制藥廢水零排放技術(shù)應(yīng)用研究

張圣敏，李永麗

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程學(xué)院，河南開封475004；2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木與交通工程學(xué)院，河南開封475004）

制藥廢水零排放技術(shù)應(yīng)用研究

張圣敏1，李永麗2

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程學(xué)院，河南開封475004；2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木與交通工程學(xué)院，河南開封475004）

采用混凝、生化、反滲透（RO）和三效蒸發(fā)器組合工藝，對(duì)某制藥企業(yè)生產(chǎn)廢水進(jìn)行深度處理。通過混凝沉淀、生化處理去除部分有機(jī)物和氮磷，然后利用RO系統(tǒng)去除剩余的有機(jī)物、氮磷和鹽分，最后采用三效蒸發(fā)器對(duì)RO系統(tǒng)濃水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。研究結(jié)果表明，出水水質(zhì)可滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求，并達(dá)到零排放的目的。

制藥廢水；混凝沉淀；生物法；回用；零排放

制藥行業(yè)每年產(chǎn)生大量廢水，其組成復(fù)雜、有機(jī)污染物種類多、毒性大、難以生物降解，是我國污染最嚴(yán)重、最難處理的工業(yè)廢水之一〔1〕。目前處理制藥廢水的方法很多，如混凝沉淀、生物處理、化學(xué)氧化等。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，近年來制藥廢水的深度處理及回用越來越引起人們的關(guān)注〔2〕。

某制藥企業(yè)新建項(xiàng)目位于我國太湖流域。2007年氮磷富營養(yǎng)化引起太湖藍(lán)藻事件后，該地區(qū)要求實(shí)行氮磷生產(chǎn)廢水的零排放。因此，對(duì)該企業(yè)的生產(chǎn)廢水進(jìn)行深度處理，實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用和零排放，可達(dá)到節(jié)能減排的要求。針對(duì)普通生化法處理氮磷有機(jī)廢水不徹底而膜法處理又存在膜污染的技術(shù)難題，擬采用混凝沉淀、生化、反滲透（RO）和三效蒸發(fā)器組合工藝處理這類廢水。該組合工藝不僅可實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)進(jìn)行深度處理實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用和零排放，節(jié)能減排效果顯著。

1 項(xiàng)目情況介紹

1.1 水量水質(zhì)

該企業(yè)生產(chǎn)廢水的水質(zhì)特征是有機(jī)物濃度高、氮磷含量高、可生化性好，其主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示，設(shè)計(jì)處理水量為300 t/d。

表1 原水水質(zhì)

處理后的回用水需達(dá)到回用水質(zhì)要求，見表2。

表2 回用水質(zhì)要求

1.2分析方法

COD測(cè)定采用重鉻酸鉀法；BOD5測(cè)定采用5日培養(yǎng)法；SS測(cè)定采用重量法；pH測(cè)定采用玻璃電極法；電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)率儀法；總氮測(cè)定采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，檢出限0.05 mg/L；總磷測(cè)定采用過硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度法，檢出限0.01 mg/L。

1.3 工藝流程

該廢水污染物包括有機(jī)物、氮磷等。由于氮磷和有機(jī)物濃度較高，因此考慮將該廢水收集后經(jīng)pH調(diào)整后加藥混凝沉淀，出水再次調(diào)整pH至中性，然后進(jìn)入缺氧池和膜生物反應(yīng)池（MBR池），通過生物代謝作用去除有機(jī)物和氮磷，出水經(jīng)保安過濾器和一級(jí)RO、二級(jí)RO系統(tǒng)深度處理后淡水直接回用，一級(jí)RO濃水經(jīng)三效蒸發(fā)后冷凝液回流到中間水池，濃縮液經(jīng)冷卻結(jié)晶、離心脫水后委外處理，二級(jí)RO濃水回流到中間水池。具體工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

