关键词:化学合成制药废水;特点;废水处理技术
制药行业是一种污染非常严重的行业,制药废水大多数具有有机物浓度高、色度高、含难降解和对微生物有毒性的物质、水质成分复杂、可生化性差等特点。随着我国医药工业的发展,制药废水已逐渐成为重要的污染源之一,如何处理该类废水对于环境保护的意义重大。
1化学合成制药废水的特点
(1)COD含量高,成分复杂。化学制药废水的COD、BOD5值高,有的高达几万甚至几十万,但B/C值较低,废水一经排入水体中,就会大量消耗水中溶解氧,造成水体缺氧。同时,废水的成分复杂且变化大,有机物种类繁多、浓度高、营养元素比例失调。
(2)存在生物毒性物质。废水中含有氰、酚或芳香族胺、氮杂环和多环芳香烃化合物等微生物难以降解,甚至对微生物有抑制作用的物质。
(3)无机盐浓度高。废水中的盐分浓度过高对微生物有明显的抑制作用,当氯离子超过3000mg/L时,未经驯化的微生物的活性将明显受到抑制,严重影响废水处理的效率,甚至造成污泥膨胀,微生物死亡的现象。
2如何做好化学合成制药的废水处理
(1)做好制药废水生化前的预处理。化学制药废水的处理多数采用单一生化法处理不能彻底解决问题,必须进行必要的预处理。预处理为降低后续生物处理难度,在生物处理前必须先进行预处理,达到排除生物毒性物质干扰,降低废水浓度的目的。首先设调节池,调节水质水量和pH,且根据实际情况采用特定物化或化学法进行预处理,提高废水的可降解性,以利于废水的后续生化处理。目前合成制药废水生化前预处理方法主要包括:物化法、生物法等。化学制药废水成分复杂,冲击负荷大,采用化学絮凝进行预处理,以便减少生物毒性物质干扰,降低废水浓度。利用膜分离法膜技术对抗生素废水进行浓缩分离,有良好的经济效益和社会效益。膜技术包括反渗透、纳滤膜和纤维膜,可回收有用物质,减少有机物的排放总量。该技术的主要特点是设备简单、操作方便、无相变及化学变化、处理效率高和节约能源。采用纳滤膜对洁霉素废水进行分离实验,既减少废水中洁霉素对微生物的抑制作用,又可回收洁霉素。电解法理废水具有高效、易操作等优点而得到人们的重视,同时电解法又有很好的脱色效果。目前生物法预处理化学制药废水主要采用水解酸化。其原理是在废水处理中,利用水解酸化来提高废水的可生化性,也为废水的后期处理创造良好的条件。预处理后的废水,可选取某种厌氧和好氧工艺进行处理。
(2)正确选用制药废水处理技术。制药废水处理技术可归纳为以下几种:物化处理、化学处理、生化处理以及多种方法的组合处理等,各种处理方法具有各自的优势及不足。生物处理技术是目前广泛采用的制药废水处理技术,其中活性污泥法是比较成熟的技术,由于加强了预处理,改进了曝气方法,环保设备运行稳定。采用生物技术进行制药污水处理消除有机污染物是最为经济的方式,研发和推广应用的重点大体上有好氧工艺、厌氧工艺和厌氧-好氧组合工艺。化学合成制药废水生物毒性大、可生化性差,属高浓度难降解有机废水,通常可以考虑采用高级氧化-铁碳微电解-ABR—UBF-好氧工艺进行处理。
(3)重视制药废水的化学处理。应用化学方法时,某些试剂的过量使用容易导致水体的二次污染,因此在设计前应做好相关的实验研究工作。化学法包括铁炭法、化学氧化还原法(fenton试剂、H2O2、O3)、深度氧化技术等。工业运行表明,以Fe-C作为制药废水的预处理步骤,其出水的可生化性可大大提高。楼茂兴等采用铁炭—微电解—厌氧—好氧—气浮联合处理工艺处理甲红霉素、盐酸环丙沙星等医药中间体生产废水,铁炭法处理后COD去除率达20%,最终出水达到国家《废水综合排放标准》一级标准。