高浓度制药废水处理工程(500吨天)工艺设计

高浓度制药废水处理工程(500吨天)工艺设计内容摘要：

atment technics。 research evolvement. 前言 高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。 对于这一类废水，目前国内外研究较多的有焦化废水、制药废水（包括中药废水）、石化 /油类废水、纺织 /印染废水、化工废水等行业性废水。 所谓的高浓度，指的是这类废水的有机物浓度（以 CODcr 计）较高，一般均在 2020 mg/L以上，有的甚至高达每升几万至十几万毫克；所谓难降解指 的是这类废水的可生化性较低（ BOD5/ CODcr值一般均在 低），难以生物降解。 近几年来，我国各类医药化工及保健品制造业迅猛发展，而在制药过程中排放的大量有毒有害废水严重危害着人们的健康。 寻求工艺合理、运行稳定、维护管理方便，能 海纳水处理咨询网版权所有 2 最大限度地体现社会、经济、环境效益的工艺技术，是亟待研究的方向和 思路。 制药工业废水通常属于较难处理的高浓度有机污水之一，其特点是组成复杂、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、 NH3N浓度高、色度深 、毒性大、固体悬浮物 SS浓度高。 污水的厌氧、好氧生物处理机理 污水的厌氧生物处理机理 早期的厌氧生物处理都针对污泥消化，也就是在无氧的条件下，由兼性厌氧细菌及专性厌氧细菌降解有机物，从而使污泥得到稳定，其最终产物是 CO2 和甲烷气等。 所以污泥厌氧消化过程也称为污泥生物稳定过程。 1979 年， Bryant 根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，提出三阶段理论： 图 三阶段厌氧消化过程示意图 厌氧消化的影响因素有 pH、温度、生 物固体停留时间 （ 即污泥泥龄 ） 、搅拌和混合、营养与 C/N 比、有毒物质。 污水的好氧生物处理机理 活性污泥法 构成活性污泥三要素 吸附氧化分解作用 (污泥 )； 废水的处理对象 微生物底物 (营养 )； c.充足氧气、充分接触 好氧处理的条件。 污泥净化反应机理 对有机物的降解可分为两个阶段： （巨大的比表面积） 复杂有机物 有机酸和醇类 氢气 /二氧化碳 乙 酸 甲 烷 第一阶段 水解与发酵 第二阶段 产氢产乙酸 第三阶段 产甲烷 海纳水处理咨询网版权所有 3 在很多活性污泥系统里 ， 当污水与活性污泥接触后很短的时间（ 1045 min)内就出现了很高的有机物 (BOD5)去除率。 这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。 由于污泥表面积很大 （ 可达 202010000m2/m3 混合液 ） ，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。 活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质 (原生质 )，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成 CO2 和 H2O 等稳定的物质。 生物絮体形成机理 目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌 的聚合物在微生物之间起粘胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例才能形成良好的生物絮体。 如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌的聚合物不足以粘连新增殖的微生物，便不可能形成良好的絮体；如果有机物浓度过低，内源代谢能产生的聚合物质被微生物当成食物消耗，则絮体也难以形成。 另外，丝状细菌促进絮凝体的形成。 活性污泥反应的影响因素 （ 1） 营养物质有碳源、氮源、无机盐类以及某些生长素； （ 2） DO（溶解氧）； （ 3） pH 值； （ 4）水温； （ 5）有毒物质。 