向連城，荊一鳳，張雷
(中國環境科學研究院，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，通過現場實驗，確定了工藝參數：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％。通過經濟分析，得出不到2年時間即可回收全部投資， 因此認為納濾膜分離技術在處理頭孢唑林酸廢水中的應用不僅技術上合理，在經濟上也是可行的。
　　關鍵詞：抗生素廢水；納濾膜；技術經濟分析
　　中圖分類號：X787 文獻標識碼：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

　　納濾膜在工業中的應用開始于20世紀90年代初期，目前在我國也有少量應用。在制藥及精細化工等一些行業中，納濾膜分離技術應用于以清潔生產為目的的有用物質回收和以環境保護為目的的有害物質分離中。
　　本文介紹在廣東某精細化工公司進行的現場實驗，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，它是生產中的產品，應盡量減少生產中的排放；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，應該盡可能去除廢水 中殘留的頭孢唑林酸。本文通過實驗數據，分析納濾膜工藝分離頭孢唑林酸在技術經濟上的可行性。

1 抗生素廢水分離濃縮試驗

1.1 試驗廢水成分
　　頭孢唑林酸系合成頭孢唑林鈉的中間體，其相對分子質量為341。生產中采用化學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]。結晶母液中含有乙醇、乙酸乙酯、氯化銨及其它組分。目前生產中將結晶母液經蒸餾回收溶劑，冷卻中和后排放，廢液的ρ(CODcr)達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 試驗裝置
　　頭孢唑林酸結晶母液納濾處理試驗采用MG95-1納濾膜分離裝置。膜組件型式：卷式膜；膜組件規格：2 540；膜型號：MPS-44。
1.3 試驗流程
　　試驗流程見圖1。

1.4 工藝條件選擇
1.4.1 pH值影響試驗
　　采用碳酸氫鈉調節頭孢唑林酸結晶母液的pH值，在不同pH值條件下進行納濾分離頭孢唑林酸結晶母液的試驗。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
　　用調節冷凍系統閥門開啟度的方法，改變料液桶中結晶母液的溫度，進行不同溫度條件下頭孢唑林酸結晶母液分離回收試驗。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，當溫度超過30℃時，頭孢唑林酸快速分解。
1.4.3 工藝條件確定
　　由試驗結果可以看出，在一定范圍內提高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，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
1.5.1 分離過程通量變化
　　頭孢唑林酸結晶母液納分離濃縮過程中，膜通量隨時間變化曲線見圖5。由圖5看出，隨時間延續，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，需盡量縮短濃縮時間，同時又需保證生產回用的濃度要圖5 結晶母液納濾分離濃縮膜通量變化曲線求，經研究將濃縮倍數確定為5倍[1-2]。納濾處理頭孢唑林酸結晶母液的濃縮回收數據見表1。

　　由表1數據可知，采用納濾方法處理頭孢唑林酸結晶母液，對結晶母液上清液和濾后液均可實現頭孢唑林酸的有效回收，在濃縮倍數為5倍時回收率為90.3％～93.7％。

2 費用效益分析

　　在已知生產規模的條件下，可采用改良朗格因子法計算設備投資額[3]：
　　J=CBm (1)
　　式中：J——設備投資；
　　　　　C——比費用(單位生產規模的投資額)；
　　　　　B—— 所選用生產能力；
　　　　　m——衰減系數。
　　該公司每天排放唑林酸母液4m³。現場實驗 得到運行參數為：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。
　　靜態年運行成本費用=120萬元。
　　每年可回收唑林酸的價值為342萬元。
　　回收效益=唑林酸回收值-運行成本=204萬元／a。
　　抗生素回收各項費用見表2。
　　采用納濾膜回收抗生素工藝的設備投資222萬元，在抗生素回收工藝實施后，不到2年即可表2 抗生素回收各項費用回收全部投資。運行成本為回收效益的59％。

3 結論

　　①采用納濾分離方法對頭孢唑林酸結晶母液進行處理，可以有效回收頭孢唑林酸結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經濟分析表明，采用納濾分離方法對頭孢唑林酸母液進行處理，經濟上是合理的。在抗生素回收工藝實施后，不到2年即可回收全部投資。

參考文獻：
　　[1]鄔行彥.抗生素生產工藝學[M].北京：化學工業出版社，1982.
　　[2]陳鈞鳴，徐玲娣.抗生素工業分析[M].北京：中國醫藥科技出版社，1991.
　　[3] R Rautenbach(王樂夫，譯).膜工藝-組件和裝置設計基礎[M].北京：化學工業出版社，1998.

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