亚铁盐和H2O2的组合称为Fenton试剂,它能有效去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。采用该法能提高废水的可生化性,同时对COD有较好的去除率。氧化技术又称高级氧化技术,它汇集了现代光、电、声、磁、材料等各相近学科的最新研究成果,主要包括电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法和超声降解法等。其中紫外光催化氧化技术具有新颖、高效、对废水无选择性等优点,尤其适合于不饱合烃的降解,且反应条件也比较温和,无二次污染,具有很好的应用前景。与紫外线、热、压力等处理方法相比,超声波对有机物的处理更直接,对设备的要求更低,作为一种新型的处理方法,正受到越来越多的关注。
(4)做好制药废水的生化处理。生化处理技术是目前制药废水广泛采用的处理技术,包括好氧生物法、厌氧生物法、好氧-厌氧等组合方法。由于制药废水大多是高浓度有机废水,进行好氧生物处理时一般需对原液进行稀释,因此动力消耗大,且废水可生化性较差,很难直接生化处理后达标排放,所以单独使用好氧处理的不多,一般需进行预处理。常用的好氧生物处理方法包括活性污泥法、深井曝气法、吸附生物降解法(AB法)、接触氧化法、序批式间歇活性污泥法(SBR法)、循环式活性污泥法(CASS法)等。目前国内外处理高浓度有机废水主要是以厌氧法为主,但经单独的厌氧方法处理后出水COD仍较高,一般需要进行后处理。目前仍需加强高效厌氧反应器的开发设计及进行深入的运行条件研究。在处理制药废水中应用较成功的有上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧复合床(UBF)、厌氧折流板反应器(ABR)、水解法等。由于单独的好氧处理或厌氧处理往往不能满足要求,而厌氧-好氧、水解酸化-好氧等组合工艺在改善废水的可生化性、耐冲击性、投资成本、处理效果等方面表现出了明显优于单一处理方法的性能,因而在工程实践中得到了广泛应用。采用厌氧-好氧工艺处理制药废水,BOD5去除率达98%,COD去除率达95%,处理效果稳定;
(5)关注新兴的废水处理技术。随着科学技术的不断进步,我国的制药废水处理工艺取得了很大的进步。近年来膜技术得到了不断发展,膜生物反应器(MBR)在制药废水处理中的应用研究也逐渐深入。MBR综合了膜分离技术和生物处理的特点,具有容积负荷高、抗冲击能力强、占地面积小、剩余污泥量少等优点。尽管在膜污染方面仍存在问题,但随着膜技术的不断发展,将会使MBR在制药废水处理领域中得到更加广泛的应用。
综上所述,化学合成制药废水是一种成分复杂、毒性高、含难降解有机物质的有机废水,目前的处理方法有预处理-生物处理。工程应用以单元处理为主,因此开发经济、有效的复合水处理单元迫在眉睫。此外,新技术如膜技术、生物强化技术等的应用在化学制药废水处理方面有更广阔的应用前景。
参考文献
[1]刘育婷等;制药废水处理方法概述[J];广东化工;2012年14期
[关键词]生物技术药物药物分析理论实践
21世纪是生物生命世纪,生物技术将成为21世纪高技术革命的核心内容,而生物技术应用最广泛的领域是医药领域,其中尤以医药生物技术分支发展最快。生物技术在制药领域中发挥着越来越重要的作用,成为制药工业的一个独立体系[1]。《中国药典》(2000年版)首次载入了基因工程产品。在此大背景下如何培养全面高素质的药学人才这一问题被摆在了我们面前[2]。
一、生物技术药物分析的特点
