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      生物制藥廢水深度處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例

      2022-01-19 07:57:30沈曉鈴
      工業(yè)用水與廢水 2021年6期
      關(guān)鍵詞:單臺活性炭生化

      沈曉鈴

      (福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院, 福州 350004)

      制藥廢水具有成分復(fù)雜、 污染物濃度高、 生物毒性強(qiáng)、 水質(zhì)變化大等特點(diǎn), 是一類典型的難生化降解有機(jī)工業(yè)廢水[1]。 生物制藥生產(chǎn)工藝復(fù)雜多樣, 產(chǎn)生的廢水含有高濃度的有機(jī)污染物, 并且種類非常多, 水質(zhì)水量變化大, 廢水處理難度高[2]。

      本文介紹了某生物醫(yī)藥園區(qū)配套廢水深度處理站的設(shè)計(jì)工藝流程, 主要構(gòu)筑物參數(shù), 投資及運(yùn)行成本等, 為同類型項(xiàng)目以及相關(guān)新技術(shù)的推廣提供了工程應(yīng)用示范。

      1 工程概況

      本項(xiàng)目來水主要為華東地區(qū)某生物醫(yī)藥園區(qū)制藥生產(chǎn)廢水, 根據(jù)環(huán)評對企業(yè)生產(chǎn)廢水量的預(yù)測,廢水處理量為2 000 m3/d。 廢水水質(zhì)成分復(fù)雜, 有機(jī)物濃度高, 含磷量高, 醇類、 有機(jī)酸、 雜環(huán)類有機(jī)物種類繁多, 并含有表面活性劑(辛酸、 異巴豆酸)等, pH 值不穩(wěn)定, 且水溫較高, 懸浮物含量高, 易產(chǎn)生泡沫, 具有營養(yǎng)源不足、 毒性大或難被生物降解等特點(diǎn)。

      根據(jù)處理要求, 設(shè)計(jì)采用細(xì)格柵及調(diào)節(jié)池-混凝沉淀-AAO-MBR-臭氧接觸氧化-高效氣浮-活性炭吸附-接觸消毒的組合工藝進(jìn)行處理, 出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn), 且尾水全部回用, 實(shí)現(xiàn)零排放要求。

      2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

      對廢水水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測, 并對廢水成分進(jìn)行了取樣分析, 連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表1。

      表1 廢水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab. 1 Monitoring data of wastewater quality

      由表1 可知, 廢水水質(zhì)波動(dòng)性大, COD、 TN 和TP 濃度相對較高, m(BOD5)/m(COD)變化范圍在0.20 ~0.43 之間, 可生化性一般。

      為了進(jìn)一步了解廢水水質(zhì)特點(diǎn), 對廢水成分進(jìn)行取樣分析, 分析結(jié)果表明: 有機(jī)物總共占比為63.57%, 其中丙二醇占據(jù)絕對的主體地位, 約占總水樣的22.43%。 總水樣中難生物降解有機(jī)物占比約為27.63%, 如果分解不徹底, 易在生物體內(nèi)富集。 因此, 需要加強(qiáng)對難降解有機(jī)物的控制, 加強(qiáng)廢水接管前的預(yù)處理, 提高廢水的可生化性。

      根據(jù)環(huán)評要求, 園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的生產(chǎn)廢水需經(jīng)過預(yù)處理達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)后再接入深度處理站進(jìn)一步處理, 深度處理站要求氮磷零排放, 其出水將全部接入中水回用管網(wǎng), 回用于企業(yè)冷卻及雜用水、 城市綠化、 道路澆灑等。 出水部分指標(biāo)日均濃度要求穩(wěn)定達(dá)到GB 3838—2002 準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。 深度處理站設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)主要指標(biāo)見表2。

      表2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 2 Design influent and effluent water quality

      3 污水處理工藝

      3.1 處理工藝選擇原則

      針對生物醫(yī)藥廢水水質(zhì)水量特點(diǎn), 工藝技術(shù)路線按照以下原則確定:

      (1) 工藝路線需要在預(yù)處理段強(qiáng)化除磷, 生物處理主要降解有機(jī)污染物和脫氮, 結(jié)合深度處理進(jìn)一步降低有機(jī)污染物, 通過組合工藝處理實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

