生物流化床—高級催化氧化工藝處理制藥廢水

杜家緒，買文寧，王　敏，唐　啟

（1.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州450001；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊，河南鄭州450008）

生物流化床—高級催化氧化工藝處理制藥廢水

杜家緒1，買文寧1，王敏1，唐啟2

（1.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州450001；
2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊，河南鄭州450008）

采用生物流化床—高級催化氧化工藝處理制藥廢水，介紹了制藥廢水處理工程的工藝流程、工藝設(shè)計、調(diào)試方法、處理效果和工程效益。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)處理效果好且運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)滿足《混裝制劑類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21908—2008）表2標準。

制藥廢水；生物流化床；高級催化氧化

近些年，隨著制藥行業(yè)的迅速發(fā)展，制藥行業(yè)產(chǎn)生了越來越多的廢水。國內(nèi)藥品制劑和原料藥生產(chǎn)企業(yè)大約有5 000家，產(chǎn)品有1萬多種、產(chǎn)量可達百萬噸，每年制藥工業(yè)的廢水總排放量達到2.5億t，平均處理量卻還不足總量的30%〔1〕。

制藥廢水含有的污染物質(zhì)成分復(fù)雜、難生物降解且毒性大，廢水污染物濃度與色度高，而且水質(zhì)水量變化巨大，屬于各類工業(yè)廢水中較難處理的一類〔2〕。若直接排入水體而不加以有效處理，將會對環(huán)境造成嚴重危害。

1　工程概況

河南某制藥股份有限公司是一家發(fā)展勢頭迅猛的高科技制藥企業(yè)。企業(yè)主要產(chǎn)品為小容量注射劑、口服固體制劑等，廢水量約為310m3/d。廢水水質(zhì)指標如表1所示，要求企業(yè)廢水排放指標達到《混裝制劑類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21908—2008）表2標準。

表1　原水水質(zhì)及排放要求

2　工藝流程

根據(jù)企業(yè)廢水的水質(zhì)特點，結(jié)合企業(yè)提供的污水處理系統(tǒng)總體設(shè)計規(guī)劃和要求，確定采用圖1所示工藝流程。

各排水點廢水經(jīng)由廠區(qū)廢水管網(wǎng)收集至廢水處理系統(tǒng)，正常排放的廢水直接進入調(diào)節(jié)池，發(fā)生事故時排放的廢水進入事故池（事故池的廢水將由水泵分批次泵入廢水系統(tǒng)進行處理）。綜合廢水首先經(jīng)過格柵網(wǎng)，格柵出水進入調(diào)節(jié)池進行水質(zhì)水量的均化穩(wěn)定，然后由泵提升至生物流化床反應(yīng)塔進行污染物質(zhì)的生化降解，出水進入高級催化氧化反應(yīng)塔和混合反應(yīng)塔，去除其中的色度、COD等，最后經(jīng)過沉淀和氯消毒，徹底殺滅廢水中的病原微生物，出水即可達標排放。生物流化床排泥和沉淀池排泥因含有重金屬物質(zhì)，不能直接排放，暫存于污泥池，定期運送至城市污水處理廠進行委托處理。

圖1　廢水處理工藝流程

3　主要構(gòu)筑物介紹

3.1中藥車間廢水預(yù)處理系統(tǒng)

（1）蓄水池。1座，鋼筋混凝土。尺寸2.0m×2.5m× 2.2m，有效容積10m3。

（2）管道靜態(tài)混合器。1臺，用于廢水的混合。DN=50mm，長5m。

（3）反應(yīng)沉淀塔。1座，碳鋼防腐。尺寸D 2.23m× 3.50m。

（4）活性炭濾塔。1座，玻璃鋼。尺寸D 0.8m× 3.3m。

（5）污泥槽。1座，鋼筋混凝土。尺寸2.0m×1.5m× 2.2m，有效容積6m3。

3.2綜合廢水處理系統(tǒng)

（1）格柵網(wǎng)。1臺，不銹鋼。設(shè)置1道簡易格柵，安裝于車間出口或者其他隱蔽的部位，格柵間隙為5mm，用以攔截較大雜物，保護后續(xù)處理設(shè)備運行安全。

