制药行业概况

1. 制药行业概况
1.1 制药行业简介
生产技术日益先进、药物化学不断进展以及人类基因组密码破译等因素的结合，促使全世界制药行业进入迅猛增长阶段。

与此同时，消费者的药物开支大幅上升也促使制药行业成为世界上发展最为迅速和最有前景的产业之一。

制药行业是永续增长的朝阳行业，生物制药则是朝阳中的朝阳。

相对传统医药行业，生物制药行业的市场集中度较高，更有利于优势企业的发展壮大，形成一批细分领域的领导型企业。

因此，传统化学制药企业开始将注意力转移到生物制药领域，战略联盟日趋频繁。

另外，得到生物技术的帮助，全球制药业在未来肯定能解决癌症、艾滋病和其它威胁生命疾病的防治。

90年代以后，全球生物药品销售额以年均30%的速度增长，大大高于全制药行业年均不到10%的增长速度。

从未来生物制药研究的热点来看，疫苗、单克隆抗体、重组人体蛋白、基因治疗、细胞疗法和干扰素是研究与开发最为集中的领域。

虽然从全行业的角度来看，国外生物制药行业仍处于亏损状态，但由于我国生物制药行业以仿制国外产品为主，企业自身没有投入高额的开发费，所以从整体上来说，我国生物制药行业没有出现全行业的亏损状况。

也正是由于国内生物制药企业以仿制为主，所以我国没有出现盈利能力很强，能迅速成长的生物制药企业。

近年来，对生物药品高额利润的期望使得国内生物工程产业投资过热，从而造成成了生物药品品种少而生产企业多的现象，由于市场竞争激烈，厂家之间竞争削价，结果使得企业的投入产出比下降，许多企业陷入困境。

目前，我国制药行业呈现以下几个特点：
第一，生产稳定增长，高于我国GDP增长的幅度，一般我国的GDP增长速度是7-9％，而制药行业是15％左右，多年保持两位数的增长。

第二，出口还是以原料药为主，占出口份额的48.17％。

原来以进口为主的半合抗中间体，现在已有出口，说明我国在制药行业方面的能力和水平都在增长。

第三，部分临床用的药品，特别是制剂进口占的比例还是很大的，有的甚至超过了50%。

第四，化学药品新药，总的批文号，2003年是1726个，387个品种，说明一个品种是多家生产。

批文号在20个以上的品种有14个品种，说明一个品种多家生产，竞争比较激烈。

第五，我国制药企业并购浪潮高涨,药品价格处于下行通道，现代生物技术药挑战化学药地位，非处方药快速发展，化学制剂增长稳定，化学原料药增长趋缓，仿制药、传统中药面临大的发展空间，对制药企业既是机遇也是挑战。

我国加入WTO 后,制药业受全球经济的影响日益扩大。

经济全球化的趋势促使跨国制药公司正在进行一次世界范围内的结构调整,这给我国的制药业带来了难得的机遇。

对于我国制药行业来说，要提高技术创新效率，一方面确实需要根据其不断的发展，适当加大创新资源投入水平，但更为关键的是如何形成良好的技术创新运行机制，以充分利用这些资源。

这将是目前我国制药业在技术创新方面迫切需要解决的问题。

1.2 制药工业生产工艺类型
制药生产工艺主要分为生物制药和化学制药。

生物制药是通过微生物将粮食等有机原料进行发酵、过滤、提炼制药物。

生物制药包括发酵工程制药、基因工程制药、细胞工程制药、酶工程制药，生物制药，生物制药法常见的是用于生产抗生素，如生产青霉素、链霉素、土霉素、
麦迪霉素、庆大霉素、四环素、螺旋霉素、维生素C等药品。

还有的工艺的后
加工采用化学法或生化法生产半合成抗生素（如氨苄青霉素）
抗生素的生产步骤：
菌种培养→发酵液过滤→提炼抗菌素物质并精炼→产品的干燥与包装
抗生素生产工艺包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学提取、精制等。

