化學(xué)合成類制藥廢水處理工程的工藝設(shè)計

更新時間：2012-12-10 13:39 來源：合肥水泥研究設(shè)計院作者: 閱讀：4223

1 工程概況

江蘇某制藥有限公司采用化學(xué)合成方法生產(chǎn)各種化學(xué)原料藥。主要產(chǎn)品包括：阿奇霉素、克拉霉素、奈韋拉平、阿巴卡韋、齊多夫定、依非韋侖、奈必洛爾、替諾福韋等十幾個產(chǎn)品。

該公司所排放的廢水為典型的高鹽分、難降解、高濃度有機(jī)廢水，工藝廢水COD平均濃度約為46,000mg/L，鹽分平均含量大于5%，特征污染物中，較難生物降解的有機(jī)物量大、種類復(fù)雜，主要有四氫呋喃、二甲亞砜、DMF、三乙胺等，其他難降解的有機(jī)物還有少量的氯仿、吡啶、甲苯等。根據(jù)分析和前期試驗，該工藝廢水可生化性差，生物毒性高，若不進(jìn)行預(yù)處理直接進(jìn)入生化池，將會使整個廢水處理系統(tǒng)癱瘓。

根據(jù)廢水的水質(zhì)和水量情況，提出采用二級高級氧化+生化聯(lián)合處理工藝，并對構(gòu)筑物設(shè)置、廢水處理效果和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性進(jìn)行了分析和探討，為化學(xué)合成類制藥廢水處理提供借鑒。

2 規(guī)模、水質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)

2.1 處理規(guī)模

該制藥公司的工藝廢水排放量合計約131.3t/d，考慮到低濃度廢水（真空及地面沖洗廢水）和生活污水、廠區(qū)雨水及其他新建項目的廢水，并留有一定的廢水處理余量，故擬定污水站設(shè)計處理量為2000t/d。

該公司排放廢水的水量水質(zhì)見表1。

2.2 污水排放標(biāo)準(zhǔn)

廢水經(jīng)過污水處理站處理后達(dá)到工業(yè)園區(qū)污水處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)，其余各項指標(biāo)應(yīng)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）中的三級標(biāo)準(zhǔn)，接入污水管網(wǎng)。園區(qū)污水接管標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3 廢水處理工藝流程

3.1 設(shè)計思路

1）整體工程擬采用“物化+生化”聯(lián)合處理工藝。2）廢水分質(zhì)分流，采用不同處理工藝。分質(zhì)分流是廢水處理的基本原則，本項目設(shè)計二段廢水分質(zhì)分流。高濃度工藝廢水與低濃度廢水（真空和設(shè)備沖洗水）分質(zhì)分流，高濃度工藝廢水經(jīng)二級氧化處理后再與低濃度廢水混合，進(jìn)入生化處理工藝流程。3）物化擬采用“多維電催化+高效微電解”的二級高級氧化處理， “W1～W4”水量為131.3m3/d，統(tǒng)一收集后進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)實驗情況，出水COD將有大幅度的去除，同時可生化性也顯著提高。4）生化段擬采用“UASB厭氧+水解+好氧”的處理思路，最終出水達(dá)到園區(qū)接管標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 廢水處理的難點與關(guān)鍵

（1）難生物降解有機(jī)污染物的分解

四氫呋喃、二甲亞砜、DMF、三乙胺、氯仿、吡啶、甲苯、對甲苯磺酸等及其中間產(chǎn)物均為生物難以降解的有機(jī)物，如不在預(yù)處理段分解去除，則將嚴(yán)重影響生化處理工藝運(yùn)行，分解這類有機(jī)物常規(guī)處理方法難以達(dá)到理想效果。

（2）COD的大幅去除

工藝廢水盡管只占總水量的6.6%，但卻占COD總量的43%，預(yù)處理能否大幅去除COD，直接關(guān)系到生化進(jìn)水COD限值，關(guān)系到最終排水COD能否小于400mg/L的要求。

（3）廢水中鹽分濃度控制

廢水的鹽分指標(biāo)直接影響到生化處理的運(yùn)行，一般鹽分濃度高于7000mg/L，生化工藝難以正常運(yùn)行。本項目工藝廢水鹽度超過5%，若采用多效蒸發(fā)脫鹽，將會帶來運(yùn)行費(fèi)用的大幅增加，實施過程難度增大。

針對以上難點問題，本設(shè)計采用了如下關(guān)鍵技術(shù)：

（1）廢水分質(zhì)分流，采用不同處理工藝。分質(zhì)分流是廢水處理的基本原則，本項目設(shè)計二段廢水分質(zhì)分流。高濃度工藝廢水與低濃度廢水（真空和設(shè)備沖洗水）分質(zhì)分流，高濃度工藝廢水經(jīng)二級氧化處理后再與低濃度廢水混合，進(jìn)入生化處理工藝流程。