生物技术药物是指采用DNA重组技术或其他新生物技术生产的治疗药物,特点是绝大多数为生物大分子性内源物质,临床使用剂量小,治疗的针对性强,治疗的生理生化机制合理,疗效可靠,毒副作用小。这类药物在生产过程中具有特殊性:(1)提取纯化工艺复杂、(2)稳定性差、(3)易变质腐败、(4)注射用药要求;因此生物技术药物在质量控制方面就必须提出更高的要求,需要理化检验指标同时还需要生物活性指标的检验。
生物技术药物质量控制的基础,一是药物质量控制常用的生物化学方法,这些方法有免疫分析法、电泳分析法和酶分析法等。二是生物药物质量控制中常用的生物化学方法,如多肽、蛋白质、酶类生物药物的生物化学分析方法。无论通过那一种方法进行质量分析,学生必须扎实的掌握生物技术药物分析的理论知识以及实际操作技术。
例如,为了保证生物技术药物的安全性,使用体外方法代替动物实验进行药物生物活性的测定;用灵敏度更高的灭活病毒验证方法等等。以上质量控制方法对分析人员的理论及实际操作都有很高的要求。为了进一步提升药品的可控性和有效性,在纯度及杂质分析方面,目前国际上经常采用的纯度分析方法包括了SDS-PAGE、等电聚焦等,还需要应用DNA分子鉴定、薄层-生物自显影技术对生物技术药物中的杂质所带来的免疫反应或过敏反应进行控制。
因此对生物技术药物进行质量分析,可以说除了需要具备高的药物分析理论素养以外,还需要掌握一些较为先进的仪器设备的原理及使用方法。如液相色谱-质谱联用技术、核磁共振技术、双相电泳技术、蛋白质的二硫键分析等。
二、加强理论教学内容
在药物分析的理论教学中应当将基础理论与发展前沿相结合,教学形式多样化。生物技术的理论与实践研究发展十分迅速,每一项新的研究都与药学有着十分密切的关系,将这些新的研究成果及时介绍给学生是十分必要的。可以采用以下两种方法,一是教师在课堂上及时给学生补充,如“PCR技术与未来药学研究的关系”,及时向学生介绍;二是给学生布置一些课外小课题,如“干扰素质量控制方法建立的目的”、“EPO的体内分析方法”等,让学生自己查阅资料,在教师的组织参与下举办课外的“分组讨论”进行交流;也可以请同学在课堂上进行汇报,教师进行指导。
此外由于生物技术的不断快速发展,在有限的时间内,尽可能让学生学习更多的知识并非易事。尤其是对于大多数制药工程专业学生来说,由于缺乏在制药企业实践接触的机会,在学习生物技术制药课程各章节内容时,显得较为抽象,而且直接书面讲授,枯燥、乏味,学生很容易对操作基本原理一知半解,理解不深刻,教学方法不灵活。并且许多尖端技术难以在实验中体现,因此需要通过理论的教学予以补充。除了在课堂中强化原理的理解,还应该辅助其他的教学手段,如动画演示、视频观摩、以及一些简单的软件模拟实验操作,以便加深印象。在授课时,采用教师自制的丰富的多媒体教学课件,结合网络课程中的虚拟实验室或动画演示实验,能够直观地展现各类生物药物分析仪器的工作原理、工作过程,在教学过程中形成理论知识与形象感受交叉互动,利于学生理解抽象的课程内容,从而使课堂气氛活跃,达到了非常满意的教学效果,在未来的实际应用中能够尽快独立工作。
三、改进实践教学内容
实践教学是学校实现培养人才目标的重要方面,它对提高学生的综合素质,培养学生的动手操作能力和动脑思考能力,使学生成为一个复合型人才具有特殊作用。实践教学能为创新教育提供良好的平台,在提高学生的综合素质方面,它起着理论课所不可替代的作用。除讲清基本理论外,应该适时地组织学生参观生物技术高新企业,了解生物药品的生产过程,对一些生物制药企业和生物药物市场进行调查研究。在实习过程中引导学生重点观察生物技术药物生产工艺及质量控制单元操作设备,使学生对此有了较深的感性认识,为后续的理论学习打下良好基础,以配合理论教学,提高教学效果。在保证学生掌握基本实验技能的前提下,适当加入一些综合性、开放性、创新性实验。尊重学生在实验教学中的主体地位,允许学生按照教学要求自行设计实验方案,充分发挥学生在实验教学中的想象力和创造力。如在生物药物的分离纯化实验中,鼓励学生自主设计分离路线,进行相关物质的纯化,大大提高学生分析问题和解决问题的能力。
