200m3d制药废水处理工程技术方案.docx
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200m3d制药废水处理工程技术方案
200m3/d制药废水处理工程
技术方案
第一章总述
1.1工程概况
制药行业是我国传统支柱产业。
随着国民经济的快速发展，制药企业迅速发展。
制药行业是工业废水的来源之一。
制药废水包括四种类型的废水，即有机合成药物废水、无机合成药物废水、抗生素废水和草药生产废水。
这些废水具有浓度高、色度深、含难降解和对生物产生抑制作用的毒性物质以及间歇排放的特点。
此种废水如不加以处理，会对水体和周围环境造成一定污染。
为了保护环境，同时使企业能长期生存发展，公司领导决定在厂区内建一座200m3/d的污水处理站，所排废水经污水处理站处理达到《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906-2008）表2中的限值后排入市政管网。
我公司受业主的委托，根据业主提供的污水水量、水质资料，借鉴相关工程实际运行经验，本着“技术成熟可靠”、“运行稳定”、“工艺流程简单”、“便于管理”、“易维修维护”、“投资少”、“运行费用低”的原则，编制了该设计方案，供业主和有关部门决策参考。
1.2设计依据及规范标准
1、设计依据
（1）建设单位提供的污水水量、水质等基础设计资料。
（2）《中华人民共和国环境保护法》1989年12月
（3）《中华人民共和国水污染防治法》1996年05月
（4）《中华人民共和国水污染防治实施细则》1989年7月
（5）《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》1995年10月
（6）《中华人民共和国环境噪声污染防治法》1996年10月
（7）《中华人民共和国大气污染防治法》2000年09月
2、规范标准
（1）《中药类制药工业水污染物排放标准》GB21906-2008
（2）《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002
（3）《室外排水设计规范》GB50014-2006
（4）《地下工程防水技术规范》GBJ16-1987
（5）《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002
（6）《混凝土结构设计规范》GB50010-2001
（7）《工业企业厂界噪声标准》GB12348-1990
（8）《恶臭污染物排放标准》GB14554-93
（9）《机械设备安装工程施工及验收规范》GB50231-98
（10）《电气装置施工及验收规范》GBJ232-82
（11）《工业与民用供配电系统设计规范》GB50052-92
（12）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-97
（13）《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98
（14）《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235/97
（15）《水处理设备制造技术条件》JB/T2932-99
（16）必须遵守的国家和地方法律、法规及相关技术规范、标准。
1.3设计原则
（1）根据国家相关环保标准、国际国内污水处理技术水平，结合企业现状，采用成熟、先进的污水处理工艺，控制工程造价，降低处理成本，使处理出水稳定达标；
（2）采用低耗、高效、易操作、便管理的技术及设备，最大限度地节约运行费用，减轻劳动强度；
（3）长期运行的稳定性。
在工艺选择和工程设计时充分考虑气候、季节变化对处理效果影响，采取可靠的保证措施，使处理站能长期、稳定运行；
（4）合理的高程布置，紧凑的平面布局，明快的设计功能区划分，力求在满足相关要求的前提下，实现优化设计，减少对周边环境的不利影响，减少占地面积，节约项目投资；
（5）高效的管理。
对主要的工艺环节都采取自动控制和中央控制，降低管理工作量和运行控制的复杂程度，尽可能的减少由于人为操作对系统造成的影响，力求管理方便、安全可靠、经济实用；
（6）对可能产生的污染源采取全过程、全范围的收集、控制，避免二次污染。
1.4设计范围
（1）厂区污水全部汇集于污水站总进水口开始到总排放口为止，不包括废水的收集管网及废水排出界区的外排水管网。
（2）污水处理工程界区内工艺流程（包括污水处理、污泥处理和废气处理）、电气自控系统、工艺设备选型等设计工作，不包括污水处理站的建筑、结构、照明、给排水及暖通等工程的设计与施工，只提供相关的土建条件图。
（3）污水处理工程的动力配线，由业主将主电源引至污水工程的配电控制箱，配电分配箱至各电器使用点将由我公司负责。
第二章工艺设计
2.1设计参数
2.1.1处理规模
