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(20 届)毕业设计 生物制药公司废水处理的工艺设计摘 要 生物制药公司在其生产过程中所产生的废水具有COD浓度高、色度及味度大、硫酸盐浓度高、难于生物降解等特点。本文通过对某生物制药公司的废水进行混凝预处理及生化处理研究,确定其所用的混凝剂为三氯化铁,每1L废水中应投加浓度为10%质量百分比浓度的三氯化铁0.2ml,最适pH为7.99。经过混凝预处理后,COD浓度及硫酸盐浓度均有一定的一下降,从而减少了硫酸盐对于后续生物处理中的微生物的毒害作用。经实验可得,该种废水中含有大量的难生物降解物质,造成废水采用普通的生化处理效率低。在本论文中讨论了采用其他方式诸如生物强化技术、紫外光照等对此种含大量难降解物质的废水的研究情况。文中还通过试验确定了此种废水的仄氧水解常数,为4.35d-1。此外,采用活性炭对此种废水进行吸附,可使出水COD达到国家生物制药行业废水排放标准GB978-1996,300mg/L,从而为此种废水的进一步处理研究提供参考。 关键词:生物药厂废水;混凝预处理;生化处理;活性炭吸附 Abstract Antibiotic is the widest-used material in the world. Its production will produce large amount of waste water, which is higher COD concentration etc. According to Preliminary treatment Study, in the course of coagulate process, the best flocculating agent is Fecl3, The quality concentration is 10%, the quantity is 0.2ml/L,and the waste water pH is 7.99. After that the concentrations of COD and SS,are lower so that they will not poison tiny organism later, The efficiency is low because of all the inert constituents. We discussed other methods to treat the effluent strengthening quantity of tiny organism. We determined coefficient of anaerobic decomposition with experiments is 4.35d. Activated carbon can adsorb COD of water so that it is lower than the standard of producing antibiotic 300mg/L. Keywords: effluent of producing antibiotic; coagulate treatment; Biochemical treatment; aetivatedcarbon absorbing 目录1绪论11.1生物制药公司废水概述11.2生物制药公司废水的水质特征21.3 设计任务、依据及原则31.4生物制药公司废水处理的工艺评述31.4.1物化处理31.4.2好氧生物处理31.4.3厌氧生物处理41.4.4组合式废水处理流程41.4.5其他处理方法42方案选择52.1混凝处理52.1.1混凝的基本原理52.1.2混凝剂的确定62.1.3 PH值62.1.4投放量62.2生化处理62.2.1 废水的厌氧处理62.2.2 废水的好氧处理82.3 活性炭吸附93生物制药厂废水处理的工艺设计和投资预算113.1主要处理构建筑物设计113. 2 工程投资及成本分析133.2.1.工程投资133.2.2.成本分析143.3 经济和环境效益144.结论15参考文献16致谢17附录18 1绪论1.1生物制药公司废水概述 目前国内应用的较多的药物种类就是生物制药。所谓生物制药,是指通过微生物的生命活动,将粮食等有机原料进行发酵、过滤、提炼而成,属发酵工业范围。此类药品是具有在低浓度下选择性抑制或杀灭其它菌种微生物或肿瘤细胞能力的化学物质,是人类控制感染性疾病、保障身体健康及防治动植物病害的重要化学药品,但是由于抗生素在筛选和生产、菌种选育等方面仍存在着许多技术难点,从而出现原料利用率低、提炼度低、废水中残留抗生素含量高等诸多问题,造成严重的环境污染与不必要的浪费,影响了生物制药公司的社会效益与经济利益。生物制药生产工艺包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学方法提取、精制等过程。由生物药厂的生产流程可知,废水主要为: 1提取工艺的结晶液、一废母液,属高浓度有机废水。本类废水如果不含最终成品,则BoD为4000-13000mL;如果发酵过程不正常,发酵罐出现染菌现象时,导致整个发酵过程失败,必须将废发酵液排放到废水中,从而增大了废水中有机物及抗生素类药物的浓度,使得废水中COD、BOD值出现波动高峰,此时废水的BOD可高达l04mg/L。 2洗涤废水,属中浓度有机废水。洗涤水的成份与发酵废水相似,BOD为500-1500mg/L。 3冷却水。废水中污染物的主要成份是发酵残余的营养物,如糖类、蛋白质、脂肪和无机盐类,其中包括酸、碱、有机溶剂和化工原料等。 抗生素废水是国际上公认的毒性强、处理难度高的工业废水。在医药工业中采用的复合生物技术处理抗生素废水具有较大的社会和经济效益。抗生素工业有机废水主要是经过提炼后的废发酵液,包括蒸馏回收溶媒后的残留液、离子交换吸附后的废液以及染菌倒灌的废液等。废水中含有高浓度有机物和悬浮固体,一般不含重金属和剧毒的化学物质,但化学需氧量很高,排入江河后将严重耗氧,破坏天然水质的自净能力,引起水质变黑,传播病菌,酿成公害。一般情况下,发酵液中抗生素的分离提取率仅60%-70%,未被提取的抗生素随废水排放,因此废水中含有残留抗生素及其中间代谢产物,它们会对微生物活性产生抑制。同时,培养基的高浓度有机成分、抗生素发酵和提取工艺中使用的氨水、硫酸盐、表面活性剂和酸、碱、有机溶剂等也随同结晶母液一起排放,这些污染组分中的许多物质也都对生物处理过程有抑制作用。所以抗生素工业废水是一类含高硫酸盐、高氮和多种抑制物的难生物降解高浓度有机废水。在众多的部分发酵工程制药产品中,抗生素是目前国内外研究较多的生物制药,其生产废水也占医药废水的大部分。 抗生素废水可分为:提取废水、洗涤废水和其他废水,废水排污点见图1-1。 抗生素废水的主要来源包括以下几个方面: 发酵废水 本类废水如果不含有最终成品,BoD:为4000-13000mg/L。 酸、碱废水和有机溶剂废水 是在发酵产品的提取过程,需采用一些提取工艺和特殊的化学药品造成的。 设备与地板等的洗涤废水 洗涤水的成份与发酵废水相似,BOD:为500一巧0mg/L。 冷却水 主要成份是发酵残余的营养物,如糖类、蛋白质、脂肪和无机盐类,其中包括酸、碱、有机溶剂和化工原料等到。 因而,该类废水成份复杂,有机物浓度高,溶解性和胶体性固体浓度高,pH值经常变化,温度较高,带有颜色与气味,悬浮物含量高,含有难降解物质和抑菌性作用的抗生素,并有生物毒性。其具体特征如下: COD浓度高5809 mg/L 存在难生物降解和抑菌作用的抗生素类等毒性物质 硫酸盐浓度高 水质成份复杂 水量小且间歇排放,冲击负荷较高图1-1生物制药厂生产废水排污点示意图 1.3 设计任务、依据及原则 以粮食或糖蜜为主要原料生产抗生素生产工艺流程见图1-2。 下面对传统青霉素的生产工艺作简单的介绍,以便了解抗菌素类制药废水 的来源和水质特征。青霉素是p一内酞胺类抗生素的主要代表,生产过程如下: 种子制备 发酵生产 青霉素的提取与精制 图1-2以粮食或糖蜜为主要原料生产抗生素生产工艺流程 刘言军等人公司采用自制的聚合氯化硫酸铝PACS和聚合氯化硫酸铝铁PAFCS处理某制药厂废水,一次与二次混凝处理COD去除率均在80%以上,可达到国家标准。此外,采用含ca2+复合絮凝剂对抗生素制药废水进行混凝处理,COD去除率可达71-77%,SS去除率达87-89%,可大辐度地削减废水中残留抗生素的抑菌效力,抗生素处理废水的药物效价去除率大于90%。物化处理还可作为其他处理方式的前处理方式,如絮凝-电解法处理麻黄素废水,絮凝-厌氧-好氧处理抗菌素废水。 宋雷等人采用低氧一好氧工艺处理某制药废水,处理后各项指标稳定,COD去除率为92.5%,用活性污泥法处理小诺霉素发酵废水,COD去除率在85.40-89.7%之间。生物接触氧化法处理含制药残液废水,出水可达标:生物膜法处理四环素工业废水,微生物对废水COD在2天内可达76%。 UASB十AF处理维C废水,COD去除率大于80%;而采用常温UASB反应器处理VC、SD和葡萄糖废水,COD去除率也可大于80%。 混凝+兼氧一好氧生物接触氧化法十氧化脱色处理扑热息痛废水,水解-好氧法处理青霉素、庆大霉素、链霉素等十多种产品的生产废水,均取得了良好的处理效果。还有SBR法处理生物制药废水,当废水COD在1180-3061mg/L之间变化时,出水COD都小于300mgL,能满足国家制药废水排放标准。 用纳滤膜对洁霉素废水进行分离,即减少了洁霉素对微生物的抑制作用,又可回收洁霉素。用聚丙烯中空纤维膜一生物反应器处理生物制药厂废水,由于生化作用的增强及膜对微生物及溶解性有机大分子胶粒的截留,COD、55去除率都有很大的提高,并且由于维持了较长的泥龄及膜的截留作用,使硝化菌在曝气池中积累,对NH:一N去除率可达80%左右。 2方案选择 抗生素是目前国内消耗最多的药品,其生产具有明显的经济效益。但是,由于其生产中的很多技术难题没有得到解决,造成抗生素的生产污染严重,其工业废水成为含难降解和生物毒性物质,高色度、高浓度N、S有机废水。目前,国内外对抗生素废水的治理技术不多且不成熟,多以好氧为主。由于该类废水是高浓度的有机废水,好氧工艺实际的处理效率很低。从80年代起,厌氧为卜的厌氧-好氧生物处理组合工艺逐渐成为抗生素废水处理的主导工艺。国内当前采用的好氧、厌氧生物处理工艺在一定程度上代表了抗生素废水处理的国际技术水。 提出可行的治理工艺路线为:前处理厌氧-好氧组合工艺。前处理是使物料的理化性状适合于后续生物处理,除调节水量、水质,还有去除生物抑制物质的作用。可选择混凝沉淀法及过滤法等。厌氧段的目的是利用高效厌氧工艺容积负荷高,COD去除率高等优点。而在好氧段,为了避免在高水力负荷下,不会出现硝化菌随水流失的情况,及保证系统有较高的生物学量,可引入膜生物技术。 实验中用水取自某制药厂,主要产品为青霉素。取水处为废水综合排放口,根据该厂生产情况,所取废水主要为洗涤废水,废水较浑浊,水温稍高,溶媒味道较重。经过加浓硫酸进行水质保存后,在实验室分析各项指标见表2-1。表2-1原水水质分析 混凝澄清法是指在混凝剂的作用下,使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体,然后予以分离除去的水处理方法。胶体溶液或悬浮液稳定的原因是:固体微粒带有同性电荷形成布朗运动;溶液中的亲水胶体,在分子的周围保持较厚的水层,有形成真溶液的倾向。胶体或悬浮液形成分散体系就是依靠细微粒度,荷同性电荷以及在水中的溶解作用而形成稳定状态的,因而必须投加混凝剂来破坏他们的稳定性。混凝就是在混凝剂的离解和水解产物的作用下,使水中胶体污染物质和细微悬浮物脱稳并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程,其中包括凝聚和絮凝两个过程,统称为混凝。 在进行混凝实验时,混凝剂选用实验室常用的五种混凝剂,分别为砚氯化铁FC、聚合氯化铝队C、聚合硫酸铝PAS、聚合硫酸铁PFs及阳离子队PAM。根据五种混凝剂的经验使用浓度及使用量进行混凝剂品种筛选的试验,各种混凝剂的经验使用量及使用浓度确定混凝处理水力学条件为:混合阶段转速为400:/min,混合时间为30s;反应阶段转速为70r/min,反应时间为15min。2.1.3 PH值 将1000耐原水置于1000ml的烧杯内,根据前述所定的混凝条件,分别加入五种混凝剂。在六联定时变速搅拌机上进行混凝实验。此时,原水的PH1.69。混凝剂的筛选试验数在经过进行水质保存的条件下,三氯化铁的SS去除率最为理想,出水SS远远低于污水综合排放标准GB8978-1996中的一级排放标准,即70mg/L。因而选定在此条件下所用的混凝剂种类为三氯化铁质量百分比浓度10%。 在三氯化铁使用浓度为10%质量百分比浓度,PH7.99及阳PAM的使用浓度为0.5%质量百分比浓度,PH6.94的情况下,混凝剂经验投加量,进行混凝剂最适投加量的试验。若以只氯化铁为混凝剂,每儿废水中加入0.02gFC,其最佳PH值为7.99;而若以阳以M为混凝剂,每llJ废水中加入0.0025g的阳离子PAM,其最佳PH值为6.94。混凝剂的投加量并不是影响废水混凝效果的主要因素,它除与水中微粒种类、性质和浓度有关外,还与混凝剂的品种、投加方式及介质条件有关,应视具体情况而定。对于有机高分子絮凝剂对剂量较为敏感,稍有过量,就容易造成胶体的再稳定。2.2.1 废水的厌氧处理 1 废水的厌氧处理原理 废水的厌氧处理是在没有游离氧的情况下,以厌氧微生物为主对有机物进行降解,稳定的一种无害化处理方法四。在厌氧生物处理过程中,复杂的有机化合物被降解,转化为简单、稳定的化合物,同时释放能量。其中,大部分能量以C值的形式出现,可回收利用。同时,仅少量有机物被转化,合成新的细胞组成部分。 1979年布利安特等人提出了厌氧消化的二阶段理论,如图2-1所示。 图2-1厌氧消化的二阶段理论 第一阶段,可称为水解发酵阶段。水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。高分子有机物因相对分子质量大,不能透过细胞膜,因此不可能为细菌直接利用,它们在第一阶段被细胞外酶分解为小分子。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。而后在发酵细菌的细胞内转化为更简单的化合物并被分泌到细胞外。发酵是有机化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程,在此过程中,溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、酸类、乳酸、COZ、HZ、HZS、甲氨等。与此同时,酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。