MỞ ĐẦU Điều gì sẽ sảy ra nếu một ngày không 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 không có thuốc Qua đó t[.]
MỞ ĐẦU Điều sảy ngày khơng có thuốc tây, hàng nghìn bệnh viện đất nước phải dừng hoạt động, hàng triệu người rơi vào tình trạng nguy kịch khơng có thuốc… Qua ta thấy quan trọng dược phẩm ngành dược phẩm nói chung Theo báo lao động số ngày 28/03/2022 “Việt Nam có quy mơ thị trường tương đối lớn với dân số 98 triệu người tuổi thọ xấp xỉ 76 tuổi Khoảng 30% dân số Việt Nam mua thuốc tây tương đối đắt tiền số tăng lên Ngành công nghiệp dược phẩm Việt Nam thị trường tăng trưởng cao khu vực nhờ tăng trưởng kinh tế ngày tăng, thu nhập bình quân đầu người tăng dân số già” Ngành sản xuất dược phẩm Việt Nam đánh giá ngành có tốc độ tăng trưởng nhanh Đặc biệt năm 2022, ngành sản xuất dược phẩm chứng kiến 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 dự báo đạt 16,1 tỷ USD vào năm 2026 Theo báo cáo VIRAC, quý 1/2023, số sản xuất cơng nghiệp nhóm ngành đạt tốc độ tăng trưởng gần 7% so với kỳ năm ngoái Sản xuất dược phẩm nước ngày mở rộng quy mô Cùng với tăng trưởng phát triển ngành dược phẩm kéo theo vấn đề nước thải từ trình sản suất dược phẩm, với nhiều đặc thù riêng biệt Vì cần có phương pháp công nghệ khác để phù hợp cho loại nước thải dược phẩm điều cần thiết Nhiệm vụ đồ án: Thiết kể hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy điển hình sản suất dược phẩm phương pháp lên men công nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP DƯỢC PHẨM 1.1 Tổng quan xử lý nước thải dược phẩm Nước thải dược phẩm thường đặc trưng độc tính cao diện hợp chất khó phân hủy sinh học làm hạn chế khả phân hủy sinh học nó, khiến trở thành mối đe dọa tiềm ẩn môi trường tự nhiên Các chất chất thải lên men, dung môi chiết xuất dư thừa cịn sót lại sau đặc tinh chế thành phần hoạt tính từ nguồn tự nhiên, hoạt chất dược lý chất chống đông máu chất hóa trị liệu, chất tẩy rửa chất khử trùng sử dụng để khử trùng thiết bị Một số loại dược phẩm gây mối lo ngại đặc biệt số có thuốc kháng sinh có tác động đáng kể đến mơi trường nơi chúng làm gián đoạn q trình xử lý nước thải ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái ) Hơn nữa, số loại thải dược phẩm sản xuất thuốc kháng sinh chứa vật liệu chịu nhiệt sinh học phân hủy Tải lượng nhiễm dịng nước thải cịn phụ thuộc vào dây chuyền sản xuất dược phẩm Dựa quy trình liên quan đến sản xuất, ngành cơng nghiệp dược phẩm chia thành loại sau: nhà máy lên men; nhà máy tổng hợp hóa chất hữu cơ; nhà máy lên men/tổng hợp hóa chất hữu (thường 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 pha chế thuốc (viên nén, viên nang dung dịch, v.v.) Quá trình sản xuất hợp chất dược phẩm thường bao gồm nhiều giai đoạn khác bao gồm chuyển đổi chất tự nhiên thành thành phần dược phẩm thông qua trình lên men chiết xuất chủ yếu 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 chất hỗ trợ tiêu hóa; thuốc ức chế thần kinh trung ương; tác nhân huyết học; insulin; vắc-xin Phân loại quy trình khác dựa đường sản xuất thuốc nguyên liệu đại trà ngành kỹ thuật dược phẩm Một số công nghệ sản xuất thuốc kháng sinh a Công nghệ lên men – quy trình chung [1] Hầu hết loại kháng sinh sản xuất trình lên men, bao gồm ba bước bản: Tạo giống, lên men thu hồi sản phẩm Sản xuất dược phẩm lên men bắt đầu với bước tạo giống với bào tử có từ nhà máy Các bào tử ni dưỡng mơi trường thích hợp; Sau đó, chúng nhân giống thông qua việc sử dụng thạch ni cấy bình đủ khối lượng sản xuất để chuyển