根据业主要求，污水处理站设计规模为200m3/d，折合为8.33m3/h，本次设计按10m3/h计算，每天运行20小时。
2.1.2进水水质
根据业主提供的水质检测报告，本工程污水站进水水质如下表所示：
表2-1原水水质数据表
序号
控制项目
设计原水水质
单位
1
CODcr
9130
mg/L
2
BOD5
1940
mg/L
3
SS
830
mg/L
4
氨氮
6.5
mg/L
5
色度
80
稀释倍数
6
PH
3.78
无量纲
2.1.3出水水质
本次设计经处理后的水质达到《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906-2008）表2中的浓度限值。
具体水质指标如下表2-2所示：
表2-2最高允许排放浓度
序号
项目
设计出水水质
单位
1
CODcr
≤100
mg/L
2
BOD5
≤20
mg/L
3
SS
≤50
mg/L
4
氨氮
≤8
mg/L
5
色度
≤50
稀释倍数
6
PH
6～9
无量纲
2.2工艺选择
2.2.1废水水质组成
本工程综合废水主要为中药（咽炎片）生产废水，其中含有有少量西药（青霉素）生产废水和厂区生活污水组成。
2.2.2废水来源及特点
1、中药类制药废水
中成药生产过程的浸泡、洗药、煮药、蒸煮、提取、蒸发浓缩、离心过滤、出渣、干燥工段都需要以水为载体。
中药制药废水中主要含有各种天然的有机物，其主要成分为糖类、有机酸、苷类、蒽醌、木质素、生物碱、但宁、鞣质、蛋白质、淀粉及它们的水解物等。
制药废水中含有许多生物难降解的环状化合物、杂环化合物、有机磷、有机氯、苯酚及不饱和脂肪类化合物。
这些物质的去除或转化是制药废水COD去除的重要途径。
中药材废水主要为高浓度有机废水，对于中药制药工业，由于药物生产过程中不同药物品种和生产工艺不同，所产生的废水水质及水量有很大的差别，废水水质、水量经常波动，极不稳定。
中药废水的另一个特点是有机污染物浓度高，悬浮物，尤其是木质素等比重较轻、难于沉淀的有机物含量高，色度较高，多为间歇排放，污水成分复杂，水质水量变化较大。
2、西药（青霉素）生产废水
主要为发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程的萃取余液、经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液、离子交换过程中排出的吸附废液、水中不溶性抗生素的发酵过滤液以及染菌倒罐废液等。
这些成分浓度高，CODCr浓度可达15000～80000mg/L。
由本项目废水的来源、特点以及水质资料可见本项目排放的废水水质较为复杂，污染物含量较高，种类较多，可生化性差，处理难度大，本次设计拟采用“物化预处理+厌氧+好氧生物法+深度处理”多种技术联合的处理方式。
2.3工艺技术简介
2.3.1物化预处理工艺
预处理系统主要考虑的功能是改善废水的水质，该阶段旨在除去污水中的大部分悬浮物及调节PH等。
已经应用的预处理方法，大约有以下几种：
自然沉降分离法、机械过滤法、化学混凝沉淀法、气浮法、铁碳微电解、化学强氧化等。
（1）自然沉降分离法
自然沉降分离法系指固体物与液体介质密度相差悬殊，固体物靠自身重量自然下沉，使固体与液体分离的一种方法，运行成本较低。
该方法对废水中固体物含量少，粒子细而轻者不宜使用。
（2）机械过滤法
机械过滤法系指通过机械设备的运行，在一定压力的条件下使废水通过过滤层，截留废水中的悬浮物，以达到净化水质的目的，该法需要消耗一定动力，分离效果好，适用范围较广，也可作为深度处理工艺。
（3）化学混凝沉淀法
化学混凝法是凝聚和絮凝作用的总称。
它们是向废水投加混凝剂，使水中胶体悬浮颗粒失去稳定后，由于互相碰撞和附聚搭接而成为较大颗粒和絮体，从而易于从水中沉淀分离出来的过程。
特别对高分子混凝剂来说，废水中的胶体颗粒对这类高分子物质具有强烈的吸附作用，它可以在相距较远的两胶粒之间进行吸附架桥，由于吸附微粒间的电荷中和，最终形成肉眼可见的絮凝体。
（4）气浮法
气浮法也称浮选法，浮选净化技术是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理新技术。
其原理是设法使水中产生大量的微气泡，以形成水、气、及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的细小悬浮油珠及固体颗粒上，随气泡一起上浮到水面形成浮渣，从而完成固、液分离的一种新的方法。
（5）铁碳微电解
反应原理：
铁屑对絮体的电附集和对反应的催化作用。
电池反应产物的混凝，新生絮体的吸附和床层的过滤等作用的综合效应的结果。
其中主要作用是氧化还原和电附集，铁碳填料的主要成分是铁和碳，当将其浸入电解质溶液中时，由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的Fe2+进入废水，进而氧化成Fe3+，形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。
阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使有机大分子发生断链降解，从而消除了有机物的色度，提高了废水的可生化度，且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-，这使得废水的pH值也有所提高。
当废水与铁碳接触后发生如下电化学反应：
阳极：
Fe-2e-→FeEo（Fe/Fe）=0.4
阴极：
2H++2e-→H2Eo（H+/H2）=0V
当有氧存在时,阴极反应如下：
O2+4H++4e-→2H2OEo（O2）=1.23V
O2+2H2O+4e-→4OH-Eo（O2/OH-）=0.41V
生化性能改善和色度去除的机理：
微电解对色度去除有明显的效果。
这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力，可使某些有机物的发色基团硝基-NO2、亚硝基-NO还原成胺基-NH2，另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物；新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团（如羧基-COOH、偶氮基-N=N-）的双键打开，使发色基团破坏而除去色度，使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。
此外，二价和三价铁离子都是良好的絮凝剂，特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附、絮凝活性，调节废水的pH值可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，可进一步降低废水的色度，同时去除部分有机污染物，使废水得到净化。
（6）芬顿试剂强氧化
芬顿试剂是以亚铁离子（Fe2+）为催化剂用过氧化氢（H2O2）进行化学氧化的废水处理方法。
由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，也称芬顿试剂，它能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。
其反应机理如下：
Fe2++H2O2→Fe3++OH－+ ·OH
从上式可以看出，1mol的H2O2与1mol的Fe2+反应后生成1mol的Fe3+，同时伴随生成1mol的OH－外加1mol的羟基自由基。
正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。
据计算在pH=4 的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2.73V。
在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。
因此，持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。
根据我公司在污水处理领域的成功工程经验，以及各种预处理方法的综合比较，我公司采用“铁碳微电解+芬顿强氧化+混凝沉淀”并辅助投加混凝剂对制药废水进行预处理，以去除大部分悬浮物和木质素等比重较轻、难于沉淀的有机物以及色度，并提高废水的可生化性，为后面的生化处理提供有利条件。
2.3.2水解酸化工艺
有机物厌氧降解一般分为以下分四个阶段：
①水解阶段：
水解阶段将水中大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸（醇类、醛类、酮类），然后渗入细胞内，参与的微生物主要是兼性细菌及专性厌氧菌。
②酸化阶段：
水解后小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生，此阶段的速度较快。
③产乙酸阶段
在此阶段，水解、酸化的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。
④产甲烷阶段：
这一阶段是将第三阶段的产物还原成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质，有机物得以从水中去除，参与的微生物为绝对的厌氧菌（产甲烷菌）。
完成厌氧生物反应的水解、酸化、产乙酸、产甲烷四个阶段，整个过程需时很长，但其中水解、酸化阶段反应条件温和、速率快。
水解酸化是兼氧厌氧技术，兼性菌（主要是产酸菌）在缺氧或厌氧条件下，将废水中结构比较复杂的大分子有机物分解成小分子中间产物。
同时，部分有毒物质及一些带色基团的分子键被打开，降低了废水中有毒物质的浓度，可生化性得以提高，为后续好氧生化反应提供了优质底物，给好氧过程创造了条件。
