某企业制药废水处理工艺设计毕业论文
2021-12-16 20:27:39
论文总字数：30209字
摘 要
本设计的处理对象是某企业制药废水，废水共三股：高浓度废水水量150 m3/d，COD为10000 mg/L；中浓度废水水量400 m3/d，COD为6000 mg/L；低浓度废水不同来源的低浓度废水水量1100 m3/d，COD为1000 mg/L，处理总量为1650 m3/d。结合废水水质特点，对废水分质分流处理，对比各工艺后最终采用“芬顿 水解酸化 生物接触氧化”为主体工艺，通过此处理工艺后CODcr去除率达90％、BOD5去除率达86％、SS去除率达82％、NH3-N去除率81％，满足接管要求。
关键词：制药废水处理 芬顿处理 水解酸化 生物接触氧化
Design of pharmaceutical wastewater treatment
process in an enterprise
Abstract
The treatment object of this design is the pharmaceutical wastewater of an enterprise, and the wastewater consists of three parts: high concentration wastewater of 150 m3/d, COD of 10,000 mg/L; The medium concentration of wastewater was 400 m3/d, and the COD was 6000 mg/L. The amount of low-concentration wastewater from different sources is 1100 m3/d, the COD is 1000 mg/L, and the total amount of treatment is 1650 m3/d. In combination with the water quality characteristics of wastewater, the wastewater was treated by separation and separation, and the main process of "Fenton hydrolysis acidification biological contact oxidation" was finally adopted after comparison of various processes. The removal rate of CODcr, BOD5, SS and NH3-N reached 90%, 86%, 82% and 81% after this treatment process, which met the requirements of taking over.
Key words:Pharmaceutical wastewater;Fenton treatment;hydrolysis acidification;biological contact oxidation
目 录
摘 要 I
Abstract II
一、绪论 7
1.1研究背景 7
1.2制药废水特征概况 7
1.2.1制药废水来源 7
1.2.1制药废水特点 8
1.3制药废水的处理现状 9
1.4制药废水处理工艺 9
1.4.2物化法 9
1.4.2化学处理法 10
1.4.3生化法 11
1.4.4组合工艺 11
1.5小结 11
二、工艺设计方案的确定 12
2.1原水概况 12
2.2出水要求及水质分析 12
2.3工艺选择设计 13
2.3.1预处理 13
2.3.2厌氧生物处理 水解酸化 14
2.3.3好氧生物处理 14
2.4工艺说明 17
2.4.1工艺流程 17
2.4.1各工段去除率估算表 18
三、污水处理系统工艺设计计算 19
3.1调节池1# 19
3.1.1设计说明 19
3.1.2设计参数 19
3.1.3设计计算 19
3.2芬顿反应池 20
3.2.1设计说明 20
3.2.2设计参数 20
3.1.3设计计算 21
3.3竖流沉淀池1# 23
3.3.1设计说明 23
3.3.2设计参数 23
3.3.3设计计算 23
3.4调节池2# 26
3.4.1设计说明 26
3.4.2设计参数 26
3.4.3设计计算 26
3.5水解酸化池 28
3.5.1设计说明 28
3.5.2设计参数 28
3.5.3设计计算 28
