制藥廢水處理工藝設(shè)計001

1、制藥廢水處理工藝設(shè)計1引言1.1制藥廢水的產(chǎn)生隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)增長，醫(yī)藥行業(yè)也有了飛速的發(fā)展。目前我國已能生產(chǎn)藥 品近萬種，年產(chǎn)量百萬噸。按照醫(yī)藥產(chǎn)品種類區(qū)分，我國醫(yī)藥工業(yè)主要分為生物制 藥、化學(xué)制藥和中草藥生產(chǎn)。醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展帶來了排廢的增加，由于生產(chǎn)工序繁 瑣，生產(chǎn)原料復(fù)雜，直接造成產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率低而“三廢”產(chǎn)生量大。藥劑生產(chǎn)過程中 殘余的原料、產(chǎn)品和副產(chǎn)品如果不加以妥善處置，將有幾十倍乃至幾千倍于藥物產(chǎn) 品的“三廢”物質(zhì)產(chǎn)生，其中尤以廢水對環(huán)境的污染最為嚴(yán)重 1。隨著制藥工藝和 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，醫(yī)藥廢水水質(zhì)也發(fā)生了變化，廢水的處理難度也隨之加大，我們 應(yīng)該不斷改進和提高治理工藝水平，選擇合

2、適的工藝流程。1 2生物制藥廢水的特點(1)水質(zhì)成分復(fù)雜醫(yī)藥產(chǎn)品生產(chǎn)的特點是流程長、反應(yīng)復(fù)雜、副產(chǎn)物多、反應(yīng)原料常為溶劑類物 質(zhì)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，使得廢水中污染物質(zhì)的組分變得復(fù)雜， 增加了廢水的處理 難度。(2)廢水中污染物質(zhì)含量高醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)過程中需要大量使用各種化工原料， 但由于多步反應(yīng)、原料利用 率低，大部分隨廢水排放，往往造成廢水中污染物的含量居高不下。 在醫(yī)藥工業(yè)中， COD濃度為幾萬、幾十萬毫克/升的廢水是經(jīng)?？梢砸姷降摹?3)有毒有害物質(zhì)多醫(yī)藥廢水中有許多有機污染物對微生物是有毒有害的，如鹵素化合物、硝基化合物、有機氮化合物、具有殺菌作用的分散劑或表面活性劑等。(4)生物難降解

3、物質(zhì)多醫(yī)藥廢水中的有機污染物大部分屬于生物難以降解的物質(zhì)，如鹵素化合物、醴類化合物、硝基化合物及某些雜環(huán)化合物等。(5)廢水色度高醫(yī)藥廢水中有相當(dāng)一部分廢水色度很高， 有顏色的廢水本身就表明水體中含有制藥廢水處理工藝設(shè)計特定的污染物質(zhì)，從感官上使人產(chǎn)生不愉快和厭惡的心理。另外，有色廢水可以阻 截光線在水中的通行，從而影響水生生物的生長，同時還抑制由日光催化分解有機 物質(zhì)的自然凈化能力。1.3制藥廢水的污染現(xiàn)狀我國近幾年來各類醫(yī)藥化工行業(yè)迅猛發(fā)展，目前有3000多家規(guī)模不等的醫(yī)藥化工企業(yè)，其在制藥過程中排放的大量有毒有害廢水己嚴(yán)重危害著人們的健康。醫(yī)藥行業(yè)由于藥劑產(chǎn)品、生產(chǎn)方法和使用原料的不同，

4、使得生產(chǎn)廢水水質(zhì)各異。但是 總體來說，制藥廢水具有有機污染物含量高、毒性物質(zhì)多、有機溶媒量大、難生物 降解物質(zhì)多、鹽份高的特點，是一種危害很大的工業(yè)廢水。未經(jīng)處理或處理未達到 排放標(biāo)準(zhǔn)而直接進入環(huán)境，將造成嚴(yán)重的危害2。止匕外，制藥廠通常是采用間歇生 產(chǎn)，產(chǎn)品的種類變化較大，造成了廢水的水質(zhì)、水量及污染物的種類變化較大3,廢水處理難度加大。在所有醫(yī)藥廢水中，化學(xué)藥物制劑廢水大多是高濃度有機廢水， 廢水中COD達幾萬甚至十幾萬mg/L,且廢水成分極其復(fù)雜，可生化性較差， 直接 采用好氧活性污泥法處理，曝氣時間長，運行費用高，很難直接生化處理后達標(biāo)排 放4。傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀和氧化過程對其處理效果也不

5、明顯。所以制藥行業(yè)廢水的處 理己成為急待解決的問題之一。 對我國大多數(shù)規(guī)模小、技術(shù)不高的醫(yī)藥化工企業(yè)來 說，處理廢水已成為很大的負擔(dān)，甚至難以承受，從而使得對醫(yī)藥化工等有毒有害 廢水的處理研究更為緊迫。制藥廢水處理工藝設(shè)計2方案選擇生物制藥廢水處理方法生物制藥廢水是以有機污染物為主的廢水，處理的主要對象是COD、BOD5、不易生物降解或生物降解速度緩慢的有機物等。其處理方法常見的有生物處理法、 物理處理法、化學(xué)處理法及等。雖然制藥廢水的可生化性普遍較差，但經(jīng)過預(yù)處理 后仍屬可生物降解的有機廢水，其處理方法以生物處理法為主，物化處理法和化學(xué) 處理法為輔。生物處理法(1)普通活性污泥法目前，活性污

6、泥法是國內(nèi)外處理醫(yī)藥廢水比較成熟的方法。由于加強了預(yù)處理，改進了曝氣方法，使裝置運行穩(wěn)定。該法到20世紀(jì)70年代已成為一些工業(yè)發(fā)達國 家的制藥廠普遍采用的方法。普通活性污泥法處理醫(yī)藥廢水的缺點是廢水需要大量 稀釋，運行中泡沫多，易發(fā)生污泥膨脹，剩余污泥量大，去除率不高，須采用二級 或多級處理，因此，近年來改進曝氣方法和微生物固定技術(shù)以提高廢水的處理效果， 己成為活性污泥法研究和發(fā)展的重要內(nèi)容。SBR 法SBR法具有均化水質(zhì)、無需污泥回流、耐沖擊、污泥活性高、結(jié)構(gòu)簡單、操作 靈活、占地少、投資省、運行穩(wěn)定、基質(zhì)去除率高于普通的活性污泥法等特點，比 較適合于處理間歇排放和水量水質(zhì)波動大的廢水。但S

7、BR法具有污泥沉降、泥水分離時間較長的缺點。在處理高濃度廢水時，要求維持較高的污泥濃度，同時，還 易發(fā)生高黏性膨脹。因此，?？紤]在活性污泥系統(tǒng)中投加粉末活性炭，這樣，可以 減少曝氣池的泡沫，改善污泥降沉性能、液 -固分離性能、活性脫水性能等，獲得 較高的去除率5o采用SBR廢水處理工藝對吉林市制藥廠廢水進行實驗研究。結(jié)果表明，SBR處理工藝可有效的處理制藥廢水。使 COD、pH值及揮發(fā)酚均達到排放標(biāo)準(zhǔn)6。生制藥廢水處理工藝設(shè)計物膜法和SBR法相結(jié)合的廢水處理工藝具有較強的耐沖擊負荷能力，污泥性能很 好，特別適宜于水質(zhì)、水量波動較大的廢水的處理。還可有效地處理含有抗生素類 等生物難降解污染物的制

8、藥廢水。當(dāng)進水 COD在157.761236.77mg/L之間變化 時，出水COD均小于95mg/L70(3)生物流化床法生物流化床將普通的活性污泥法和生物濾池兩者的優(yōu)點融為一體，因而具有容積負荷高、反應(yīng)速度快、占地面積小等優(yōu)點。生物流化床常以工廠煙道灰等做載體， 內(nèi)設(shè)擋板，使流化床分為曝氣區(qū)、回流區(qū)、沉淀區(qū)。COD去除率可達80%以上，BOD5去除率可過95%以上網(wǎng)。(4)生物接觸氧化法生物接觸氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的特點，具有容積負荷高、污泥產(chǎn) 量少、抗沖擊能力強、工藝運行穩(wěn)定、管理方便等優(yōu)點。很多工程采用兩段法，目 的在于馴化不同階段的優(yōu)勢菌種，充分發(fā)揮不同微生物種群間的協(xié)同作用

9、，提高生 化效果和抗沖擊能力。在工程中常以厭氧消化、酸化作為預(yù)處理工序，采用接觸氧 化法處理制藥廢水。哈爾濱北方制藥廠采用水解酸化-兩段生物接觸氧化工藝處理 制藥廢水，運行結(jié)果表明，該工藝處理效果穩(wěn)定、工藝組合合理 9。隨著該工藝技 術(shù)的逐漸成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛。(5)上流式厭氧污泥床法(UASB)UASB反應(yīng)器具有厭氧消化效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。UASB能否高效穩(wěn)定運行的關(guān)鍵在于反應(yīng)器內(nèi)能否形成微生物適宜、產(chǎn)甲烷活性高、沉降性能良好的顆粒污泥。UASB運行時，對管理技術(shù)要求較高，且啟動馴化困難，在啟動初期，通常 要求采用間歇脈沖進料的方式攪拌，以彌補因產(chǎn)氣不足而不能達到菌體與基質(zhì)的充 分

10、接觸。通常要求SS含量不能過高，以保證COD去除率在85%90%以上。UASB 反應(yīng)器已經(jīng)被成功地應(yīng)用于部分纖維板生產(chǎn)廢水和屠宰場廢水的治理10 o二級串聯(lián)UASB的COD去除率可達到90%以上，山東某制藥廠采用了二級 UASB厭氧工藝 處理廢水，取得了良好的處理效果和經(jīng)濟效益11。上流式厭氧污泥床過濾器(UASB+AF)是近年來發(fā)展起來的一種新型復(fù)合式厭氧反應(yīng)器，它結(jié)合了UASB和厭氧濾池(AF)的優(yōu)點，使反應(yīng)器的性能有所改善。該復(fù)合反應(yīng)器在啟動運行期間，制藥廢水處理工藝設(shè)計可有效地截留污泥，加速污泥顆?；瑢θ莘e負荷、溫度 pH值的波動有較好的承 受能力。該復(fù)合式厭氧反應(yīng)器已用來處理維生素

11、 C、雙黃連粉針劑等制藥廢水12(6)氧化溝自從PASVEER氧化溝1954年出現(xiàn)以來，就是依靠其簡便的方式處理污 水而得到不斷發(fā)展的。氧化溝應(yīng)用多年，經(jīng)久不衰，而且取得相當(dāng)大的突破， 80年代初出現(xiàn)了一體化氧化溝等。近些年來，用氧化溝處理污水的生化工藝逐 漸在國內(nèi)推廣，對于醫(yī)藥企業(yè)，氧化溝處理法也不斷得到應(yīng)用。(7)厭氧-好氧組合工藝醫(yī)藥廢水屬于較難處理的高濃度有機廢水， 廢水具有組成復(fù)雜，污染物種類多, 含量高，毒性強，生物難降解物質(zhì)多，水質(zhì)、水量變化大等特點，從而增加了處理 該廢水的難度。多年的試驗和實踐結(jié)果表明，對于這類高濃度有機廢水，采用厭氧 -好氧組合工藝己逐漸成為人們的共識13,

12、14。(8)膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器，是一種用膜過濾取代傳統(tǒng)生物處理中二沉池和砂濾池的生物處 理技術(shù)，它綜合了膜分離技術(shù)和生物處理的優(yōu)點，具有出水無需消毒、容積負荷高、 抗沖擊能力強、占地面積小、剩余污泥量少、設(shè)計運行管理方便等優(yōu)點。膜生物反 應(yīng)器主要包括分離式膜生物反應(yīng)器、一體式膜生物反應(yīng)器以及萃取式膜生物反應(yīng) 器。由于醫(yī)藥廢水COD濃度高，色度高，污染物種類多，成分復(fù)雜，沖擊負荷大， 抗生素類醫(yī)藥廢水中含有抑制微生物生長的抗生素，采用傳統(tǒng)的生化法處理很難達 到排放標(biāo)準(zhǔn)15160隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展，采用膜過濾取代傳統(tǒng)生化處理系統(tǒng)中的 二沉池所得到的膜生物反應(yīng)器(簡稱MBR)彌補了原工藝的不

13、足，在醫(yī)藥廢水處理中 的應(yīng)用研究也逐漸深入1718。2.1.2化學(xué)處理法(1)混凝法混凝的目的在于向水中投加一些藥劑，使水中難以沉淀的膠體顆粒脫穩(wěn)而相互 聚合，增大至能自然沉淀的程度，這種方法稱為混凝。通過混凝可去除污水中的細 分散固體顆粒、乳狀油及膠體物質(zhì)等。制藥廢水處理工藝設(shè)計在制藥廢水處理中常用的混凝劑有：聚合硫酸鐵、三氯化鐵、亞鐵鹽、聚合硫 酸鋁、聚合氯化鋁、聚合氯化硫酸鋁鐵、聚丙烯酸胺 (PAM)等。李立明等人選用11 種絮凝劑對硫酸慶大霉素廢水進行混凝試驗，結(jié)果表明TDF絮凝劑的綜合效果最好,最佳工藝條件下，COD去除率約為55%, SS去除率約為36%,干渣回收率在 1.25%以

14、上，每噸廢水的藥劑費為1.0元19。(2) Fe-C處理法在酸性介質(zhì)的作用下，鐵屑與炭粒形成無數(shù)個微小原電池，釋放出活性極強的H,新生態(tài)的H能與溶液中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同時還產(chǎn)生新生態(tài)的 Fe2+,新生態(tài)的Fe2+具有較高的活性，生成Fe3+,隨著水解反應(yīng)的進行形成以Fe3+ 為中心的膠凝體。工業(yè)中以 Fe-C作為制藥廢水的預(yù)處理步驟，運行表明經(jīng)預(yù)處理 后廢水的可生化性大大提高，效果明顯。(3) Fenton試劑處理法Fenton試劑是由H2O2和Fe2+混合得到的一種強氧化劑。由于能產(chǎn)生氧化能力 很強的 OH自由基，具有極強的氧化能力，特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧 化難以奏效的

15、有機廢水的氧化處理。 而且具有反應(yīng)迅速、溫度和壓力等反應(yīng)條件緩 和且無二次污染等優(yōu)點。(4)深度氧化技術(shù)制藥廢水由于COD濃度高、色度深以及含有大量的有毒有害物質(zhì)，除采用傳 統(tǒng)的生化及物化處理方法外，廢水深度氧化技術(shù)有其獨特特色。濕式空氣氧化技術(shù) 是在較高溫度(150350C)和壓力(0.520MPa)下，以空氣或純氧為氧化劑將有機 污染物氧化分解為無機物或小分子有機物的化學(xué)過程。張記市等人采用高溫催化氧 化預(yù)處理含酚制藥廢水，COD、SS去除率可達60%20。2.1.3物化處理法物化處理不僅可作為生物處理工序的預(yù)處理，有時還可作為醫(yī)藥廢水的單獨處 理工序或后處理工序。在醫(yī)藥廢水處理中采用的物

16、化法有很多， 因不同的制藥廢水 而不同21。(1)氣浮法將空氣以微小氣泡的形式通入含有疏水性物質(zhì)(如乳化油或相對密度近于1.0制藥廢水處理工藝設(shè)計的細小懸浮顆粒)的水中，使粘附在氣泡上的污染物隨氣泡上浮至水面，從而達到 與水體分離的目的。通常包括充氣氣浮、溶氣氣浮、化學(xué)氣浮和電解氣浮等多種形 式。氣浮法適用于懸浮物含量較高的廢水的預(yù)處理，具有投資少、能耗低、工藝簡 單、維修方便等優(yōu)點，但不能有效地去除廢液中可溶性有機物，尚需其它方法作為 進一步的處理。新昌制藥廠采用渦凹氣浮設(shè)備處理醫(yī)藥廢水， 在適當(dāng)?shù)乃巹┡浜舷拢?COD的平均去除率可在25%左右。(2)吸附法利用多孔性固體吸附劑，使水中一種或

