Läkemedelsrester i avloppsvatten
Innovativ och effektiv vattenrening för läkemedelsindustrin
Den globala användningen av läkemedel har ökat stadigt under de senaste decennierna och de totala utgifterna förutspås fortsätta att växa under de kommande åren. Denna ökning drivs av en rad faktorer, inklusive den ständigt växande globala konkurrensen uppvägs av patentens utgång och ökningen av generika, nya produktintag för att nämna några. Allt detta har resulterat i ökande koncentrationer av läkemedelsrester i våra avloppsvattenströmmar. Detta utgör en enorm kamp för avloppsvattenhantering runt om i världen för att ta itu med de potentiella effekterna av dessa läkemedelsrester på dricksvattenkvaliteten, ekosystemet och hälsan hos människor och andra levande organismer.
Nuvarande behandlingsteknik som används i avloppsreningsverk är vanligtvis inte lämplig för att avlägsna mikrobiella stabila kemiska föroreningar och utvärderingen av avlägsningseffektiviteten som tillämpas idag är inte fullständig. Läkemedelsrester och andra framväxande ämnen passerar genom moderna avloppsreningsverk och hamnar i det mottagande vattnet och slammet.
Ämnen som antibiotika (t.ex. Amoxicillin och Ciprofloxacin), betablockerare och läkemedel som morfin och kodein är svåra och ofta omöjliga att behandla i reningsverk på grund av deras komplexa kemiska strukturer. Sådana ämnen har en negativ effekt på fisk, växter och hela ekosystem och ackumuleras över tid på grund av deras icke-biologiskt nedbrytbara egenskaper.
Mellifiq erbjuder mer än 20 års erfarenhet av att implementera avancerade oxidationslösningar och tekniker inom vattenbehandling för ett brett spektrum av industrier och kommuner och statliga organisationer. Våra innovativa lösningar, som kombinerar ozon och konventionell teknik, är idealiska för vatten- och luftrening i produktionsprocessen såväl som för behandling av utsläppsvatten.
Vårt mål är att erbjuda en mer effektiv och hållbar lösning som hjälper dig att förbättra ditt företags lönsamhet och produktionskvalitet. Genom att minska dina energikostnader kommer du också automatiskt att sänka dina produktionsanläggningars miljöpåverkan.
En hälsorisk som kan elimineras
Kan läkemedelsrester tas bort effektivt och hållbart?
Diklofenak
Fluoxetin
Naproxen
Ibuprofen
Paracetamol
Tetracyklin
Ja, det går.
Antibiotika, värktabletter och antiseptiska medel är exempel på mediciner som kan vara livsviktiga för människors hälsa, samtidigt som de har skadliga effekter på miljön.
En stor del av de läkemedel som konsumeras av människor har under lång tid påverkat naturen via avloppsvattnet. Denna ackumulering av läkemedel och mikroföroreningar kan nu stoppas genom att avloppsvattnet renas från farmaceutiska aktiva substanser (API) innan det släpps ut.
Både privata och offentliga aktörer världen över har tagit initiativ för att främja utvecklingen inom rening av utsläpp av skadliga mikroföroreningar.
Vi är ett globalt ledande teknikföretag specialiserat på de mest effektiva behandlingsmetoderna för rening av farmaceutiska aktiva substanser i avloppsreningsverk och i läkemedelsindustrin.
Här presenterar vi vår teknologi, ingenjörskunskap och de konsulttjänster som behövs för att leverera de mest kostnads- och energieffektiva reningslösningarna.
Endast en bråkdel av alla farmaceutiska aktiva substanser (API) kan renas med hjälp av traditionell reningsteknik vilket betyder att en stor del av läkemedelsresterna idag hamnar i naturen och leder till skadliga effekter på flora, fauna och slutligen också på människan.