3.6生物接触氧化池 30
3.6.1设计说明 30
3.6.2设计参数 30
3.6.3设计与计算 30
3.7竖流沉淀池2# 33
3.7.1设计说明 33
3.7.2设计参数 33
3.7.3设计计算 33
3.8事故池 36
3.8.1设计说明 36
3.8.2设计参数 36
3.8.3设计计算 36
四、污泥处理系统工艺设计计算 38
4.1污泥产量 38
4.1.1污泥来源 38
4.1.2竖流沉淀池1# 38
4.1.3水解酸化池 39
4.1.4竖流沉淀池2# 39
4.1.5综合污泥量 40
4.1.6污泥管道 41
4.2污泥储存 42
4.2.1污泥储存池功能 42
4.2.2设计计算 42
4.2.3排泥管道 43
4.3污泥浓缩 43
4.3.1污泥浓缩池功能 43
4.3.2设计计算 44
4.3.3污泥管道 47
4.4污泥脱水 47
4.4.1污泥脱水功能 47
4.4.2设计计算 47
五、平面和高程布置 49
5.1污水处理站平面布置. 49
5.2污水处理站高程布置. 49
5.2.1污水管道沿程损失 49
5.2.2污泥管道沿程损失 50
5.2.3管道局部损失、总损失 51
5.2.4高程布置 52
六、设备选型 53
6.1泵选型 53
6.1.1污水提升泵 53
6.1.2污泥提升泵 53
6.2搅拌器选型 54
6.3曝气装备选型 54
6.4污泥脱水机选型 55
七、运行成本分析 56
7.1 构筑物造价 56
7.2劳动情况 56
7.3运行费用 57
7.3总费用 57
结论 58
第一章 绪论
1.1研究背景
随着国家经济的不断进步，医药科研实力的提升，我国的制药业发展十分快速。目前我国已能生产药品近万种，年产量百万吨，已经是世界上原料药品的第二生产大国[1]，生产的原料药品也出口至世界各国，我国的制药行业已然在世界拥有了巨大的影响力。
中国医药工业产能达世界的30%，未来我国的医药工业将会继续发展。与此同时，制药行业飞速发展也造成了制药废水的持续增多[2]，作为污染非常严重的企业，如果对制药废水的治理不够充分，没有去除其中的有毒有害物质，则会对生态环境造成严重的危害，排放出的有害物质甚至会通过生物链转移到人类生活，最终影响对人类健康产生巨大影响[3]。
制药业的产能不断增加，制药废水技术不断更迭，处理废水的技术成本不断增大，因此，提高制药废水的处理技术，根据不同特征废水选择合适方法，学习如何对制药废水进行有效处理显得尤为重要。
1.2制药废水特征概况
1.2.1制药废水来源
制药行业的污染是十分严重的[2]。很多药物来自于化学处理合成，通常成分复杂、难以降解、COD值高、盐分含量大，水质较为复杂，同时由于生产的间歇性，水量变化较大，各生产工艺污染物不同，制药废水的处理是业内公认的处理难题。不仅不同药物采用的生产工艺、合成方法不同，而且就算是相同的药物，生产所采用的工艺流程，药物合成方法也不尽相同[4]，这使得制药废水无论是种类还是数量都比较多。
对制药废水的分类一般有两种方法[1]，第一种是根据制药行业的污染物排出标准分类，第二种是按照合成工艺划分，也可以结合工艺流程和污染物排出标准对制药废水进行分类。制药业的合成工艺不同，可分如下几类[3]：微生物发酵废水、医药中间体制药废水、合成制药废水、制剂类制药废水；根据排出标准则可分类为生物发酵类废水、精制提纯类废水、合成制药废水等。
本课题中废水有三股。其中的高浓度废水主要来源于精制车间，水量很小，COD值高；中浓度废水主要来源于提取车间，水量较小，COD值较高；低浓度废水主要来源为其他几个车间排水和厂区员工生活污水，水量最大，COD值较低。高、中浓度废水水量波动频繁。
1.2.1制药废水特点
制药废水通常具有成分复杂，有机物含量高，难降解物质多，水质水量变化大，可生化性不高等特点。而不同的药品由于生产工艺，拥有不同的特点，大体可将各类不同的制药废水特点归类如下：
合成类药品[5]主要是通过不同化学物质进行复杂的化学反应，利用不同的催化剂，不同的物化环境，定向合成某种化学合成药品。因此所产生的制药废水成分复杂，包含生产物质残余，合成过程中的母液等，成分复杂并且可生化性较低，对微生物有抑制作用。
中成药[4]主要是从自然界的动物植物中提取有效成分，再进行精制，由于获取最终成品的途径不同，源对象也不同，此类废水含有的成分并不稳定，也常有色度问题的困扰。但此类废水的B/C比较高，酸碱度适中，沉降性能也较好，在沉降过程中就可去除大部分COD及污染物，后续的生化处理单元也可以对废水进行较好处理。
