生物制藥廢水深度處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例

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。