nước thải đi vào

b. Các phương Pháp xử lý sinh học hiếu khí


Sử dụng ao hồ tự nhiên: Các vi sinh vật trong ao hồ tự nhiên xuất hiện trong thực vật
như tảo, rêu trong quá trình quang hợp sử dụng oxy từ khơng khí. Nó có thể giúp oxy

hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Thường người ta sử dụng các loại ao hồ có kích
thước sâu không cần cung cấp oxy mà để tự cho các loại vi sinh vật sử dụng lượng
oxy tự nhiên từ các hợp chất như nitrat, sunfat…để phân hủy tạo thành các axit hữu
cơ, CH4, CO2, H2O…



Sử dụng cánh đồng tưới hoặc các bãi lọc: Sử dụng thực vật ở các bãi lọc để có thể xử
lý được nguồn nước thải. Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc là 2 công nghệ độc lập,
tuy nhiên trong một số điều kiện cụ thể thì hai cơng nghệ này kết hợp với nhau thành
một dây chuyền cơng nghệ. Thường thì cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới khi
mà tới thời gian muốn giảm tưới và biến đất nghèo dinh dưỡng thành đất giàu dinh
dưỡng.



Sử dụng Bể Aerotank: Là quy trình xử lý nước thải qua các bể phản ứng sinh học,
trong các bể này sẽ được thổi khí nén và q trình khuấy đảo cơ học trộn lẫn khí vào
trong nước thải. Nó giúp cho các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong nước thải
nhanh hơn.



Quá trình hiếu khí sinh trưởng dính bám (Lọc sinh học hiếu khí): Là phương pháp
dựa trên nguyên lý bám dính của các vi sinh vật hiếu khí. Nó làm lượng sinh khối
tăng lên thời gian lưu bùn kéo dài nên xử lý tải trọng cao. Vi sinh xử lý BOD, COD
và một phần Nitơ, phốt pho…



Sử dụng các đĩa quay sinh học: khi quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ có
trong nước thải, nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa được tiếp xúc với khơng
khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy, chất hữu cơ được phân
hủy nhanh.



Sử dụng mương ô xy hóa: Cũng là một dạng giống như sử dụng bể Aerotank



Sử dụng các phương pháp cải tiến như công nghệ AO, công nghệ SBR, công nghệ
AO kết hợp giá thể MBBR …

2.1.8 Phương pháp khử trùng


a. Khử trùng bằng Clo
Phương pháp khử trùng phổ biến nhất bao gồm một số dạng clo hoặc các hợp chất của nó
như cloramin hoặc clo dioxit. Clo là chất oxy hóa mạnh có khả năng tiêu diệt nhanh chóng
nhiều vi sinh vật có hại. Bởi vì clo là một loại khí độc hại nên có nguy cơ bị giải phóng khi
sử dụng nó. Vấn đề này có thể tránh được bằng cách sử dụng natri hypoclorit, đây là một
giải pháp tương đối rẻ tiền giải phóng clo tự do khi hịa tan trong nước.
Dung dịch có thể được tạo ra tại chỗ bằng cách điện phân các dung dịch muối thơng
thường. Dạng rắn, canxi hypoclorit, giải phóng clo khi tiếp xúc với nước
b. Khử trùng bằng ozon
Ozone là một phân tử không ổn định, dễ dàng nhường một nguyên tử oxy, tạo ra chất oxy
hóa mạnh, gây độc cho hầu hết các sinh vật sống trong nước. Đây là một phương pháp hiệu
quả để vơ hiệu hóa các động vật ngun sinh có hại hình thành u nang. Nó cũng hoạt động
tốt chống lại hầu hết các mầm bệnh khác. Ozone được tạo ra bằng cách cho oxy đi qua tia

cực tím hoặc dịng điện "lạnh". Một số ưu điểm của ozone bao gồm việc tạo ra ít sản phẩm
phụ nguy hiểm hơn và khơng có vấn đề về mùi vị. Một ưu điểm khác của ozone là nó không
để lại dư lượng.
2.2 Đề suất công nghệ xử lý
2.2.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ
Với mỗi công nghệ khác nhau sẽ có những ưu nhược điểm khác nhau vì vậy việc đề suất
một công nghệ phù hợp cho doanh nghiệp hay chủ đầu tư là một điều rất quan trọng. Và
việc lựa chọn cơng nghệ có thể lựa chọn dựa vào một số tiêu chí sau đây :
-

Chi phí để xây dựng cũng như vận hành hệ thống XLNT
Diện tích đất để xây dựng hệ thống XLNT
Khả năng nâng cấp của hệ thống XLNT
Thời gian thực hiện quá trình xử lý
Phù hợp với yêu cầu xử lý của chính quyền nơi đó
Độ an tồn của hệ thống XLNT khi có sự cố
Trình độ vận hành của doanh nghiệp cũng như chủ đầu tư

STT
1

Thông số
Công suất

1
-

2
1500

3
-

2

COD

3279
-

6000

3200

3
4

BOD
PH

3-4

1300
7.5

7.6

5
6

TSS
N-NO3-

-

500
-

4.9

4
1300015000
70007500
28003000
120-170

5
13001500
7001000
6.5-8.3
350-500
-

ĐƠN
VỊ
m3
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

mg/L


7
8
9

N-NH4+
Tổng N
P-PO43-

54.4
221.4
-

-

169
-

100-120

120-200
-

Tổng hợp các thông số nước thải dược phẩm trên ta có bảng sau :

Từ bảng số liệu trên ta rút ra được đặc trưng của nước thải dược phẩm :
STT

Thông số

giá trị

đơn vị

1
2
3
4
5
8
9

Công suất
COD
BOD5
PH
TSS
Tổng N
Tổng P

500
4500
2500
7
500
250
100

m3
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

Đề suất dây truyền công nghệ :

mg/L
mg/L
mg/L


2.2.2 Thuyết minh công nghệ
1. Bể gom
Bể thu tập trung tồn bộ nước thải của riêng phần của q trình lên men dược phẩm. Bể thu
gom sẽ đucợ đặt chìm để thu được dòng nước thải từ các đường ống đặt sát đất hoặc chìm
dưới đất trước khi nó được bơm chìm đẩy sang bể điều hịa. Duy trì hoạt động tối thiểu của
bơm, vớt dầu mỡ và lắng cát. Dầu mỡ và cặn lơ lửng có thể thu gom định kỳ bằng cách vớt
ra khỏi bể nhờ nguyên lý trọng lực. Cặn lắng dưới đáy sẽ được bơm chìm hút định kỳ xả
vào bể chứa bùn.

2. Bể điều hoà
Bể điều hòa là nơi tập trung nước thải trước khi vào hệ thống xử lý sinh học. Bể điều hòa
được thiết kế với thời gian lưu đủ lớn để cân bằng về lưu lượng và nồng độ các thành
phần ô nhiễm có trong nước thải, đảm bảo cho hệ thống và hệ vi sinh trong bể hoạt động
liên tục, ổn định, tránh hiện tượng hệ thống xử lý bị quá tải. Một số ưu điểm của việc
thiết kế bể điều hòa như là: