HDIC與CASS復合工藝處理高濃度制藥廢水
摘要：采用預處理／HDIC反應器／CASS工藝處理高濃度制藥廢水，水量為260 m3／d，進水COD為8 000 mg／L、BOD5為4 500 mg／L、SS為1 000 mg／L、氨氮為100 mg／L，出水水質(zhì)達到《制藥工業(yè)污染物排放標準 混裝制劑類》(GB 21908—2008)。實際運行表明，該工藝耐沖擊負荷能力強、處理效果好、污泥產(chǎn)量少，有一定的應用前景。
1 廢水水質(zhì)與水量
某制藥企業(yè)以青霉素類及頭孢菌素類粉針生產(chǎn)為主，其小型青霉素類原料藥合成車間產(chǎn)生的廢水主要分兩類：一是粉針劑車間洗滌、洗瓶、化驗室排水等廢水，COD濃度較低，采用水解／生物接觸氧化工藝處理；二是來自原料合成過程中結(jié)晶、提純等工序母液的排放，潔凈區(qū)的清場、消毒等環(huán)節(jié)的排水，這類廢水主要污染物有丁醇、丙酮等有機溶劑、少量的抗生素原粉及較高濃度的NaCI、KCI等鹽類，COD濃度較高，水量波動較大，水質(zhì)實測結(jié)果見表1。
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本廢水處理工程主要針對這部分高濃度廢水。廢水處理站處理能力為260 m3／d，處理出水水質(zhì)需達到《制藥工業(yè)污染物排放標準 混裝制劑類》(GB21908—2008)。
2廢水處理工藝的確定
結(jié)合本工程實際，采用HDIC與CASS相結(jié)合的處理工藝，工藝流程見圖1。
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各工序設計處理效果見表2。
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從實測進水水質(zhì)看，其BOD5／COD＞0．5，屬生化性較好的有機廢水，宜采用生化工藝處理。由于綜合廢水的BOD5遠大于l000 mg／L，故選用厭氧處理技術是經(jīng)濟合理的。
HDIC(厭氧多循環(huán)反應器)將EGSB和IC兩種工藝相結(jié)合[1、2]，在已有的IC反應器基礎上增加EGSB出水回流，并設置了內(nèi)回流和沼氣回流，強化了反應器內(nèi)循環(huán)，使得液體上升流速增大，容積負荷高且產(chǎn)氣量大；顆粒污泥的沉降速度遠大于液體的上升流速，顆粒污泥不會因為液體的紊動而流失，保證了反應器內(nèi)的污泥濃度；反應器的啟動時間短，高徑比大，占地面積小。由于厭氧出水水質(zhì)一般達不到排放標準，仍需后接好氧處理。
目前國內(nèi)處理此類廢水主要采用的好氧工藝有活性污泥法、生物接觸氧化法等[3~5]。其中CASS工藝不但具有良好的有機物處理效果，而且具有很好的脫氮除磷效果，在生活污水、工業(yè)廢水處理工程中均有應用[6、7]。
3工藝說明
3．1 預處理
預處理單元主要包括：格柵、斜板沉淀池和凋節(jié)水解池，其中調(diào)節(jié)水解池設置潛水攪拌，保證水質(zhì)混合均勻。由于原水為制藥廢水，水解酸化時可能產(chǎn)生有害氣體，為避免產(chǎn)生二次污染，調(diào)節(jié)池集中排氣，經(jīng)活性炭吸附后外排。
3．2 生物處理
生物處理部分為主體工藝，包括HDIC反應器和CASS反應池。
3．2．1 HDIC反應器
①HDIC反應器在EGSB的基礎上，增加了一個無外加動力的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，進一步加強了反應器內(nèi)污泥和沼氣的內(nèi)循環(huán)作用，提高了反應器內(nèi)的液相流速，從而加大了反應器的容積負荷，提高了去除效率，其結(jié)構如圖2所示。
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②三相分離器是HDIC反應器最具特色和最重要的裝置。HDIC內(nèi)設置了兩級三相分離器，它們具有以下功能：收集從分離器下的反應室產(chǎn)生的沼氣，使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來；能夠適應HDIC反應器上升流速高的要求，不影響氣、液、固分離效果。將HDIC反應器隔成兩個反應室，使得反應器的實際處理能力大大增強，抗沖擊負荷能力提高，保證了運行的穩(wěn)定性。
③布水系統(tǒng)是厭氧反應器的關鍵配置，它對于污泥與進水充分接觸、最大限度地利用反應器的污泥是十分重要的。布水系統(tǒng)兼有配水和水力攪動作用，為了保證這兩個作用的實現(xiàn)，需要滿足如下原則：進水裝置的設計使分配到各點的流量相同；進水管不易堵塞；盡可能滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進水有機物與污泥迅速混合，防止局部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象。
④控制系統(tǒng)是厭氧反應器的必要配置，它通過對HDIC的進水量、回流量、溫度、pH、沼氣產(chǎn)量等的監(jiān)控，可保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行，避免反應器因水質(zhì)的波動受到?jīng)_擊而長時間不能恢復正常運行；同時使整個運行管理簡單、操作方便。HDIC反應器的最佳運行溫度為35～38℃，因此在HDIC反應器進水處設換熱裝置，利用水–水換熱器加熱。
