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1、工程概況

隨著我國(guó)制藥行業(yè)的迅速發(fā)展，其年均廢水排放量達(dá)到了6×108m3/a，是重要的污染源之一。由于制藥廢水成分復(fù)雜，水質(zhì)變化大，常含有高濃度的COD和氨氮，導(dǎo)致其達(dá)標(biāo)排放困難，屬于較難處理的有機(jī)廢水。

某醫(yī)藥公司主營(yíng)14種醫(yī)藥制劑和原料藥，在制藥生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量高濃度有機(jī)廢水，主要含有乙酸乙酯、甲醇和二甲基乙酰胺等污染物，其COD、氨氮和無機(jī)鹽等濃度均相對(duì)較高，遠(yuǎn)超相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。目前該廠區(qū)綜合廢水量約為771.5m3/d，考慮到企業(yè)今后會(huì)增加產(chǎn)能，預(yù)留相應(yīng)廢水增量，因此該工程設(shè)計(jì)水量定為1500m3/d。廢水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

其中，廢水排放執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，氨氮和TP分別執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廢水氮、磷污染物間接排放限值》（DB33/887—2013）“其他企業(yè)”中的35mg/L和8mg/L排放限值。

2、處理工藝

2.1 工藝設(shè)計(jì)與說明

目前，根據(jù)制藥廢水的特點(diǎn)，多采用以生化為主、物化為輔的處理工藝，如混凝、高級(jí)氧化、水解酸化、缺氧/好氧（A/O）、膜生物反應(yīng)器（MBR）等。根據(jù)該企業(yè)的生產(chǎn)情況和同類工程成功經(jīng)驗(yàn)，確定采用混凝沉淀/兩級(jí)水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反應(yīng)器處理工藝。由于廢水中含有的高濃度有機(jī)物和鹽度會(huì)抑制微生物的活性，因此在生化處理前需進(jìn)行脫溶、脫鹽和混凝預(yù)處理。廢水及污泥處理工藝流程見圖1。

主要處理單元運(yùn)行參數(shù)見表2。

由圖1和表2可知，廢水在綜合調(diào)節(jié)池配水后自流進(jìn)入混凝初沉池，池中加入混凝劑并攪拌，在泥水分離區(qū)去除部分有機(jī)物和懸浮物且提高廢水可生化性，減少后續(xù)生物處理負(fù)荷。上清液進(jìn)入集水池2，加壓輸送至水解塔，再經(jīng)中間池進(jìn)入水解酸化池。經(jīng)兩級(jí)水解處理后可顯著去除廢水中COD并進(jìn)一步提高廢水可生化性，為后續(xù)生化處理提供條件。由于過高或過低的MLSS都會(huì)導(dǎo)致水解酸化效果差，結(jié)合工程實(shí)際將該水解塔和水解酸化池的MLSS控制在6000mg/L左右。廢水經(jīng)水解酸化池處理后進(jìn)入A/O池，通過控制部分硝化液回流、污泥回流和排泥達(dá)到脫氮除磷并去除有機(jī)物的作用。通常A/O工藝的MLSS控制在2500~3500mg/L，由于該廠區(qū)A/O池較多，易導(dǎo)致污泥分布不均，故控制A/O池MLSS約為4000mg/L（均不小于2500mg/L），以保障對(duì)污染物的去除效率。A池通過液下攪拌實(shí)現(xiàn)兼氧處理效果。O池內(nèi)設(shè)置微孔曝氣。O池出水進(jìn)入MBR池實(shí)現(xiàn)泥水分離，將活性污泥截留在生化池，從而提高生化池的污泥濃度和生化速率，且通過膜過濾后可進(jìn)一步提升出水水質(zhì)，保障達(dá)標(biāo)排放。其中，MBR膜組件采用中空纖維濾膜，以10L/（m2·h）的膜通量運(yùn)行，由于該條件下膜污染率較低，可相應(yīng)降低運(yùn)行費(fèi)用。在運(yùn)行過程中，MBR池MLSS基本維持在12000mg/L，源于其微生物增殖和自身消化達(dá)到了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。由于水質(zhì)波動(dòng)較大，為防止廢水處理的非正常運(yùn)行而導(dǎo)致不達(dá)標(biāo)排放，特設(shè)置監(jiān)控池。若廢水未達(dá)標(biāo)，則通過管道收集到事故池，處理達(dá)標(biāo)后再納管排放。廢水處理過程中A/O池、MBR池產(chǎn)生的剩余污泥和混凝初沉池污泥一并進(jìn)入污泥濃縮池，經(jīng)加壓輸送至污泥壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，處理后的污泥委托有資質(zhì)的單位進(jìn)一步處置，濾液經(jīng)收集后送至廢水綜合調(diào)節(jié)池。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

