基于AHP-FCE模型的制药行业清洁生产技术评价

李娟; 沈亮; 王良杰; 黄晶琳; 钱锋; 曾萍; 王辉锋; 王晨昊

doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20210218

基于AHP-FCE模型的制药行业清洁生产技术评价

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210218

李娟^1,,
沈亮²,
王良杰¹,
黄晶琳²,
钱锋¹,
曾萍^1, ,,
王辉锋¹,
王晨昊³

1.
中国环境科学研究院
2.
厦门大学化学化工学院
3.
中船第九设计研究院工程有限公司

基金项目: 厦门大学大学生创新创业训练计划项目（S202010384797）；中国博士后科学基金资助项目（2019M650798）

详细信息

作者简介:
李娟（1988—），女，助理研究员，博士，主要从事水污染控制技术研究，lij2007@126.com

通讯作者:
曾萍（1971—），女，研究员，博士，主要从事工业废水污染控制研究，zengping@craes.org.cn

中图分类号: X506
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出版历程
- 收稿日期: 2021-06-08

Evaluation of cleaner production technologies in pharmaceutical industry based on AHP-FCE model

1.
Chinese Research Academy of Environmental Sciences
2.
College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University
3.
China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd.

摘要

摘要:
在制药行业推行清洁生产技术，从源头减少污染物的产生，有利于促进制药行业的健康、可持续发展。为正确选择适合的制药行业清洁生产技术，建立了包含技术、经济和环境指标的制药行业清洁生产技术评价指标体系，构建了层次分析法-模糊综合评价法（AHP-FCE）评价模型，确定了制药行业清洁生产技术的评价标准，并对4项制药行业清洁生产技术进行了综合评价。结果表明：在技术性能方面表现较优的是头孢氨苄酶法合成技术，在经济性能方面表现较优的是抗生素合成固定化酶规模化制备技术，在环境性能方面表现较优的是基于培养基替代的青霉素发酵减排技术；技术综合得分表明，头孢氨苄酶法合成技术是4项制药行业清洁生产技术中的最优技术。
- 制药行业 /
- 清洁生产 /
- 层次分析法 /
- 模糊综合评价法 /
- 评价模型
Abstract:
The implementation of cleaner production technologies in the pharmaceutical industry can reduce the generation of pollutants from the source, which is conducive to promoting the healthy and sustainable development of the pharmaceutical industry. In order to correctly select the appropriate cleaner production technologies in the pharmaceutical industry, the evaluation index system of cleaner production technologies in the pharmaceutical industry including technical, economic and environmental indexes was established, and the analytic hierarchy process-fuzzy comprehensive evaluation (AHP-FCE) model was constructed. The evaluation standard of cleaner production technologies in the pharmaceutical industry was determined, and the comprehensive evaluation of four cleaner production technologies in the pharmaceutical industry was carried out based on the AHP-FCE model. The results showed that cephalexin enzymatic synthesis technology was better in technical performance, large-scale preparation technology of immobilized enzyme for antibiotic synthesis was better in economic performance, and penicillin fermentation and emission reduction technology based on medium substitution was better in environmental performance. The comprehensive evaluation results showed that cephalexin enzymatic synthesis technology was the best technology in four cleaner production technologies in pharmaceutical industry.
- pharmaceutical industry /
- cleaner production /
- analytic hierarchy process /
- fuzzy comprehensive evaluation /
- evaluation model

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图 1 4项制药行业清洁生产技术准则层评价结果

Figure 1. Evaluation results of four cleaner production technologies in pharmaceutical industry

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表 1 备选的4项制药行业清洁生产技术简介

Table 1. Brief introduction of 4 alternative cleaner production technologies in the pharmaceutical industry

