向連城，荊一鳳，張雷
(中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京100012)

　　摘要：抗生素類制藥廢水污染物濃度高，微生物不易降解，處理難度大。采用納濾膜分離方法處理頭孢唑林酸廢水，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，確定了工藝參數(shù)：料液溫度25～30℃，pH值4～5，膜平均通量3L/(m2·h)，膜前流速7.14L/(m2·min)，膜前壓力3.0 MPa。并得到頭孢唑林酸回收率為90.3％～93.7％。通過經(jīng)濟(jì)分析，得出不到2年時(shí)間即可回收全部投資， 因此認(rèn)為納濾膜分離技術(shù)在處理頭孢唑林酸廢水中的應(yīng)用不僅技術(shù)上合理，在經(jīng)濟(jì)上也是可行的。
　　關(guān)鍵詞：抗生素廢水；納濾膜；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
　　中圖分類號：X787 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2455(2004)03-0028-03

Nanonfiltration of Cefazolin-Containing Wastewater
and Techno-Economic Aualysis Thereof
XIANG Lian-cheng，JING Yi-feng，ZHANG Lei
(The Environmental Science Academy of China,Beijing 100012，China)

　　Abstract： In the waste water from the production of anti-biologic pharmaceuticals，the concentration of　pollutants is high and the microorganisms are hardly degradable，which makes the treatment of the waste water　very difficult.A separation process with nanofiltration membrane was used in the treatment of waste water from　the production of cefazolin，the process parameters of which were measured as fo11ows through site tests：Temperature of feed liquid：25～30℃，pH value：4～5，average flux through membrane：3 L/(m²·h)，flowrate　before membrane：7.14 L/(m²·min) ，and pressure before membrane：3.0 MPa.It was also measured that the　recovery rate of cefazolin was 90.3％～93.7％.It is believed through economic analyses that the total investment can be recovered within less than 2 years and，therefore，the application of the separation technology with　nanofiltration membrane in the treatment of waste water containing cefazolin is not only reasonable technically　but also feasib1e economically.
　　Key words： antibiotics-containing wastewater；nanofiltration membrane；techno-economic analysis

　　納濾膜在工業(yè)中的應(yīng)用開始于20世紀(jì)90年代初期，目前在我國也有少量應(yīng)用。在制藥及精細(xì)化工等一些行業(yè)中，納濾膜分離技術(shù)應(yīng)用于以清潔生產(chǎn)為目的的有用物質(zhì)回收和以環(huán)境保護(hù)為目的的有害物質(zhì)分離中。
　　本文介紹在廣東某精細(xì)化工公司進(jìn)行的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，采用納濾膜分離唑林酸母液。唑林酸母液中含有殘留的頭孢唑林酸，它是生產(chǎn)中的產(chǎn)品，應(yīng)盡量減少生產(chǎn)中的排放；由于其為抗生素類藥物，在廢水的生物處理中抑制微生物的生長，降低廢水處理效率，在廢水的生物處理前，應(yīng)該盡可能去除廢水 中殘留的頭孢唑林酸。本文通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析納濾膜工藝分離頭孢唑林酸在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的可行性。

1 抗生素廢水分離濃縮試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)廢水成分
　　頭孢唑林酸系合成頭孢唑林鈉的中間體，其相對分子質(zhì)量為341。生產(chǎn)中采用化學(xué)酰化法制造頭孢唑林酸，其主要原料為7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)、噻二唑、四氮唑乙酸、三甲基乙酰氯、鹽酸、二氯甲烷等[1-2]。結(jié)晶母液中含有乙醇、乙酸乙酯、氯化銨及其它組分。目前生產(chǎn)中將結(jié)晶母液經(jīng)蒸餾回收溶劑，冷卻中和后排放，廢液的ρ(CODcr)達(dá)75000～250000 mg／L，廢液溫度為25℃，pH值為2，其中殘留的頭孢唑林酸全部損失掉了。
1.2 試驗(yàn)裝置
　　頭孢唑林酸結(jié)晶母液納濾處理試驗(yàn)采用MG95-1納濾膜分離裝置。膜組件型式：卷式膜；膜組件規(guī)格：2 540；膜型號：MPS-44。
1.3 試驗(yàn)流程
　　試驗(yàn)流程見圖1。

1.4 工藝條件選擇
1.4.1 pH值影響試驗(yàn)
　　采用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)頭孢唑林酸結(jié)晶母液的pH值，在不同pH值條件下進(jìn)行納濾分離頭孢唑林酸結(jié)晶母液的試驗(yàn)。不同pH值對頭孢唑林酸截留率的影響見圖2，不同pH值對膜通量的影響見圖3。

1.4.2 溫度影響試驗(yàn)
　　用調(diào)節(jié)冷凍系統(tǒng)閥門開啟度的方法，改變料液桶中結(jié)晶母液的溫度，進(jìn)行不同溫度條件下頭孢唑林酸結(jié)晶母液分離回收試驗(yàn)。不同溫度對膜通量的影響見圖4。