第一阶段,称为产氢、产乙酸阶段,是由一类专门的细菌,称为产氢产乙酸菌,将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、C2、H。第三阶段,称为产甲烷阶段。由产甲烷菌利用乙酸、H、CO,产生CH。 2难降解生物制药有机物的厌氧处理 Giger和Robert定义“难生物降解”为:如果一个化合物在一种特定的环境下,经历任意长时间仍保持它的同一性,就可将这个化合物定义为难生物降解化合物。这其中也包括某些可以生物降解的化学品,在某些环境条件下可能变成难生物降解物质。难生物降解的有机物的化学结构阻止了各种不同程度的微生物降解。庆幸的是出现了一个全新的厌氧生物技术,即难生物降解物质共代谢二级处理。许多含有低浓度难生物降解有机物的工业废水具有足够的BOD和COD,可作为一级基质供二级代谢,而不需要向废水中补充其他电子供体。 3厌氧水解常数的确定 根据前述,可以看出此种废水中含有大量的难降解物质,采用普通的生物法难以实现废水的达标排放。因而在此处,选择了在厌氧水解之后加入好氧曝气工艺,以保证废水中可生物降解的物质全部降解掉。 2.2.2 废水的好氧处理 (1)好氧处理原理 好氧生物处理是在提供游离氧的前提下,以好氧微生物为主,使有机物降解稳定的无害化处理方法。废水中存在的有机污染物,乍要以胶体、溶解状为主,作为微生物的营养源。这些高能位的有一机物质经过一系列的生化反应,逐级释放能鼠,最终以低能位的无机物质稳定下来。好氧生物处理的过程,如图2-2示。 图2-2废水好氧生物处理过程示意图 有机物被微生物摄取后,通过代谢活动,一方面被分解稳定,并提供微生物生命活动所需的能量:另一方面被转化,合成为新的原生质的组成部分,即微生物自身生长繁殖。这一部分就是废水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分,通常称为剩余活性污泥或生物膜。 (2)曝气原理及设计 曝气是采用一定的技术措施,通过曝气装置所产生的作用,使混合液处于强烈搅动的状态,并使空气中的氧转移到混合液中去。空气中的氧向混合液中的转移一般是以刘易斯和惠特曼的双膜理论为基础。双膜理论的主要论点是:当气、液两相接触并作相对运动时,接触界面的两侧,存在着气体与液体的边界层,即气膜和液膜。气膜和液膜间相对运动的速度属于层流,而在其外的两相体系中均为紊流。氧的转移是通过气、液膜间进行的分了扩散和在膜外进行为了保证充分曝气,需确定好氧曝气时间。采用微孔曝气器,好氧活性污泥取自昆明市第四污水处理厂SBR流程,活性污泥浓度为2233Omg/L。取150ml污泥与300ml水混合,调节原水pH值至中性,好氧曝气时间的试验数据见图2-3所示: 图2-3好氧曝气时间的确定 从图2-3中可以看出,当曝气3-3.5小时时,原水中的COD浓度不再发生变化,即为可降解物质都己经降解完成,因而可确定好氧曝气时间为4小时。2.3 活性炭吸附 固体表面由于存在着未平衡的分子引力或化学键力,而使所接触的气体或溶质被吸引并保持在固体表面上,这种表面现象称为吸附。固体都有一定的吸附作用,但具有实用价值的吸附剂是比表面积较大的多孔性固体。活性炭就因为具有较大的比表面积而具有较高的吸附能力,可用作吸附剂。吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力即范德华力而产生吸附的,称为物理吸附;吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附的,称为化学吸附;离子交换吸附是指一种吸附质的离子,由于静电引力,被吸附在吸附剂表面的带电点。一定的吸附剂能吸附物质的数量与此物质的性质及其浓度和温度有关。表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。目前常用有两个:弗劳德利希吸附等温式;朗格缪尔吸附等温式。 (l)吸附剂的理化性质 一般是极性分子或离子型的吸附剂容易吸附极性分子或离子型的吸附质,非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性分子型的吸附质。吸附剂的颗粒大小、孔隙构造和分布情况,以及表面化学特性等,对吸附也有很大的影响。 (2)吸附质的物理化学性质 吸附质的溶解度越低,越容易吸附。吸附质的浓度增加,吸附量也是随之增加:但浓度增加到一定程度后,吸附量增加很慢。如果吸附质是有机物,其分子尺寸越小,吸附反应就进行得越快。 (3)废水的PH值 pH值对吸附质在废水中的存在形态分子、离子、络合物等和溶解度均有影响,因而吸附效果也就相应地有影响。废水pH值对吸附的影响还与吸附剂性质有关。活性炭一般是在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。 (4)温度 吸附反应通常是放热的,温度越低对吸附越有利。但在废水处理中,一般温度变化不大,温度对吸附过程影响很小,实践中通常在常温下进行吸附操作。 (5)共存物的影响 共存物质对主要吸附质的影响比较复杂。