      (2) 針對廢水可生化性較差, 水質(zhì)波動(dòng)大的特點(diǎn), 需在均衡進(jìn)水水質(zhì)條件的基礎(chǔ)上, 強(qiáng)化預(yù)處理, 降低后續(xù)處理負(fù)荷, 并盡量提高進(jìn)入生化池廢水的可生化性, 提高生化效率。

      (3) 注重生化處理系統(tǒng)的脫氮除磷效果, 將氮磷的去除盡可能多地轉(zhuǎn)移到生物處理階段, 以充分利用原水中碳源, 減少后續(xù)深度處理對化學(xué)藥劑的需求, 降低運(yùn)行成本。

      (4) 為保證出水TP 穩(wěn)定達(dá)標(biāo), 必須嚴(yán)格控制出水SS 指標(biāo), 采用生物和化學(xué)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)廢水中TP 的達(dá)標(biāo)去除。

      (5) 工藝處理設(shè)施應(yīng)具備較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力, 同時(shí)為保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo), 工藝路線在技術(shù)上必須有保障性。 有研究證明MBR 和活性炭吸附工藝組合處理制藥廢水效果明顯[3], 適合本項(xiàng)目。

      3.2 處理工藝流程

      本項(xiàng)目為制藥廢水的深度處理, 進(jìn)水污染物濃度相對較低, 因?yàn)楹醚跎幚韺χ械蜐舛葟U水的處理效果更加明顯, 所以在廢水深度處理工藝中, 使用預(yù)處理、 好氧處理的結(jié)合技術(shù)是比較適合的[4]。

      考慮工藝的先進(jìn)性、 運(yùn)行的穩(wěn)定性、 調(diào)控的靈活性及出水的安全性, 設(shè)計(jì)采用混凝沉淀作為預(yù)處理工藝, AAO-MBR 為生化主體工藝, 臭氧接觸氧化、 高效氣浮、 活性炭吸附作為深度處理技術(shù)措施的工藝流程, 出水采用次氯酸鈉消毒。 污泥處理采用機(jī)械濃縮脫水工藝。

      具體工藝流程見圖1。

      圖1 工藝流程Fig. 1 Process flow

      3.3 工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

      (1) 相對傳統(tǒng)的好氧-沉淀工藝, MBR 工藝在降解有機(jī)物、 脫除NH3-N、 去除SS 上具有顯著優(yōu)勢[5], 本項(xiàng)目生化處理采用MBR 工藝。 設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮進(jìn)水碳源缺乏, 脫氮難度大的水質(zhì)特點(diǎn),MBR 生化池設(shè)計(jì)采用缺氧在前的缺氧/厭氧/好氧工藝形式, 最大程度地發(fā)揮了生物池脫氮功能, 同時(shí)利用MBR 工藝的生物降解能力, 同步去除其他污染物指標(biāo), 有效保證了各項(xiàng)污染物指標(biāo)的削減。

      (2) 針對來水的不穩(wěn)定性, 工藝流程設(shè)計(jì)了多級超越措施, 可超越段包括: 混凝沉淀、 臭氧接觸氧化、 高效氣浮以及活性炭吸附單元, 可以實(shí)現(xiàn)一級到多級超越, 并完全通過自控實(shí)現(xiàn), 從而在實(shí)際運(yùn)行中有效降低了運(yùn)行成本, 提高了工藝調(diào)控的靈活性。

      (3) 本工程建設(shè)場地受限, 由于工藝流程較復(fù)雜, 為節(jié)省用地空間, 各處理單元進(jìn)行合建組合,實(shí)現(xiàn)了集約化設(shè)計(jì)。 同時(shí), 對存在異味的工藝構(gòu)筑物進(jìn)行全封閉式設(shè)計(jì), 對產(chǎn)生的臭氣集中收集處理, 改善了生產(chǎn)環(huán)境。

      4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)備配置

      (1) 細(xì)格柵渠。 1 座2 格, 尺寸為5.9 m×2.6 m × 1.6 m。 安裝轉(zhuǎn)鼓細(xì)格柵1 臺, 寬度為1 000 mm, 間隙為2 mm, 配套沖洗水泵2 臺; 另1 條格柵渠安裝1 臺人工格網(wǎng)作為備用, 間隙為3 mm。格柵渠前后設(shè)有檢修用的渠道閘門, 正常情況下使用轉(zhuǎn)鼓格柵, 在應(yīng)急條件下使用人工格網(wǎng)。