化学制药采用化学方法使有机物质或无机物质发生化学反应生产药物；也有先发酵成初级产品，再进行化学合成制药；或采用化学合成初级产品，再进行发酵制药。

化学制药主要采用化学方法，是有机、无机物质发生化学反应制药。

化学制药产品主要有扑尔敏、安乃近、扑热息痛、新诺明、非那西汀、氯霉素、维生素B1、抗菌素增效剂、磺胺类药物、血黄药、对氨基水杨酸、咖啡因、呋喃唑酮等。

生产由于反应步骤多，多种化学原料，原料利用率低，流失严重，这类废水中含种类繁多的有机物、金属和废酸碱等污染物。

2、制药废水污染状况介绍
制药工业废水通常属于较难处理的高浓度有机污水之一。

因药物产品不同、生产工艺不同而差异较大。

制药工业废水通常具有组成复杂,有机污染物种类多、浓度高,CODCr值和BOD5值高且波动性大,废水的BOD5/CODCr值差异较大,NH3-N
浓度高,色度深,毒性大,固体悬浮物SS浓度高等特点。

2.1 制药工业废水分类
制药工业废水按产品可分为四大类
（1）合成药物生产废水。

该类废水的水质、水量变化大，多含生物难以降解的物质和微生物生长抑制剂；化学合成制药废水COD浓度高，含盐量大，主要污
染物质为有机物，如脂肪、苯类有机物、醇、酯、石油类、氨氮、硫化物及各种金属离子等。

（2）生物发酵法制药（生产抗生素和维生素）生产废水。

分为提取废水、洗涤废水、维C生产废水、和其他废水，其中发酵滤液、提取的萃余液、蒸馏釜残液、吸附废液导管废液等废水的有机物浓度浓度很高，COD可高达5000—80000mg/L；废水中SS浓度可达5000—23000mg/L；废水存在难生物降解和有抑菌作用的抗生素物质，当抗生素浓度大于100mg/L时，会抑制好氧污泥活性。

（3）中成药生产废水。

其水质波动性较大，COD可高达6000mg/L，BOD可达2500mg/L，主要含有天然有机物质；
（4）各种药物生产过程的洗涤水和冲洗水。

主要来自药剂残液、原料洗涤水和地面冲洗水。

2.2 发酵类制药废水的特点
发酵类生物制药的过程是通过微生物生命活动，产生可以作为药物或药物中
间体的物质，再通过各种分离方法将它们分离出来的过程，此类物质包括抗生素、维生素、氨基酸、核酸、有机酸、辅酶、酶抑制剂、激素、免疫调节物质等。

2.2.1 发酵类制药废水的分类
发酵类物质的生产过程排放的废水可以分为四类:
(l)主生产过程排水。

此类排水是最重要的一类废水，包括废滤液(从菌体中提取药物)、废母液(从滤液中提取药物)、其他母液、溶剂回收残液等。

该
废水浓度高、酸碱性和温度变化大、药物残留，是此类废水最显著的特点，虽然水量未必很大，但是其中污染物含量高，对全部废水中的COD贡献比例大，处理难度大。

(2)辅助过程排水。

包括工艺冷却水(如发酵罐、消毒设备冷却水)、动力
设备冷却水(如空气压缩机冷却水、制冷机冷却水)、循环冷却水系统排污、水
环真空设备排水、去离子水制备过程排水、蒸馏(加热)设备冷凝水等，此类废
水污染物浓度低，但是水量大，并且季节性强，企业间差异大，此类废水也是近年来企业节水的目标。

(3)冲洗水。

包括容器设备冲洗水(如发酵罐冲洗水等)、过滤设备冲洗水、
树脂柱(罐)冲洗水、地面冲洗水等，其中过滤设备冲洗水(如板框过滤机、转
鼓过滤机等过滤设备冲洗水)污染物浓度也很高，主要是悬浮物，如果控制不当，也会成为重要污染源;树脂柱(罐)冲洗水水量也比较落大，初期冲洗水污染物
浓度高，并且酸碱性变化大，也是一类重要废水。