生物制药[4]主要利用微生物对物质进行发酵，或是利用微生物成长分泌的物质，从而得出目的药品。废水主要包括微生物发酵液体，洗涤微生物生存环境的废水，此类废水一般有毒，B/C比不高，SS含量高，pH值高低分布不均，抑制水处理单元中的微生物生长，是较难处理的废水。
本课题涉及到的化学合成制药废水特征有以下几点：（1）带有残余的有机物，如催化剂、生产物、反应物等，多种复杂有机物质使废水COD值上万，B/C比较低，可生化性不好。（2）可能含有较高的无机盐，生化处理受到不良影响。（3）生产状况不同，排放的废水有时碱度较高，有时酸度较高；（4）受生产状况影响，水质水量变化大。
1.3制药废水的处理现状
不同制药企业由于原料，生产工艺等并不相同，污染物也千差万别，但大多数废水在可生物降解的范围内[6]，制药废水的处理重难点在于废水中的有毒有害物质会影响生物活性，同时多数复杂有机物不能简单被生物降解，因此普遍采用预处理-厌氧-好氧-深度处理的工艺对制药业废水进行处理。
不同的制药废水采用不同的预处理方法。大多数制药厂采用化学氧化法、混凝沉淀法、高级氧化法、综合法，混凝沉淀法多运用于中成药废水[7]，以去除废水中的非溶解性悬浮物，同时后续的厌氧处理工艺也要求悬浮物浓度不能过高。而化学氧化法可提高废水的B/C比，满足生化条件，如铁碳微电解[8]可利用电化学氧化还原作用降解部分难生化降解的有机物。而考虑到铁碳微电解操作难度较高，工艺简单快捷高效的芬顿化学氧化法[8]被许多厂家青睐。
厌氧段普遍使用水解酸化法、升流式厌氧处理器（UASB）、折流厌氧板（ABR）[10]。好氧段[8, 10-12]常采用多级A/O工艺，生物接触氧化法，活性污泥法。
而部分废水如本课题中所述，还需要增加脱氮工艺，则需要设置缺氧段[12, 13]，采用A/O工艺、SBR工艺或在好氧段前增设水解酸化池等均可满足需求。
1.4制药废水处理工艺
1.4.2物化法
（1）混凝沉淀法
该处理技术在国内外的很多制药企业中得到了广泛应用，可以有效地提高工业废水处理效率，不需投入太多资金，操作起来也比较简单，是一种固液两相污染物分离处理技术，可以作为工业废水初步处理、中间处理及深度处理的关键技术[14]。该种混凝沉淀工艺技术起步较早，应用比较成熟，采用的工艺处理设备比较简单，后期的维护使用比较方便，操作人员很容易掌握，废水处理系统运行稳定性高。
钱清[15]对某维生素制药厂废水采用了混凝预处理方法。废水的COD值由20000 mg/L下降了60%。李宏[16]等对混凝处理进行了研究，在实验室最佳条件下，可去除85%以上的COD。
混凝处理工艺的缺点是对污水中的溶解性物质消除效率不高，无法有效地去除掉水体中的病原体、微生物和有害物质，同时对制药废水，尤其是高浓度废水不具有普适性。
（2）膜分离技术
在多数制药工厂中，膜技术在深度处理段中发挥了重要作用[17]。膜处理技术可以把有机物质及悬浮固体等消除掉，还可以把污水中的病原菌、可溶解盐类物质等进行过滤，可以获取到较高标准的再生水。反渗透技术可以对工业废水的二级出水进行脱盐处理，脱盐效率可以达到90%，水回收效率可以提升到70%，对化学需氧量和生物需氧量处理效率可以达到85%，细菌物质消除率可达到90%，也可以对磷、含氯化合物等进行很好地过滤处理。但应用过滤膜处理污水需要较大的资金，膜本身还会产生污染，使膜分离技术的推广相对迟缓。
（3）炭吸附
活性炭是是多孔物质，对废水中的污染物质可以起到吸附作用，可以大大减少污水中的色度、异味、有机物。
崔凤国等[18]在活性炭处理有机物的研究中提出，分子量在1000左右的微生物代谢产物，活性炭均可将其去除90%以上。
汤烜[19]利用活性炭吸附头孢噻肟钠，在实验室条件中，结果表明，在酸性条件下，调节活性炭用量和时间，可有效降低COD值，去除率可达50%以上。
1.4.2化学处理法
制药废水的预处理及后续处理中可以使用化学法，化学法包括化学氧化法，絮凝沉淀法，电解法，物化催化法等。其中Fenton（芬顿）试剂法在各行业废水的处理中都得到了普遍应用。
H2O2和Fe2 混合可以得到芬顿试剂，H2O2分解产生的·OH（自由基）可将大分子难降解物被分解为小分子有机物，或将其氧化为无机物降低污染[20]。Fenton法可适用于多种难降解物质，包括酚类、苯类、多环芳烃，适合处理多种成分复杂的废水[21]。
刘媛等[22]采用芬顿氧化-膨胀土吸附对高浓度盐酸溴己废水进行处理，可去除80%以上的COD。顾春红[23]等利用Fenton试剂，对含有硝基的制药废水进行处理，可去除60%以上的COD。
1.4.3生化法