（2）調(diào)節(jié)池。1座，鋼筋混凝土。用于調(diào)節(jié)水量和均勻水質(zhì)。設(shè)計停留時間8 h，有效容積120m3，尺寸5.0m×7.0m×4.0m（超高0.5m），內(nèi)置潛水攪拌機1臺，D=260mm，轉(zhuǎn)速720 r/min，N=0.85 kW；潛水排污泵2臺（1用1備），Q=20m3/h，H=15m，N=2.2 kW；DN100電磁流量計1臺。

（3）事故池。1座，鋼筋混凝土。用于特殊情況下收集的廢液或廢水。設(shè)計停留時間6 h，有效容積90m3，尺寸5.0m×5.2m×4.0m（超高0.5m）；內(nèi)置潛水排污泵1臺，Q=20m3/h，H=15m，N=2.2 kW。

（4）生物流化床反應(yīng)器。1座，碳鋼防腐。生物流化床反應(yīng)器是一種連續(xù)曝氣運行、連續(xù)排泥的活性污泥污水處理技術(shù)，其采用靜音式潛水曝氣機，使得新型塔式活性污泥反應(yīng)裝置具有高效的溶氧效率以及較低的能耗，利于好氧微生物降解有機物質(zhì)；流化狀態(tài)為穩(wěn)定的生化反應(yīng)區(qū)提供了有利條件，能夠耐受高COD進水沖擊負荷，運行更為穩(wěn)定〔3〕。設(shè)計停留時間14 h，有效容積200m3，反應(yīng)器尺寸D 7.5m×5.5m（超高0.5m），內(nèi)置QBZ055靜音潛水曝氣機1臺，充氧量6 kg/h，功率5.5 kW；DN150電動閥門1臺。

（5）高級催化氧化反應(yīng)塔。1座，碳鋼防腐。利用類Fenton催化氧化原理，內(nèi)設(shè)催化劑填料，通過投加一定量的H2O2、FeSO4，對生物流化床反應(yīng)器出水進行深度處理，去除水中難生物降解的污染物，使出水達標排放。設(shè)計停留時間15min，反應(yīng)器尺寸D 1.2m×4.5m，設(shè)置1臺進水離心泵，Q=5m3/h，H= 10m，N=1.1 kW；定做2套一體化溶藥投藥裝置，分別用于投加H2O2、FeSO4。

（6）混合反應(yīng)塔。1座，碳鋼防腐。進行高級催化氧化反應(yīng)并完成混凝反應(yīng)。設(shè)計反應(yīng)時間1.5h，反應(yīng)器尺寸D 3.5m×3.5m；內(nèi)置ZJ-800折槳攪拌機1臺，葉輪直徑800mm，轉(zhuǎn)速35 r/min，N=1.1 kW；定做2套一體化溶藥投藥裝置，分別用于投加堿和PAM。

（7）沉淀消毒塔。1座，碳鋼防腐。用于沉降廢水中的絮體物質(zhì)，實現(xiàn)水質(zhì)的有效凈化，同時完成消毒過程，保證出水微生物達標。設(shè)計表面負荷1.5m/h，反應(yīng)器尺寸D 3.6m×3.5m，設(shè)置消毒浮盅3套，直徑150mm。

（8）污泥池。1座，鋼筋混凝土。用于儲存廢水系統(tǒng)的剩余污泥。有效容積30m3，尺寸5.0m×1.8m× 4.0m（超高0.5m），配置XAZ40/870-30UK板框壓濾機1套，過濾面積40m2，濾室容積595 L，濾板數(shù)量30片，電機功率2.2 kW；設(shè)置G25-1污泥泵1臺，Q=2m3/h，H=60m，P=0.6mPa，轉(zhuǎn)速960 r/min，N=1.5 kW。

4　調(diào)試及運行

工程調(diào)試主要包括生物流化床和高級催化氧化調(diào)試兩個部分。

4.1生物流化床反應(yīng)器

生物流化床反應(yīng)器中預(yù)先注入2/3的原水，盡可能多地投加取自周圍污水處理廠壓濾過的剩余污泥，開始悶曝（只曝氣，不進水）1～2 d，觀察剩余污泥的顏色。一旦污泥出現(xiàn)棕黃色則表示剩余污泥已經(jīng)恢復(fù)活性，此時逐漸增加原水的比例，使微生物逐漸適應(yīng)新的環(huán)境并得到馴化。開始時，按照設(shè)計流量的40%～50%加入原水，容積負荷為0.3 kg/（m3·d），待反應(yīng)器運行穩(wěn)定并達到較好的處理效果后，再繼續(xù)增加原水比例，每次增加設(shè)計流量的20%～30%，直到反應(yīng)器滿負荷運行為止。從連續(xù)進水開始，反應(yīng)器運行23 d后，活性污泥呈現(xiàn)棕黃色，沉淀性能良好，而且測得出水的各項指標均達到設(shè)計要求，表明活性污泥基本培養(yǎng)成功，反應(yīng)器啟動完成，進入穩(wěn)定運行階段。反應(yīng)器調(diào)試過程中COD、NH3-N的去除效果分別見圖2和圖3。