　　由圖4可知，隨著溫度升高，膜通量逐漸增大，有利于提高分離速度，這主要是由于溫度升高，料液的粘度下降所致。
　　但頭孢唑林酸隨溫度的升高，分解速度加快，當(dāng)溫度超過30℃時(shí)，頭孢唑林酸快速分解。
1.4.3 工藝條件確定
　　由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在一定范圍內(nèi)提高pH值和溫度對頭孢唑林酸分離回收是有利的；另一方面，提高pH值和溫度不利于頭孢唑林酸穩(wěn)定，使頭孢唑林酸在分離回收過程中降解。綜合考慮以上兩方面因素，確定頭孢唑林酸結(jié)晶母液納濾分離處理中，pH值控制在4～5，溫度控制在25～30℃。工藝操作中其它參數(shù)，如操作壓力、流量等由以前的小試及中試確定。
　　頭孢唑林酸結(jié)晶母液納濾分離處理的工藝條件因此確定為：
　　流量：10 L／min；
　　壓力：3.0 MPa；
　　膜前后壓力差：0.1 MPa；
　　料液pH值：4～5；
　　料液溫度：25～30℃。
1.5 分離試驗(yàn)
1.5.1 分離過程通量變化
　　頭孢唑林酸結(jié)晶母液納分離濃縮過程中，膜通量隨時(shí)間變化曲線見圖5。由圖5看出，隨時(shí)間延續(xù)，膜通量逐漸下降，膜平均通量為3L／(m2·h)。
1.5.2 頭孢唑林酸濃縮回收
　　為減少頭孢唑林酸在濃縮過程中降解，需盡量縮短濃縮時(shí)間，同時(shí)又需保證生產(chǎn)回用的濃度要圖5 結(jié)晶母液納濾分離濃縮膜通量變化曲線求，經(jīng)研究將濃縮倍數(shù)確定為5倍[1-2]。納濾處理頭孢唑林酸結(jié)晶母液的濃縮回收數(shù)據(jù)見表1。

　　由表1數(shù)據(jù)可知，采用納濾方法處理頭孢唑林酸結(jié)晶母液，對結(jié)晶母液上清液和濾后液均可實(shí)現(xiàn)頭孢唑林酸的有效回收，在濃縮倍數(shù)為5倍時(shí)回收率為90.3％～93.7％。

2 費(fèi)用效益分析

　　在已知生產(chǎn)規(guī)模的條件下，可采用改良朗格因子法計(jì)算設(shè)備投資額[3]：
　　J=CBm (1)
　　式中：J——設(shè)備投資；
　　　　　C——比費(fèi)用(單位生產(chǎn)規(guī)模的投資額)；
　　　　　B—— 所選用生產(chǎn)能力；
　　　　　m——衰減系數(shù)。
　　該公司每天排放唑林酸母液4m³。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn) 得到運(yùn)行參數(shù)為：膜平均通量3 L/(m²·h),膜前流速7.14 L/(m²·h),膜前壓力30 MPa。假設(shè)由母液中提取唑林酸每天工作8h，則所需膜面積為：
　　S=4000÷(8×3)=167m² （2）

　　由此可估算出唑林酸回收所需膜裝置的投資為222萬元。
　　靜態(tài)年運(yùn)行成本費(fèi)用=120萬元。
　　每年可回收唑林酸的價(jià)值為342萬元。
　　回收效益=唑林酸回收值-運(yùn)行成本=204萬元／a。
　　抗生素回收各項(xiàng)費(fèi)用見表2。
　　采用納濾膜回收抗生素工藝的設(shè)備投資222萬元，在抗生素回收工藝實(shí)施后，不到2年即可表2 抗生素回收各項(xiàng)費(fèi)用回收全部投資。運(yùn)行成本為回收效益的59％。

3 結(jié)論

　　①采用納濾分離方法對頭孢唑林酸結(jié)晶母液進(jìn)行處理，可以有效回收頭孢唑林酸結(jié)晶母液中殘留的頭孢唑林酸，頭孢唑林酸回收率90.3％～93.7％。
　　②經(jīng)濟(jì)分析表明，采用納濾分離方法對頭孢唑林酸母液進(jìn)行處理，經(jīng)濟(jì)上是合理的。在抗生素回收工藝實(shí)施后，不到2年即可回收全部投資。

參考文獻(xiàn)：
　　[1]鄔行彥.抗生素生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982.
　　[2]陳鈞鳴，徐玲娣.抗生素工業(yè)分析[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，1991.
　　[3] R Rautenbach(王樂夫，譯).膜工藝-組件和裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

作者簡介：向連城(1962-)，男，湖北恩施人，副研，北京朝陽區(qū)安外大羊坊8號，中國環(huán)境科學(xué)研究院，電話(010)84915314。