3．2．2 CASS反應池
CASS工藝是把SBR的反應池沿長度方向分為兩部分，前部為生物反應區(qū)(預反應區(qū))，后部為主反應區(qū)，在主反應區(qū)后部安裝了可升降的潷水裝置，曝氣、沉淀等在同一池內(nèi)周期循環(huán)運行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流裝置。
3．3 污泥處理
廢水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的柵渣、污泥及時外運處理。沉淀池以及CASS反應池產(chǎn)生的污泥濃縮后，經(jīng)板框壓濾機進一步脫水，泥餅可以直接外運。污泥處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污水回流至調(diào)節(jié)水解池重新進入處理系統(tǒng)，不對外界環(huán)境造成污染。
此外，HDIC反應器產(chǎn)生的污泥可作為接種污泥外售。
3．4主要構筑物及設備
主要構筑物及設備見表3。
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4 處理效果與效益分析
4．1 異常情況及解決措施
4．1．1 HDIC反應器
圖3為HDIC反應器啟動、負荷提高及穩(wěn)定運行三個階段的進、出水COD測定結(jié)果。
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啟動期間投加淀粉廠HDIC反應器的顆粒污泥，初始進水COD＜5000 mg／L，當出水VFA＜200mg／L，pH、ALK、COD正常，即進入提高負荷階段；在進入提高負荷階段后，控制出水VFA、pH、ALK、COD指標[8]。調(diào)試后期即2009年3月以后．盡管進水COD值較高，出水COD仍在較低的范圍之內(nèi)，系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行。每天監(jiān)測COD兩次，間隔12 h取樣一次，17個月的檢測結(jié)果表明HDIC總體處理效率高于設計值。
雖然在調(diào)試過程中嚴格控制溫度、pH、進水濃度、堿度及VFA等變化，HDIC反應器也曾發(fā)生堿度降低及VFA突然升高的情況，但通過投加碳酸鈉及強化回流，系統(tǒng)很快恢復正常。
4．1．2 CASS池
①當水中氨氮和磷含量比例失調(diào)時，CASS池會出現(xiàn)生化性差的情況，此時可通過定期向CASS池中投加尿素和磷肥，補充N和P，并適量降低負荷，以改善池內(nèi)廢水的可生化性。
② 當CASS池負荷過高時，系統(tǒng)會產(chǎn)生大量泡沫，并伴有污泥上浮，出水SS明顯增加的現(xiàn)象，此時可通過投加少量的絮凝劑PAC、增加曝氣量、調(diào)節(jié)C︰N︰P值、提高污泥濃度等措施，經(jīng)2～3 d的調(diào)整，系統(tǒng)得到恢復。
4．2 工程驗收
該處理工程于2009年4月通過當?shù)丨h(huán)保部門的監(jiān)測驗收，實測結(jié)果見表4(3次實測值的平均值)。
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① 由調(diào)試階段運行數(shù)據(jù)及表4可知，采用預處理／HDIC反應器／CASS工藝處理高濃度制藥廢水，處理效果良好，運行安全、穩(wěn)定、可靠。
②該工藝充分發(fā)揮了厭氧處理的優(yōu)勢，耐沖擊負荷能力強，產(chǎn)泥量少；并可根據(jù)進水水質(zhì)的變化隨時進行調(diào)整，適合在類似制藥廢水處理中應用。
③自控部分采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)，對工藝過程及設備進行控制和管理，保證了整個廢水處理系統(tǒng)經(jīng)濟、安全的運行。
4．3效益分析
經(jīng)核算，運行總成本(含動力費、藥劑費、工資福利費等)合計為1．65元／m3，可回收沼氣(540m3／d)及顆粒污泥。企業(yè)每年減排COD為682．1 t、BOD5為388．6 t、SS為72．93 t。
5 結(jié)語
采用預處理／HDIC反應器／CASS工藝處理高濃度制藥廢水，既發(fā)揮了厭氧處理的優(yōu)勢，降低了處理成本，又與好氧相結(jié)合，保證了處理出水水質(zhì)滿足行業(yè)排放標準；工程中采用了目前國內(nèi)較為先進的設備，增加了節(jié)能措施；既重視處理技術的先進性，又重視系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性，且有效降低了工程造價，同時保證了廢水處理效果，真正做到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的統(tǒng)一。
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