（2）以二級高級氧化技術(shù)為預(yù)處理核心工藝，徹底分解難生物降解的有機(jī)污染物，降低生物毒性，大幅去除COD，顯著提高B/C比。二級高級氧化工藝為：多維電催化氧化 + 高效微電解氧化，多維電催化氧化是以陽極區(qū)的直接氧化和反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的羥基自由基（•OH）等氧化物質(zhì)的間接氧化來分解有機(jī)物，•OH氧化電位高達(dá)2.8V，其幾乎對所有的有機(jī)分子都有強(qiáng)度不等的氧化分解作用，且對各類有機(jī)物無明顯的選擇性。將多維電催化氧化放在第一級就是通過它的強(qiáng)氧化作用將難降解的有機(jī)物分解，其可將重鉻酸鉀無法氧化的有機(jī)物（例如吡啶、甲苯等）氧化分解為小分子、可生物降解有機(jī)物，提高廢水的B/C比。由于電催化已將難降解的有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，微電解氧化及后續(xù)的混凝沉淀工藝段可大幅去除COD。采用的微電解設(shè)備為高效微電解蓬松床，產(chǎn)品基于先進(jìn)的二元三相脈沖流態(tài)化技術(shù)，可有效避免床體板結(jié)，電極極化，實現(xiàn)高效處理。微電解產(chǎn)生的Fe2+和電催化反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2又可產(chǎn)生芬頓反應(yīng)，進(jìn)一步降解COD。

（3）鹽分控制通過物化過程的降解去除和生化過程的低濃度廢水稀釋結(jié)合，達(dá)到生化處理的要求。物化處理過程鹽分的去除主要在微電解后的混凝沉淀階段。根據(jù)實驗，混凝沉淀段鹽分去除率可達(dá)30%以上，本設(shè)計保守預(yù)計為20%，工藝廢水混合后鹽分濃度預(yù)計為50,000mg/L（5%），混凝沉淀段后鹽分濃度預(yù)計為4萬mg/L，進(jìn)厭氧（UASB）工藝段前經(jīng)低濃度廢水混合，混合后計算鹽分濃度應(yīng)為5000mg/L，滿足厭氧生化處理鹽分要求。進(jìn)入好氧生化處理前再經(jīng)1000m3/d低濃度廢水稀混合，總鹽分含量應(yīng)為2600mg/L，滿足設(shè)計要求。

3.3 工藝流程

該項目的廢水處理工藝流程見下圖。

3.4 工藝流程說明

根據(jù)原水水質(zhì)水量數(shù)據(jù)分析，對各生產(chǎn)車間收集的廢水通過分質(zhì)預(yù)處理，再通過生化系統(tǒng)進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放。

（1）高濃度廢水水量為131.3m3/d，統(tǒng)一收集到集水池1，用泵提升至調(diào)節(jié)池1，在調(diào)節(jié)池1內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，同時進(jìn)行pH調(diào)整，然后泵入多維電催化氧化設(shè)備。

多維電催化氧化設(shè)備基于電化學(xué)技術(shù)原理，利用電解催化反應(yīng)過程中生成的強(qiáng)氧化粒子（•OH、•O2、H2O2等），與廢水中的有機(jī)污染物無選擇地快速發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)行氧化降解。設(shè)備結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的二維電解電極間裝填粒狀工作電極，形成多維電極結(jié)構(gòu)。對高分子、多基團(tuán)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難降解、有毒、有害的有機(jī)物降解具有獨(dú)特的優(yōu)勢。其主要特點是：陽極采用鈦基涂層電極（DSA陽極），極板表面擔(dān)載有多種催化物質(zhì)涂層，具有高效、長壽命特點。在陰、陽極間充填了附載有多種催化材料的導(dǎo)電粒子和不導(dǎo)電粒子，形成復(fù)極性粒子電極，提高了液相傳質(zhì)效率和電流效率。該技術(shù)方法是高濃度有機(jī)廢水處理的新工藝之一。

（2）多維電催化氧化設(shè)備出水自流入中間池，中間池的水直接泵入蓬松床高效微電解。蓬松床微電解是基于先進(jìn)的二元三相脈沖流態(tài)化技術(shù)研究開發(fā)的最新一代環(huán)保新產(chǎn)品，由鐵炭塔和一套全自動的蓬松和反洗系統(tǒng)組成，可有效避免床體板結(jié)，實現(xiàn)高效處理，是對傳統(tǒng)固定床的重大改進(jìn)與提高。微電解產(chǎn)生的Fe2+和電催化反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2又可產(chǎn)生芬頓反應(yīng)，進(jìn)一步降解COD。