技术名称	技术内容	适用范围
基于培养基替代的青霉素发酵减排技术	利用生理代谢参数指导合成培养基替代复合培养基的精确控制，实现青霉素发酵中营养的定量补加，促进产物快速合成及菌体形态控制，大幅降低废水的污染物排放量	多种抗生素发酵过程
头孢氨苄酶法合成技术	针对头孢氨苄生产过程存在的能耗高、污染严重等问题开发的清洁生产技术。在水溶液中，以母核7-ADCA和侧链PGME为原料，固定化青霉素酰化酶为催化剂，一步催化反应合成头孢氨苄。该技术反应条件温和，工艺简单，不使用挥发性有机溶剂、基团保护剂等辅助化学品，从源头大幅减少了污染物排放	头孢氨苄规模化生产
头孢氨苄连续结晶技术与装备	采用推进式全混型反应结晶装备，耦合调控体系pH和温度等工艺参数，进行多级连续流高效结晶，获得晶形完整、稳定性好的药物晶体产品，提高过程收率，降低母液中COD	药物规模化清洁生产
抗生素合成固定化酶规模化制备技术	采用头孢氨苄合成酶固定化技术，实现固定化酶的规模化生产，以提高生产效率	抗生素合成固定化酶规模化制备

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表 2 制药行业清洁生产技术评价指标体系

Table 2. Evaluation index system of cleaner production technology in pharmaceutical industry

目标层（A层）	准则层		指标层
目标层（A层）	一级指标（B层）	二级指标（C层）	三级指标（D层）
制药行业清洁生产技术评价	技术性能（B₁）	技术先进性（C₁）	技术先进性（D₁）
		技术可靠性（C₂）	每吨产品原料投入量（D₂）
			每吨产品水投入量（D₃）
			每吨产品有机溶剂投入量（D₄）
			原料转化率（D₅）
		技术适用性（C₃）	使用寿命（D₆）
		技术适用性（C₃）	系统稳定性（D₇）
	经济性能（B₂）	技术成本（C₄）	基建投资费用（D₈）
			每吨产品成本费用（D₁₉）
			年运行维护费（D₁₀）
	环境性能（B₃）	环境效益（C₅）	废水量削减效果（D₁₁）
			COD削减效果（D₁₂）
			氨氮削减效果（D₁₃）
			总磷削减效果（D₁₄）

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表 3 制药行业清洁生产技术评价指标的等级标准

Table 3. Grade standard of evaluation index for cleaner production technology in pharmaceutical industry

评价指标			评价标准
评价指标			很好（5分）	较好（3分）	一般（1分）
技术性能	技术先进性	技术先进性	技术非常先进	技术较为先进	技术先进性一般
	技术可靠性	每吨产品原料投入量	原料投入量很低	原料投入量较少	原料投入量较多
		每吨产品水消耗量	水消耗量很低	水消耗量较低	水消耗量较高
		每吨产品有机溶剂消耗量	有机溶剂消耗量很低	有机溶较高消耗量较低	有机溶剂消耗量低
		原料转化率	原料转化率高	原料转化率较高	原料转化率低
	技术适用性	使用寿命	使用寿命长	使用寿命一般	使用寿命短
	技术适用性	系统稳定性	系统稳定性好	系统稳定性一般	系统稳定性差
经济性能	技术成本	基建投资费用	投资成本低，绝大多数企业都可以承受	投资成本适中，一般企业可以承受	投资成本高，中小型企业难以承受
		每吨产品成本费用	成本低，绝大多数企业均可以负担	成本适中，一般企业可以负担	成本高，中小型企业难以负担
		年运行维护费	维护费用低，绝大多数企业均可以负担	维护费用适中，一般企业可以负担	维护费用高，中小型企业难以负担
环境性能	环境效益	废水量削减效果	废水量削减率>50%	废水量削减率为30%~50%	废水量削减率<30%
		COD削减效果	COD削减率>50%	COD削减率为30%~50%	COD削减率<30%
		氨氮削减效果	氨氮削减率>50%	氨氮削减率为30%~50%	氨氮削减率<30%
		总磷削减效果	总磷削减率>50%	总磷削减率为30%~50%	总磷削减率<30%

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表 4 制药行业清洁生产技术评价指标权重

Table 4. Weight of technical evaluation indexes for cleaner production technology in pharmaceutical industry