(4)生活污水。

与企业的人数、生活习惯、管理状态相关，但不是主要废
水。

2.2.2 发酵类制药废水的特点
发酵类制药废水中水量最大的是辅助过程排水，其特点可以归纳为以下几点：第一，排水点多，高、低浓度废水单独排放，有利于清污分流。

第二，高浓度废水间歇排放，酸碱性和温度变化大，需要较大的收集和调节
装置。

第三，污染物浓度高。

如废滤液、废母液等高浓度废液的COD浓度一般在10000mg/L以上。

第四，碳氮比低。

第五，含氮量高，主要以有机氮和氨态氮的形式存在，发酵废水经生物处理
后氨氮指标往往不理想，并且一定程度上影响COD的去除。

第六，硫酸盐浓度高。

由于硫酸按是发酵的氮源之一，硫酸是提炼和精制过
程中重要的pH值调节剂，大量使用的硫酸盐和硫酸，造成很多发酵制药废水中硫酸盐浓度高，给废水厌氧处理带来困难。

第七，废水中含有微生物难以降解甚至对微生物有抑制作用的物质。

第八，发酵生物制药废水一般色度较高。

2.3 化学制药废水的特点
化学制药是利用有机或无机原料通过化学反应制备药品或中间体的过程，包括纯化学合成制药和半合成制药(利用生物制药方法生产的中间体作为原料之一生产药品)。

2.3.1 化学制药废水的分类
(1)母液类，包括各种结晶母液、转相母液、吸附残液等;
(2)冲洗废水，包括过滤机械、反应容器、催化剂载体、树脂、吸附剂等
设备及材料的洗涤水;
(3)回收残液，包括溶剂回收残液、前提回收残液、副产品回收残液等;
(4)辅助过程排水及生活污水;
2.3.2 化学制药废水的特点
(l)浓度高，废水中残余的反应物、生物物、溶剂、催化剂等浓度高，COD
浓度值可高达几十万克毫克每升;
(2)含盐量高，无机盐往往是合成反应的副产物，残留到母液中;
(3)pH值变化大，导致酸水或碱水排放，中和反应的酸碱耗量大;
(4)废水中成分单一，营养源不足，培养微生物困难;
(5)一些原料或产物具有生物毒性，或难生物降解，如酚类化合物、苯胺类化合物、重金属、苯系物、卤代烃溶剂等。

在众多的制药产品中，抗生素无论从其作用和影响，还是产品种类、产量以及生产工艺特点等方面来看，都具有代表意义。

抗生素是微生物、植物或动物在其生命过程中产生(或利用化学、生物或生化方法)的化合物，具有在低浓度下选择性抑制或杀灭他种微生物或肿瘤细胞能力的作用，是人类控制感染性疾病，保障身体健康及防治动植物病害的重要化疗药物。

抗生素种类繁多，生产方式多样，上述制药生产方式都可能生产不同的抗生素，其中以生物发酵形式为最多。

同时，在众多发酵工程制药产品中，抗生素也是目前国内外研究和生产最多的之一，制药行业生产废水在工业废水总量中占相当大的比重，而且污染物排放总量也占相当大的比重。

3、制药废水处理技术介绍
制药工业的特点是产品种类多，生产工序复杂、生产规模差别很大。

对于制药废水处理技术的研究往往是以其中最具代表性的、污染最严重的发酵、合成以及提取等生产过程产生的高浓度甚至难降解有机废水为主要对象。

长期的实践经验表明，采用生物处理技术消除有机污染物是最为经济的方式，因此，针对制药废水中主要污染物为有机物的特点，各类生物处理技术和，工艺成为研发和推广应用的重点，大体上可划分为好氧工艺、厌氧工艺和厌氧一好氧组合工艺。

