制药废水处理工程调试及运行研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：李嵩（1985），男，汉族，河北沧州人，本科，河北南风环保科技有限公司，中级职称，研究方向为环境工程。-38-制药废水处理工程调试及运行研究 李 嵩 河北南风环保科技有限公司，河北 沧州 061000 摘要：摘要：本项目以我国医药工业生产废水为研究对象，根据其 CODcr、NH3-N 含量较高的特点，拟建立一套具有“混凝-沉淀-水解酸化-缺氧-好氧-MBR 膜生物反应器”工艺的混合工艺（处理水量 1500m3/d）。在适当的接种和驯化条件下，逐渐增加了进水量，使项目成功地完成并投入运行。该工艺对 CODcr、NH3-N、TP、SS 的脱除率为97.4%,99.3%,43.1%,96.4%,CODcr、NH3-N、TP、SS 的去除效果由原水数据8171.4mg/L、173.7 mg/L、0.95 mg/L、235.8 mg/L 下降为 214.6 mg/L、1.3 mg/L、0.54 mg/L、8.6 mg/L,pH 由7.2上升为 7.5，出水 CODcr、NH3-N、TP、SS、pH 的相对标准偏差为 23.2%,15.4%,15.4%,66.0%,32.2%,pH 为7.8%，出水质量符合浙江省污水综合排放标准（GB8978-1996)的三级标准、工业企业废水氮、磷污染物间接排放限值（DB33/887-2013)，直接运行成本为 7.36 元/m3。关键词：关键词：制药废水；水解酸化；缺氧/好氧；MBR 膜生物反应器 中图分类号：中图分类号：X78 1 工程概况 伴随着我国医药产业的快速发展，其年均废水排放量已经达到了 6108立方米，是我国废水污染的主要来源之一。医药工业废水组分复杂，水质波动大，CODcr、NH3-N 含量高，难以达标排放，是一类难处理的有机废水。某医药公司主营 14 种医药制剂和原料药，在制药生产的过程中，会产生大量的高浓度有机废水，其中包括乙酸乙酯、甲醇和二甲基乙酰胺等污染物，它们的 CODcr、氨氮和无机盐等浓度都比较高，远远超过了相应的排放标准。当前，该厂的综合废水总量大约是 771.5 m/d，考虑到公司未来还将扩大生产，并预留出相应的污水增量，所以，本项目的设计水量是1500 m/d。污水的进水水质及排放标准见表 1。其中，废水排放执行 污水综合排放标准（GB89781996）的三级标准，氨氮和 TP 分别执行工业企业废水氮、磷污染物间接排放限值（DB33/8872013）“其他企业”中的 35mg/L 和 8mg/L 排放限值。2 处理工艺 2.1 工艺设计与说明 针对医药工业废水特性，现有的生物处理技术主要是混凝、高级氧化、水解酸化、缺氧/好氧、膜生物反应器等。在此基础上，结合企业实际，借鉴类似项目的成功经验，选择了混凝沉淀-两级水解酸化-缺氧/好氧-MBR 膜工艺。污水中有机物质含量较高，且含盐量较大，对生物活性有一定的抑制作用，需要对污水进行脱溶、脱盐、混凝等预处理。污水和污泥的处理流程如图 1 所示。主要处理单元运行参数见表 2。由图 1 和表 2 可知，废水在综合调节池配水后自流进入混凝初沉池，池中加入混凝剂并搅拌，在泥水分离区去除部分有机物和悬浮物且提高废水可生化性，减少后续生物处理负荷。上清液进入集水池 2，加压输送至水解塔，再经中间池进入水解酸化池。