sang bể cấy vi sinh Trong số q trình lên men, có bể cấy vi sinh nhất, bể cấy vi sinh trạng thái làm việc liên tục, phần giống cịn lại bể đóng vai trị chất có sẵn Bể cấy vi sinh xử lí kiểm sốt có cố Một số sản phẩm dược phẩm sản xuất phương pháp lên men 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 công nghiệp [2] Công nghệ lên men sản xuất penicillin mang nét đặc thù riêng sở sản xuất thông tin hạn chế cung cấp công khai, sáng chế thường giới hạn công đoạn định; khó đưa công nghệ tổng quát chung Theo công nghệ lên men hãng Gist-Brocades (Hà Lan), toàn dây chuyển sản xuất thuốc kháng sinh penicillin phân chia làm bốn cơng đoạn sau: Lên men sản xuất penicillin tự nhiên (thường thu penicillin V penicillin G) Xử lý dịch lên men tinh chế thu bán thành phẩm penicillin tự nhiên Sản xuất penicillin bán tổng hợp (từ nguyên liệu penicillin tự nhiên) Pha chế 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 trình sản xuất lên men penicillin [3] c Quy trình lên men sản xuất Streptomycin Quy trình thể rõ dịng nước thải tạo cửa xả khác triển vọng áp dụng công nghệ thu hồi xử lý địa điểm 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 trình chiết sinh học Quá trình sản xuất dược phẩm chiết sinh học thể hình Các hóa chất hữu vơ tồn dạng cặn dòng chất thải Ngoài ra, việc sử dụng nhiều loại dung mơi hữu có nhiệt độ sơi thấp tạo nước thải chứa dung môi Thông thường, nước thải có BOD, COD TSS thấp, độ pH tương đối trung tính dao động từ đến Hình 0.4 quy trình sản xuất dược phẩm trình chiết sinh học [1] Các thông số ô nhiễm đặc trưng nước thải dược phẩm phương pháp lên men Nhìn chung, thành phần nước thải dược phẩm phức tạp, bao gồm nồng độ chất hữu cao, vi sinh vật có độc tính cao, nồng độ muối cao khó phân hủy sinh học Ngồi ra, với nhà máy dược phẩm khác nhau, thành phần nguyên liệu đầu vào khác nhau, dẫn đến thành phần nồng độ chất ô nhiễm khác loại dược phẩm sản xuất Bảng cung cấp tóm tắt số đặc tính 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 đặc tính khác Nước thải dược phẩm sinh học có đặc trưng nồng độ ô nhiễm dao động lớn; tỉ lệ C/N thấp; SS, nồng độ muối, độc tính sinh học độ màu cao Nước thải số nhà máy dược phẩm Trung Quốc có chứa đường, glycoside, sắc tố hữu cơ, anthraquinone, tannin, hàm lượng kiềm, cellulose, lignin chất hữu có màu Bảng 0.2 Đặc tính nước thải dược phẩm hóa học Đặc tính nước thải dược phẩm sản xuất phương pháp hóa học Thơng số Giá trị – 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 phương pháp lên men Đặc tính nước thải dược phẩm sản xuất phương pháp lên men Thông số Giá trị – 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 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 tổng hợp số kết phân tích thành phần ô nhiễm nước thải dược phầm tác giả: Xin Li ,Viện nghiên cứu vận tải đường thủy Thiên Tân, Kỹ thuật, Phịng thí nghiệm trọng điểm Môi trường, Công nghệ bảo vệ 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 thành phần nước thải phương pháp lên men Từ kỷ thứ trước Công nguyên, người Trung Quốc biết cách dùng ngải apxin để chữa sốt rét Nhưng phải đến 2000 năm sau, nhà khoa học tìm cách chiết xuất tinh chất acid artemisinic từ hoa khô ngải apxin để bào chế thuốc Artemisinin dùng đặc trị loại bệnh ký sinh trùng sốt rét gây Tuy nhiên, cần phải có hàng hecta ngải cho mẻ chiết xuất Vì chi phí cho đợt chữa trị Artemisinin chiết xuất trở nên cao 90% số 500 triệu bệnh nhân bị sốt rét quốc gia chậm phát triển Để giải khó khăn này, nhà khoa học tìm hướng sử dụng