Visste du att…
I Sverige använder vi mer än 1 000 olika aktiva substanser i cirka 7 600 olika läkemedel. Till detta kommer ett ungefär lika stort antal hjälpämnen och många sorters förpackningsmaterial. De flesta nya läkemedel som godkänns för försäljning i Sverige är nya fabrikat av redan tidigare kända och använda substanser. Nya substanser tillkommer dock varje år.
Vanligt förekommande läkemedelsrester
Här listas några läkemedelsföroreningar som är vanligt förekommande i avloppsströmmen:
Paracetamol
Paracetamol (N-acetyl-4-aminofenol) är en grupp av läkemedel (t.ex. Alvedon) som finns i milda analgetika och icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel som säljs i stora mängder. De används ofta för att minska smärta och febersymptom. Världens årliga produktion av paracetamol är ca 145 000 ton. I korthet består paracetamol-molekylen av en bensenring i kärnan som är substituerad med en hydroxylgrupp och med kväveatomen på en acetamid. Mer information om nedbrytningen av paracetamol med ozonbehandling finns nedan.
Kodein
Kodein (3-metylmorfin) är ett narkotiskt läkemedel (t.ex. Oramorph) som används för att behandla måttlig smärta och hosta. Det består av en aromatisk ring och en kvartär kolatom bunden till en tertiär amingrupp av två andra kolatomer. Denna molekylära uppbyggnad är karakteristisk och känd som morfinregeln. Molekylen består av fem ringar, varav tre är i samma plan.
Diklofenak
Diklofenak 2-(2, 6-dicloranillino) fenylättiksyra är ett av flera icke-steroida antiinflammatoriska receptfria läkemedel (t.ex. Voltaren). Det är ett vanligt, lättillgängligt läkemedel som säljs i flera hundra ton varje år. Det består av två närliggande aromatiska ringar, med en karboxylatring och en fenylring bunden till två ortoklorid-grupper.
Propofol
Propofol (2,6-bis (1-metyletyl) fenol) är en stabil molekyl och ett intravenöst anestetiskt medel (t ex Propoven) som används som lugnande medel vid exempelvis narkos. Propofol består av en bensenring och två isopropylgrupper??. Propofol, liksom de andra föreningar som nämnts ovan, kan brytas ner till under detektionsgräns med hjälp av ozon. I synnerhet Propofol har visat en första ordningens reaktion i ett typiskt avloppsvattenflöde från läkemedelsindustrin.
Läkemedelsutsläpp – främsta källor
Sjukhus
Läkemedel kan hittas i naturligt vatten som ett resultat av att man spolar ner kvarvarande produkter i privata hem, men sjukhus är en stor källa. Därför bör ozonteknik övervägas för att förbättra prestanda hos reningsverk för sjukhus eller som tertiär vid kommunala reningsverk. Det har visat sig att sjukhus bidrar till cirka 20% av läkemedelsbelastningen i avloppsströmmar enligt EU PILLS-projektet.
Läkemedelstillverkare
Läkemedelsindustrin kan vidta åtgärder för att eliminera läkemedelsresterna i avloppsvattnet i produktionsprocessen. Industrin är en viktig källa till de farmaceutiska mikroföroreningar som kan identifieras i kommunala avloppsreningsverk. Kraven ökar nu på tillverkarna att eliminera läkemedelsresterna innan avloppsvattnet släpps ut.
Metoder för att behandla läkemedelssubstanser i processvatten.
Idag finns det flera tekniker som kan bli ett komplement till avloppsreningsverkens sekundära, biologiska behandling.
Pulveriserat aktivt kol (PAK)
Aktivt kol fungerar som ett mikrofilter och kan användas som tertiärt reningssteg på ett reningsverk. Det kan ta bort upp till 86% av läkemedelsresterna med adsorption, och möjliggör dessutom inte bara nedbrytning och strukturförändring, utan också mekanisk borttagning.
UV
UV är ett kostnadseffektivt sätt att rena process- och avloppsvatten men har en begränsad förmåga att bryta ner läkemedelsrester. Kovalova et al. (2013)har rapporterat att 33% av dessa substanser kan reduceras med denna teknik. UV är effektivt mot jodkontrastmedia.