①綜合調(diào)節(jié)池。半地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座，工藝尺寸分別為11.10m×16.50m×5.50m和3.20m×6.00m×5.50m，有效水深4.7m，停留時(shí)間15.1h。設(shè)超聲波液位計(jì)、pH自動(dòng)檢測(cè)儀、曝氣系統(tǒng)和提升泵（1用1備，Q=65m3/h，H=170kPa，N=5.5kW）。其中曝氣采用空氣攪拌，攪拌氣量為1m3（/m3·h）。

②RTC反應(yīng)器（水解塔）。1臺(tái)，工藝尺寸為?8.0m×20.0m，液下部分為碳鋼防腐，液上部分為316L不銹鋼材質(zhì)，配填料、提升泵、中間水箱、中間水箱提升泵和蒸汽加熱系統(tǒng)（考慮到今后幾年公司要發(fā)展新項(xiàng)目，提前規(guī)劃）。按照進(jìn)水平均COD為2700mg/L，確定設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為5.9kgCOD/（m3·d）。水解塔是該工藝最主要構(gòu)筑物，通過懸浮污泥層及填料層的微生物降解污染物，具有占地面積小、處理效率高等特點(diǎn)。其中底部填料層具有使污泥懸浮和均勻布水的作用，蒸汽加熱系統(tǒng)起控溫作用，在冬季低溫時(shí)需提高水溫以使微生物保持較高活性。

③水解酸化池。半地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座，工藝尺寸為10.85m×8.70m×8.50m，有效水深為7.9m，單座有效容積為745.7m3，容積負(fù)荷為2.7kgCOD/（m3·d），配填料、潛水?dāng)嚢铏C(jī)（8套，N=4.0kW，單位容積攪拌功率為21.5W/m3）、污水循環(huán)泵和管道混合器。

④A池。半地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座，工藝尺寸為10.85m×8.70m×8.50m，有效水深為7.8m，單座有效容積為736.3m3，MLSS為4000mg/L，配DO測(cè)定儀、潛水?dāng)嚢铏C(jī)。按去除總氮63mg/L計(jì)，確定設(shè)計(jì)反硝化負(fù)荷為0.032kgTN/（kgMLSS·d）。

⑤O池。半地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，4座，工藝尺寸為10.85m×6.08m×6.50m，有效水深為5.2m，單座有效容積為343m3，MLSS為4000mg/L，有機(jī)負(fù)荷為0.33kgCOD/（kgMLSS·d），硝化負(fù)荷為0.04kgTN/（kgMLSS·d），配曝氣系統(tǒng)、DO測(cè)定儀和污水回流泵。其中O池曝氣量根據(jù)氣水比15∶1計(jì)算為15.63m3/min，好氧池回流至缺氧池的回流比為200%。

⑥MBR池。半地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座，工藝尺寸為10.85m×5.00m×6.50m，單座有效容積為271.2m3，有效水深為5.0m，配布水裝置、曝氣系統(tǒng)、污泥泵和MBR系統(tǒng)。其中MBR回流至好氧池的回流比為400%。⑦排放池（監(jiān)控池）。半地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座，工藝尺寸為12.70m×4.70m×3.20m，有效水深為3.0m，有效容積為179m3，停留時(shí)間為3h，配超聲波液位計(jì)、提升泵（1用1備，Q=65m3/h，H=275kPa，N=11kW）。

3、工藝調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果

3.1 工藝調(diào)試

①接種污泥

生化系統(tǒng)接種污泥取自工業(yè)園區(qū)污水處理廠，脫水后活性污泥含水率約80%，污泥投加量為100t，各池投加泥量為池容的2%~5%。通入COD為600mg/L的污水，水位約占運(yùn)行水位的4/5，按C∶N∶P=100∶5∶1的比例投加培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。水解塔內(nèi)循環(huán)、水解酸化和A池?cái)嚢枧囵B(yǎng)5d，好氧池持續(xù)悶曝一周后，SV30達(dá)到15%，出水COD降到300mg/L，COD去除率達(dá)到50%，且填料上菌膠團(tuán)鏡檢微生物豐富，表明接種完成。