      (2) 調(diào)節(jié)池。 1 座2 格, 尺寸為20.6 m×20.6 m×5.5 m, 超高0.5 m。 2 格調(diào)節(jié)池交替運(yùn)行, 以應(yīng)對水質(zhì)水量波動(dòng), 總有效容積為2 000 m3, 停留時(shí)間為24 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢杵? 臺, 單臺功率為5.5 kW; 潛污泵2 臺, 1 用1 備, 單臺流量為100 m3/h, 揚(yáng)程為12 m, 功率為11 kW。

      (3) 事故池。 1 座, 利用廠區(qū)原有閑置水池及池內(nèi)泵攪設(shè)備, 分成4 格, 總?cè)莘e為12 000 m3,停留時(shí)間為6 d, 滿足實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)急需求。

      (4) 混凝沉淀池。 1 座, 尺寸為12.8 m×3.2 m×4.2 m(含泥斗深度), 超高0.5 m, 停留時(shí)間為1.5 h。 設(shè)混凝攪拌機(jī)1 套, 直徑為0.35 m, 功率為0.75 kW; 絮凝攪拌機(jī)1 套, 直徑為2.0 m, 功率為0.37 kW; 提耙式刮泥機(jī)1 套, 行駛速度為1 m/min, 功率為1.55 kW。

      (5) 生物池。 1 座2 組, 尺寸為23.7 m×14.1 m×7.4 m, 超高1.0 m。 缺氧區(qū)、 厭氧區(qū)、 好氧區(qū)停留時(shí)間依次為6.6、 2.4、 13.6 h, 總停留時(shí)間為22.6 h, 污泥負(fù)荷為0.045 kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d), 污泥齡為22 d, 好氧至缺氧回流比為100%~300%, 總需氧量為849 kg[O2]/d。 設(shè)攪拌器6 臺,單臺功率為1.5 kW; 回流泵2 臺, 單臺流量為125 m3/h, 揚(yáng)程為10 m, 功率為5.5 kW; 曝氣盤280只, 盤面直徑為260 mm, 采用EPDM 橡膠膜片材質(zhì); 曝氣鼓風(fēng)機(jī)2 臺, 1 用1 備, 風(fēng)量為10 m3/min, 風(fēng)壓為73.5 kPa, 功率為37 kW。

      (6) MBR 池。 1 座2 格, 尺寸為18.20 m ×4.20 m×4.85 m, 超高1.1 m, 單格有效容積為125 m3, 另設(shè)化學(xué)清洗池1 格, 回流泵池1 格。 膜池設(shè)膜組器4 套, 采用PVDF 中空纖維膜, 單套膜組器尺寸為3.0 m×1.5 m×3.0 m, 平均膜通量為12 L/(m2·h), 設(shè)計(jì)膜池污泥質(zhì)量濃度為6 ~8 g/L, 膜池至好氧池回流比為400%。 設(shè)產(chǎn)水泵2 臺, 單臺流量為50 m3/h, 揚(yáng)程為12 m, 功率為4.0 kW; 螺桿風(fēng)機(jī)2 臺, 1 用1 備, 風(fēng)量為35 m3/min, 風(fēng)壓為49 kPa, 功率為55 kW; 回流泵2 臺, 單臺流量為170 m3/h, 揚(yáng)程為8.0 m, 功率為7.5 kW; 剩余污泥泵2 臺, 1 用1 備, 單臺流量為50 m3/h, 揚(yáng)程為8 m, 功率為4.0 kW; 壓縮空氣系統(tǒng)1 套, 檸檬酸和次氯酸鈉、 聚合氯化鋁加藥系統(tǒng)各1 套。

      (7) 臭氧接觸氧化池。 1 座, 尺寸為11.7 m×5.0 m×6.0 m, 超高0.5 m, 總有效容積為322 m3,采用曝氣投加方式, 設(shè)曝氣盤42 只, 材質(zhì)為鈦合金, 盤面直徑為180 mm, 配套尾氣破壞裝置1 套。

      (8) 高效氣浮池。 1 座, 尺寸為φ6.0 m×1.0 m, 采用淺層氣浮池, 為一體化鋼結(jié)構(gòu)池體。 配套離子氣泡發(fā)生器、 溶氣裝置、 消能減壓混合裝置各1 套; 回流泵2 臺, 單臺流量為28 m3/h, 揚(yáng)程為60 m, 功率為11 kW; 空壓機(jī)1 臺, 供氣量為0.3 m3/min, 壓力為0.8 MPa, 功率為2.2 kW。