经两级水 表 1 进水水质和排放标准 项目 pH CODcr/(mg/L)氨氮/(mg/L)TP/(mg/L)SS/(mg/L)进水水质 5-6 2000-20000 30-700 1-5 100-200 排放标准 6-9 500 35 8 400 中国科技期刊数据库 工业 A-39-图 1 废水处理工艺流程 表 2 主要处理单元的运行参数 处理单元 DO/(mg/L)PH HRT/H MLSS/(mg/L)水解塔 0.5 6.5-7.5 11.0 6000 水解酸化池 0.5 6.5-7.5 23.9 6000 A 池 0.5 6.5-7.5 23.6 4000 O 池 2-4 7.5-8.0 22.0 4000 MBR 膜池 2-4 6.5-7.5 8.7 12000 解处理后可显著去除废水中 CODcr并进一步提高废水可生化性，为后续生化处理提供条件。由于过高或过低的 MLSS 都会导致水解酸化效果差，结合工程实际将该水解塔和水解酸化池的 MLSS 控制在 6000mg/L 左 右。废水经水解酸化池处理后进入 A/O 池，通过控制部分硝化液回流、污泥回流和排泥达到脱氮除磷并去除有机物的作用3。通常 A/O 工艺的 MLSS 控制在25003500mg/L，由于该厂区 A/O 池较多，易导致污泥分布不均，故控制 A/O 池 MLSS 约为 4000mg/L（均不小于 2500mg/L），以保障对污染物的去除效率。A 池通过液下搅拌实现兼氧处理效果。O 池内设置微孔曝气。O 池出水进入 MBR 膜池实现泥水分离，将活性污泥截留在生化池，从而提高生化池的污泥浓度和生化速率，且通过膜过滤后可进一步提升出水水质，确保达标排放。其中，MBR 膜组件采用中空纤维滤膜，以 10L/（m2 h）的膜通量运行，由于该条件下膜污染率较低，可相应降低运行费用。在运行过程中，MBR 膜池 MLSS 基本维持在 12000mg/L，源于其微生物增殖和自身消化达到了一个动态平衡过程。由于水质波动较大，为防止废水处理的非正常运行而导致不达标排放，特设置监控池。若废水未达标，则通过管道收集到事故池，处理达标后再纳管排放。废水处理过程中 A/O 池、MBR 膜池产生的剩余污泥和混凝初沉池污泥一并进入污泥浓缩池，经加压输送至污泥压滤机进行脱水，处理后的污泥委托有资质的单位进一步处置，滤液经收集后送至废水综合调节池。2.2 主要构筑物及设计参数 综合调节池。半地上式钢筋混凝土结构，2 座，工艺尺寸分别为 11.10m16.50m5.50m 和 3.20m6.00m5.50m，有效水深 4.7m，停留时间 15.1h。设超声波液位计、pH 自动检测仪、曝气系统和提升泵（1用 1 备，Q=65m3/h，H=170kPa，N=5.5kW）。其中曝气采用空气搅拌，搅拌气量为 1m3/（m3h）。RTC 反应器（水解塔）。1 台，工艺尺寸为 8.0m20.0m，液下部分为碳钢防腐，液上部分为 316L 不锈钢材质，配填料、提升泵、中间水箱、中间水箱提升泵和蒸汽加热系统（考虑到今后几年企业要发展新项目，提前规划）。按照进水平均 CODcr为 2700mg/L，确定设计容积负荷为 5.9kgCODcr/（m3d）。水解塔是该工艺最主要构筑物，通过悬浮污泥层及填料层的微生物降解污染物，具有占地面积小、处理效率高等特点。其中底部填料层具有使污泥悬浮和均匀布水的作用，蒸汽加热系统起控温作用，在冬季低温时需提高水温以使微生物保持较高活性。水解酸化池。半地上式钢筋混凝土结构，2 座，工艺尺寸为10.85m8.70m8.50m，有效水深为7.9m，单座有效容积为 745.7m3，容积负荷为 2.7kgCODcr/（m3d），配填料、潜水搅拌机（8 套，N=4.0kW，单位容积搅拌功率为 21.5W/m3）、污水循环泵和管道混合器。缺氧池（A 池）。半地上式钢筋混凝土结构，2座，工艺尺寸为 10.85m8.70m8.50m，有效水深为7.8m，单座有效容积为 736.3m3，MLSS 为 4000mg/L，配 DO 测定仪、潜水搅拌机。按去除总氮 63mg/L 计，确定设计反硝化负荷为 0.032kgTN/（kgMLSSd）。好氧池（O 池）。