有的能相互诱发吸附,有的能相当独立地被吸附,有的则能相互起干扰作用。当多种吸附质共存时,吸附剂对抗生素废水的活性炭吸附某一种吸附质的吸附能力要比只含这种吸附质时的吸附能力低。悬浮物会阻塞吸附剂的孔隙,对吸附有很大影响。因此在吸附操作之前,必须将它们除去。 (6)接触时间 吸附质与吸附剂要有足够的接触时间,才能达到吸附平衡。平衡所需时间取决于吸附速度,吸附速度越快,达到平衡所需时间越短。3生物制药厂废水处理的工艺设计和投资预算 l功能:拦截废水中较小的漂浮物,减轻后续处理构筑物的负荷,保证正常运行。 2设计参数: 格栅选用机械格栅。 栅条间隙: 8mm 格栅倾角: 600 3运行:根据栅前栅后水位差自动运行,连续清理截流物,也可定时或人工启停。 4主要工程内容:污水经泵房提升后进入 LxBxH3.20x8.20xl.30m方形渠道,方形渠道后一渐变渠道长Zm,渠道两端宽度为4.20m,渐变后为3条宽1.0m,长6.5m,深度1.3Om的钢筋混凝土直壁式平行渠道,在2条渠道上装回转式格栅除污机,除污机前后加装SO0xl000闸板。另1条渠道只装闸板,格栅机等远期再装。 l功能:将废水中物理、化学及生物性质不同的无机颗粒和有机颗粒悬浮物进行分离,以便于分别最终处置。 2主要设计参数 3设计流量:6000om3/d x l.36; 4运行:沉砂池与进水同步运转,除砂泵与砂水分离器定时运转。沉砂经除砂泵送至砂水分离器,经砂水分离后装车外运。 5主要工程内容:采用旋流式沉砂池两座,近期一座,远期一座;单座尺寸:直径3.65m,池高4.30m。沉砂池前设有长度为9.Om的进水渠道,渠道宽0.75m,两座沉砂池上的进水渠道分别安装有闸阀。每个沉砂池配有除砂设施一套。 池数1座 l功能:药厂废水及回流污泥混合液在氧化沟活性污泥的作用下,实现有机物的降解,从而去除一定的BOD、COD;缺氧、好氧状态的循环交替,可实现处理的效果;污泥在氧化沟中经初步好氧稳定,沉降性能得到改善。 2设计参数: 设计流量:60000m3/d 污泥负荷:0.082kgBODS/kgMLsS.d;BODS/kgMLsS.d; 污泥浓度:40004500mg/L; 有效泥龄:16d; 停留时间:11h。 3运行:连续运转。 4主要工程内容:氧化沟两组,每座尺寸为L、BxH、 61.7x30.6x4.50m,每座氧化沟设倒伞表曝机3台,电动回转调解堰一台,不同功率的潜水搅拌机共6台。 1功能:终沉池是生物处理过程中不可缺少的一个组成部分,其主要作用是进行混合液的固液分离,与氧化沟的生物反应相配合以达到最终从污水中去除、分离有机物的目的。 2设计参数 设计流量: 30000m3/d 最大表面负荷:1.28m3/m 2.h; 平均表面负荷:0.88 m3/m 2.h; 最大堰上负荷:1.341/ m.s; 平均堰上负荷:0.921/ m.s; 沉淀时间: 2.2h。 3运行:连续运行。 4主要工程内容:甲30.0m圆形沉淀池两座,池深4.5m,每座与一组氧化沟相对应,池内设中心传动单管吸泥机一台。 l功能:使处理后的废水在出厂前与二氧化氯有足够的接触时间,保证灭菌效果。 2设计参数 接触时间:30min 3运行:连续运行 4主要工程内容:钢筋混凝土接触池一座,结构尺寸LxBxH-20.0xl3.5x2.90m。 l功能:将终沉池中产生的污泥一部分回流至氧化沟中,另一部分输送到 贮泥池。 2主要设计参数 设计回流污泥:1500m3 设计回流比:50%-120%; 设计剩余污泥:60m3H污泥含水率99.2%。 3运行:连续运行; 4主要工程内容:污泥泵房一座,结构尺寸LxBxH二4.4Ox4.0Ox5.0m。设有回流污泥潜污泵3台,一用一备,Q750耐爪,H7m;剩余污泥潜污泵2台,一用一备,Q二60扩爪,H7m。 l功能:位于连续运转的污泥泵房和间歇运行的污泥脱水机之间,起调解和贮存污泥的作用。 2设计参数 停留时间:小于1小时。 3运行:潜水搅拌机间歇运行,以防止污泥沉淀。 4主要工程内容:贮泥池一座,内设潜水搅拌机一台, N0.75kw。 l功能:污水经二级处理后,水质得到很大改善,细菌含量也大幅度下降,但仍有大量细菌存在,并有病原菌存在的可能,因此排入水体之前应进行消毒处理。 2设计参数 最大加氯标准:8mg/L,最大加氯量20kg/h。液氯贮量:30d用量。 3运行:与污水处理协调季节性运行。以流量配比方式控制加氯机的氯加量。 4主要工程内容: 加氯间一座,其中包括氯库、液氯蒸发室等。加氯间尺寸:LxBxH17.7xlo.sxs.3m,设备:自动加氯机20kg/h,2台,l台工作,1台备用,蒸发器1套,压力自动切换装置1套;漏氯检测仪1台,YL一1000氯瓶10个;SGT-Z地上衡2台。DL型2t桥式吊车1台。氯中和吸收装置1套。 3. 2 工程投资及成本分析 通过对废水处理方案进行投资概算,本工程项目总投资为 1560 万元,吨水投资 0.39万,投资费用如表 3.1 所示。 