Статья о способах экологически безопасной утилизации некондиционных лекарственных препаратов в твердой и жидкой консистенции как на основе водных, водно-спиртовых, спиртовых растворов, так и на основе нефтепродуктов (вазелин, вазелиновое масло, нафталанская нефть), липидов (жиры, масла, воска) и кислот жирного ряда.

Проблема поисков методов экологически безопасной утилизация некондиционных лекарственных препаратов в настоящее время весьма актуальна. Сложность утилизации лекарственных препаратов обусловлена многообразием их химической структуры. В меньшей степени они представлены соединениями неорганической природы и, в большей степени, производными почти всех классов органических соединений – от алканов до гетероциклов, включительно.

Сложность же утилизации лекарственных препаратов в форме линиментов (мази, эмульсии, суспензии) обусловлена не только многообразием химической природы действующих физиологически активных начал, но специфическими физическими и химическими свойствами наполнителей рассматриваемых препаратов. Известные способы утилизации лекарственных препаратов сведены в основном к их, сжиганию, высокотемпературной обработке с доступом или без доступа кислорода воздуха, или захоронению их на полигонах твердых бытовых отходов (см. патент РФ № 2203452, 2001; заявка на патент РФ № 94039334,1995г.; патент РФ № 2053605, 1997г.). Экологическая опасность термических способов утилизации лекарственных препаратов заключается в загрязнении атмосферы высокотоксичными соединениями: оксидами углерода, серы, фосфора, мышьяка, селена, фосгеном, дицианом, диоксинами и другими соединениями.

Шлак от сжигания лекарственных препаратов также токсичен и представляет опасность для окружающей среды. Простое захоронение высоко физиологически активных соединений на свалках таит в себе угрозу загрязнения водоносных горизонтов. С технической точки зрения термическая утилизация - весьма высоко затратный процесс утилизации.

Цель авторов - разработка экологически безопасных методов утилизации некондиционных лекарственных препаратов.

Поставленная цель достигается последовательными операциями электролитической и электрохимической деструкции некондиционных лекарственных препаратов, посредством их щелочного гидролиза в гидролизаторах при насыщении щелочного раствора кислородом воздуха и электрохимической обработки полученного гидролизата в электролизерах с нерастворимыми и растворимыми электродами, соответственно.

Гидролиз (гидролитическая деструкция) лекарственных препаратов является одной из существенных составляющих метода деструкции органических соединений. В жестких условиях щелочного гидролиза рвутся:

- амидные связи (C-N, P-N, S-N) карбоновых, фосфорных, сульфокислот  в углеводородных производных, фосфорорганических соединениях, N-метил-карбонатах;
- эфирные (С-О) и тиоэфирные (C-S, P-S) связи – в эфирах, тиоэфирах, сульфидах, сульфонатах и других соединениях этого ряда; - связи углерод-галоид (C-CL) – в хлорсодержащих пррепаратах ; - связи углерод-азот (C≡N) – в нитрилах.

Названные структуры входят в подавляющее большинство современного спектра природных и промышленных лекарственных средств. Второй, не менее существенной, составляющей метода деструкции лекарственных препаратов является их окислительно-восстановительная деструкция в электролизерах с  нерастворимыми или растворимыми электродами (электрокоагулятор). Продукты, поступающие в электролизер (электрокоагулятор) после щелочного гидролиза, подвергаются восстановительной и окислительной деструкции.

В условиях электрохимической обработки идет восстановительное разрушение следующих ковалентных связей и структур: азо (N=N), нитрозо (N=O), азометиновых (С=N), карбонильных (С=О), тионных (С=S), тиольных (С-S) связей и хиноидных структур. Продукты электрохимического восстановления и щелочного гидролиза, далее окисляются до карбоновых, фосфорных, азотной и сульфокислот по хорошо изученным схемам. Окислительному процессу способствует и кислород воздуха, подаваемый в рабочую камеру электролизера. Параллельно, с описанными выше, процессами в электролизере с нерастворимыми электродами идет осаждение металлов на катодный электрод, а в электрокоагуляторе - анодное растворение железных электродов с образованием ионов железа (II и III). Последние являются и реагентами, образуя растворимые и нерастворимые соли железа с кислотами, и коагулянтом [Fe(OH)3] для продуктов гидролитической и электрохимической деструкции лекарственных препаратов.

Продукты электрокоагуляции, представляющие собой соли железа, органических кислот, гидроксиды железа  не растворимы в воде, нетоксичны и могут быть захоронены на полигонах твердых бытовых.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Утилизация некондиционных лекарственных препаратов в твердой и жидкой консистенции  на основе водных, водно-спиртовых, спиртовых растворов.

Лекарственные препараты сортируют, удаляют первичную упаковку, загружают в емкость с водным раствором щелочи (NaOH или КОН) с рН 13-14 и 2% NaCl и, при интенсивном перемешивании воздухом из барбатеров и насыщении щелочного раствора кислородом воздуха до концентрации 12-14 мг/л, взвесь перекачивают в установку активации химических процессов (УАП).

В установке УАП идут одновременно три операции. Первая – чисто механическая – разрушение вторичной упаковки лекарственных препаратов (конвалюты, флаконы, ампулы) и таблетированного материала под ударным воздействием вращающихся стержней и игл. Вторая  -  химическая  - щелочной гидролиз галогеноалканов, эфиров, ангидридов, амидов, а также гидролиз солей: сильных кислот и слабых оснований, слабых кислот и сильных оснований, слабых кислот и слабых оснований. Третья – радикальное окисление спиртов, альдегидов и соединений с кратными связями кислородом воздуха, растворенным в воде и активированным в магнитной поле УАП. Время обработки реакционной массы в УАП - 3-4 минуты.