②水解塔和水解酸化池調(diào)試

接種后，間歇通入混凝初沉池出水，啟動(dòng)階段進(jìn)水COD控制在2000~3000mg/L，pH為6~8，溫度為30~35℃?？刂艱O在0.5mg/L以內(nèi)，使微生物適應(yīng)新的環(huán)境，培養(yǎng)水解菌。調(diào)試初期需控制運(yùn)行水量，逐步提高進(jìn)水負(fù)荷。調(diào)試期間減少排泥量，控制污泥齡為10d。在進(jìn)水停止后根據(jù)污泥濃度進(jìn)行補(bǔ)泥，使MLSS保持在6g/L左右。監(jiān)測(cè)進(jìn)、出水的B/C和COD，若COD處理效率達(dá)到40%，則提高20%進(jìn)水量，逐步增加水量至正常值。水解塔出水進(jìn)入水解酸化池，調(diào)試方法與水解塔相同。調(diào)試歷時(shí)一個(gè)月，水解塔和水解酸化池產(chǎn)氣明顯，污泥變黑，水解塔使廢水B/C從0.1升至0.2且COD去除率提高至50%，水解酸化池使廢水B/C從0.2升至0.6且COD去除率提高至70%，即為調(diào)試完成。

③A/O池調(diào)試

接種后，通入少量水解酸化池污水，將A池和O池的DO分別控制在0~0.5mg/L和2~4mg/L培養(yǎng)反硝化菌和硝化菌，其中O池曝氣量根據(jù)DO值由5m3/min逐步提高至15m3/min。當(dāng)MLSS>2000mg/L時(shí)開始內(nèi)回流，隨著MLSS升高，回流比從50%逐步提高至200%。投加葡萄糖至A池保持C∶N>4，投加NaHCO3到O池保持堿度（以CaCO3計(jì)）>100mg/L，保障A/O工藝運(yùn)行。調(diào)試歷時(shí)兩個(gè)月，A池和O池的SV30穩(wěn)定保持在20%~30%，A池COD去除率提高到60%，O池COD和氨氮去除率分別提高到60%和70%，表明調(diào)試完成。

④MBR調(diào)試

污泥馴化結(jié)束時(shí)開始MBR調(diào)試，通入污水和污泥，連續(xù)曝氣并控制DO為2~4mg/L，逐步遞增膜通量。當(dāng)反應(yīng)池MLSS達(dá)到8000mg/L時(shí)，控制出水量為20m3/h。當(dāng)反應(yīng)池MLSS達(dá)到12000mg/L時(shí)，逐步加大出水量至65m3/h。每日監(jiān)測(cè)水池進(jìn)、出水水質(zhì)和污泥特性指標(biāo)，調(diào)試20d后出水COD、氨氮等指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，即調(diào)試完成。調(diào)試和運(yùn)行過程中均采取低值恒膜通量過濾和間歇出水等方法減少膜的污染。

3.2 運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)調(diào)試完畢后即投入運(yùn)行，各工藝單元運(yùn)行正常，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2018年12月—2021年3月的平均污染物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表3所示。

由表3可知，采用混凝沉淀/兩級(jí)水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反應(yīng)器工藝處理制藥廢水是可行的，在進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大且濃度較高的情況下可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)。

4、工程效益分析

該改造工程總投資為2500萬元。運(yùn)行費(fèi)用：電費(fèi)4.4元/m3，耗電量7338.66kW·h/d，平均電價(jià)為0.90元（/kW·h）；藥劑費(fèi)為2.29元/m3，陽離子PAM為45元/d，陰離子PAM為162元/d，PAC為836元/d，酸、堿均為2400元/d；人工費(fèi)為0.62元/m3，4名操作工，費(fèi)用為7萬元（/人·a），按生產(chǎn)時(shí)間為300d/a計(jì)；水費(fèi)為0.05元/m3，日耗自來水20m3/d，水價(jià)按3.5元/m3計(jì)，以上共計(jì)7.36元/m3。

5、結(jié)論

采用混凝沉淀/兩級(jí)水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反應(yīng)器組合工藝處理高濃度有機(jī)制藥廢水，COD從8171.4mg/L降至214.6mg/L，氨氮從173.7mg/L降至1.3mg/L，TP從0.95mg/L降至0.54mg/L，SS從235.8mg/L降至8.6mg/L，平均去除率分別為97.4%、99.3%、43.1%和96.4%，pH由7.2升至7.5，處理效果良好。該工程處理設(shè)計(jì)規(guī)模為1500m3/d，運(yùn)行費(fèi)用約7.36元/m3，出水COD、氨氮、TP、SS和pH的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分別為23.2%、15.4%、66.0%、32.2%和7.8%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和浙江省《工業(yè)企業(yè)廢水氮、磷污染物間接排放限值》（DB33/887—2013）標(biāo)準(zhǔn)，可為類似制藥廢水處理提供參考。