表3.1 投资费用 序号项目投资(万元)6调试费用157项目总投资1560 本工程废水处理站成本分析如表 3.2 所示: 表3.2 废水处理站成本 序号项目单位金额12年总处理水量万m3146 3.3 经济和环境效益 环境文明是社会物质文明的基础,废水污染的防治不仅创造了良好的生活环境,同时也是生产工作的必要条件,通过对公司废水的防治,减少环境污染程度。本项目的建成,大大降低药厂污水对环境的污染,对保护自然水体环境起到较大作用。明显改善厂区周边地区水体,有助于消除厂区水质污染,促进当地社会经济的健康发展。 经过试验,可得如下结论: 1、针对此种废水,其混凝处理的最佳条件为:混凝剂品种为三氯化铁,质量百分比浓度为10%,每lL废水中需投加此种混凝剂0.2ml,其最适pH值为7.99。 2、进行废水的生化处理,可知废水中含有大量的隋性物质、难降解物质。 3、在T33士1的条件下,确定其厌氧水解常数为:Kh4.35d。 4、由于废水中含有多种有机化合物,在用活性炭进行吸附试验时,表现了一定的竞争作用,活性炭总吸附量不高。5、对于厌氧处理中的硫酸盐,它的去除与废水中所含的COD有一定的关系。参考文献1许保玖.当代给水与废水处理原理M,北京:北京高等教育出版社,1990.2高俊发.污水处理厂工艺设计手册M.北京:化学工业出版社,20033张忠祥,钱易.废水生物处理新技术M.北京:清华大学出版社,2004.4水处理工程典型设计实例M.北京:化学工业出版社,2004.5高廷耀,顾国维.水污染控制工程-第2版,北京:高等教育出版社,2004.6茹改霞.探讨现代医院废水处理与方法J.广东科技,2007, 9:99-100.7胡平,丁德玲,孙春宝.医院废水处理中存在的问题及对策J.环境与可持续发展,2O07,4:29-30.8杜汪洋,彭书传,汪家权,陈金思.小型医院废水处理工艺与工程实例J.安徽化工,2006,5:47-49.9 刘凤儒,高培柱,高连城.医院污水处理的方案选择J.化工给排水设计,1997,2:36-37.10袁东,郭爱婷.A/O 强化二段生物接触氧化+ 二氧化氯接触消毒工艺处理医疗废水实例J.环境科学与管理,2006,311:129-131.11印辉,王宇.CASS 工艺在医院污水处理中的应用J.江苏环境科技,2003,162:16- 17.附录附录A平面布置图附录B高程图文献综述医药废水工艺和发展研究 一、前言部分 药品按其特点可分为抗生素、有机药物、无机药物和中草药4大类。目前我国生产的常用药物达2 000种左右,不同种类的药物采用的原料种类和数量各不相同。此外,不同药物的生产工艺及合成路线又区别较大。在医药的生产过程中往往需要将生物、物理和化学等诸多工艺进行综合,因此产生的制药废水的组成十分复杂。 生物制药工业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水四大类。制药企业产生的污水因其污染物多属于结构复杂、有毒、有害和生物难以降解的有机物质,对水体造成严重的污染。同时工业污水还呈明显的酸、碱性,部分污水中含有过高的盐分。这些特点都让制药污水成为水处理行业中较为难处理的一种污水。随着我国医药工业的发展,制药废水已逐渐成为重要的污染源之一,如何处理该类废水是当今环境保护的一个难题。 生物制药工业废水常用的处理方法大多为物化法、化学法、生化法、其他组合工艺等。而传统的处理方法为化学方法,由于化学药品昂贵,处理费用较高,企业难以承受,况且化学方法又容易对环境造成二次污染。目前较为理想的处理方法是物理、化学和生物相结合的方法。目前,国际上普遍采用的是厌氧-好氧组合技术处理制药废水。二、目前生物制药废水的处理工艺 生物制药废水处理目前已有一些比较成熟的工艺, 如生物接触氧化法、普通污泥法、混凝沉淀法、接触氧化法等, 处理效果均可使出水各项指标达到污水综合排放标准GB8978-1996的规定3。2.1 生物接触氧化工艺处理制药废水2.1.1 生物接触氧化工艺原理 该废水处理工艺的设计应先采用混凝反应沉淀预处理法去除废水中大部分难生物降解的大分子有机物、悬浮物和色度,以减轻后续处理的负荷,并提高废水的可生化性,再利用生物接触氧化法有效地去除废水中的有机污染物。2.1.2 处理的工艺流程图 1用分段法提高净化能力。生化过程分为两个阶段。首先是有机物被吸附在污泥上或惠存在细胞内进行生物合成,这个吸附合成速度很快。第二阶段的生化过程以氧化为主,速度较慢。 2用加接触层的办法来提高沉淀池效率。对沉淀池的生物膜采取沉淀的办法,而对细小的悬浮物采取滤层截留的办法,沉淀池取上升流速6.57.5m/h;澄清区停留15min。 3接触氧化工艺只需0.51.0h就可以达到活性污泥工艺8h的效果。主要靠生物膜,把氧化池分为两段,沉淀池加接触层,接触氧化池分离下来的污泥含有大量气泡,宜采用气浮法分离 4由于填料比表面积大,池内充氧条件良好,池内单位容积的生物固体量较高,因此,生物接触氧化池具有较高的容积负荷; 5由于生物接触氧化池内生物固体量多,水流完全混合,故对水质水量的骤变有较强的适应能力; 6剩余污泥量少,不存在污泥膨胀问题,运行管理简便。