men rượu (Saccharomyces cerevisiae) để lên men tạo thuốc chữa sốt rét Chẳng cần phải nhiều thời gian công sức để trồng trọt, chăm sóc thu hoạch ngải apxin, người ta việc mua loại men mà nhà máy sản xuất rượu bia hay sử dụng về, cấy thêm gen có tác dụng tạo acid artemisinic ngải apxin vào tiến hành cho lên men Trong trình lên men, vi khuẩn men chuyển giao gen tạo acid artemisinic hoạt động, sinh sôi mạnh mẽ tạo lượng acid artemisinic dược chất lớn Acid qua vài phản ứng hóa học dễ dàng chuyển thành thuốc Artemisinin Có thể thấy cơng nghệ sản xuất dược phẩm bẳng phương pháp lên men đem lại nhiều lợi ích dược phẩm thu từ hệ lên men tinh khiết, có hàm lượng cao rẻ nhiều Hơn nữa, phương pháp lên men khắc phục hậu cạn kiệt tài nguyên sinh vật thời gian ni trồng Q trình lên men theo mẻ bao gồm ba bước: cấy chuẩn bị hạt giống, lên men thu hồi sản phẩm Tiến hành chuẩn bị dịch cấy với điều kiện cần thiết chủng vi sinh vật cần thiết, sau tồn hỗn hợp chuyển sang thiết bị lên men tiệt trùng nước Quá trình lên men tạo lượng lớn chất thải nước dùng lên men qua sử dụng chất thải tế bào chết Như hầu hết trình lên men pha nước, vi khuẩn không tồn nồng độ sản phẩm cao vi khuẩn bị ức chế tích tụ sản phẩm Dịng thải có lượng lớn nguyên liệu thô không tiêu thụ canh trường dinh dưỡng, muối kim loại, tinh bột, nitrat phốt phát với COD, BOD TSS cao với giá trị pH dao động từ đến Hơi nước lượng nhỏ hóa chất cơng nghiệp (phenol, chất tẩy rửa chất khử trùng) trì tính vơ trùng nhà máy chế biến đó, phần cịn lại chúng thêm vào dòng nước thải Một lượng đáng kể tạp chất kim loại halogen tìm thấy trình sử dụng để kết tủa sản phẩm từ rượu mẹ Một lượng lớn dung môi sử dụng để tinh chế sản phẩm mong muốn trình tái chế dung mơi, chất thải nước chứa dung mơi hữu trộn được tạo Một số dung môi sử dụng làm phương tiện quy trình sản xuất dược phẩm để hịa tan chất phản ứng, sản phẩm tạp chất dạng khí, rắn nhớt Chúng sử dụng q trình tổng hợp hóa học để hịa tan chất phản ứng pha đồng để khắc phục hiệu ứng truyền nhiệt khối lượng Một số dung mơi sử dụng để kiểm sốt nhiệt độ phản ứng Nhiều loại chất ô nhiễm thải q trình sản xuất dược phẩm dung mơi phản ứng tinh chế Chúng bao gồm benzen, phenol, toluene, dung mơi halogen hóa xyanua Mặc dù EPA cấm hạn chế sử dụng khoảng 23 dung môi bao gồm số VOC dung mơi clo hóa, số ngành dược phẩm sử dụng loại thuốc liên quan khơng thể sản xuất cách sử dụng dung mơi khác; ví dụ, methylene chloride Các dung mơi phi truyền thống sử dụng công nghiệp metanol, etanol, isopropanol, axeton etyl axetat Ngoài ra, nhiều chất thơm dị vịng pyridine piperidine góp phần vào danh sách chúng trơ trình phản ứng Nhiều ngành cơng nghiệp có hệ thống thu hồi dung mơi để tinh chế dung môi bị ô nhiễm bao gồm cột chưng cất hệ thống bay dung môi-dung mơi dung mơi thứ hai sử dụng để tách tạp chất Các hoạt động dẫn đến nước thải chứa nước bão hịa hồn tồn phần với dung mơi cịn lại Ví dụ, năm 2007, 119000 chất thải nguy hại Ireland dung môi hữu số này, 55400 xuất để thu hồi xử lý Chất thải phát sinh chủ yếu từ lĩnh vực dược phẩm 1.1.2 Một số phương pháp xử lý nước thải ngành dược phẩm 1.Xử lý nước thải lên men kháng sinh phương pháp keo tụ polyferric sulfat kết hợp Fenton lắng Cáp Nhĩ Tân Trung Quốc Nước thải lên men kháng sinh lấy từ công ty dược phẩm Cáp Nhĩ Tân, Trung Quốc Theo cơng ty, thành phần mẫu nước thải nước, cefpirome, latomoxef, aztreonam, cefoperazone, cefa tridine, ropylene glycol ceftazidime Bảng tính chất nước thải COD mg/L 3279 BOD5/ COD