Abwasserbehandlung in der Pharmaindustrie: Biologisch abbaubarer Anteil und refraktäre Ströme

Abschnitte

• Abwasserproduktion in der pharmazeutischen Industrie
• Abwasserbewirtschaftung in der Arzneimittelherstellung
• Behandlung biologisch abbaubarer Einleitungen
• Vakuumverdampfung für schwer behandelbare Abwässer
• Fortgeschrittene Oxidationsprozesse (POA)
• Der Bedarf an einer maßgeschneiderten und integrierten Lösung für jeden Fall

Abwasserproduktion in der pharmazeutischen Industrie

Die pharmazeutische Industrie verwendet große Mengen an gereinigtem Wasser für die Herstellung von Arzneimitteln und anderen Gesundheitsprodukten. Ebenso wird Wasser für Reinigungs- und Desinfektionsprozesse von Anlagen, Reaktoren, Behältern, Rohrleitungen und Primärverpackungen verbraucht.

Als Ergebnis dieser Prozesse entstehen Abwässer, die Rückstände von Chemikalien, Reste von pharmazeutischen Wirkstoffen (API), Lösungsmittel, Reinigungsmittel und andere während der Produktion eingesetzte Verbindungen enthalten.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) weist darauf hin, dass eine große Vielfalt an Abfällen aus dem Pharmasektor über die Abwässer aus den Produktionsanlagen in die Umwelt gelangt.

Das Volumen und die Zusammensetzung dieser Abwässer sind sehr variabel, da sie sowohl vom hergestellten Medikamententyp als auch von den verwendeten Rohstoffen, Produktionsprozessen, Reinigungsprotokollen und den in jeder Anlage eingesetzten Technologien abhängen.

Bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte kommen zahlreiche chemische Substanzen, Reinigungsmittel und die sogenannten pharmazeutischen Wirkstoffe (API) zum Einsatz, die für die therapeutische Wirkung der Medikamente zur Vorbeugung, Behandlung oder Diagnose von Krankheiten verantwortlich sind.

Abwasserbewirtschaftung in der Arzneimittelherstellung

Die von der pharmazeutischen Industrie erzeugten Abwässer weisen eine hohe Variabilität sowohl im Durchfluss als auch in der Zusammensetzung auf, was ihre Behandlung zu einer bedeutenden technischen Herausforderung macht.

Während der Arzneimittelherstellung können Ströme mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften entstehen: Waschwasser mit biologisch abbaubarer organischer Substanz, Abwässer mit pharmazeutischen Wirkstoffen (API), Lösungsmitteln, Reinigungs- und Desinfektionsmitteln, refraktären Verbindungen sowie Ströme mit sehr hohen Salzkonzentrationen.

Diese Heterogenität macht es besonders wichtig, eine Strategie zur Abwassertrennung an der Quelle anzuwenden, um eine unkontrollierte Vermischung von Strömen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften vor der Behandlung zu vermeiden.

Warum sollten nicht alle Abwässer einer biologischen Behandlung zugeführt werden?

Der Betrieb eines biologischen Reaktors hängt davon ab, eine aktive Mikroorganismenpopulation und geeignete Umweltbedingungen für deren Stoffwechsel aufrechtzuerhalten.

Das Einleiten bestimmter Ströme aus dem Produktionsprozess kann diese Bedingungen stören und die Behandlungseffizienz erheblich verringern. Zu den problematischsten gehören:

• Abwässer mit pharmazeutischen Wirkstoffen (API), wie Antibiotika, Desinfektionsmittel oder andere biologisch aktive Verbindungen, die toxische oder hemmende Wirkungen auf Mikroorganismen ausüben können.
• Ströme mit hoher Konzentration an Lösungsmitteln oder anderen organischen Verbindungen, die zu Spitzenwerten im CSB führen und je nach Art und Konzentration die biologische Aktivität hemmen können.
• Abwässer mit hoher Salzkonzentration, die osmotischen Stress auf die Biomasse ausüben und deren Stoffwechselaktivität reduzieren können, wenn die Konzentrationen die vom Prozess tolerierten Werte überschreiten.
• Ströme mit hohem Anteil an refraktärer oder nicht biologisch abbaubarer organischer Substanz, deren Einleitung in den Reaktor die CSB-Belastung erhöht, ohne dass die Mikroorganismen diese effektiv abbauen können.
• Konzentrierte und variabel zusammengesetzte Abwässer, die punktuelle Belastungen verursachen können, welche die Betriebsbedingungen des Reaktors destabilisieren.
• Spülwässer oder flüssige Ableitungen aus den für die Behandlung von Emissionen eingesetzten Scrubbern. Diese Spülwässer enthalten meist hohe Konzentrationen an Salzen und anderen während der Gaswäsche aufgenommenen Verbindungen.