2.3.3接触氧化工艺
生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内填充填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。
在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中的有机污染物得到去除，污水得到净化，因此生物接触氧化处理技术，又称为“淹没式生物滤池”。
另一实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需要的氧，并起到搅拌与混合作用，这样，这种技术又相当于在曝气池内充填微生物栖息的填料，因此又称为“接触曝气法”。
生物接触氧化法的主要特征是，采用浸没在水中高孔隙率、大比表面积的填料，在其表面为微生物附着生长提供好氧生物膜。
因其表面积大，可附着的生物量大，同时因其孔隙率大，基质的进入和代谢产物的移出，以及生物膜的自身更新脱落，均较为通畅，使得生物膜能保持高得活性和较高得生化反应速率。
接触氧化是一种以生物膜法为主兼有活性污泥法的生物处理技术。
由于大量微生物被固定在填料层表面，形成高浓度的污泥床，俗称生物膜，它具有较强的耐负荷冲击，且悬浮性活性污泥较少，因此避免了污泥膨胀的风险。
此阶段产关键在于填料层的生物培养与落床，只要运行初期将此项工作做好，运行期间基本不用过问其他问题。
2.4工艺流程图
2.5工艺流程说明
厂区废水经过收集后汇于总管首先进入格栅渠，设置机械格栅1台，拦截污水中大颗粒的悬浮物、漂浮物等物质，减轻后续处理单元的负荷，以保护水泵以及后续的处理设施。
经格栅拦截后的污水自流进入初沉池初步沉淀后进入调节池进行水量调节和水质均化。
调节池内设置污水提升泵2台（1用1备），采用液位控制方式，高液位启动，低液位停止。
由于厂区排水PH值在3～5之间，此时只需少量投加酸、碱以满足稳定的铁碳微电解反应条件（PH=3～4），稳定均化后的废水经调节池污水提升泵提升至铁碳微电解塔，经微电解反应后的污水PH会略有提升，此时投加稀硫酸，将污水PH值调回3～4后进入芬顿强氧化池，通过投加双氧水（简称H2O2）和七水合硫酸亚铁（简称FeSO4.7H2O）进行芬顿试剂氧化，生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。
芬顿强氧化池出水自流进入混凝沉淀池，通过向反应区内投加碱液将污水PH值调至7～9之间，再投加混凝剂和助凝剂（PAC和PAM），在机械搅拌的作用下使废水与药液充分反应，经絮凝沉淀后产生絮凝物在斜板沉淀区与水分离，去除污水中的色度、浊度以及悬浮性有机物等。
混凝沉淀池出水自流进入水解酸化池。
水解酸化池内安装立体弹性填料，以增加单位体积内的微生物量，在大量水解细菌、酸化菌作用下，将大分子不易降解的污染物质，水解为小分子易于降解的物质，进而提高污水的可生化性，为后续处理工艺奠定基础，提高处理效率，出水自流进入接触氧化池
接触氧化池内填充有足够的活性污泥菌种和生物填料，并设高效率充氧曝气系统，布水布气性能好，氧利用率高。
污水在有氧的条件下利用填料上附着的微生物膜和混合液活性污泥中的微生物将污水中的有机物质分解，以去除大部分有机污染物，如CODcr、BOD5等及少量氨氮，接触氧化池设置在线DO测定仪，监测曝气池溶解氧并上传至PLC控制变频器调整风机转速，保持曝气池中的DO=2～3mg/L。
接触氧化池出水自流进入二沉池进行泥水分离，上清液自流进入中间水池，池内设过滤泵2台（1用1备），采用液位控制方式，高液位启动，低液位停止。
污水经过滤泵增压提升至石英砂、活性炭过滤器深度处理净化后排入消毒清水池，投加消毒剂灭菌后经在线监测系统检测达标排放。
格栅产生的栅渣外运填埋处理，初沉池、混凝沉淀池及二沉池剩余污泥排入污泥池，池内设污泥泵2台（1用1备），定期排泥至污泥浓缩罐进行浓缩减量化处理。
污泥浓缩罐内的浓缩污泥由螺杆泵提升至叠螺式污泥脱水机脱水后，泥饼外运填埋处理。
污泥脱水系统根据污泥池内的污泥量自行决定，人工操作随时启停。
调节池、铁碳微电解塔、强氧化池、混凝沉淀池、水解酸化池、接触氧化池、污泥池等易于产生的臭气异味的水池采用带盖封闭式结构，并经管路收集后输送至废气处理装置进行除臭后高空排放。
2.6污染物去除率分析
序号
名称
COD
（mg/L）
BOD5
（mg/L）
SS（mg/L）
NH3-N
（mg/L）
PH
1
格栅+初沉池+调节池
进水水质
9130
1940
830
6.5
3-5
出水水质
8217
1746
747
6.5
3-5
去除率
10%
10%
10%
—
—
4
铁碳微电解塔
进水水质
8217
1746
747
6.5
3-5
出水水质
4108.5
1047.6
747
6.5
3-5
去除率
50%
40%
