UASB-HBF-UF/NF/DM工藝處理化學(xué)制藥廢水

段西兵，喬 琪，徐 奇

（上海泓濟(jì)環(huán)保科技股份有限公司，上海200433）

21世紀(jì)化學(xué)合成制藥行業(yè)迅速發(fā)展，相應(yīng)的廢水處理需求日益增加?；瘜W(xué)合成制藥廢水通常具有鹽分含量高、生物毒性大、可生化性差等特點(diǎn)〔1〕，直接處理難度極大，前端需要進(jìn)行預(yù)處理以降低廢水的生物毒性、提高廢水可生化性。常用的化學(xué)預(yù)處理法包括混凝沉淀、高級(jí)氧化等，生物預(yù)處理法包括水解酸化、UASB和IC（內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器）等〔2〕。其中，厭氧生物預(yù)處理技術(shù)由于運(yùn)行成本低、運(yùn)行維護(hù)簡單，在合成類制藥廢水處理中應(yīng)用廣泛。化學(xué)合成制藥廢水的主體好氧工藝常采用AO（厭氧好氧工藝）、SBR（序批式活性污泥法）、接觸氧化和MBR（膜生物反應(yīng)器）等技術(shù)，深度處理工藝常采用膜分離技術(shù)。厭氧生物預(yù)處理、主體好氧生物處理與膜分離深度處理的組合工藝可實(shí)現(xiàn)化學(xué)合成制藥類廢水的資源化利用。

1 工程背景

常州某化學(xué)合成制藥企業(yè)主要生產(chǎn)抗抑郁癥、抗艾滋病、抗糖尿病、抗類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和抗癌癥等新型藥用化合物。廠區(qū)排放的廢水可分為高濃度廢水和低濃度廢水，高濃度廢水主要為生產(chǎn)車間合成藥劑時(shí)產(chǎn)生的廢水，低濃度廢水主要為沖洗廢水、生活污水等。根據(jù)排水水質(zhì)和用戶使用需求，該企業(yè)將“UASB（上流式厭氧污泥床）-HBF（生物固定膜復(fù)合技術(shù)）-UF/NF/DM（超濾/納濾/高頻振動(dòng)膜分離技術(shù)）”組合工藝應(yīng)用于該制藥廢水的零排放處理中，出水水質(zhì)滿足《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T 3923—2007）中的回用要求。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模與水質(zhì)

廢水處理設(shè)計(jì)規(guī)模為600 m3/d，其中高濃度廢水為72 m3/d，低濃度廢水為528 m3/d。處理后其可作為循環(huán)冷卻水進(jìn)行回用，回用水量590 m3/d。表1是設(shè)計(jì)進(jìn)水與設(shè)計(jì)回用水的主要水質(zhì)指標(biāo)。

表1 主要水質(zhì)指標(biāo)Table 1 Main wastewater quality index

2.2 工藝流程

高濃度含鹽廢水預(yù)處理系統(tǒng)采用“濃水儲(chǔ)池→隔油、氣浮→三效蒸發(fā)”的工藝。該廢水中COD的組成主要以有機(jī)溶劑為主，其中甲醇、乙酸、丙酮等屬于可生化降解有機(jī)物；甲苯、吡啶、四氫呋喃等屬于難降解有機(jī)物；二氯甲烷、三氯甲烷等屬于生化毒性有機(jī)物。通過隔油與氣浮手段，可去除廢水中的一部分難降解有機(jī)物與毒性有機(jī)物。采用三效蒸發(fā)工藝分離高濃度廢水中的鹽分，以降低其對(duì)生化系統(tǒng)的不利影響。低濃度廢水污染物濃度較低，可生化性較好，與預(yù)處理后的高濃度廢水在調(diào)節(jié)池均勻混合。

生化處理系統(tǒng)和回用處理系統(tǒng)采用“UASB→HBF→UF+NF→DM”的工藝。調(diào)節(jié)池廢水經(jīng)提升進(jìn)入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)池，廢水中的大分子有機(jī)物在此轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物、沼氣和CO2等，在去除COD的同時(shí)可提高廢水的可生化性，同時(shí)廢水中的一部分有機(jī)氮在此轉(zhuǎn)化為氨氮。隨后廢水進(jìn)入HBF池，HBF工藝是在AO活性污泥法基礎(chǔ)上，結(jié)合生物膜法的優(yōu)勢(shì)而開發(fā)出的復(fù)合式生物膜-活性污泥法工藝〔3〕，廢水中剩余的有機(jī)物和氨氮大部分在此被微生物降解。經(jīng)生化系統(tǒng)處理后的清水進(jìn)入收集池緩存，再經(jīng)過后端的UF、NF和DM技術(shù)處理后回用。圖1是廢水處理的工藝流程。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Wastewater treatment process

2.3 主要構(gòu)筑物及其工藝參數(shù)