Aufgrund dieser großen Vielfalt an nicht biologisch abbaubaren Schadstoffen ist die effizienteste Lösung, jene Ströme zu identifizieren und zu trennen, die den Betrieb des biologischen Reaktors beeinträchtigen können, und sie mit speziell an ihre Zusammensetzung angepassten Technologien zu behandeln.

Trennung der Ströme zum Schutz des biologischen Reaktors und zur Optimierung der Behandlung

Wasser mit überwiegend biologisch abbaubarer Belastung kann der biologischen Behandlung zugeführt werden, während konzentrierte, salzhaltige, toxische, hemmende oder schlecht biologisch abbaubare Ströme getrennt und einer spezifischen Behandlung unterzogen werden können.

Diese Strategie ermöglicht:

• Schutz der Biomasse vor toxischen oder hemmenden Substanzen.
• Vermeidung übermäßiger Salzbelastungen im biologischen Reaktor.
• Reduzierung von CSB-Spitzen und Schadstoffbelastungen.
• Aufrechterhaltung stabilerer Betriebsbedingungen.
• Verbesserung der Effizienz bei der Entfernung biologisch abbaubarer organischer Substanz.
• Verringerung des Risikos von Leistungseinbußen oder Destabilisierung des Prozesses.
• Anwendung der technisch und wirtschaftlich am besten geeigneten Technologie für jeden Strom.

Innerhalb dieser Strategie spielt die Vakuumverdampfung eine besonders wichtige Rolle bei der separaten Behandlung konzentrierter Ströme, die nicht direkt in den biologischen Prozess eingeleitet werden sollten.

Behandlung biologisch abbaubarer Einleitungen

Im Allgemeinen sind biologische Behandlungen die am weitesten verbreitete und kostengünstigste Alternative zur Behandlung industrieller Abwässer.

Für die biologische Behandlung dieser Abwässer stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, darunter Belebtschlammverfahren, bewegte Bett-Bioreaktoren (MBBR), anaerobe Behandlungen und spezifische Verfahren zur Entfernung von Mikroverunreinigungen.

Nach einer korrekten Trennung sollte der biologische Reaktor hauptsächlich Ströme mit einem ausreichend biologisch abbaubaren organischen Anteil erhalten.

In einer pharmazeutischen Anlage könnten typischerweise folgende Ströme biologisch behandelt werden:

• Wasch- und Spülwasser von Anlagen, sofern diese relativ verdünnt sind und keine problematischen Konzentrationen von API, Desinfektionsmitteln oder Lösungsmitteln enthalten.
• Wasser aus der Reinigung von Reaktoren, Behältern und Rohrleitungen nach Abtrennung der ersten, konzentrierteren Fraktionen. Die ersten Waschvorgänge können eine deutlich höhere Produktbelastung mitführen, während die nachfolgenden Spülungen meist verdünnter sind.
• Abwässer aus Prozessen mit biologisch abbaubarer organischer Substanz, z. B. bestimmte Ströme aus Fermentations- oder Formulierungsprozessen, sofern deren biologische Abbaubarkeit bestätigt wurde.
• Wasser mit günstigen BSB/CSB-Verhältnissen, bei denen ein ausreichend großer Anteil der organischen Substanz von Mikroorganismen genutzt werden kann.
• Ströme, die zuvor mittels POA oder anderer Vorbehandlungen behandelt wurden, sofern diese die Toxizität reduziert oder refraktäre Verbindungen in besser biologisch abbaubare Substanzen umgewandelt haben.
• Abwässer mit Spuren bestimmter biologisch abbaubarer API, sofern die resultierenden Konzentrationen die Biomasse nicht hemmen und der biologische Prozess deren Entfernung nachgewiesen hat.

Wie bereits erwähnt, stoßen diese Behandlungen häufig an Grenzen aufgrund der Anwesenheit hemmender Verbindungen.