Полученный гидролизат отделяют от остатков вторичной упаковки с помощью безнапорного гидроциклона, донасыщают раствор кислородом воздуха с помощью барбатера до концентрации 12-14 мг/л и подают в окислительно-восстановительный деструктирующий блок, состоящий из электролизера с нерастворимыми электродами и электролизера - электрокоагулятора  с растворимыми железными электродами.

В приэлектродных пространствах электролизеров идут обычные электрохимические процессы: 

• деструкция воды с выделением водорода и кислорода;
• восстановление ионов хлора до молекулярного хлора, который при взаимодействии с водой дает сильные окислители – гипохлориты;
• окисление и восстановление металлов и их ионов;
• окисление соединений с кратными связями до двухатомных спиртов, пероксидов, окисей, кетонов с последующим их окислительной деструкции до карбоновых кислот;
• восстановление и окисление азометинов, диазосоединений тиоспиртов, сульфидов соответственно до нитро- сульфат-ионов и карбоновых кислот и др.

В деструктивном процессе электроокисления участвуют и реагентные окислители – гипохлориты, редуцируемые в электролизе с нерастворимыми электродами, и возбужденные молекулы кислорода воздуха, поступающего из барбатеров. В электрокоагуляторе - электролизере основная масса продуктов деструкции (до 98 %) коагулируется в виде хлопьеподобной взвеси и осадка нерастворимых солей железа карбоновых кислот.

Из электрокоагулятора реакционная масса подается в осветлитель и далее в блок грубой фильтрации из инертных фильтрационных материалов. Фильтрат – щелочной раствор – направляют в накопительную емкость для щелочи с целью его повторного использования, а малотоксичный шлам нейтрализуют, сушат и захоранивают на полигонах твердых бытовых отходов (ТБО).

Через 4-5 циклов рециркуляции щелочной раствор регенерируют. фильтрацией через сорбционные (уголь, угольные волокна) и хемосорбционные (катиониты, аниониты) фильтрующие материалы, корректируют по рН и возвращают в технологическую линию утилизации.

Пример 2. Утилизации некондиционных лекарственных препаратов на основе нефтепродуктов, липидов, спиртов или кислот жирного ряда

Утилизацию некондиционных лекарственных препаратов на основе нефтепродуктов (вазелин, вазелиновое масло, нафталанская нефть), липидов ( жиры, масла, воска), спиртов и кислот жирного ряда осуществляют предварительным экстрагированием, соответственно, липофильных и гидрофильных компонентов их содержимого отработанным техническим маслом и водной щелочью с рН 13-14, при объемном соотношении экстрагентов – техническое масло: водная щелочь – 1:0,7÷1, с последующим деструктированием гидрофильных компонентов электрокоагуляцией, а липофильных – сжиганием.

Способ осуществляется следующим образом.

Пульпу из эмульсии технического масла и водной щелочи,  лекарственных препаратов насыщают кислородом воздуха и обрабатывают в установке УАП. При приготовлении эмульсии, использованное техническое масло предварительно очищают от механических примесей фильтрацией через угольные волокнистые материалы, а лекарственные препараты сортируют и удаляют первичную упаковку. В установке активизации химических процессов одновременно идут три процесса: разрушение вторичной упаковки (туба, флакон) под ударным действием вращающихся металлических стержней и игл, электролитическая и окислительная деструкция органических соединений, и экстракция  содержимого пульпы водно-щелочным раствором и техническим маслом. Время обработки лекарственных препаратов в установке УАП – 3-4 минуты. Далее водно-масляная эмульсия поступает на мелкоячеистую решетку  для удаления остатков упаковки, и в сепаратор  для разделения эмульсии на водно-щелочную и масляную фракции.

Водно-щелочную фракцию с экстрагированными гидрофильными компонентами: олигопептиды, углеводы, спирты, тиоспирты, фенолы, альдегиды, кетоны, гетероциклические соединения, кислоты, соли и продукты щелочного гидролиза, - предварительно очищают от остатков масла фильтрацией через маслоуловители и направляют  в электрокоагулятор с растворимыми железными электродами для электрохимической деструкции экстрагированной органики. 

Продукты коагуляции удаляют отстоем, фильтрацией через инертные материалы, нейтрализуют, сушат и утилизируют на полигонах ТБО. Водно-щелочной раствор регенерируют фильтрацией через  сорбционные и хемосорбционные материалы, и после коррекции рН возвращают в технологическую цепочку в качестве экстрагента. Техническое масло с продуктами экстракции: вазелин, вазелиновое масло, нафталанская нефть, жиры, масла, воска, высокомолекулярные спирты и кислоты, - после нейтрализации и отстоя, используется в качестве печного топлива.Утилизация некондиционных препаратов электролитической деструкцией (гидролиз) и электрохимической деструкцией исключают процесс сжигания, высокотемпературная обработка, пиролиз, снижаются энергоемкость процессов, полностью исключается загрязнение атмосферы токсичными оксидами углерода, серы, фосфора, мышьяка, селена, а также фосгеном, дицианом, диоксинами.

Способ обеспечивает экологически безопасную утилизацию некондиционных лекарственных препаратов. Способ предназначен для утилизации лекарственных препаратов на основе вазелинов, нефтей, масел, жиров, восков и может быть использован для утилизации некондиционных косметических средств, приготовленных на основе липидов, спиртов или кислот жирного ряда.
 
Ю.А. Седов, Ю.А, Парахин, С.А. Майоров
Орловский государственный технический университет, г. Орел, Россия

www.newchemistry.ru