半地上式钢筋混凝土结构，4座，工艺尺寸为 10.85m6.08m6.50m，有效水深为5.2m，单座有效容积为 343m3，MLSS 为 4000mg/L，有机负荷为 0.33kgCOD/（kgMLSSd），硝化负荷为0.04kgTN/（kgMLSSd），配曝气系统、DO 测定仪和污泥回流泵。其中 O 池曝气量根据气水比 151 计算为 15.63m3/min，好氧池回流至缺氧池的回流比为 200%。MBR 膜池。半地上式钢筋混凝土结构，2 座，工艺尺寸为 10.85m5.00m6.50m，单座有效容积为中国科技期刊数据库 工业 A-40-271.2m3，有效水深为 5.0m，配布水装置、曝气系统、污泥泵和 MBR 膜系统。其中 MBR 回流至好氧池的回流比为 400%。排放池（监控池）。半地上式钢筋混凝土结构，1 座，工艺尺寸为 12.70m4.70m3.20m，有效水深为 3.0m，有效容积为 179m3，停留时间为 3h，配超声波液位计、提升泵（1 用 1 备，Q=65m3/h，H=275kPa，N=11kW）。3 工艺调试与运行结果 3.1 工艺调试 接种污泥生化系统接种污泥取自工业园区污水处理厂，脱水后活性污泥含水率约 80%，污泥投加量为 100 t，各池投加泥量为池容的 2%5%。通入 CODcr 为 600 mg/L 的污水，水位约占运行水位的 4/5，按 CNP=10051 的比例投加培养基进行培养。水解塔内循环、水解酸化和 A 池搅拌培养 5 d，好氧池持续闷曝一周后，SV30 达到 15%，出水 CODcr 降到 300 mg/L，CODcr 去除率达到 50%，且填料上菌胶团镜检微生物丰富，表明接种完成。水解塔和水解酸化池调试接种后，间歇通入混凝初沉池出水，启动阶段进水 CODcr 控制在 20003000 mg/L，pH 为 68，温度为 3035。控制 DO在 0.5 mg/L 以内，使微生物适应新的环境，培养水解菌。调试初期需控制运行水量，逐步提高进水负荷。调试期间减少排泥量，控制污泥龄为 10 d。在进水停止后根据污泥浓度进行补泥，使 MLSS 保持在 6 g/L 左右。监测进、出水的 B/C 和 CODcr，若 CODcr 处理效率达到 40%，则提高 20%进水量，逐步增加水量至正常值。水解塔出水进入水解酸化池，调试方法与水解塔相同。调试历时一个月，水解塔和水解酸化池产气明显，污泥变黑，水解塔使废水 B/C 从 0.1 升至 0.2 且CODcr 去除率提高至50%，水解酸化池使废水 B/C 从 0.2 升至 0.6 且 CODcr去除率提高至 70%，即为调试完成。A/O 池调试接种后，通入少量水解酸化池污水，将 A 池和 O 池的 DO 分别控制在 00.5mg/L 和 24mg/L 培养反硝化菌和硝化菌，其中 O 池曝气量根据 DO 值由 5 m3/min 逐步提高至 15 m3/min。当 MLSS2000 mg/L 时开始内回流，随着 MLSS 升高，回流比从 50%逐步提高至 200%。投加葡萄糖至 A 池保持 CN4，投加 NaHCO3到 O 池保持碱度（以 CaCO3计）100mg/L，保障 A/O 工艺运行。调试历时两个月，A 池和 O 池的 SV30稳定保持在 20%30%，A 池 CODcr 去除率提高到 60%，O 池 CODcr 和氨氮去除率分别提高到 60%和 70%，表明调试完成。MBR 膜调试，污泥驯化结束时开始 MBR 调试，通入污水和污泥，连续曝气并控制 DO 为 24 mg/L，逐步递增膜通量。当反应池 MLSS 达到 8000 mg/L 时，控制出水量为 20 m3/h。当反应池 MLSS 达到 12000 mg/L 时，逐步加大出水量至 65 m3/h。每日监测水池进、出水水质和污泥特性指标，调试 20 d 后出水 CODcr、氨氮等指标均稳定达标，即调试完成。