Daher greifen viele Pharmaunternehmen auf zugelassene Abfallentsorger zurück, um ihre flüssigen Abwässer zu entsorgen, was mit hohen Transport- und Behandlungskosten verbunden ist.

In diesem Zusammenhang haben sich Vakuumverdampfer als eine der effizientesten und wirtschaftlichsten Technologien zur Behandlung von Abwässern aus der pharmazeutischen Industrie etabliert, insbesondere bei Abwässern mit hohen Schadstoffbelastungen oder schwer behandelbaren Verbindungen.

Vakuumverdampfung für schwer behandelbare Abwässer

Die Vakuumverdampfung ist ein thermisches Trennverfahren, das die Entfernung von Wasser und anderen Lösungsmitteln aus einer flüssigen Abwasserströmung durch Wärmezufuhr unter vermindertem Druck ermöglicht.

Durch die Druckabsenkung im Verdampfer wird auch der Siedepunkt des Wassers gesenkt, sodass es bei deutlich niedrigeren Temperaturen als bei atmosphärischer Verdampfung verdampft werden kann. Dies reduziert den Energieverbrauch und minimiert die thermische Zersetzung wärmeempfindlicher Verbindungen.

Dank dieser Eigenschaften hat sich die Vakuumverdampfung zu einer der am häufigsten eingesetzten Technologien für die Behandlung komplexer Abwässer entwickelt, insbesondere in Branchen wie der pharmazeutischen, chemischen oder biotechnologischen Industrie.

Die Rolle der Vakuumverdampfer in der pharmazeutischen Industrie

In der pharmazeutischen Industrie ist diese Technologie besonders interessant, da sie die unabhängige Behandlung bestimmter Ströme ermöglicht, die aufgrund ihrer Zusammensetzung problematisch für eine biologische Behandlung sein könnten.

Abwässer mit hoher Salzkonzentration

Gelöste Salze können durch eine konventionelle biologische Behandlung nicht entfernt werden und können bei hohen Konzentrationen die Aktivität der Biomasse negativ beeinflussen.

Die Verdampfung ermöglicht die Abtrennung eines Großteils des Wassers aus diesen Strömen, während die Salze überwiegend im Rückstand konzentriert bleiben.

Diese Anwendung ist besonders interessant für bestimmte Spülwässer aus Scrubbern und andere salzhaltige Ströme, die während pharmazeutischer Prozesse entstehen, da so eine unnötige Erhöhung der Leitfähigkeit und Salzbelastung des biologischen Systems vermieden wird.

Abwässer mit API und anderen schwer biologisch abbaubaren Verbindungen

Pharmazeutische Wirkstoffe und andere Mikroverunreinigungen können eine geringe biologische Abbaubarkeit aufweisen und in bestimmten Fällen hemmende Wirkungen auf Mikroorganismen ausüben.

Die Verdampfung ermöglicht es, diese Ströme aus dem biologischen Kreislauf zu entfernen und einen Großteil der Schadstoffe in einem deutlich kleineren Volumen zu konzentrieren.

Obwohl die Verdampfung nicht zwangsläufig zur Zerstörung der API führt, erleichtert die Konzentration in einem reduzierten Strom deren anschließende Behandlung oder Entsorgung mittels anderer Technologien wie fortgeschrittener Oxidation, Adsorption oder Kristallisation.

Wenn die Eigenschaften der Verbindung und des Prozesses es zulassen, kann die erzielte Konzentration auch die Rückgewinnung von Wirkstoffen oder anderen wertvollen Produkten erleichtern.

Abwässer mit Lösungsmitteln

Lösungsmittel sind ein weiterer Stromtyp, der eine differenzierte Behandlung erfordert, da bestimmte Konzentrationen von Lösungsmitteln eine hohe CSB-Belastung verursachen und die Aktivität der Biomasse hemmen können.

In komplexen wässrigen Strömen, in denen Lösungsmittel zusammen mit Salzen, API und anderen Schadstoffen vorkommen und das Hauptziel die Volumenreduzierung des Abfalls ist, kann die Vakuumverdampfung eine geeignete Alternative darstellen. In solchen Fällen kann eine korrekt ausgelegte thermische Trennstrategie die Abtrennung oder Rückgewinnung bestimmter Lösungsmittel ermöglichen, wodurch sowohl die Schadstoffbelastung als auch der Verbrauch an Rohstoffen reduziert werden.