圖2　生物流化床對COD的去除效果

圖3　生物流化床對NH3-N的去除效果

由圖2和圖3可知，剛啟動生物流化床的一段時間，由于進水量的變化和活性污泥中的微生物需要有一定的適應(yīng)過程，因此COD、NH3-N的去除率不穩(wěn)定。隨著進水量的穩(wěn)定，反應(yīng)器中微生物的活性增強，活性污泥含量增加，COD、NH3-N去除率逐漸穩(wěn)定。運行23 d后，出水COD、NH3-N分別穩(wěn)定在150、10mg/L以下，去除率分別＞67%、＞60%。

4.2高級催化氧化

經(jīng)過類Fenton正交實驗和單因素實驗研究，并結(jié)合工程實際運行情況最終確定：H2O2（質(zhì)量分數(shù)30%）投加量為0.4 L/m3，F(xiàn)eSO4投加量為1.788 kg/m3，最佳加藥比m（H2O2）∶m（FeSO4）=4∶6.5。PAM（質(zhì)量分數(shù)為1%）投加量為0.87g/m3。沉淀消毒塔出水COD＜50mg/L。

5　運行效果及效益分析

5.1運行效果

工程正式投入使用以來，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)滿足《混裝制劑類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21908—2008）中表2的標準。表2為調(diào)試完成后，對廢水處理系統(tǒng)進行連續(xù)15 d取樣監(jiān)測的結(jié)果。

表2　調(diào)試完成后各單元的處理效果

5.2效益分析

此廢水處理工程的運行費用為1.714元/m3，其中電費0.934元/m3，藥劑費0.44元/m3，人工費0.34元/m3。系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，每年削減COD 53 t、NH3-N 14 t、SS 17 t、BOD518 t，極大地減輕了水體污染，同時也會促進區(qū)域經(jīng)濟和改善生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

6　結(jié)論

該廢水處理工程運行情況表明，采用生物流化床—高級催化氧化工藝處理制藥廢水，工藝運行簡單穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，處理效率高，出水水質(zhì)滿足《混裝制劑類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21908—2008）中表2的標準。

［1］李亞峰，高穎.制藥廢水處理技術(shù)研究進展［J］.水處理技術(shù)，2014，40（5）：1-4.

［2］范舉紅，劉銳，余素林，等.分質(zhì)預(yù)處理強化制藥廢水處理效果的研究［J］.中國給水排水，2012，28（23）：34-37.

［3］張自杰，林榮忱，金儒霖.排水工程（下冊）［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999：253-258.

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Combined biological fluidized bed-advanced catalytic oxidation process used for pharmacywastewater treatment

Du Jiaxu1，MaiWenning1，WangMin1，Tang Qi2
（1.SchoolofWater Conservancy and EnvironmentEngineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China；2.No.4Geological Brigade ofHenan NonferrousGeologicalMineralResourse Burean，Zhengzhou 450008，China）

The combined biological fluidized bed-advanced catalytic oxidation process has been designed for the treatmentof pharmacy wastewater.The process flow，process design，debuggingmethods，treatmenteffect and engineering benefitof the pharmacywastewater treatmentprojectare introduced.The running resultsshow that the treatmenteffectof the system isgood，it runssteadily，and the effluentqualitymeets the requirementsspecified in Tab.2 of the Discharge Standards ofWater Pollutants for Pharmaceutical Industry Mixing/Compounding and Formulation Category（GB 21908—2008）.

pharmacywastewater；biological fluidized bed；advanced catalytic oxidation

X703.1

A

1005-829X（2016）03-0097-03

杜家緒（1991—），碩士。電話：15824842783，E-mail：du_jiaxu@126.com。

2016-01-12（修改稿）