为了加强学生对生物技术药物质量控制方法的体会,因此除在课程中,复习巩固生物化学中对于蛋白质、核酸、多糖、酶等药物的分析实验的基础验证性实验,在课外还可以成立“生物技术药物分析兴趣小组”对学生自己感兴趣的药物设计质量控制方法并在教师的指导下进行验证。
上述实验内容安排的特点是:①改变了传统的验证性实验,单独验证蛋白质性质(各种颜色反应)、酶的性质等,取而代之的是从蛋白质的分离纯化、鉴定及多肽的合成等一系列完整的性质、结构、功能实验;②实验内容重组调整后,综合性实验则重点介绍药学研究中常用的生物化学方法,如酶类药物的动力学分析方法,对体内药物代谢酶的分析,生物药物筛选中采用的生物化学方法等;③实验方法上,采用先与基础生物学实验,后与分子生物学实验相连接的手段,从而在实验内容和方法上力求将所学课程连贯起来,培养学生综合思维的能力。
由于生物技术的快速发展,生物技术药物已经越来越多的应用于临床,但是这一类药物的质量控制方法还存在很多的不足,造成临床使用的安全隐患。因此加强药物分析课程中生物技术方向的教学内容对培养能够适应新型药物发展的实用性人才,保证生物技术药物的安全性和有效性具有非常重要的实践意义。
参考文献
关键词生物制药;发展概况;现状;趋势
生物制药产业为高新技术产业,对医药的发展具有重要的推动作用。生物制药从最初出现到现在的蓬勃发展,已经经历了40余年的发展。在此过程中,生物制药经历了包括政治、经济等各种因素的影响,使其获得了快速的发展。
1国际生物制药产业发展概况
生物制药产业的发展是随着生物技术的发展而发展的,自从美国发明了生物技术以后,该技术就迅速被应用到新型药物的研制上,并取得了极大的成功。自1971年世界上第1家生物制药公司诞生以来,世界上很多国家都在发展生物制药产业,并将此作为国民经济的重要内容。从当前实际情况来看,生物制药产业市场广阔,但是主要集中于美国、日本和欧洲[1-2]。
作为现代生物技术的发源地,又是首次应用该技术的国家,美国在生物制药产业发展方面领先于世界各国。美国目前已有超过1000家的生物技术企业,约占世界总量的2/3;生物技术市场资本总额超过了400亿美元,每年的科研经费超过了50亿美元;已经成功研发出30多个重要的治疗药物,正式投放市场的生物工程药物也达到了40多个。这些药物广泛应用于癌症、糖尿病、肝炎等疾病的治疗方面,给社会创造了极大的价值。
欧洲在生物制药方面整体落后于美国,但是发展迅猛。英、法、德、俄等国在开发研制和生产生物药品方面成绩斐然,在生物技术的某些领域甚至赶上并超过美国。如俄罗斯科学院分子生物学研究所、莫斯科大学生物系、莫斯科妇产科研究所及俄罗斯医学遗传研究中心等多个科研机构近年来在研究和应用基因治疗方面都取得了重大进展。
日本在生物制药产业上也发展较快,并将生命科学相关的产业作为21世纪重点扶植培养的产业,从而能够增加同美国和欧盟等的竞争力;同时重点展开生物信息技术及纳米生物技术等的基础研究、疾病相关遗传基因及其产生的蛋白质结构研究等,以“基因新药”为目标来推动日本的生物技术产业。目前,日本已有65%的生物技术公司从事于生物医药研究,部分公司的技术实力已经跻身世界前列。
日本之外的其他亚太国家在生物制药产业方面也发展较快,尤其是澳大利亚、中国、印度等国家在政策引导下,不断吸纳世界范围内的投资,在世界范围的市场正不断拓展壮大。
2我国生物制药产业发展现状