Wenn Konzentration und Wert des Lösungsmittels dies rechtfertigen, kann die bevorzugte Alternative der Einsatz von Lösungsmitteldestillationsanlagen sein, die es ermöglichen, ein oder mehrere Lösungsmittel selektiv mit ausreichender Reinheit zur Wiederverwendung zu trennen und zurückzugewinnen.

In der pharmazeutischen Industrie ist es möglich, Lösungsmittel mit sehr hohen Reinheiten zurückzugewinnen, mit speziell entwickelten Prozessen zur Rückgewinnung von THF, Methanol, Ethylacetat oder DMSO aus Abfallströmen.

Die folgende Tabelle zeigt, in welchen Szenarien welche Alternative vorzuziehen ist:

Stromtyp	Technologie mit meist sinnvoller Anwendung
Strom mit hohem Anteil an rückgewinnbarem Lösungsmittel	Destillation / Vakuumdestillation zur Lösungsmittelrückgewinnung
Gemisch aus mehreren Lösungsmitteln und Wasser	Mehrstufige Destillation, Extraktion oder andere spezifische Trennverfahren, abhängig von Azeotropen und VLE-Gleichgewicht
Abwasser mit geringen Mengen an Lösungsmitteln + Salzen + API + anderen Schadstoffen	Vakuumverdampfer, eventuell mit Behandlung der Dämpfe/Destillate
Salzhaltiger oder refraktärer CSB-Strom, bei dem das Ziel die Volumenreduzierung ist	Vakuumverdampfung
Prozessstrom, bei dem zudem eine Rückgewinnung von Rohstoffen gewünscht ist	Es empfiehlt sich, die Lösungsmittelrückgewinnung vor der Behandlung des verbleibenden Abfalls zu prüfen

Das Design muss speziell für das betrachtete Gemisch erfolgen und Aspekte wie Flüchtigkeit, Siedepunkt, Azeotropbildung, Prozesssicherheit und reale Rückgewinnungsmöglichkeiten berücksichtigen.

Konzentrierte Abwässer mit hohem nicht biologisch abbaubarem CSB

Ein hoher CSB bedeutet nicht zwangsläufig, dass ein Abwasser biologisch behandelbar ist.

Wenn ein großer Teil dieses CSB auf refraktäre Substanzen entfällt, erhöht die Einleitung des Stroms in den biologischen Reaktor die Schadstoffbelastung, ohne dass den Mikroorganismen ein abbaubarer Nährstoffsubstrat zur Verfügung steht.

Die Trennung dieser Ströme vermeidet eine unnötige Überlastung der biologischen Behandlung und ermöglicht deren Behandlung mittels Verdampfung oder anderer speziell für refraktäre Schadstoffe entwickelter Technologien.

Die Vakuumverdampfung als Schutzbarriere für den biologischen Reaktor

Die Funktion eines Vakuumverdampfers in einer pharmazeutischen Anlage geht über die Behandlung komplexer Abwässer und die Volumenreduzierung von Abfällen hinaus.

Eine Behandlung mit einem Vakuumverdampfer ermöglicht es, den biologischen Reaktor von Strömen mit hoher Salzbelastung, Toxizität, geringer biologischer Abbaubarkeit oder hohen Konzentrationen bestimmter Schadstoffe zu isolieren.

Eine konzeptionelle Behandlungsabfolge könnte sein:

Pharmazeutischer Prozess → Trennung der Ströme → spezifische Behandlung problematischer Abwässer → biologische Behandlung der biologisch abbaubaren Ströme → Endbehandlung/Wiederverwendung

Mit dieser Lösung wird die biologische Behandlung genau dort eingesetzt, wo sie am effizientesten ist: bei der Entfernung biologisch abbaubarer organischer Substanz. Parallel dazu erhalten die Abwässer, die den Betrieb beeinträchtigen könnten, eine spezifische Behandlung.

Diese Kombination ermöglicht die Planung robusterer Anlagen, reduziert Lastschwankungen, die die Biomasse belasten, und optimiert die Gesamtkosten der Behandlung.

Hauptvorteile der Installation eines Vakuumverdampfers in einer pharmazeutischen Kläranlage

Konzentration der Schadstoffe und Minimierung des Abfallvolumens

Während des Verdampfungsprozesses geht das Wasser in den Dampfzustand über, während der Großteil der organischen und anorganischen Schadstoffe im Konzentrat verbleibt.