Ozonbehandling
Ozon är ett kraftfullt oxidationsmedel som effektivt bryter kovalenta bindningar i komplexa molekyler, vilket gör ozon till en mycket framgångsrik teknik för att ta bort läkemedel i process- och avloppsvatten. Ozon kan även användas i avancerade oxidationsprocesser (AOP) för att främja bildningen av hydroxylradikaler som ökar oxidationspotentialen vid behandling av de mest svårnedbrytbara substanserna. Det har bekräftats att ozonteknik kan rena 100% av läkemedelsresterna i processavloppsströmmar. Typiskt applicerad mängd ozon är 0,3-1,2 g O3/g DOC (inlöst organiskt kol) enligt Barasel, et al. (2015).
Mellifiq har över 20 års erfarenhet av avancerade oxidationsprocesser och har framgångsrikt utfört projekt tillsammans med industrin med 100% nedbrytning av läkemedelsrester i processavloppsvatten. Figuren nedan visar resultatet efter behandling av ett vanligt förekommande läkemedel med ozon och ozon-AOP.
Destruktion av läkemedel med ozon
Ozon är mycket effektivt mot de flesta läkemedel som finns i processavloppsvattnet från läkemedelstillverkning och i reningsverk.
EU har omkring 100 000 kemikalier registrerade. Av dessa används cirka 30 000 i stora mängder, ett ton per år eller mer, för konsumtion av människor. En stor del av dessa aktiva substanser (mikroföroreningar) når oundvikligen vattenmiljön – från tillverkningen, användningen och avfallshanteringen.
Läkemedel är en av de viktigaste nya föroreningarna i vattenreningsprocesser och har direkt påverkan på människors välbefinnande och ekosystemet. Källor till läkemedelsutsläppen är bland annat rester från djuruppfödning, sjukhus, fiskodlingar samt kommunala och industriella avloppsutsläpp. Behandling av avloppsvatten har dessutom blivit svårare av flera anledningar. Några exempel:
- Avloppsvattnet innehåller kluster av farmaceutiska aktiva substanser. Dessa mikroföroreningar kan vara resistenta mot befintliga behandlingsprocesser på grund av deras komplexa molekylära strukturer som är svåra att behandla på traditionellt vis.
- Stränga regler för utsläppsgränserna för avloppsvatten.
Obehandlade läkemedelsrester i avloppsvatten bidrar starkt till de växande problemen med antibiotikaresistenta bakteriestammar.
| Metod | Fördelar | Utmaningar |
|---|---|---|
| Förbränning av processavloppsvatten som innehåller mikroföroreningar | Rening sker på plats och vid behov. Fullskaligt system tar upp högst fyra kvm. Mindre hantering av obehandlat processvatten. Mycket låga driftkostnader. Återbetalningstid 0,5 – 2 år beroende på flöde och substans. Säker användning. | Höga kostnader. Upphettning, evaporering och slutlig förbränning av spårämnen är väldigt energikrävande. Systemen kan kräva stort utrymme och nyinstallation av mekanisk utrustning. |
| Destruktion hos avfallshanteringsföretag. | Mindre hantering av obehandlat processvatten. | Höga kostnader för transport, hantering och destruktion. Bufferttank för uppsamling av processvatten mellan upphämtningstillfällen. |
| Ozonrening av läkemedelsrester. | Rening sker på plats och behovsstyrt. Fullskaligt system är mindre än 4 kvm. Mycket låga driftskostnader med en återbetalningstid på 0,5 – 2 år beroende på flöde och substans. Säker användning. | Installation av ny utrustning, med lågt utrymmesbehov. |
Metoder för att behandla läkemedelssubstanser i processvatten.