17、多種物質(zhì)被吸附在固體表面上，從而予以回收或去除的方法稱為吸附法。吸附劑的種類很多，有活性炭、活化煤、吸附樹 脂以及腐殖酸類吸附劑等。青海制藥集團公司采用爐渣-活性炭吸附來處理醫(yī)藥廢 水，處理后廢水COD濃度大幅度削減至75%,效果顯著，而且投資小、操作方便。除了上述幾種常用的物化處理方法外，某些制藥廢水還采用反滲透法和吹脫法 等。反滲透法可實現(xiàn)廢水濃縮和凈化的目的，吹脫法可降低氨氮含量。也可用離子 交換、膜分離、萃取、蒸發(fā)與結(jié)晶、磁分離等。綜上所述，使用單一的工藝處理生物制藥廢水很難使廢水達標(biāo)排放，所以需要利用各個工藝的優(yōu)勢進行組合，以達到最佳處理效果。2.2方案的確定設(shè)計參數(shù)設(shè)計水量為450

18、0m3/d,處理化學(xué)合成類醫(yī)藥廢水，水質(zhì)參數(shù)如表 2.1所示，廢 水經(jīng)處理后達到化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( GB 219042008)。表2.1水質(zhì)參數(shù)名稱COD(mg/L)BOD 5(mg/L)SS(mg/L)pH進水120050040047出水10020506 9污水性質(zhì)分析生物制藥廢水的主要污染物為有機物， 其中BOD5/COD=0.41,為可生化降解污 水，但由于制藥廢水成分復(fù)雜，其中仍有相當(dāng)部分有機物難于生物降解；針對此特 點，設(shè)計工藝時首先應(yīng)提高廢水的可生化性，然后再進行生化處理。工藝流程的確定針對生物制藥廢水特點以及出水水質(zhì)的要求，并結(jié)合現(xiàn)有醫(yī)藥廢水處理技術(shù)的制藥廢水處

19、理工藝設(shè)計特點，本設(shè)計中擬采用水解酸化-二級生物接觸氧化工藝處理醫(yī)藥廢水。處理工藝 流程圖見圖2.1。工藝流程主體部分介紹(1)水解酸化階段：水解酸化池放棄了厭氧反應(yīng)中甲烷發(fā)酵階段，利用水解和產(chǎn)酸菌的反應(yīng)，將不溶性有機物水解成溶解性有機物，提高廢水可生化性。(2)生物接觸氧化階段：氧化池內(nèi)設(shè)有填料，填料上長滿生物膜，廢水與生物膜接觸的過程中，水里面的有機物被微生物吸收后轉(zhuǎn)化為新的生物膜，生物膜經(jīng)歷了掛膜、生長、增厚、脫落等更替過程，直至最后隨處理水流出或變成新的污泥。圖2.1水解酸化-生物接觸氧化工藝流程圖制藥廢水處理工藝設(shè)計3構(gòu)筑物設(shè)計與計算格柵格柵，是由一組平行的金屬柵條制成的框架，斜置在

20、進水渠道上，或泵站集水 池的進水口處，用以攔截污水中大塊的呈懸浮或漂浮狀態(tài)的污物。按格柵的柵條問間隙寬度可分粗格柵(50100mm),中格柵(1040mm),細格柵(310mm)。 由于本設(shè)計中廢水所含污物均為小顆粒物質(zhì)，故只采用細格柵進行出渣。設(shè)計說明(1)水泵前格柵條間隙，應(yīng)根據(jù)水泵允許通過污水的能力來確定；(2)污水處理系統(tǒng)前格柵柵條凈間隙，應(yīng)符合下列要求：人工清除為25100mm, 機械清除為16100mm,最大間隙為100mm。污水處理廠可設(shè)置中、細兩道格柵， 大型污水處理廠亦可設(shè)置粗、中、細三道格柵。(3)柵渣量與地區(qū)的特點、格柵的間隙大小、污水流量以及下水道系統(tǒng)的類型 等因素有關(guān)