Dadurch wird das Volumen der flüssigen Abfälle, die anschließend entsorgt oder mit anderen Technologien behandelt werden müssen, deutlich reduziert, was sowohl Transport- als auch Entsorgungskosten senkt.

Zudem erleichtert diese Konzentration die Abtrennung eines großen Teils der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe.

Rückgewinnung wertvoller Produkte

In bestimmten Anwendungen behalten die konzentrierten Verbindungen einen hohen wirtschaftlichen Wert und können zur Wiederverwendung im Produktionsprozess zurückgewonnen werden.

Dies betrifft zahlreiche pharmazeutische Wirkstoffe (API), Lösungsmittel oder Rohstoffe, die bei der Arzneimittelherstellung verwendet werden.

Die Rückgewinnung dieser Produkte erfordert einen sorgfältig kontrollierten Verdampfungsprozess mit spezifischen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Druck und Verweilzeit, um eine Zersetzung oder Eigenschaftsverluste der rückgewonnenen Verbindungen zu vermeiden.

Konzentration von Mikroverunreinigungen

Obwohl die Vakuumverdampfung Mikroverunreinigungen nicht vollständig zerstört, ermöglicht sie deren Konzentration in einem kleineren Volumenstrom.

Diese Konzentration erleichtert deren anschließende Entfernung mittels ergänzender Technologien wie Adsorption, fortgeschrittener Oxidation, Kristallisation oder spezieller Filtrationsverfahren.

Rückgewinnung und Wiederverwendung von Wasser

Das durch Verdampfung erzeugte Destillat kann eine hohe Qualität aufweisen. Abhängig von der ursprünglichen Zusammensetzung des Abwassers, der Flüchtigkeit der Schadstoffe und der nachfolgenden Behandlung kann dieses Wasser in bestimmten Hilfsdiensten der Anlage wiederverwendet werden.

So kann die Verdampfung gleichzeitig zur Reduzierung des flüssigen Abfallvolumens und des Frischwasserverbrauchs beitragen.

Schutz der biologischen Behandlung

Die Trennung und Verdampfung hoch salzhaltiger, hemmender, refraktärer oder konzentrierter Ströme verhindert, dass diese Schadstoffe den biologischen Reaktor erreichen.

Dies fördert eine höhere Stabilität der Biomasse und verringert das Risiko von Leistungseinbußen durch punktuelle Belastungen oder mit dem biologischen Prozess inkompatible Substanzen.

Beschränkungen der Vakuumverdampfung

Obwohl die Vakuumverdampfung eine sehr effektive Technologie zur Behandlung pharmazeutischer Abwässer darstellt, gibt es bestimmte Einschränkungen, die bei der Planung der Kläranlage berücksichtigt werden müssen.

• Komplexität der Abwässer: Abwässer aus der pharmazeutischen Industrie können eine sehr vielfältige Kombination von pharmazeutischen Wirkstoffen (API), Chemikalien, Salzen, Lösungsmitteln, Tensiden und Mikroverunreinigungen enthalten. Diese Komplexität führt dazu, dass die Verdampfung allein in bestimmten Anwendungen nicht ausreicht, um die erforderlichen Behandlungsziele zu erreichen.
• Handhabung des Konzentrats: Ein Hauptziel der Verdampfung ist die Konzentration der Schadstoffe im Rückstand, um das Abfallvolumen, das an einen zugelassenen Entsorger abgegeben werden muss, zu minimieren. Dieses Konzentrat enthält jedoch weiterhin eine hohe Schadstoffbelastung und muss entsprechend behandelt werden, um Umweltauswirkungen zu vermeiden.
• Entfernung von Mikroverunreinigungen: Die Verdampfung ermöglicht die Konzentration von Mikroverunreinigungen, beseitigt diese jedoch nicht immer vollständig. Wenn das Ziel deren Zerstörung oder Mineralisierung ist, müssen ergänzende Technologien eingesetzt werden, die diese Verbindungen abbauen können.

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse (POA)

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse (POA) sind sehr effizient bei der Behandlung von Abwässern, die persistente organische Verbindungen, Mikroverunreinigungen oder schwer biologisch abbaubare Substanzen enthalten, die mit konventionellen Verfahren nur schwer abbaubar sind.