Ozonteknik är ett mycket kostnadseffektivt alternativ till förbränning av läkemedelssubstanser. Mellifiq använder Ozonetech RENA CIP eller Ozonetech RENA AOP för att effektivt bryta ner läkemedelssubstanser till en låg driftskostnad. Figuren nedan visar en jämförelse av driftkostnaderna för ett fullskaligt ozonsystem och destruktion genom förbränning av processvatten. Observera att eventuella kostnader för transport och hantering av tredje parts avfallshanteringsföretag inte ingår i uppskattningen.
Årliga driftkostnader för destruktion av läkemedelsrester
Diagrammet illustrerar driftskostnader för eliminering av läkemedel och mikroföroreningar genom ozonbehandling jämfört med förbränning. Även om flödet av processavloppsvattnet vanligtvis ligger mellan 0,5-2 m3 / dag vid en produktionsanläggning för läkemedel, är kostnaderna potentiellt höga. Detta kan undvikas genom ozonbehandling.
Behandla vid källan
Stora mängder mikroföroreningar i höga koncentrationer släpps ut från sjukhus och anläggningar för läkemedelstillverkning. Den största delen av alla farmaceutiska aktiva substanser (API) kan dock spåras till kommunala avloppsreningsverk.
Läkemedelsrester kan behandlas direkt vid källan med en containerlösning eller ett nyckelfärdigt system, beroende på kundens behov.
System för borttagning av läkemedelsrester
Behandling på plats av läkemedelsrester (turkos) eliminerar behovet av dyra transporter och nedbrytning på annan plats (blå).
På anläggningar för läkemedelstillverkning
På sjukhus och vårdmottagningar
När mikroföroreningar behandlas vid källan minskar mängden API på det kommunala avloppsreningsverket.
På kommunala avloppsreningsverk
Ett fjärde behandlingssteg som tar bort läkemedelsrester kan enkelt eftermonteras i en befintlig avloppsreningsanläggning.
Visste du att…
Schweiz var det första landet i världen som stiftade en lag för behandling av läkemedelsrester redan 2016. Övergångsperioden sträcker sig till 2040. Staten finansierar 75%, resten ska täckas av kommunerna.
För att lyckas med ett fullskaligt avancerat behandlingsystem är det viktigt att från projektets början till dess slut, göra korrekta analyser, välja rätt teknik och de rätta tjänsterna. Mellifiq levererar lösningar baserade på oxidations-tekniker och separationssystem. Vårt mål är alltid att hitta den bästa kombination, skräddarsydd för varje kund och anläggning.
Egen utveckling och tillverkning
Tillverknings- och kvalitetskontroll
Pilotprojekt
CFD
Installation
Systemdesign
Vi använder flera teknologier när vi kundanpassar lösningen. Exempelvis ozonbehandling, kolfilter och avancerade oxidationsprocesser (AOP). Lösningen finjusteras med CAD.
Driftsättning
När systemet är installerat optimerar vi driften baserat på de förhållanden som råder för att uppnå maximal effektivitet och lägsta möjliga driftkostnader.
Exempel på beräkningsströmningsdynamik (CFD) för att säkerställa maximal reaktionshastighet. Våra CFD-tjänster är en av flera nyckelfaktorer för att kunna designa ett effektivt system för rening av läkemedelsrester.
- Analysera vattenkvaliteten och koncentrationerna av läkemedelsrester för att kunna bestämma mängden inlöst ozon och vilket typ av system som är mest lämpligt.
- Välj förbehandlings- och efterbehandlingsmetoder noggrant för att undvika otillräckliga behandlingsresultat eller alltför stort underhållsbehov.
- Välj en komplett nyckelfärdig lösning från en leverantör som är expert på dessa typer av systemlösningar.
Ett installerat containersystem för behandling av mikroföroreningar på plats hos kunden.
Alla våra system för behandling av mikroföroreningar är skräddarsydda och kombinerar ozonbehandling med lämplig förbehandling och poleringssteg. Beroende på de krav som ställs designar vi våra system för rening av läkemedelsrester med upp till 100 % reningsgrad.