—
—
—
7
芬顿氧化池
进水水质
4108.5
1047.6
747
6.5
3-5
出水水质
3286.8
890.46
747
6.5
4-7
去除率
20%
15%
—
—
—
10
混凝沉淀池
进水水质
3286.8
890.46
747
6.5
4-7
出水水质
2300
667.85
299
6.5
6-9
去除率
30%
25%
60%
—
—
13
水解酸化池
进水水质
2300
667.85
299
6.5
6-9
出水水质
1495
467.49
299
6.5
6-9
去除率
35%
30%
—
—
—
16
接触氧化池
进水水质
1495
467.49
299
6.5
6-9
出水水质
119.6
23.37
299
5.2
6-9
去除率
92%
95%
—
20%
—
19
二沉+中间水池
进水水质
119.6
23.37
299
5.2
6-9
出水水质
119.6
23.37
59.76
5.2
6-9
去除率
—
—
80%
—
—
22
两级过滤器
进水水质
119.6
23.37
59.76
5.2
6-9
出水水质
95.68
18.7
41.83
5.2
6-9
去除率
20%
20%
30%
—
—
25
消毒清水池
进水水质
95.68
18.7
41.83
5.2
6-9
出水水质
95.68
18.7
41.83
5.2
6-9
去除率
—
—
—
—
—
28
排放标准：
GB21906-2008
100
20
50
8
6-9
第三章设备设施参数设计
3.1污水处理系统
3.1.1格栅渠
（1）功能：
以格栅拦截污水中大颗粒的悬浮物、漂浮物等物质，减轻后续处理负荷，以保护水泵以及后续的处理设施。
（2）结构形式：
（地下式）钢筋混凝土结构。
（3）设计参数：
规格尺寸：
L×B×H=2.0m×0.6m×2.5m
进水标高：
暂按-2.0m考虑
数量：
1座
（4）配套设备
a.回转式格栅除污机
型号：
GSHZ-500
栅条间隙：
b=5mm
电机功率：
0.75KW
材质：
不锈钢304
数量：
1台
b.栅渣小车
规格：
600×500×500mm
材质：
不锈钢304
数量：
1台
3.1.2初沉池
（1）功能：
去除污水中的大部分悬浮物。
（2）结构形式：
（地下式）钢筋混凝土结构。
（3）设计参数：
规格尺寸：
L×B×H=6.0m×4.0m×5.0m
有效水深：
2.0m
有效容积：
40m3
沉淀时间：
4h
数量：
1座
（4）配套设备
a.一级提升泵（潜污泵，液位控制自动运行）
型号：
65WQ30-10-2.2
流量：
30m3/h
扬程：
10m
电机功率：
2.2KW
配套：
耦合装置、导轨、导链
数量：
2台（1用1备）
b.排泥泵（潜污泵，液位控制自动运行）
型号：
50WQ10-10-0.75
流量：
10m3/h
扬程：
10m
电机功率：
0.75KW
配套：
耦合装置、导轨、导链
数量：
1台
c.投入式液位计
量程：
0～5m
输出信号：
4-20mA
数量：
1套
3.1.3调节池
（1）功能：
调节水量、均化水质，减少冲击负荷。
（2）结构形式：
（地下式）钢筋混凝土结构。
（3）设计参数：
规格尺寸：
L×B×H=10.0m×6.0m×5.0m
有效水深：
4.3m
有效容积：
240m3
停留时间：
24h
数量：
1座
（4）配套设备
a.二级提升泵（潜污泵，液位控制自动运行）
型号：
50WQ10-10-0.75
流量：
10m3/h
扬程：
10m
电机功率：
0.75KW
配套：
耦合装置、导轨、导链
数量：
2台（1用1备）
b.投入式位计
量程：
0~5m
输出信号：
4-20mA
数量：
1套
c.曝气穿孔管
型号：
DN50
材质：
ABS
数量：
1套
d.在线PH计
规格：
0.0～14.0pH
输出信号：
4-20mA
数量：
1套
3.1.4事故池
（1）功能：
停电、检修等污水处理设备无法运行期间污水暂存。
（2）结构形式：
（地下式）钢筋混凝土结构。
（3）设计参数：
规格尺寸：
L×B×H=8.0m×6.0m×5.0m
有效水深：
4.0m
有效容积：
200m3
数量：
1座
（4）配套设备
a.事故泵（潜污泵，液位控制自动运行）
型号：
50WQ10-10-0.75
流量：
10m3/h
扬程：
10m
电机功率：
0.75KW
配套：
耦合装置、导轨、导链
数量：
1台
b.投入式位计
量程：
0~5m
输出信号：
4-20mA
数量：
1套
3.1.5PH调节槽
（1）功能：
通过酸、碱投加装置调整污水PH值（控制范围PH=3～4）。
（2）设备形式：
（地上式）碳钢防腐结构。
（3）设计参数：
规格尺寸：
L×B×H=3000×1000×3500mm
有效水深：
3.0m
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