Ihr Wirkprinzip beruht auf der Erzeugung hochreaktiver Spezies, hauptsächlich Hydroxylradikale, die eine breite Palette organischer Schadstoffe oxidieren und komplexe Moleküle in einfachere Verbindungen umwandeln können. Zu den am häufigsten eingesetzten Technologien gehören:

• Fenton-Prozesse und deren Varianten
• Ozonierung
• Verschiedene Kombinationen von Oxidationsmitteln, ultravioletter Strahlung und Katalysatoren.

In der pharmazeutischen Industrie sind POA besonders interessant aufgrund des potenziellen Vorhandenseins pharmazeutischer Wirkstoffe (API), Antibiotika und anderer refraktärer organischer Verbindungen, die eine geringe biologische Abbaubarkeit aufweisen und mit konventionellen Behandlungen schwer zu entfernen sind.

POA werden aufgrund ihres hohen Energie- und Reagenzienverbrauchs meist in Kombination mit anderen Technologien in einer Behandlungsreihe eingesetzt. Abhängig von den Eigenschaften des Abwassers und dem Behandlungsziel gibt es zwei besonders interessante Konfigurationen für pharmazeutische Abwässer:

• Kombination aus fortgeschrittener Oxidation und biologischer Behandlung
• Kombination aus fortgeschrittener Oxidation und Vakuumverdampfung.

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse (POA) + biologische Behandlung

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse (POA) haben sich als sehr wirksam bei der Behandlung von Abwässern aus der pharmazeutischen Industrie erwiesen, insbesondere wenn diese neuartige Schadstoffe, refraktäre Verbindungen oder schwer biologisch abbaubare Substanzen enthalten.

Diese Technologien verwenden Oxidationsmittel, die Hydroxylradikale (•OH) erzeugen, hochreaktive Spezies, die komplexe organische Verbindungen abbauen und in einfachere, biologisch abbaubare Moleküle umwandeln.

Durch diesen Prozess ermöglichen POA die Reduzierung der chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und den Abbau der molekularen Struktur zahlreicher organischer Schadstoffe, was deren anschließende Entfernung durch konventionelle biologische Behandlungen erleichtert.

Diese Strategie ist wirtschaftlich besonders interessant, da sie nicht darauf abzielt, die gesamte organische Substanz vollständig mit chemischen Reagenzien zu mineralisieren, sondern deren biologische Abbaubarkeit zu erhöhen, sodass die nachfolgende biologische Behandlung den Prozess mit geringerem Reagenzienverbrauch und niedrigeren Betriebskosten abschließen kann.

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse basieren auf physikalisch-chemischen Mechanismen, die durch die Erzeugung von Hydroxylradikalen (•OH) tiefgreifende Veränderungen in der chemischen Struktur der Schadstoffe bewirken. Diese Radikale gelten als eine der stärksten verfügbaren Oxidationsmittel für die Abwasserbehandlung.

Die Bildung dieser Radikale kann durch verschiedene Kombinationen von Oxidationsmitteln wie Sauerstoff, Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Ozon, ultravioletter Strahlung oder spezifischen Katalysatoren erreicht werden, abhängig von der eingesetzten Technologie. Als Hauptendprodukte der Oxidation entstehen meist Wasser, Kohlendioxid und andere umweltverträglichere Verbindungen.

Zu den am häufigsten eingesetzten Technologien zählen Fenton-Prozesse und deren Varianten. Diese Verfahren bestehen in der Zugabe von Eisensalzen, die als Katalysatoren in Gegenwart von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) und unter kontrollierten Bedingungen von pH-Wert, Temperatur und Reaktionszeit wirken und die Bildung von Hydroxylradikalen fördern, die eine breite Palette organischer Schadstoffe oxidieren können.

Nach Abschluss der fortgeschrittenen Oxidationsstufe kann das Abwasser einer konventionellen biologischen Behandlung unterzogen werden. In vielen Fällen ermöglicht diese Kombination die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Einleitgrenzwerte und sogar die Erreichung einer Wasserqualität, die eine Wiederverwendung in bestimmten Hilfsdiensten innerhalb der pharmazeutischen Anlage erlaubt.