2.2 SBR工艺处理制药废水2.2.1 SBR工艺原理SBR是序列间歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,又称序批式活性污泥法。SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,非稳定生化反应替代稳态生化反应,静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作,SBR技术的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,无污泥回流系统。2.2.2 SBR工艺适用范围 主要构造:格栅、初沉池、调节池、SBR反应池 适用范围:1中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水,尤其是间歇排放和流量变化大的地方。2需要较高出水水质的地方,如风景旅游区,湖泊等不但,不但要除去有机物,还要求出水中除磷脱碳,防止河湖富营养化。3水力资源紧缺的地方。4用地紧张的地方。5适合处理小水量,间歇排放的工业废水和分散点源污染的治理。2.2.3 SBR工艺特点 1 SBR的运行采用PLC控制,运行管理简单。 2 SBR法可保持水中较高的污泥浓度,系统启动运行及污泥培养及驯化均比较容易。在运行初期出现的微生物有豆形虫、草履虫等一类游泳型纤毛,在处于正常运行且降解有机物效果好时, 出现大量菌胶团,有大量草履虫、钟虫和累枝虫出现 。 3 SBR工艺系统运行稳定,出水水质优良:出水COD指标远远低于要求的300mg/l,最好可达到40mg/l左右 。 4 SBR池有较强的耐冲击负荷能力。分析是因为通过调整SBR反应器单池的运行周期和整体的进水时序和排水时序,适应了废水水量和水质的波动,保证出水水质 。 5 SBR工艺省去了二沉池,采用静置沉淀方式,沉淀效果远远优于活性污泥法,使其出水较常规活性污泥法明显改善 。 6污泥量少:系统产生的污泥量极少,几乎不需启动污泥处理系统,进一步减少了运行费用。2.3混凝沉淀法(三氯化铁)处理制药废水 混凝是通过向水中投加药剂使胶体物质脱稳并聚集成较大的颗粒,以使其在后续沉淀过程中分离或在过滤过程中能被截除。天然水中含有各种悬浮物、胶体和溶解物等杂质,呈现出浊度、色度、嗅和味等水质特征。由于胶体物质本身的布朗运动特性以及所具有的电荷特性在水中可以长期保持分散悬浮状态,即具稳定性,很难考重力自然沉降除去。通过向水中投加混凝剂可使胶体稳定状态破坏,脱稳之后的胶体颗粒则可借助一定的水里条件通过碰撞而彼此聚集絮凝,形成足以靠重力沉淀的较大的絮体,从而易于从水中分离。向原水投加混凝剂,以破坏水中胶体颗粒的稳定状态,使颗粒易于互相接触而吸附的过程称为凝聚。通过胶体间以及和其他颗粒间的互相碰撞和聚集,从而形成易于从水中分离的物质称为絮凝。这两个阶段共同构成了水的混凝过程。混凝原理主要取决于三种作用: (1)压缩双电层作用: 水中粘土胶团含有吸附层和扩散层,合称双电层。双电层中正离子浓度由内向外逐渐降低,最后与水中的正离子浓度大致相等。因此双电层有一定的厚度。如向水中加入大量电解质,则其正离子就会挤入扩散层而使之变薄;进而挤入吸附层,使胶核表面的负电性降低。这种作用称压缩双电层。当双电层被压缩,颗粒间的静电斥能就会降低。当降至小于颗粒布朗运动的动能时,颗粒就能相互吸附凝聚。凝聚颗粒在水的紊流中彼此易碰撞吸附,形成絮凝体(亦称绒体或矾花)。絮凝体具有强大吸附力,不仅能吸附悬浮物,还能吸附部分细菌和溶解性物质。絮凝体通过吸附,体积增大而下沉。 (2)吸附架桥作用: 吸附桥的作用主要用来解释高分子混凝剂的作用过程。铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后,经水解和缩聚反应形成高分子聚合物,具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大.当它的一端吸附某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥,使颗粒逐渐结大,形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程,称为絮凝。 (3)网捕作用: 当金属盐做混凝剂时,如果投加量非常大,足以达到沉析金属氢氧化物或金属碳酸盐时,水中胶体颗粒可被这些沉析物在形成时所网捕,从而随之一起沉淀。此时胶体胶体颗粒的结构并没有太大的改变,基本上是一种机械作用,只是成为金属氢氧化物沉淀的核心。2.3.2 混凝剂和助凝剂 混凝剂用于水处理中的混凝剂应符合如下要求:混凝效果良好,对人体健康无害,价廉易得,使用方便。混凝剂的种类较多,主要有以下两大类:1无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。