我国生物制药产业起步比较晚,经过了将近20年的发展,以基因工程药物为核心的研制、开发和产业化已经颇具规模。目前,全国注册的生物技术公司超过了200家,主要分布于环渤海、长三角、珠三角等经济发达的地区。近10年来,我国开发出了一大批新的特效药物,解决了过去用常规方法不能生产或者生产成本特别昂贵的药品的生产技术问题,这些药品对肿瘤、心脑肺血管、免疫性、内分泌等严重威胁人类健康的疑难病症起到了较好的治疗效果,且副作用明显低于传统药品[3]。
与世界先进国家的生物医药产业相比,我国生物医药产业还处于比较落后的状态,但是国家和地方政府都在不断加大对该产业的发展力度,从政策和资金等各方面不断加大投入。当前,我国已将生物制药作为经济发展的重点建设行业和高新技术的支柱产业来发展。当前一些科技发达或经济发达地区正在不断建立部级生物制药产业基地,并初步形成了初具规模的生物医药产业集群,这对我国的生物医药产业发展起到了很好的带动作用。总体而言,中国生物制药产业未来充满希望,前景看好,中国的生物制药产业将呈继续增长态势[4]。
3生物制药业发展趋势
3.1生物制药产业呈现集群式发展
产业集群发展具有明显的发展优势,能够极大地促进产业的快速发展。生物制药产业作为高科技产业,不仅需要在基础设施、上下游配套产业等方面的支持,还需要同教育培训、专业服务、技术转移中心等相关服务组合在一起,方能发挥高效作用优势。当前,我国在生物技术产业迅猛发展的浪潮推动下,经过多年的发展和市场竞争,加上政府不失时机地加以引导,我国生物技术、人才、资金密集的区域,已逐步形成了生物医药产业聚集区,由此形成了比较完善的生物医药产业链和产业集群。这些产业集群对于促进生物制药产业的发展具有重要的作用,使得生物制药整体产业链得到优化,在生产效率方面得到大幅提升。我国生物制药产业以后仍会朝着这一方面快速发展,政府也将会加大投资力度、重点建设产业集群区,在基础设施、配套服务业、研究开发、服务创新、教育培训和风险投资等方面进行发展和创新,为生物制药产业集群发展提供良好的发展环境。
3.2生物医药技术向产业化推进
将生物医药技术从科研转向产业化生产是科研的重要目的,只有将技术转化为生产力,才能使得社会生活水平得到提升。我国生物医药技术当前很大一部分还停留在科研方面,并没有有效地转换为生产力,这不仅浪费了很多的资源,也使得我国的生产实践跟不上研发,造成了生产的滞后状况。生物医药技术向产业化推进要求企业通过委托外包策略,建立技术同盟,形成优势互补,使得自身能够专注于自身专长方面,从而能够降低生产成本、提高竞争优势。我国生物制药公司在未来发展过程中,势必会朝这一趋势发展,通过外包方式进行新药开发,将技术较强的研发内容分包给具备研究实力的小型公司来完成,充分发挥小公司在某些领域的技术优势,共同开发新药,大大提高新药开发效率,使新药研发周期缩短,实现技术与资金互补。
3.3生物制药新兴技术将不断应用于产业发展
生物制药产业作为高新技术产业,需要不断进行技术创新,才能不断解决产业发展中存在的问题,并不断满足医药水平提升的要求。我国通过不断参与国际前沿生物发展课题来提升科研水平,如在人类基因组和功能基因方面参与到国际化发展研究中,并取得了很好的成绩;药物相关基因药理学的研究也取得了很大的发展,对于提高我国基因治疗水平具有重要的推动作用。生物制药新兴技术的发展将会不断应用到产业发展当中来,从而促进产业技术水平和社会医疗水平的提升。
4参考文献
[1]胡显文,马清钧.生物制药产业发展现状与趋势分析[J].生物技术产业,2007(1):16-31.
[2]文淑美.全球生物制药产业发展态势[J].中国生物工程杂志,2006(1):92-96.