Alla Ozonetech RENA system utformas med stor vikt på detaljer och prestanda, speciellt låg energikonsumtion och minimalt underhållsbehov. Koncentrationerna av läkemedelsresterna ligger normalt på nano- och mikrogramsnivåer, beroende på källan. Vår vanligaste design består av ozonrening som bryter ner mikroföroreningar i mycket snabb takt, följd av kolfilter som poleringssteg,eller utökad ozonering. Med våra designlösningar kan behandlingskostnaden understiga 0,065 SEK per kubikmeter kontaminerat vatten.
Farmaceutiska aktiva substanser (API) kan neutraliseras snabbt. Systemen kan därför bli kompakta även vid stora volymer.
Ett nyckelfärdigt RENA ozonsystem kan behandla över 1000 m3/h vatten på en yta så liten som 7 m2 eller mindre. RENA-systemen går utmärkt att installera i en container, beroende på lokala förhållanden.
Alla vattenbehandlingssystem som kombinerar ett RENA-system och ett slutpoleringssteg dimensioneras och konfigureras för varje kund och uppgift. Med introduktionen av Mellifiqs produktvarumärke Water Maid, minskar kostnaden för O-GAC™, samt tiden och kostnaden för bytet av det aktiva kolet avsevärt.
Ozonetech RENA-system + Water Maid + aktivt kol = en perfekt lösning
Granulärt aktivt kol (GAC) är ett bra alternativ till oxidationsbaserade API-borttagningssystem, även om underhållsbehovet ökar. Vi har utvecklat ett unikt oxidations-GAC-system baserat på kvalitetsprodukter från våra varumärken Ozonetech och Water Maid. Vårt system minskar både behovet av backsspolning och tiden för att byta kolet. Vi designar varje GAC-enhet själva för att uppnå den optimala kombinationen av strömförbrukning, borttagningshastighet och utrymmesbehov.
Vi rekommenderar att du läser mer om dricksvatten, vattendesinfektion och skräddarsydda system.
Våra leveranser inkluderar all utrustning, delar och komponenter – integrerade och testade – för att leverera en fullt fungerande lösning.
Granulärt aktivt kol (GAC) med den mest effektiva API-adsorptionshastigheten används alltid i Ozonetechs O-GAC-lösningar.
Ett ozonsystems behandlingskapacitet är konstant över tiden. Genom att lägga till ett poleringssteg med aktivt kol maximeras mängden mikroföroreningar som tas bort – upp till 99%.
Paracetamol – nedbrytningsexempel
Våra egna pilottester har visat över 99 % reduktion av paracetamol i ett utsläpp direkt från en produktionsanläggning, med hjälp av ozonbehandling med optimal ozondos. En av reaktionsmekanismerna för nedbrytning av paracetamol under behandlingsprocessen med ozon är radikalreaktioner på den aromatiska ringen med efterföljande hydroxylering. Farmaceutiska föreningar har en reaktionshastighet som är direkt beroende av koncentrationen av aktiv substans i blandningen. Den schematiska iillustrationen nedan visar oxidationsvägen och reaktionsordningen.
Ozonbehandling av paracetamol
Reaktionsordning
Det finns olika typer av kemiska reaktioner. Ordningen för alla kemiska reaktioner definieras som reaktionshastighetens beroende av koncentrationen av reaktanter i lösningen. Representativa grafer för 1:a, 2:a och 3:e ordningens reaktioner visas här nedan:
Det är viktigt att bestämma reaktionskinetiken för att kunna dimensionera ett fullskaligt ozonsystem. Mellifiq genomför pilotprojekt för att fastställa de specifika kraven som erfordras för enskilda avloppsvattenströmmar, bland annat för läkemedelsindustrin och avloppsvatten från sjukhus. Kontakta oss för mer information.
Rekommenderade produkter
Water Maid
- Trycksatta multimedia- och adsorptionssystem
- Automatisk backspolning
- Brett kapacitetsutbud
- Mycket effektiv polering för fullständig borttagning