（1）高濃含鹽廢水儲(chǔ)池。共1座，尺寸為8 m×3.5 m×7.5 m，有效池容200 m3，HRT為66.7 h，采用半埋地式鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁防腐處理。安裝提升泵2臺(tái)（1用1備），為耐腐蝕襯氟泵；泵前配套進(jìn)水過濾器1臺(tái)，以去除不溶性有機(jī)雜質(zhì)；池內(nèi)安裝超聲波液位計(jì)1套。

（2）隔油沉淀池。一體化成套設(shè)備，共2套，總處理量5 m3/h，池體為碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁玻璃鋼防腐處理。安裝排渣泵2臺(tái)（1用1備），為耐腐蝕襯氟泵；池內(nèi)安裝在線pH計(jì)1套。

（3）氣浮池。一體化成套設(shè)備，共2套，總處理量5 m3/h，池體為碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁玻璃鋼防腐處理。

（4）緩沖水罐。共2套，容積25 m3，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)，用于高濃度廢水預(yù)處理后的緩存。

（5）調(diào)節(jié)池。共1座，尺寸為8 m×8 m×7.5 m，有效池容448 m3，HRT為17.9 h，采用半埋地式鋼砼結(jié)構(gòu)，分為2格。安裝提升泵3臺(tái)（2用1備）；電磁流量計(jì)1臺(tái)；p H計(jì)2套；超聲波液位計(jì)2臺(tái)；UPVC材質(zhì)的穿孔曝氣管2套，對(duì)調(diào)節(jié)池進(jìn)行曝氣攪拌，保證水質(zhì)混合均勻。

（6）厭氧配水池。共1座，尺寸為4 m×2.3 m×6.5 m，有效池容55 m3，HRT為2.2 h，采用半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。安裝提升泵2臺(tái)（1用1備），電磁流量計(jì)2臺(tái)，p H計(jì)1套，蒸汽加熱系統(tǒng)1套。

（7）UASB反應(yīng)器。共2座，單座尺寸為8.2 m×7.6 m×10 m，單座有效池容588 m3，設(shè)計(jì)COD容積負(fù)荷為4.5 kg/（m3·d），HRT為47 h，采用半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。安裝304不銹鋼材質(zhì)的布水系統(tǒng)2套，F(xiàn)RP材質(zhì)的三相分離器2套，304不銹鋼材質(zhì)的出水堰2套。

（8）HBF池。共1座，含缺氧池、好氧池和序批沉淀池，HBF池總HRT為45 h，采用半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。缺氧池尺寸為5.4 m×4 m×6.5 m，有效容積130 m3，HRT為5.2 h，安裝304不銹鋼材質(zhì)的潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)，用于保證池內(nèi)泥水混合均勻。好氧池分為4格，每格尺寸為8 m×4 m×6.5 m，設(shè)計(jì)COD容積負(fù)荷為1.0 kg/（m3·d），垂直懸掛安裝親水性高分子酶浮填料1批，安裝射流循環(huán)泵2臺(tái)（1用1備），配套負(fù)壓式射流曝氣器8套，304不銹鋼材質(zhì)，安裝硝化液回流泵2臺(tái)（1用1備）。序批沉淀池分2格，每格尺寸為5.4 m×2.5 m×6.5 m，垂直懸掛安裝親水性高分子酶浮填料1批，共安裝微孔曝氣管40套，恒水位出水成套裝置2套，污泥回流泵3臺(tái)（2用1備）。

（9）UF處理系統(tǒng)。采用低能耗管式超濾膜組件1套，配套變頻式提升泵2臺(tái)（1用1備），變頻式循環(huán)泵1臺(tái)，變頻式產(chǎn)水泵1臺(tái)，預(yù)處理過濾器1臺(tái)，進(jìn)水電磁流量計(jì)1臺(tái)，產(chǎn)水電磁流量計(jì)1臺(tái)，變頻式反洗泵1臺(tái)，化學(xué)計(jì)量泵1臺(tái)，安裝超濾清洗箱1只。

（10）NF處理系統(tǒng)。納濾膜組件1套，配套變頻式納濾增壓泵2臺(tái)，變頻式納濾高壓泵2臺(tái)，保安過濾器1臺(tái)，阻垢劑、還原劑和酸加藥系統(tǒng)各1套，清洗水泵1臺(tái)，清洗過濾器1臺(tái)，進(jìn)水流量計(jì)和產(chǎn)水流量計(jì)各1臺(tái)。

（11）DM處理系統(tǒng)。成套設(shè)備1套。

3 運(yùn)行效果及成本分析

3.1 對(duì)COD的去除

系統(tǒng)經(jīng)過1個(gè)月的調(diào)試后，進(jìn)入正式運(yùn)行階段。正式運(yùn)行1個(gè)月期間，生化系統(tǒng)COD及其去除率的變化情況分別如圖2和圖3所示。

圖2 生化系統(tǒng)運(yùn)行過程中COD的變化Fig.2 Change of CODduring the operation of the biochemical system

圖3 生化系統(tǒng)運(yùn)行過程中COD去除率的變化Fig.3 Change of COD removal rate during the operation of the biochemical system