該產(chǎn)品解決了原來固定床工作時的種種缺點與弊病，又保持并提高了固定床的優(yōu)良推流性，其平均效率比固定床要高出10％以上，是一種先進(jìn)的新一代水污染治理環(huán)保產(chǎn)品。微電解出水自流進(jìn)入混凝沉淀池（加Ca(OH)2、絮凝劑及助凝劑），由于前面多維電催化已將難降解的有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，微電解氧化及后續(xù)的混凝沉淀工藝段可大幅去除COD，同時鹽分的去除也在20%以上，混凝沉淀出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池2。

（3）工藝廢水經(jīng)物化段二級處理后進(jìn)入調(diào)節(jié)池2，同時將集水池2的低濃度廢水和集水池3的生活污水引入，進(jìn)行水量調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)池2同時要進(jìn)行pH調(diào)整，溫度調(diào)節(jié)等，然后由泵提升至厭氧UASB系統(tǒng)。

（4）厭氧處理系統(tǒng)采用高效升流式厭氧反應(yīng)器（UASB），采用中溫厭氧，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)行保證措施如下：

1）進(jìn)水布水設(shè)施：采用點對點布水裝置，布水點服務(wù)面積不超過0.5m2，布水均勻；

2）出水裝置：采用頂部排水的方式，合理設(shè)計沉淀區(qū)和均布集水槽；集水裝置采用PP板焊制；

3）排泥裝置：本系統(tǒng)的排泥采用底部排泥的方式，均勻布置；

4）三相分離器：采用經(jīng)典的雙人型結(jié)構(gòu)，過流板縫及板縫流速經(jīng)過嚴(yán)格計算設(shè)計，保證良好的處理效果；本體材質(zhì)采用PP板焊制，耐腐性能高；

5）集氣裝置：系統(tǒng)的沼氣收集主要在三相分離器中實現(xiàn)，在三相分離器周圍設(shè)置氣室，氣室與人形結(jié)構(gòu)的儲氣單元采用特殊設(shè)計的分離結(jié)構(gòu)，既保證氣體的收集又避免液體進(jìn)入氣室；

6）氣體收集凈化裝置：本系統(tǒng)設(shè)計氣體凈化裝置采用堿液水封裝置，用石灰水溶液對反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣等氣體進(jìn)行凈化，將H2S等酸性氣體進(jìn)行化學(xué)吸收，得到較為純凈的沼氣，然后高空排放或者用燃燒火炬燃燒；

7）上升流速保證措施：通過厭氧循環(huán)泵抽取三相分離器下部的澄清液并提升到進(jìn)水布水系統(tǒng)中與原液混合，達(dá)到稀釋減少沖擊負(fù)荷的目的；厭氧循環(huán)泵的流量根據(jù)設(shè)定的上升流速、厭氧反應(yīng)器直徑、進(jìn)水量大小等因素計算確定；

8）溫度保證措施：為保證系統(tǒng)的四季穩(wěn)定運(yùn)行，采用廠區(qū)剩余蒸汽加熱，保證進(jìn)厭氧的溫度。

（5）為了進(jìn)一步去除余下的一部分難降解物質(zhì)，設(shè)置了一座水解酸化池，并用潛水?dāng)嚢杵鲗Τ刈舆M(jìn)行攪動以防止污泥沉降。水中有機(jī)物為復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，水解酸化菌利用H2O電離的H+和OH-將有機(jī)物分子中的C-C打開，可以將長鏈水解為短鏈、支鏈、環(huán)狀結(jié)構(gòu)水解成直鏈或支鏈，提高污水的可生化性。水中SS高時，水解菌通過胞外黏膜將其捕捉，用外酶水解成小分子再進(jìn)入胞內(nèi)代謝，不完全的代謝可以使SS成為溶解性有機(jī)物。池內(nèi)設(shè)攪拌器，防止污泥沉積，出水進(jìn)入SBR系統(tǒng)。

（6）水解出水泵入SBR反應(yīng)池，同時進(jìn)行流量控制，在池中進(jìn)行好氧反應(yīng)，去除COD等，最終出水達(dá)標(biāo)。SBR是序列間歇式活性污泥法的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。其主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操作，SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池。

由于醫(yī)藥廢水的原波動性比較大，為了更保險，本工藝選用了SBR（PACT），當(dāng)原水波動大，不穩(wěn)定時，可適當(dāng)投入活性炭粉末，以保證出水達(dá)標(biāo)。

（7）整個處理過程中生成的污泥泵入污泥濃縮池濃縮，物化污泥進(jìn)入物化污泥濃縮池，生化反應(yīng)階段污泥排入生化污泥濃縮池，濃縮后的污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)形成泥餅后再外運(yùn)處理。污泥濃縮池污泥壓縮后產(chǎn)生的上清液回流至調(diào)節(jié)池繼續(xù)處理。

3.5 預(yù)期處理效果

物化段主要污染物處理效果預(yù)測見表3；生化段主要污染物處理效果預(yù)測見表4；其它污染物出水指標(biāo)預(yù)測見表5。