B层		C层		D层
一级指标	权重	二级指标	权重	三级指标	权重	综合权重
技术性能	0.574 0	技术先进性	0.130 6	技术先进性	1.000 0	0.075 0
		技术可靠性	0.580 1	每吨产品原料投入量	0.154 5	0.051 4
				每吨产品水消耗量	0.084 3	0.028 1
				每吨产品有机溶剂消耗量	0.457 9	0.152 5
				原料转化率	0.303 3	0.101 0
		技术适用性	0.289 3	使用寿命	0.228 6	0.038 0
		技术适用性	0.289 3	系统稳定性	0.771 4	0.128 1
经济性能	0.118 0	技术成本	1.000 0	基建投资费用	0.187 3	0.022 1
				每吨产品成本费用	0.598 6	0.070 6
				年运行维护费	0.214 1	0.025 2
环境性能	0.308 0	环境效益	1.000 0	废水削减量	0.099 0	0.030 5
				COD削减效果	0.305 5	0.094 1
				氨氮削减效果	0.296 2	0.091 2
				总磷削减效果	0.299 3	0.092 2

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表 5 制药行业清洁生产技术专家打分统计结果

Table 5. Statistics of evaluation results of experts on cleaner production technologies in pharmaceutical industry

评价指标			基于培养基替代的青霉素发酵减排技术			头孢氨苄酶法合成技术			头孢氨苄连续结晶技术与装备			抗生素合成固定化酶规模化制备技术
评价指标			很好	较好	一般	很好	较好	一般	很好	较好	一般	很好	较好	一般
技术性能	技术先进性	技术先进性	0.500	0.500	0	0.625	0.375	0	0.375	0.625	0	0.500	0.500	0
	技术可靠性	每吨产品原料投入量	0.250	0.750	0	0.625	0.375	0	0.250	0.625	0.125	0.375	0.625	0
		每吨产品水消耗量	0.375	0.500	0.125	0.500	0.375	0.125	0.625	0.375	0	0.375	0.250	0.375
		每吨产品有机溶剂消耗量	0	0.875	0.125	0.875	0.125	0	0.375	0.500	0.125	0.500	0.125	0.375
		原料转化率	0.500	0.375	0.125	0.750	0.250	0	0.625	0.375	0	0.375	0.625	0
	技术适用性	使用寿命	0.250	0.500	0.250	0.250	0.625	0.125	0.250	0.625	0.125	0.500	0.250	0.250
	技术适用性	系统稳定性	0.250	0.625	0.125	0.375	0.500	0.125	0.250	0.625	0.125	0.625	0.250	0.125
经济性能	技术成本	基建投资费用	0.125	0.625	0.250	0.250	0.625	0.125	0.250	0.375	0.375	0.375	0.375	0.250
		每吨产品成本费用	0	1	0	0.25	0.75	0	0.375	0.500	0.125	0.625	0.375	0
		年运行维护费	0.125	0.875	0	0.375	0.625	0	0.375	0.375	0.250	0.500	0.375	0.125
环境性能	环境效益	废水量削减效果	0.375	0.500	0.125	0.375	0.500	0.125	0.500	0.500	0	0.250	0.500	0.250
		COD削减效果	0.625	0.375	0	0.375	0.625	0	0.250	0.750	0	0.375	0.500	0.125
		氨氮削减效果	0.500	0.250	0.250	0.375	0.500	0.125	0.125	0.625	0.250	0.250	0.625	0.125
		总磷削减效果	0.500	0.250	0.250	0.500	0.250	0.250	0.125	0.500	0.375	0.125	0.625	0.250

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表 6 4项制药行业清洁生产技术综合得分

Table 6. Comprehensive scores of four cleaner production technologies in pharmaceutical industry

技术名称	得分
基于培养基替代的青霉素发酵减排技术	3.409 7
头孢氨苄酶法合成技术	3.908 2
头孢氨苄连续结晶技术与装备	3.735 7
抗生素合成固定化酶规模化制备技术	3.534 1

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