由圖2和圖3可知，運(yùn)行初期，生化系統(tǒng)進(jìn)水COD在8 000 mg/L左右，經(jīng)過厭氧反應(yīng)器的水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷三階段，廢水中大部分有機(jī)物在此轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，厭氧出水COD降至2 000 mg/L左右，相應(yīng)的COD去除率約為75%。隨后廢水進(jìn)入HBF系統(tǒng)，經(jīng)過厭氧系統(tǒng)的水解作用，廢水中難降解的大分子有機(jī)物分解為了生化性好的小分子有機(jī)物，在好氧和兼氧菌群的作用下，以溶解氧和硝態(tài)氮為電子受體，有機(jī)物大部分被降解并主要以CO2的形式釋放，出水COD降至300 mg/L以下，相應(yīng)的COD去除率在95%以上。由于廢水水質(zhì)隨車間產(chǎn)品訂單的變化而變化，造成調(diào)節(jié)池進(jìn)水水質(zhì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，但此時(shí)的生化系統(tǒng)已經(jīng)具備一定的抗沖擊負(fù)荷能力，UASB和HBF的出水水質(zhì)較為穩(wěn)定。生化處理系統(tǒng)出水進(jìn)入回用處理系統(tǒng)，經(jīng)UF、NF和DM膜處理后，COD降至50 mg/L以下，相應(yīng)的COD去除率在99.3%以上；經(jīng)檢測(cè)BOD5降至5 mg/L以下。

3.2 對(duì)TN的去除

圖4和圖5分別為正式運(yùn)行1個(gè)月期間生化系統(tǒng)TN及其去除率的變化情況。

圖4 生化系統(tǒng)運(yùn)行過程中TN的變化Fig.4 Change of TN during the operation of the biochemical system

圖5 生化系統(tǒng)運(yùn)行過程中TN去除率的變化Fig.5 Change of TNremoval rate during the operation of the biochemical system

由圖4和圖5可知，運(yùn)行初期，生化系統(tǒng)進(jìn)水TN在300 mg/L左右，經(jīng)過厭氧反應(yīng)器的處理，廢水中一部分有機(jī)氮氨化釋放，厭氧出水TN降至220 mg/L左右，相應(yīng)的TN去除率約為27%。隨后廢水進(jìn)入HBF系統(tǒng)，在微生物的硝化與反硝化作用下，HBF出水TN降至30 mg/L左右，相應(yīng)的TN去除率在90%左右，出水NH3-N在5 mg/L以下。由于生化系統(tǒng)具備一定的抗沖擊負(fù)荷能力，盡管調(diào)節(jié)池廢水水質(zhì)存在波動(dòng)，UASB和HBF的出水水質(zhì)仍較為穩(wěn)定。生化處理系統(tǒng)出水進(jìn)入回用處理系統(tǒng)，經(jīng)UF、NF和DM膜處理后，TN降至20 mg/L以下。

3.3 其他水質(zhì)指標(biāo)分析

廢水經(jīng)生化處理系統(tǒng)和回用處理系統(tǒng)處理后，p H在6～9之間，懸浮固體＜20 mg/L，總鐵（以Fe2+計(jì)）＜0.3 mg/L，濁度＜10 NTU，總堿度+總硬度（以CaCO3計(jì)）＜700 mg/L，硫化物＜0.1 mg/L，油質(zhì)量濃度＜0.5 mg/L，總磷（以PO43-計(jì)）＜5 mg/L，氯化物＜500 mg/L，TDS＜800 mg/L，細(xì)菌總數(shù)＜10 000 mL-1。經(jīng)處理后的回用水達(dá)590 m3/d，再生水回用率達(dá)98.3%。

3.4 運(yùn)行成本分析

該系統(tǒng)實(shí)際處理廢水600 m3/d，其中高濃度廢水72 m3/d。高濃度廢水預(yù)處理系統(tǒng)直接運(yùn)行費(fèi)用約為147～168元/m3，其中人工費(fèi)7～8元/m3，動(dòng)力費(fèi)65～75元/m3，蒸汽費(fèi)75～85元/m3。生化系統(tǒng)和回用處理系統(tǒng)直接運(yùn)行總費(fèi)用約為19～23元/m3，其中人工費(fèi)1.5～2元/m3，動(dòng)力費(fèi)6～7元/m3，蒸汽費(fèi)2～2.5元/m3，藥劑費(fèi)0.5～1元/m3，回用系統(tǒng)膜更換費(fèi)4.5～5.5元/m3，污泥處理費(fèi)4.5～5元/m3。

4 結(jié)論

工程實(shí)踐表明，將UASB-HBF-UF/NF/DM組合工藝應(yīng)用于化學(xué)合成制藥廢水的零排放處理中，處理效果穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)方便。系統(tǒng)回用水COD＜80 mg/L、TN＜20 mg/L、NH3-N＜15 mg/L、TDS＜800 mg/L，出水水質(zhì)滿足《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T 3923—2007）的要求，再生水回用率可達(dá)98.3%。