21、。在無當(dāng)?shù)剡\行資料時，可采用：格柵間隙1625mm： 0.100.05m3柵渣/103m3污水。格柵間隙3050mm： 0.030.01m3柵渣/103m3污水。柵渣的含水率一般為80%,密度約為960kg/m3。(4)每日柵渣量大于0.2m3時，一般采用機械格柵，同時機械格柵不少于2臺,并一備一用。(5)格柵的過柵流速一般采用 0.61.0m/s；(6)柵前渠道內(nèi)水流速度一般采用 0.40.9m/s；(7)格柵傾角一般采用45。75。人工清除格柵傾角小時，較省力，但占地面制藥廢水處理工藝設(shè)計積大；(8)通過格柵的水頭損失一般采用 0.080.15m；(9)格柵間必須設(shè)置工作臺，臺面應(yīng)高出柵前

22、最高設(shè)計水位0.5m。工作臺上應(yīng)有安全和沖洗設(shè)施；(10)格柵間工作臺兩側(cè)過道寬度不應(yīng)小于0.7m。工作臺正面過道寬度：人工消除：不應(yīng)小于1.2m。機械清除：不應(yīng)小于1.5m。設(shè)計參數(shù)設(shè)計最大流量Qmax=4500m3/d=0.052m3/s,柵條寬度S=0.01m,柵條間隙 b=0.008m,柵前水深h=0.3m,過柵流速v=0.8m/s,格柵傾角o=70 ,柵渣量 W1=0.1m3/103m3,設(shè)計兩組格柵(一用一備)。計算草圖如圖3.1所示。圖3.1格柵計算草圖設(shè)計計算(1)格柵的間隙數(shù)n：Qmax sinn hbv式中：Qmax最大設(shè)計流量，m3/s；格柵傾角，0;h柵前水深，m；制藥

23、廢水處理工藝設(shè)計b柵條間隙，m；v過柵流速，m/s。代入數(shù)據(jù)得：n 0.052 而而 26個(式3.11)0.3 0.008 0.8(2)格柵寬度B :B S n 1 b n式中：B 柵條的建筑寬度，m；S柵條寬度，m；b柵條間隙，m；n柵條間隙數(shù)。代入數(shù)據(jù)得：B 0.01 26 10.008 26 0.458m 0.46m(式 3.12)(3)進水渠道漸寬部分長度11 :若取進水渠道寬B1=0.3m,漸寬部分展開角 行20。，此時進水渠道內(nèi)的流速為0.75m/s。B B11112tg 1代入數(shù)據(jù)得：1i 0.46 0。3 0.22m(式 3.13)2tg201211（式 3.14）(4)渠道

24、與出水渠道連接處的漸窄部分長度12：代入數(shù)據(jù)得：12 0.22. 2 0.11m2v .sin k2g(5)過柵水頭損失hi :h1式中：hi過柵水頭損失，m；制藥廢水處理工藝設(shè)計形狀系數(shù)；S柵條寬度，m；b柵條間隙，m；v過柵流速，m/s；g重力加速度，m2/s；k截污后水頭損失增大倍數(shù)，工程上一般取 3。因柵條為圓形截面，則取形狀系數(shù) =2.40。 TOC o 1-5 h z 0 01 430 82代入數(shù)據(jù)得：幾 2.40 一一 sin70 3 0.3m(式 3.15)0.0082 9.8(6)取柵前渠道超高h2 0.3m,則柵前槽總高Hi： HYPERLINK l bookmark62

25、o Current Document Hi hh2（式 3.16）代入數(shù)據(jù)得：H1 0.3 0.3 0.6m(7)則柵后槽總高度H :H h h1 h2代入數(shù)據(jù)得：H 0.3 0.3 0.3 0.9m（式 3.17）(8)柵槽總長度L :Ll1l2 1.0 0.5Hitg600（式 3.18）0.8代入數(shù)據(jù)得：L 0.22 0.11 0.5 1.0 0 2.12m tg70（9）每日柵謂量W :W Qmax W 86400K2 1000式中：K2總變化系數(shù)，取1.5代入數(shù)據(jù)得：W0.052 0.1 864001.5 10000.3 0.2m3/d（式 3.19）制藥廢水處理工藝設(shè)計所以應(yīng)采用機械精渣3