Fortgeschrittene Oxidation (POA) + Vakuumverdampfung

Die Kombination von fortgeschrittenen Oxidationsprozessen (POA) und Vakuumverdampfung stellt eine der effektivsten Lösungen zur Behandlung von Abwässern aus der pharmazeutischen Industrie dar, insbesondere wenn die Abwässer hohe Konzentrationen organischer Schadstoffe, refraktärer Verbindungen oder schwer entfernbarer Mikroverunreinigungen enthalten.

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse nutzen Hydroxylradikale (•OH), hochreaktive Spezies, die eine breite Palette organischer Verbindungen oxidieren können. Zu ihren Hauptvorteilen zählen die hohe Fähigkeit, persistente Schadstoffe abzubauen und diese in vielen Fällen teilweise oder vollständig zu mineralisieren, wobei Kohlendioxid, Wasser und andere umweltverträglichere Verbindungen entstehen.

Dennoch weisen fortgeschrittene Oxidationsprozesse auch gewisse Einschränkungen auf, vor allem im Hinblick auf den Verbrauch von Reagenzien und den Energiebedarf, insbesondere bei der Behandlung von Abwässern mit hohen organischen Belastungen.

Aus diesem Grund ist es üblich, POA mit anderen Technologien zu kombinieren, um die Gesamtleistung des Prozesses zu optimieren und die Betriebskosten zu senken.

Die Vakuumverdampfung ergänzt die fortgeschrittene Oxidation effektiv, indem sie die im Abwasser enthaltenen Schadstoffe durch Verdampfung des Wassers konzentriert. Neben der deutlichen Reduzierung des Volumens der flüssigen Abfälle erleichtert dieser Prozess die Rückgewinnung bestimmter wertvoller Verbindungen und verringert die Belastung der nachfolgenden Behandlungsschritte.

Die Integration beider Technologien ermöglicht es, die Vorteile jeder einzelnen zu nutzen. Während POA die komplexeren organischen Verbindungen abbauen und die biologische Abbaubarkeit des Abwassers erhöhen, konzentriert die Verdampfung die verbleibenden Schadstoffe und minimiert das erzeugte Rückstandsvolumen.

Das Ergebnis ist ein hocheffizientes Behandlungssystem, das besonders für geringe Durchflussmengen mit hohen Schadstoffbelastungen geeignet ist – eine häufige Situation in vielen pharmazeutischen Herstellungsprozessen.

Der Bedarf an einer maßgeschneiderten und integrierten Lösung für jeden Fall

In der Praxis ist die Vakuumverdampfung meist Teil einer umfassenden Behandlungsstrategie. Die große Vielfalt der in der pharmazeutischen Industrie entstehenden Ströme macht es schwierig, eine einzige Technologie für alle Abwässer als geeignet zu betrachten.

Die Lösung besteht darin, zu analysieren, welche Schadstoffe jeder Strom enthält, in welcher Konzentration sie vorliegen und welche Technologie am besten geeignet ist, diese zu entfernen, zu trennen oder zurückzugewinnen.

Biologische Behandlungen bleiben eine effiziente Lösung für biologisch abbaubare Ströme.

Fortgeschrittene Oxidationsprozesse können eingesetzt werden, um bestimmte refraktäre Schadstoffe abzubauen oder deren biologische Abbaubarkeit zu erhöhen.

Die Vakuumverdampfung ermöglicht die Trennung und Konzentration komplexer, salzhaltiger oder schlecht biologisch abbaubarer Ströme und bietet zudem Möglichkeiten zur Rückgewinnung von Wasser, Lösungsmitteln, API oder anderen wertvollen Produkten.

Je nach Eigenschaften des Abwassers können diese Prozesse mit anderen industriellen Abwasserbehandlungstechnologien kombiniert werden, wie physikalisch-chemischen Verfahren, Adsorption, Kristallisation oder Membranverfahren, um die Reinigungs-, Wiederverwendungs- oder Einleitungsziele zu erreichen.

Der Schlüssel liegt in der korrekten Trennung der verschiedenen Abwässer an der Quelle und darin, zu verhindern, dass die problematischsten Ströme den Betrieb der übrigen Kläranlage beeinträchtigen.

Dieser Ansatz ermöglicht die Entwicklung robusterer, effizienterer und besser an die tatsächlichen Eigenschaften jedes pharmazeutischen Prozesses angepasster Behandlungssysteme.