1.4 主要構(gòu)筑物和設(shè)備

（1）調(diào)節(jié)池。該池用于收集和儲(chǔ)存生產(chǎn)廢水，為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸為11 000 mm× 8 000 mm×4 000 mm，有效容積308 m3，水力停留時(shí)間為24.6 h。設(shè)液位控制器3套；設(shè)提升泵2臺(tái)，1用1備，通過液位控制器控制提升泵，高位啟動(dòng)，低位停止，超低位報(bào)警；設(shè)空氣攪拌系統(tǒng)1套。

（2）pH調(diào)整池1。在該池向廢水中加入堿調(diào)節(jié)pH到適宜范圍，設(shè)藥劑投加裝置1套，設(shè)pH控制器1套，用于自動(dòng)控制定量加藥；另設(shè)1套機(jī)械攪拌設(shè)施，使加入的堿與廢水快速混合。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm× 2 500 mm，有效容積8.0 m3，水力停留時(shí)間為0.6 h。

（3）混合池。在該池投加混凝劑，并機(jī)械攪拌，使污染物以混凝劑為凝聚核心，通過水解、吸附、架橋等作用凝結(jié)為大的顆粒物。該池設(shè)攪拌機(jī)設(shè)施1套，藥劑投加裝置1套。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，有效容積8.0 m3，水力停留時(shí)間為0.6 h。

（4）絮凝池。在該池投加絮凝劑，并機(jī)械攪拌，通過改善絮凝顆粒間的靜電斥力及其強(qiáng)大的橋聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)絮凝作用，使混合池形成的混凝顆粒物增大，凝聚到一起，從而分離廢水中的懸浮顆粒。該池設(shè)攪拌機(jī)1套，藥劑投加裝置1套。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，有效容積8.0 m3，水力停留時(shí)間為0.6 h。

（5）沉淀池1。采用豎流沉淀池，處理能力大、處理效率高、停留時(shí)間短、占地面積小。經(jīng)過混合絮凝的廢水進(jìn)入該池，在重力作用下進(jìn)行固液分離，上清液進(jìn)入下一處理工序，沉淀的泥渣排入污泥池作進(jìn)一步處理。該池采用鋼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸為4 000 mm× 4 000 mm×5 000 mm，表面負(fù)荷為0.78 m3/（m2·h），有效容積56.0 m3，水力停留時(shí)間4.5 h。

（6）pH調(diào)整池2。在該池加入酸調(diào)節(jié)pH到適宜范圍，設(shè)藥劑投加裝置1套，設(shè)pH控制器1套，用于自動(dòng)控制定量加藥；另設(shè)1套機(jī)械攪拌設(shè)施，使加入的酸與廢水快速混合。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，有效容積8.0 m3，水力停留時(shí)間為0.6 h。

（7）缺氧池。在缺氧條件下，廢水中的大分子有機(jī)物在微生物水解酶作用下降解為小分子物質(zhì)，增強(qiáng)其可生化性，同時(shí)反硝化細(xì)菌在缺氧條件下生存和繁殖，達(dá)到脫氮的效果。池內(nèi)設(shè)生物填料，使反硝化微生物附著于填料表面。池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，令污泥與廢水充分接觸。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸為7 000 mm×6 000 mm×4 000 mm，有效容積147 m3，水力停留時(shí)間11.8 h。