调试和运行过程中均采取低值恒膜通量过滤和间歇出水等方法减少膜的污染。3.2 运行结果 系统调试完毕后即投入运行，各工艺单元运行正常，处理效果稳定，出水水质达到设计要求。2018 年 12 月2021 年 3 月的平均污染物数据统计分析结果如表 3 所示。表 3 组合工艺对污染物的去除效果分析 项目 综合调节池储水 系统出水 CODcr 浓度(mg/L)3579-13382 145-286 平均值/(mg/L)8171.4 214.6 相对标准差/%29.7 23.2 氨氮 浓度/(mg/L)43-396 0.8-1.6 平均值/(mg/L)173.7 1.3 相对标准差/%55.3 15.4 TP 浓度(mg/L)0.29-1.62 0.08-0.78 平均值/(mg/L)0.95 0.54 相对标准差/%71.1 66.0 SS 浓度(mg/L)103-384 5-12 平均值/(mg/L)235.8 8.6 相对标准差/%55.7 32.2 pH 波动范围 6.2-8.6 7.0-8.8 平均值 7.2 7.5 相对标准差/%13.5 7.8 注：组合工艺对 CODcr 的去除率为 94.5%98.7%，平均为97.4%；对 氨氮 的去除率为 99.1%99.9%，平均为 99.3%；对 TP 的去除率为 40.3%51.9%，平均为 43.1%；对 SS 的去除率为 90.4%98.6%，平均为 96.4%。中国科技期刊数据库 工业 A-41-由表 3 可知，采用“混凝沉淀-两级水解酸化-缺氧/好氧-MBR 膜生物反应器工艺”处理制药废水是可行的，在进水水质波动较大且浓度较高的情况下可稳定达标排放，运行稳定及抗冲击能力强。4 工程效益分析 该改造工程总投资为 2500 万元。运行费用：电费 4.4 元/m3，耗电量 7338.66 kWh/d，平均电价为 0.90 元/（kWh）；药剂费为 2.29 元/m3，阳离子PAM 为 45元/d，阴离子 PAM 为 162元/d，PAC 为 836元/d，酸、碱均为 2400 元/d；人工费为 0.62 元/m3，4 名操作工，费用为 7 万元/（人a），按生产时间为 300 d/a 计；水费为 0.05 元/m3，日耗自来水 20 m3/d，水价按 3.5 元/m3计，以上共计 7.36 元/m3。5 结论 采用“混凝沉淀-两级水解酸化-缺氧/好氧-MBR膜生物反应器工艺”处理高浓度有机制药废水，CODcr从 8171.4 mg/L 降至 214.6 mg/L，氨氮从 173.7 mg/L降至 1.3 mg/L，TP 从 0.95 mg/L 降至 0.54 mg/L，SS 从 235.8 mg/L 降至 8.6 mg/L，平均去除率分别为97.4%、99.3%、43.1%和 96.4%，p H 由 7.2 升 至7.5，处理效果良好。该工程处理设计规模为 1500 m3/d，运行费用约 7.36 元/m3，出水 CODcr、氨氮、TP、SS 和 pH 的相对标准差分别为 23.2%、15.4%、66.0%、32.2%和 7.8%，各项指标均达到污水综合排放标准（GB 89781996）的三级标准和浙江省 工业企业废水氮、磷污染物间接排放限值（DB 33/8872013）标准，可为类似制药废水处理提供参考。参考文献 1 吴 俊 雄,朱 乐 辉,章 鹏 宇,等.高 氨 氮 规 模 化 养 猪 废 水 处 理 工 程 改 造 案 例 J.中 国 给 水 排水,2021,37(8):139-142,148.2廖志民.MBR 工艺处理发酵类制药废水中试研究J.中国给水排水,2010.26(9):131-133.3朱霞,李鹤超任洪强.UASB-A37O-MBR 组合工艺处理餐厨废水工程J.水处理技术,2019,45(2):124-128.