生物膜法 生物膜法的净化机理：微生物附着在介质 ―滤料 ‖表面上，形成生物膜，污水与生物膜相接触，污水中的有机污染物作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，转化为 H2O、CO NH3和微生物细胞物质，微生物自身得到繁衍增殖，同时污水得到净化。 生物膜法中的微生物附着生长在填料或载体上，形成膜状的活性污泥，属于附着生长系统或固定膜工艺。 污水的厌氧与好氧处理结合工艺 AADRA/O工艺 山东齐鲁安替比奥制药有限公司主要生产 7ACA系列头孢菌素原料药 (生产能力可达 600 t/a)， 其制药废水中因有机物 浓度高、生物毒性强，所以处理起来难度较大。 为此，根据国外的经验，选择和引进了 AADRA/O工艺处理技术 [1]，其处理的工艺流程如图 海纳水处理咨询网版权所有 4 所示： 图 AADRA/O工艺 流程 方框图 该工艺的特点是 [1]： ① 高浓度废水先经过 AADR反应装置 ， 同时在此装置中加入 NaOH调节废水的 pH值为 10～ 11， 静置反应 8 h后废水中的有机生物毒性物质失去了活性，再加酸调节 pH值为中性后与低浓度废水一起进入 A/O池； ② A/O技术是在缺氧条件下使废水中一些难降解 有机物分解，从而有利于后续的好氧生物处理，此外回流至 A池污泥在缺氧条件下，可以抑制回流污泥中丝状菌的生长 ,也有利于工艺的稳定运行； ③ 考虑到进水浓度较高会导致好氧池前段负荷过高而不利于系统的稳定运行，故将A/ O池设计成两组，每组均有单独的回流系统，操作时可通过阀门切换，使其既可以串联运行，也可以并联运行，为实际运行管理带来了灵活性； ④ 剩余污泥采用好氧消化减容处理，其优点是比厌氧消化投资省和运行管理方便，但不足之处是耗能。 该公司于 1998年建成了一座处理能力为 2400m3/d的废水处理设施，自投入运行以来，工艺运行稳定，出水水质达到了设计要求，其运行结果见表 [1]。 表 AADRA/O工艺 运行效果 项 目 水量 (m3/d) COD (mg/L) BOD5 (mg/L) pH SS (mg/L) NH4+ N (mg/L) 进 水 高浓度 96～ 210 28864～ 34623 12 439～ 15790 ～ ≤110 低浓度 1250～ 1502 225～ 350 106～ 142 ～ ≤82 出水 150 60 ～ ≤20 ≤25 高浓度调节池 AADR反应池 A/O 池 低浓度调节池 二沉池 污泥好氧处理池 污泥浓缩池 污泥压干 NaOH HCl 高浓度废水 泵 泵 泵 低浓度废水 污泥回流 出水 外运 海纳水处理咨询网版权所有 5 运行的结果表明，采用该法处理，处理效率高、工艺运行稳定、操作管理简单，但出水中的 NH4+N浓度仍然较高。 SBR法工艺 SBR工艺充分利用兼性菌的作用，通过缺氧 厌氧 好氧的过程可使原来难以降解的有机物分解成能够被降解的物质，其 COD去除率及脱氮率较高 [2]。 其完整操作过程包括5个阶段：进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期。 在一个周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可根据具体污水性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握 [3]。 其工艺流程图如图 ： 图 SBR法工艺流程方框图 SBR工艺可有效地去除氯霉素废水中的有机污染物，它克服了常规好氧法处理高浓度有机废水能耗高、需预处理以及工艺复杂等不足，并且操作灵活、污泥性能好，抗负荷与抗毒物冲击能力强等优点，有着较好的应用前景 [2]。 UASB兼氧 接触氧化 气浮工艺 采用该工艺处理高浓度生物制药废水，以废水中 CODcr、 BOD5和 SS为主要因子，进水浓度为 15000、 8800和 2500mg/L的条件下，经 4个单元的处理，出水浓度可达 16 和 38mg/L。 该工艺具有系统稳定、污泥量少、产生沼气和综合利用等特点 [4]。 其工艺流程图如图 ： 集中池 混合 调节池 沉淀池 SBR/普通曝气池 制药废水 出水 剩余污泥 海纳水处理咨询网版权所有 6 图 UASB 兼氧 接触氧化 气浮工艺 流程 方框 图 本工艺分为 4个单元，主要为 UASB单元、兼氧生化池单元、接触氧化池单元和气浮池单元 [4]。 (1)UASB单元 采用厌氧细菌 (产酸和产甲烷菌 )降解废水中的有机物，同时将有机物分解成沼气，在UASB中上部为三相分离器，中部为污泥悬浮层，底层为污泥层。 废水均匀进入污泥层和污泥悬 浮层，与厌氧污泥充分接触反应，有机物被分解成沼气，液体、气体与固体混合液上升到三相分离器后，颗粒污泥回流到污泥层，沼气进入沼气贮罐。 (2)兼氧生化池单元 在缺氧条件下，大多数有机物转化为甲烷的形式，结果只有很少部分用于合成细胞物质，而产生的沼气可作为热能被再利用。 厌氧系统的污泥产率为 (kgd)，污泥量少。 (3)接触氧化池单元 接触氧化池是处理生物制药高浓度的主要方法，在曝气器的作用下，废水与污泥在池内循环流动，处于完全混合状态，接触效果较好，生化反应完全，接触氧化系统的污泥产率为 4 kg/(kgd) (去除 )。 (4)气浮池单元 气浮技术是将空气与水在一定的压力条件下，使气体极大限度地溶入水中，力求处于饱和状态，然后把所形成的压力溶气水通过减压释放，产生大量的微细气泡，与水中的悬浮絮体充分接触，使水中悬浮絮体粘附在微气泡，随气泡一起浮到水面，形成浮渣并刮去浮渣，从而净化水质。 该工艺处理高浓度生物制药废水，效果良好稳定，出水水质可以达到《污水综合排放标准》 (GB89781996)中的二级标准；同时，该工艺运行成本较低，有推广价值； UASB池具有良好的耐冲击性， CODcr和 BOD5去除率 均在 85%[4]左右，降低了污水处理的电耗调节池 换热器 UASB 消化器 沼气贮罐 兼氧池 沉淀池 接触氧化池 沉淀池 气浮池 污泥池 压滤机 蒸汽 高浓度废水 锅炉 排放 污泥外运 海纳水处理咨询网版权所有 7 和污泥产生量。 PW膜分离活性污泥处理工艺 高浓度有机废水一般都采用厌氧 — 好氧处理，但厌氧处理对温度、 pH 等环境因素较敏感、构筑物停留时间长；而常规好氧生化法处理工艺，存在占地面积大、停留时间长、运行管理不方便等缺点。 因此选用 PW膜分离活性污泥处理技术，使用的膜是网眼极为细小的合成高分子中空丝膜 [5]。 其处理工艺流程见图。 图 PW膜分离活性污泥处理工艺流程方框图 由于废水中 SS浓度较高，故在生 化处理前加了一级混凝沉淀处理，并且为了保证最终去除效果，在生化处理后加了渣滤处理。 进水有时偏酸性，用 NaOH调节 pH至中性。 废水先经过细格栅去除悬浮物后进入调节池均衡水质水量，然后用泵输入混凝反应池， 加入适量 PAC、 PAM搅拌形成絮体后进入沉淀池进行固液分离。 经过上述预处理后的废水上清液溢流进入 PW膜处理池在充氧曝气和微生物的作用下进行生物降解和硝化，并由膜组件进行固液分离，处理后的废水流入渣滤池过滤，出水达标排放。 混凝沉淀产生的沉淀物、 PW处理池产生的剩余污泥排入污泥干化池，渗出液回流至调节池再处理，干 化后的污泥定期外运填埋处理 [5]。 环保监测站对该工艺进行了监测， 20 20 2020三年的监测结果平均值见表 [5]。 表 PW膜分离活性污泥处理工艺监测结果 分类 pH CODcr / (mgL 1) NH3 N/ (mgL 1) BOD5 / (mgL 1) SS/ (mgL 1) 调节池 8220 154 4210 120 7920 198 5490 96 9450 141 5040 155 排放口 69 37 69 28 69 27 调节池 污泥干化池 渣滤池 PW 处理池 沉淀池 混凝反应池 风机 剩余污泥 加药 废水 泵 加碱 泵 排放 外运填埋 渗出液 海纳水处理咨询网版权所有 8 从监测结果可以看出，该处理系统效果显著，而且运行稳定，出水水质好，运行费用低。 并且与常规生化处理方法相比，具有设施占地小、污泥产生量少等优点，对制药高浓度废水治理具有较高的推广价值。 结语 由于制药废水种类繁多，因此选择什么样的处理工艺要取决于制药废水的性质。 制药废水普遍具有浓度高、色度深、可生化性较差的特点，一般可通过预处理来提高废水的可生化性和初步去除污染物，再结合生化处理的方法 [6]。 同 时在处理前期我们应考虑所处理废水有否回收综合利用的价值和适当途径，以达到经济效益和环境效益的统一。 如今环境问题日益严重，对工业污水处理的要求也越来越高，国内外也出现了各种各样的处理工艺，从以上介绍的四种处理工艺（ AADRA/O工艺、 SBR法工艺、 UASB兼氧 接触氧化 气浮工艺以及 PW膜分离活性污泥处理工艺）来看，处。