2高分子混凝剂高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氧化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺。当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂可用以调节或改善混凝的条件。 影响混凝效果的因素:由于胶体的混凝过程非常复杂,原水水质又各异,因此混凝效果好坏受许多因素影响,主要有水温、水的PH和碳度、原水水质、水里条件及混凝剂种类及投加量等。 混凝沉淀工艺是目前给水处理、中水处理和部分污水处理的核心工艺,主要包含混合、絮凝、沉淀三个工艺流程,它承担着水处理中 95%以上的负荷,已有 150 余年的历史。混凝沉淀工艺中,对指定的絮凝剂,影响处理效果的主要是动力学控制方式和方法。混凝沉淀动力学控制方式由流动边界决定,与工艺池型密切相关。混合设施方面, 欧、美、日净水厂通常采用快速机械搅拌器G 7001000 s-1 ,其强调混合快速均匀,机械搅拌能随原水的水质、加药量和药剂种类的变化作相应调整来达到最佳处理效果。我国城市水厂多采用比较简单的加药混合方式与设备,只有少数水厂采用机械撑搅拌混合装置。 絮凝过程是提供合适的流体动力学条件,使混合过程形成的微小絮体凝聚长大至沉淀所需尺度和密度的过程。絮凝动力学控制手段与絮凝池池型密切相关,絮凝池发展过程中,衍生了不同的絮凝池型,包括水力旋流絮凝池、往复式隔板絮凝池、?转絮凝池、网格絮凝池、波纹板絮凝池、孔室絮凝池、格网和栅条絮凝池等水力池型和机械搅拌池型(机械搅拌絮凝池)。通常采用多档变速机械搅拌G 7020 s-1 , t 3040min,我国近年来在新型絮凝池研究上达到较高水平,但我国水厂采用的絮凝设施多是根据传统絮凝剂的净水特点设计,不能充分发挥新型高效絮凝剂的作用,需要使用如接触凝聚反应器、拦截沉淀反应器、微涡旋反应器、深床接触凝聚过滤反应器等絮凝反应器,强化反应过程的接触絮凝作用和微涡旋状态,从而大大提高沉淀或过滤效率,使反应、沉淀和过滤工艺有机结合, 实现絮凝机理工艺化, 使混凝设施和新药剂发展同步 11-13 。先由铁屑与盐酸反应, 制备Fe Cl3溶液, 制备的反应式为: Fe+ 2HC l FeCl2+ H2 2FeCl2+ Cl2 2FeCl3 2FeCl2 + H2O2+ 2HC l 2FeCl3+ 2 H2O 3FeCl2 + HNO3 + 3HC l 3FeCl3+ 2 H2O + NO FeCl3属于强酸弱碱盐,溶于水后Fe3+发生水解,使溶液显酸性。 FeCl3+3H2OFeOH3+3HCl 离子方程式为Fe3+3H2OFeOH3+3H+ 三氯化铁用于污水措置,以除去水中的重金属和磷酸盐 ,三氯化铁是饮用水、工业用水、工业废水、城市污水及游泳循环不处理的高效廉价絮凝剂,具有显著的沉淀重金属及硫化物、脱色、脱臭、除油、杀菌、除磷、降低出水COD及BOD等功效。与其它废水处理絮凝剂相比,其主要特点如下:形成的矾花密实、沉降快也能减少跑矾花现象,使滤池反冲洗次数减少;处理成本降低30%以上;絮凝性能优良,沉降速度高于铝盐系列絮凝剂,且形成的矾密实,产生污泥量少,大大节省污泥处理费用;适应水体pH值范围广,为4-12,最佳pH值范围6-10;对低温浑浊水处理效果要优于其它絮凝剂;使用后无二次污染。三、总结部分 采用混凝沉淀和三氯化铁的组合工艺处理医药工业废水,是将混凝沉淀工艺与消毒工艺相结合。该工艺具有处理效果好,效率高,运行稳定等特点,且其出水的各项污染指标也均可达到国家GB8978-1996污水综合排放标准的二级排放标准,其水质排放指标即:COD100 mg/L,BOD530 mg/L,SS70 mg/L,pH值69,挥发酚0.5 mg/L、石油类5 mg/L,可实行的制药废水处理技术。四、参考文献1许保玖.当代给水与废水处理原理M,北京:北京高等教育出版社,1990.2高俊发.污水处理厂工艺设计手册M.北京:化学工业出版社,20033张忠祥,钱易.废水生物处理新技术M.北京:清华大学出版社,2004.4水处理工程典型设计实例M.北京:化学工业出版社,2004.5高廷耀,顾国维.水污染控制工程-第2版,北京:高等教育出版社,2004.6茹改霞.探讨现代医院废水处理与方法J.广东科技,2007, 9:99-100.7胡平,丁德玲,孙春宝.医院废水处理中存在的问题及对策J.环境与可持续发展,2O07,4:29-30.8杜汪洋,彭书传,汪家权,陈金思.小型医院废水处理工艺与工程实例J.安徽化工,2006,5:47-49.9 刘凤儒,高培柱,高连城.医院污水处理的方案选择J.化工给排水设计,1997,2:36-37.10袁东,郭爱婷.A/O 强化二段生物接触氧化+ 二氧化氯接触消毒工艺处理医疗废水实例J.环境科学与管理,
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