3.1 物化处理技术
对于可生化性比较差甚至生物毒性比较强的制药废水，只有考虑采用各种物化技术进行处理。

处理的目的根据对象有所不同，对于不能达标的生化处理出水，目的在于进一步消除不可生化的污染物，以实现达标排放;对于不易生化或生物毒性比较强的高浓度制药废水，目的则主要是消除毒性、提高可生化性，为后续的生物处理创造条件。

3.1.1 混凝沉淀
混凝沉淀是污水深度出来常用的一种技术。

混凝沉淀工艺去除的对象是污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物。

从表观而言，就是去除污水的色度和浊度。

混凝沉淀还可以取出污水中的某些溶解性有机物质，也能够有效地去除能够导致缓流水体富营养化的N、P等。

混凝沉淀具体技术就是将与作用机理相适应数量的混凝剂投入污水中，使污水中呈微小悬浮颗粒和胶体颗粒互相产生凝聚作用，成为颗粒较大，而且易于陈顶的絮凝体，再经过沉淀加以去除。

水处理的混凝作用，其机理是比较复杂的。

通过胶体双电池压缩、吸附—电中和、吸附架桥以及沉析物网捕等一系列反应作用，形成絮凝体。

3.1.2 气浮
气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。

它是通过某种方法产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒黏附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液分离。

气浮法用于从废水中取出比重小于1的悬浮物、油脂和脂肪，并用于污泥的浓缩。

气浮通常包括充气气浮、溶气气浮、化学气浮和电解气浮等几种类型。

3.1.3 反渗透
反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。

其原理是在高于溶液渗透压
的压力下，借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分
离，从而达到纯净水的目的。

反渗透膜是由具有高度有序矩阵结构的聚合纤维素组成的。

它
的孔径为0.1纳米-1纳米，即一百亿分之一米（相当于大肠杆菌大小的千分之一，病毒的百
分之一）。

工作原理：反渗透亦称逆渗透（RO）。

是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜（或称半透膜）分离出来。

因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。

根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

特点常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低；杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质；较高的水回用率；分离装置简单，容易操作和维修。

3.1.4 吹脱法
将空气通入废水中，使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相，使废水得到处理的过程称为吹脱。

被吹脱物质在液相和气相中的浓度差是其由液相转入气相的推动力。

吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。

3.1.5 电解
电解质溶液在电流的作用下，发生化学反应的过程称为电解。

与电源负极相连的点击从电源接受电子，称为电解槽的阴极，与电源正极相连的点击把电子转给电源，称为电解槽的阳极。

在电解过程中，阴极放出电子，使废水中某些阳离子因为得到电子而被还原，阴极起还原剂的作用；阳极得到电子，使废水中某些阴离子因失去电子而被氧化，阳极起氧化剂的作用。

3.1.6 光氧化技术
是利用光和氧化剂产生很强的氧化作用来氧化分解废水中有机物或无机物的方法。

氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐及空气加氧化剂等。

3.1.7 焚烧
对于制药工业中浓度最高、成分最复杂、可生化性最差的废水或废液(一般是高浓度母液和溶剂回收釜残)，在采用其他方式处理都不能达到效果的情况下，
采用焚烧处置是将其无害化的最佳途径。

总体上说，焚烧的处理费用是比较高的，通过热能利用可以降低一些成本，但由于制药工业企业规模普遍不是很大，单独建设焚烧设施实际上是不经济的，比较妥善的办法是一个工业区域建一套相当规模的危险废物焚烧处理系统，配套相应热能回收，同时便于环保管理，避免二次污染。