      (9) 活性炭吸附車間。 1 座, 尺寸為17.1 m×12.4 m×10.0 m。 配置高溫蒸汽活性炭吸附罐7 套,5 用2 備, 采用煤制顆?;钚蕴浚?粒徑為8 ~ 30目, 碘值不小于1 000 mg/g, 比表面積不小于1 100 m2/g, 活性炭總裝填量為16 t。 單個(gè)吸附罐尺寸為φ1.8 m×3.5 m, 設(shè)計(jì)停留時(shí)間為18 min。 配套高溫原位再生附屬設(shè)備, 包括過熱蒸汽發(fā)生器、 換熱器、 反沖洗水泵、 反沖洗風(fēng)機(jī)、 冷卻水泵等。

      (10) 臭氧發(fā)生車間。 1 座, 尺寸為12.4 m ×11.4 m×6.5 m。 采用空氣源制備臭氧, 設(shè)臭氧發(fā)生器2 臺, 單臺發(fā)生量為4.0 kg/h, 功率為78 kW;冷卻水循環(huán)泵2 臺, 1 用1 備, 單臺流量為25 m3/h, 揚(yáng)程為25 m, 功率為4.0 kW; 另外設(shè)熱交換器、 空壓機(jī)、 冷干機(jī)、 儲氣罐等設(shè)備。

      (11) 生物除臭系統(tǒng)。 1 套, 一體化玻璃鋼設(shè)備, 采用生物濾池除臭工藝, 處理風(fēng)量為4 000 m3/h。 生物濾池尺寸為6.5 m×2.5 m×3.2 m, 生物填料層總停留時(shí)間為21 s, 采用有機(jī)和無機(jī)復(fù)合填料, 有機(jī)填料占比低于20%。

      5 運(yùn)行效果

      本工程于2019 年12 月投入試運(yùn)行, 截止目前, 深度處理站已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行1 a 以上, 實(shí)際運(yùn)行中通過對深度處理站的進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)平均值如表3 所示, 出水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)的要求, 并且滿足回用水質(zhì)要求。

      表3 實(shí)際運(yùn)行平均進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 3 Average influent and effluent water quality in actual operation

      由于上游企業(yè)內(nèi)部預(yù)處理措施到位, 實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)指標(biāo), 調(diào)試運(yùn)行過程中臭氧、 活性炭工藝單元經(jīng)常部分或全部超越, 在達(dá)標(biāo)運(yùn)行的前提下節(jié)約了運(yùn)行成本。

      6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

      該工程占地面積為3 800 m2, 處理規(guī)模為2 000 m3/d, 工程概算總投資為5 987.93 萬元, 其中建安工程費(fèi)用為4 941.27 萬元。

      根據(jù)設(shè)計(jì)處理水量水質(zhì)計(jì)算, 水處理運(yùn)行總成本為13.88 元/t(含折舊), 水處理經(jīng)營成本為9.94元/t。

      7 結(jié)語

      (1) 本生物制藥廢水處理工程設(shè)計(jì)采用細(xì)格柵及調(diào)節(jié)池-混凝沉淀-AAO-MBR-臭氧接觸氧化-高效氣浮-活性炭吸附-接觸消毒的組合工藝進(jìn)行處理, 出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 3838—2002 準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn), 且尾水全部回用, 實(shí)現(xiàn)了零排放要求。

      (2) 實(shí)際運(yùn)行過程中, 由于大多數(shù)情況下實(shí)際進(jìn)水濃度較低, 除了根據(jù)進(jìn)水情況進(jìn)行一級或多級的工藝單元超越以降低運(yùn)行成本外, 在主體工藝的設(shè)備配置時(shí), 應(yīng)提高設(shè)備的運(yùn)行調(diào)節(jié)能力, 以匹配實(shí)際工況需要, 充分發(fā)揮工藝性能。

      (3) 本工程采用的活性炭再生系統(tǒng)為目前國際上先進(jìn)的高溫蒸汽法活性炭原位吸附及脫附再生技術(shù), 該技術(shù)的成功實(shí)施, 促進(jìn)了其在污水處理領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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