该法广泛应用不同种类的污水处理，相关经验成熟，处理效果好，同时资源耗费低。制药废水成分复杂、毒性大、COD含量高，处理这类废水往往厌氧、好氧组合运行。
Guanglei Qiu[24]等人利用UASB-MBR工艺处理制药废水，优化工艺条件后，COD去除率可达98.7%，氨氮去除率可达98.5%。冯津津等[25]应对某制药厂工业废水，使用水解酸化作为厌氧工艺，后续多级氧化，可去除78.2%以上的COD，而对NH3-N的去除率可以达到99%以上，达到了相应排放标准。张华[11]等采用“ABR-MBR工艺处理制药废水，该工艺可适应间歇式生产，抗废水冲击性好。赵青宁[26]采用UASB-接触氧化工艺，可使废水中95%以上COD被去除，同时出水氨氮值低于5 mg/L，废水的毒性大大降低，可合格排放。张政[27]等采用ABR-SBR工艺处理了某合成制药厂的废水，证明在最佳反应条件下，COD值可达到相关排放标准。
1.4.4组合工艺
单一工艺往往不能应对复杂废水，各工艺组合往往能发挥不同长处，一般运用预处理方法使废水可以满足后续生化处理，在生化处理后设置深度处理单元满足国家排放标准。
刘冠柱[9]利用芬顿-ABR-MBR工艺提高了制药废水的可生化性，此工艺对高浓度制药废水处理效果明显。张宇鹏[6]使用铁炭微电解作为预处理单元，后续ABR-SBR工艺处理制药废水，可降低99%以上的COD值，降低氮磷值94%以上。
1.5小结
制药废水处理可分为三个步骤，预处理提高可生化性，厌氧处理进一步分解有毒或难降解物质，好氧处理分解绝大部分有机物。可以采用芬顿进行预处理，再进行厌氧好氧组合处理。而根据废水特征，我们希望厌氧段操作较为简单，好氧段可以满足处理效率高、容积负荷高、污泥产量少、抗冲击能力强、工艺运行稳定。
第二章 工艺设计方案的确定
2.1原水概况
按高浓度、中浓度和低浓度进行分类收集、生活污水进低浓度废水管道。高浓度废水水量150 m3/d，COD为10000 mg/L；中浓度废水水量400 m3/d，COD为6000 mg/L；低浓度废水不同来源的低浓度废水水量1100 m3/d，COD为1000 mg/L。
表2-1 原水概况
项目 | 水量 m3/d | 水量max m3/d | COD mg/L | BOD5 mg/L | SS mg/L | 氨氮 mg/L | |||||||
高浓度废水 | 150 | 210 | 10000 | 2300 | 500 | 300 | |||||||
中浓度废水 | 400 | 560 | 6000 | 1500 | 300 | 120 | |||||||
低浓度废水 | 1100 | 1540 | 1000 | 500 | 100 | 100 | |||||||
高、中浓度混合 | 550 | 770 | 7091 | 1718 | 355 | 169 | |||||||
三股废水混合 | 1650 | 2310 | 3030 | 996 | 185 | 123 |
查阅相关经验数据可知，对于制药废水：。
高、中浓度废水混合后水量为550 m3/d，最大水量770 m3/d。COD为7091 mg/L，BOD为1718 mg/L，SS为355 mg/L，氨氮为169 mg/L，B/C比为0.24，可生化性差。
三股废水若直接混合，水量为1650 m3/d，最大水量2310 m3/d。COD为3030 mg/L，BOD为906 mg/L，SS为185 mg/L，氨氮为123 mg/L，B/C比为0.3，可生化性一般。
2.2出水要求及水质分析
表2-2 A级标准指标（mg/L）
COD | BOD5 | SS | 氨氮 |
≤500 | ≤350 | ≤400 | ≤45 |
制药废水高、中浓度废水混合后COD、SS浓度比低浓度废水高许多，并且B/C比只有0.24。而低浓度废水B/C比为0.5，可生化性较好，可直接进入生化处理。
而高、中浓度废水需要提高可生化性，需要添加预处理环节。为节省资源、发挥经济效益，可将高浓度废水、中浓度废水混合起来做预处理，再与低浓度废水混合起来进行生化处理。
废水有机物成分较高，单纯的厌氧或好氧工艺去除率无法达到处理要求，因此采用厌氧 好氧的处理方法。
2.3工艺选择设计
2.3.1预处理
在进行正式处理之前，需对废水进行预处理，提高废水的可生化性，以进行下一步的生化处理。结合上述预处理工艺的特点，如下表所示，反应效果，二次污染，投资成本和运行成本等方面，对三种化学预处理技术的优缺点进行了比较，如表2-3。
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