3.2 生化处理
生物法广泛用于生活污水和工业废水的处理，技术成熟，处理设备简单，运行管理方便，费用低廉。

抗生素生产废水处理工艺必须采用生化处理，才能达到去除BOD5、COD以及脱氮除磷的目的。

3.2.1 好氧处理工艺
渗透压的压力，使其改变自然渗透方向，将浓溶液中的水压渗透到稀溶液一侧，可实现废水溶液浓缩和净化的目的。

如采用反渗透法处理新诺明生产废水。

4.1.4 吹脱法
吹脱法处理废水的应用
吹脱法处理废水已工业化，处理实例较多，例如，石灰石中和硫酸废水出水中的二氧化碳，炼油厂从冷凝器排出的废水中的硫化氢，金属选矿厂废水中的氰化氢等，都可以用吹脱法去除，另外，吹脱法在脱氮的处理中应用较广，当氨氮浓度大大超过微生物允许的浓度时，在采用生物处理过程中，微生物受到NH3-N的抑制作用，难以取得良好的处理效果。

去氨脱氮往往是废水处理效果好坏的关键。

在制药工业废水处理中，常用吹脱法来降低氨氮含量。

4.1.5 电解
废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，结果产生新物质。

这些新物质在电解过程中货沉积于电极表面或沉淀下来或生成气体从水中逸出，从而降低了废水中有毒物质的浓度。

对于以往改变废水中有机污染物的性质和结构为目标的物化处理技术，近年来研究和应用比较多的是电解和高级化学氧化技术，尤其是与催化技术相结合的技术和设备。

相对来说，电解是一种比较成熟的废水处理技术，以往多用于处理含氰、含铬电镀废水，现已逐步应用于制药废水处理的研究，电解法具有很多优点，尤其突出的是兼有氧化、还原和凝聚、气浮等多方面功能，同时电解设备化程度高，是环保产业重点发展的领域之一。

光化学氧化技术是国内外十年来废水物化处理技术研究的重点，对处理难降解有机废水比较有效，它主要是利用复合氧化剂或光照射等催化途径产生氧化能力极强的轻基自由基，它作为高级氧化过程的中间产物，可能诱发后面的链反应发生，对难降解物质特别适应;而且自由基可以无选择地与废水中的各种有机物发生反应，将其氧化分解;这个过程是一个条件比较温和的物理一化学过程，具有可控性，可以满足不同的处理要求，是一项高效节能的废水处理技术。

目前，应用各种催化氧化技术在很短的时间内把难降解甚至有毒性废水完全无害化并且没有二次污染，已成为采用物化技术处理制药废水的主要目标之一。

根据产生自由基和反应的条件不同，可将高级氧化技术分为湿式氧化、超临界水氧化、光化学氧化、声化学氧化、电化学氧化以及相应的催化氧化。

焚烧处置的适用面很宽，对于制药工业，不但高浓度的废母液和溶媒回收釜残，而且生产过程中产生的菌丝、废活性炭、废树脂、废机油、过期(报废)药物和沾有药物的包装等均是列入了《国家危险废物名录》的危险废物，必须安全处置，焚烧正是减量化、无害化的有效手段，同时如果做好热回收利用，也为危险废物资源化创造了条件。

如华北制药集团的焚烧系统就设置了热交换系统，利用高温烟气加热循环水，通过热水循环为废水厌氧处理提供热源。

4.2好氧处理工艺评价
4.2.1 活性污泥法
优点：
a.处理污水效果好，BOD5的去除率可达90%；
b.有丰富的技术资料和成熟的管理经验；
c.适宜处理大量污水，运行可靠，水质稳定。

缺点:
a.运行费用好，由于在曝气池的末端造成的浪费，故提高了运行成本；
b.基建费用高，占地面积大；
c.对外界条件的适应性差；
e.由于沉淀时间短和沉淀后碳源不足等情况，对于N、P去除率非常低，TN的去除率仅有20%的效果，NH3-N用于细胞合成只能除12—18%，P的去除率也很低。

f.废水需要大量稀释，运行中泡沫多，易发生污泥膨胀，剩余污泥量大，去除率不高，常必须采用二级或多级处理。

因此，近年来，改进曝气方法和微生物固定技术以提高废水的处理效果，已成为活性污泥法研究和发展的重要内容。

4.2.2 氧化沟法
优点
(1)氧化沟内循环流量很大，进入沟内的原污水立即被大量的循环水所混合和稀释，因此具有很强的承受冲击负荷的能力，对不易降解的有机物也有较好的处理效果。