（8）MBR池。由膜組件（天津膜天膜科技股份有限公司，型號(hào)BT-20D，3組，每組20簾，共60簾，有效膜面積20 m2/簾）、膜機(jī)架、膜出水泵（12 m3/h，吸程5 m，揚(yáng)程10 m，功率0.75 kW，2用1備）、膜反洗泵（25 m3/h，揚(yáng)程30 m，功率3.7 kW，1用1備）、鼓風(fēng)機(jī)（5 m3/min，H=5.0 m，功率7.5 kW）、PLC自控系統(tǒng)以及相應(yīng)清洗加藥系統(tǒng)組成。MBR膜組件為偏氟乙烯材質(zhì)的中空纖維膜，膜孔徑為0.25～0.35 μm，膜通量為10.4 L/（m2·h），最大跨膜壓差80 kPa；膜機(jī)架為不銹鋼材質(zhì)。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12.5 t/h，24 h連續(xù)運(yùn)行。設(shè)混合液回流泵2臺(tái)，1用1備，混合液回流比控制在100%～200%。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸為11 000 mm×8 000 mm×4 000 mm，有效容積308 m3，水力停留時(shí)間24.6 h。

（9）中間水池。經(jīng)過前道處理后的廢水排放到中間水池儲(chǔ)存，中間水池設(shè)有1個(gè)10 m3PE水箱，設(shè)提升泵2臺(tái)，1用1備，水力停留時(shí)間0.8 h。

（10）保安過濾器。保安過濾器可去除濁度1度以上的細(xì)小微粒，以滿足后續(xù)工序?qū)M(jìn)水的要求；設(shè)有5 μm過濾器截留上述過濾器的穿透物，保護(hù)RO膜。采用美國Pall公司大流量折疊式濾芯XLDM4540，單只濾芯處理量35m3/h，濾芯數(shù)量3支。

（11）RO系統(tǒng)。一級(jí)RO系統(tǒng)主要由RO膜元件（美國陶氏公司BW30FR-400/34i型，36支）、膜殼（6個(gè)）、高壓泵、加藥系統(tǒng)（阻垢劑、還原劑、非氧化性殺菌劑）、清洗系統(tǒng)、淡水箱、濃水箱等組成。RO膜元件為聚酰胺抗污染反滲透膜，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12.5 m3/h，24 h連續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)水率70%。二級(jí)RO系統(tǒng)主要由RO膜元件（BW30FR-400/34i型，24支）、膜殼（4個(gè)）、高壓泵、加藥系統(tǒng)（阻垢劑、還原劑、非氧化性殺菌劑）、清洗系統(tǒng)、淡水箱、濃水箱等組成。

（12）三效蒸發(fā)器。主要由一、二、三效蒸發(fā)器，一、二、三效分離器，水環(huán)式真空泵（型號(hào)2BV-5131，抽氣量400 m3/h，極限真空度-0.097 MPa，功率11 kW）、一效強(qiáng)制循環(huán)泵（型號(hào)IH150-125-250，流量200 t/h，揚(yáng)程20 m，功率18.5 kW）、二、三強(qiáng)制循環(huán)泵（型號(hào)IH100-80-160，流量120t/h，揚(yáng)程28 m，功率15 kW）、出料泵（型號(hào)IH50-32-160，流量12.5 t/h，揚(yáng)程32 m，功率3 kW）、冷凝水泵（型號(hào)H50-32-160，流量12.5 t/h，揚(yáng)程32 m，功率3 kW）組成，采用平流三效蒸發(fā)形式，即原水分別加入各效中，濃縮液也分別自各效底部排出，蒸氣流向則由第一效流至二、三效。設(shè)計(jì)處理規(guī)模5.0t/h，每天運(yùn)行18 h。一效蒸發(fā)器溫度和真空度為88℃、0.032 MPa，二效蒸發(fā)器溫度、真空度為73℃、0.076 MPa，三效蒸發(fā)器溫度、真空度為62℃、0.085 MPa。一效蒸發(fā)器、二效蒸發(fā)器和三效蒸發(fā)器換熱面積分別為63、58、55 m2。

2 工程應(yīng)用情況

該廢水處理及回用系統(tǒng)正式投入實(shí)際應(yīng)用以來，各處理工藝段運(yùn)行情況如表3所示，二級(jí)RO系統(tǒng)出水完全可以達(dá)到生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求，其中TP和TN均低于檢出限，一級(jí)RO系統(tǒng)產(chǎn)水率穩(wěn)定在70%，剩余30%的一級(jí)RO濃水經(jīng)三效蒸發(fā)器處理后濃縮液委外處理，二級(jí)RO系統(tǒng)產(chǎn)水率穩(wěn)定在80%，蒸發(fā)器冷凝液和二級(jí)RO濃水收集后返回到中間水池，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廢水零排放。

表3 各處理工藝段水質(zhì)情況

3 處理成本分析

該工程實(shí)際運(yùn)行1年多來，處理水量為300 t/d，處理成本主要包括：電費(fèi)5.42元/t、藥劑費(fèi)用1.24元/t、燃?xì)忮仩t天然氣費(fèi)用79.60元/t、人工費(fèi)2.68元/t，以上合計(jì)噸水處理成本為88.94元。

4 結(jié)論

（1）采用混凝沉淀＋缺氧+MBR＋二級(jí)RO組合工藝進(jìn)行制藥廢水深度處理及回用，RO系統(tǒng)出水可以達(dá)到生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求，一級(jí)RO濃水經(jīng)三效蒸發(fā)后冷凝液回流到中間水池，濃縮液結(jié)晶離心后委外處理，達(dá)到零排放目的。（2）在缺氧池設(shè)置生物填料有利于強(qiáng)化脫氮效果，混凝和生化系統(tǒng)對(duì)總磷和總氮有較高的去除率，原水TP為6.1～9.2 mg/L，原水TN為18.2～36.5 mg/L，生化系統(tǒng)出水TP為0.8～1.2 mg/L，TN為2.1～3.2 mg/L，除磷和脫氮效率分別為80.3%～87.0%、82.4%～94.2%。（3）一級(jí)RO產(chǎn)水率為70%，二級(jí)RO產(chǎn)水率為80%。當(dāng)進(jìn)水COD為622～811 mg/L時(shí)，二級(jí)RO產(chǎn)水COD為2～4 mg/L，去除率達(dá)到99.3%～99.7%，進(jìn)水電導(dǎo)率在2120～2 614 μS/cm時(shí)，出水電導(dǎo)率在12～15 μS/cm，脫鹽率為99.3%～99.5%。（4）該工程處理廢水量為300 m3/d，工程總投資為985萬元，一次性投資較高。在未考慮膜組件更換、設(shè)施大修費(fèi)和設(shè)備折舊的情況下，日常運(yùn)行成本為88.94元/t。

［1］樓菊青.制藥廢水處理進(jìn)展綜述［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，8（4）：13-15.

［2］王彩冬，蘇建文，許尚營，等.抗生素制藥廢水處理工程實(shí)例［J］.工業(yè)水處理，2016，36（1）：93-95.

Research on the application of the zero discharge of the wastewater from pharmacy production

Zhang Shengmin1，Li Yongli2
（1.College of Water Conservancy Engineering，Yellow River Conservancy Vocational Technical Institute，Kaifeng 475004，China；2.Department of Civil and Transportation Engineering，Yellow River Conservancy Vocational Technical Institute，Kaifeng 475004，China）

The wastewater from pharmacy production has been treated in depth by the combined process，coagulationbiochemical treatment-RO（reverse osmosis）-triple effect evaporator.Part of organic matter，nitrogen and phosphorus can be removed by coagulation precipitation and biochemical treatment.Then，the residual organic matter，phosphorus，nitrogen and salinity can be removed by the RO System.At the end，the RO system concentrated water can be evaporated and concentrated by the triple-effect evaporator.The result shows that the effluent quality can meet the water quality requirements for enterprise production technologies and reach the goal of zero discharge.

wastewater from pharmacy production；coagulation precipitation；biological process；reuse；zero dischcharge

X703

B

1005-829X（2016）12-0109-03

張圣敏（1969—），工學(xué)碩士，副教授。E-mail：307972558@qq.com。

2016-11-11（修改稿）