(2)处理效果稳定可靠，不仅可满足BOD5、SS的排放标准，还可以达到脱N除P的效果。

(3)由于氧化沟的水力停留时间和泥龄都很长，悬浮物、有机物在沟内可获得较彻底的降解。

(4)活性污泥产量少且趋于稳定，一般可不设初沉池和污泥消化池，有的甚至取消二沉池和污泥回流系统，简化了处理流程，减少了处理构筑物，使其基建费用和运行费用都低于一般活性污泥法。

(5)承受水质、水量、水温能力强，出水水质好。

d.缺点
氧化沟运行管理费用高；氧化沟沟体占地面积大。

4.2.3 周期循环延时曝气法(CASS)
CASS工艺有如下优点:
①建设费用低,比普通曝气法省25%,省去了初沉池和二沉池。

②占地面积省,比普通曝气法省20%~30%。

③运行费用低,自动化控制程度高,管理方便,氧吸收率高。

④处理效率高,出水水质好。

⑤运行可靠,耐负荷冲击能力强,不产生污泥膨胀现象,污泥产率低。

4.2.4 膜生物反应器（MBR）
MBR 具有以下主要优点：
1.出水水质优质稳定
2.剩余污泥产量少
3.占地面积小，不受设置场合限制
4.可去除氨氮及难降解有机物
5.操作管理方便，易于实现自动控制
6.易于从传统工艺进行改造
MBR 工艺的缺点
膜—生物反应器也存在一些不足。

主要表现在以下几个方面：
①膜造价高，使膜- 生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺；
②膜污染容易出现，给操作管理带来不便；
③能耗高：首先MBR 泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是MBR 池中MLSS 浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为
了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR 的能耗要比传统的生物处理工艺高。

4.3 厌氧处理工艺
4.3.1 厌氧生物滤池
优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便。

容积负荷4-5kgCOD/m3•d,停留时间10-20d,污泥浓度5-10gVSS/L
缺点：滤料费用较高；滤料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，没有简单有效的清洗方法。

因此，悬浮物高的废水不适用。

4.3.2 水解酸化
对水解池去除卤代烃类化合物的研究表明，HRT为3h，CHCl3、C2H4Cl2和CCl4的去除率达75.8%、63.1%和45%，明显高于初沉池的去除率，为后续处理创造了有利条件。

将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理，由于不需要曝气而大大降低了生产运行成本，可提高生化性，降低后续生物处理的负荷，大量消减后续好氧处理工艺的曝气量，降低工程投资和运行费用，因而广泛的应用于难生物降解的制药工业废水处理中。

4.4 厌氧-好氧工艺评价
4.4.1 水解—接触氧化法
该工艺的主要优点如下：
（1)克服了常规好氧活性污泥法处理高浓度有机废水能耗高、稀释水量大、占地面积大以及运转费用高等缺点。

（2)此工艺可实现高浓度进水和高去除容积负荷。

（3)本工艺处理能力大,对冲击负荷有较强的适应性,污泥生成量少,运行费用低,勿需污泥回流,且可降低基建费用。

该工艺的主要缺点
（1）接触氧化法处理制药废水时，假如进水浓度高，池内易出现大量泡沫。

（2）出水COD浓度不能满足排放标准的要求。

4.4.2 A2/O工艺
a.特点
(1)本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱N除P工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；
(2)在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100；
(3)污泥中含P浓度高，一般为2.5%以上，具有很高的肥效；
(4)运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低；
(5)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱N除P的功能；
(6)脱N效果受混合液回流比大小的影响，除P效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱N除P效率不可能很高。

b.存在问题
(1)除P效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD 值高。