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【制药废水处理工艺】

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 制药行业每年产生大量废水,其组成复杂、有机污染物种类多、毒性大、难以生物降解,是我国污染最严重、最难处理的工业废水之一。目前处理制药废水的方法很多,如混凝沉淀、生物处理、化学氧化等。随着环境保护要求的提高,近年来制药废水的深度处理及回用越来越引起人们的关注。

  某制药企业新建项目位于我国太湖流域。2007年氮磷富营养化引起太湖蓝藻事件后,该地区要求实行氮磷生产废水的零排放。因此,对该企业的生产废水进行深度处理,实现废水的循环利用和零排放,可达到节能减排的要求针对普通生化法处理氮磷有机废水不彻底而膜法处理又存在膜污染的技术难题,拟采用混凝沉淀、生化、反渗透(RO)和三效蒸发器组合工艺处理这类废水。该组合工艺不仅可实现废水达标排放,同时进行深度处理实现废水的循环利用和零排放,节能减排效果显著。

 

项目情况介绍

 1.1 水量水质

  该企业生产废水的水质特征是有机物浓度高、氮磷含量高、可生化性好,其主要水质指标如表 1所示,设计处理水量为300 t/d。

 

项目

COD/(mg·L-1)

BOD5/(mg·L-1)

TP/(mg·L-1)

TN/(mg·L-1)

SS/(mg·L-1)

电导率/(μS·cm-1)

pH

数值

≤1000

≤400

≤10

≤50

≤300

≤3000

≤6~8

1 原水水质

 

处理后的回用水需达到回用水质要求,见表 2。

 

2 回用水质要求

项目

COD/(mg·L-1)

SS/(mg·L-1)

TP/(mg·L-1)

TN/(mg·L-1)

电导率/(μS·cm-1)

pH

数值

≤50

≤1

≤0.01

≤0.05

≤100

≤6~9

 

1.2 分析方法

  COD测定采用重铬酸钾法;BOD5测定采用5日培养法;SS测定采用重量法;pH测定采用玻璃电极法;电导率测定采用电导率仪法;总氮测定采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法,检出限0.05 mg/L;总磷测定采用过硫酸钾消解-钼酸铵分光光度法,检出限0.01 mg/L。

1.3 工艺流程

  该废水污染物包括有机物、氮磷等。由于氮磷和有机物浓度较高,因此考虑将该废水收集后经pH调整后加药混凝沉淀,出水再次调整pH至中性,然后进入缺氧池和膜生物反应池(MBR池),通过生物代谢作用去除有机物和氮磷,出水经保安过滤器和一级RO、二级RO系统深度处理后淡水直接回用,一级RO浓水经三效蒸发后冷凝液回流到中间水池,浓缩液经冷却结晶、离心脱水后委外处理,二级RO浓水回流到中间水池。具体工艺流程见图 1。

1.4 主要构筑物和设备

  (1) 调节池。该池用于收集和储存生产废水,为钢砼结构,内衬FRP,工艺尺寸为11 000 mm×8000 mm×4 000 mm,有效容积308 m3,水力停留时间为24.6 h。设液位控制器3套;设提升泵2台,1用1备,通过液位控制器控制提升泵,高位启动,低位停止,超低位报警;设空气搅拌系统1套。

  (2) pH调整池1。在该池向废水中加入碱调节pH到适宜范围,设药剂投加装置1套,设pH控制器1套,用于自动控制定量加药;另设1套机械搅拌设施,使加入的碱与废水快速混合。该池为钢砼结构,内衬FRP,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×2500 mm,有效容积8.0 m3,水力停留时间为0.6 h。

  (3) 混合池。在该池投加混凝剂,并机械搅拌,使污染物以混凝剂为凝聚核心,通过水解、吸附、架桥等作用凝结为大的颗粒物。该池设搅拌机设施1套,药剂投加装置1套。该池为钢砼结构,内衬FRP,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×2 500 mm,有效容积8.0 m3,水力停留时间为0.6 h。

  (4) 絮凝池。在该池投加絮凝剂,并机械搅拌,通过改善絮凝颗粒间的静电斥力及其强大的桥联、网络絮凝作用,使混合池形成的混凝颗粒物增大,凝聚到一起,从而分离废水中的悬浮颗粒。该池设搅拌机1套,药剂投加装置1套。该池为钢砼结构,内衬FRP,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×2 500 mm,有效容积8.0 m3,水力停留时间为0.6 h。

  (5) 沉淀池1。采用竖流沉淀池,处理能力大、处理效率高、停留时间短、占地面积小。经过混合絮凝的废水进入该池,在重力作用下进行固液分离,上清液进入下一处理工序,沉淀的泥渣排入污泥池作进一步处理。该池采用钢结构,工艺尺寸为4 000 mm×4 000 mm×5 000 mm,表面负荷为0.78 m3/(m2·h),有效容积56.0 m3,水力停留时间4.5 h。

  (6) pH调整池2。在该池加入酸调节pH到适宜范围,设药剂投加装置1套,设pH控制器1套,用于自动控制定量加药;另设1套机械搅拌设施,使加入的酸与废水快速混合。该池为钢砼结构,内衬FRP,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×2 500 mm,有效容积8.0 m3,水力停留时间为0.6 h。

  (7) 缺氧池。在缺氧条件下,废水中的大分子有机物在微生物水解酶作用下降解为小分子物质,增强其可生化性,同时反硝化细菌在缺氧条件下生存和繁殖,达到脱氮的效果。池内设生物填料,使反硝化微生物附着于填料表面。池内设潜水搅拌机2台,令污泥与废水充分接触。该池为钢砼结构,工艺尺寸为7 000 mm×6 000 mm×4 000 mm,有效容积147 m3,水力停留时间11.8 h。

  (8) MBR池。由膜组件(天津膜天膜科技股份有限公司,型号BT-20D,3组,每组20帘,共60帘,有效膜面积20 m2/帘)、膜机架、膜出水泵(12 m3/h,吸程5 m,扬程10 m,功率0.75 kW,2用1备)、膜反洗泵(25 m3/h,扬程30 m,功率3.7 kW,1用1备)、鼓风机(5 m3/min,H=5.0 m,功率7.5 kW)、PLC 自控系统以及相应清洗加药系统组成。MBR膜组件为偏氟乙烯材质的中空纤维膜,膜孔径为0.25~0.35 μm,膜通量为10.4 L/(m2·h),最大跨膜压差80 kPa;膜机架为不锈钢材质。设计处理规模为12.5 t/h,24 h连续运行。设混合液回流泵2台,1用1备,混合液回流比控制在100%~200%。该池为钢砼结构,工艺尺寸为 11 000 mm×8 000 mm×4 000 mm,有效容积308 m3,水力停留时间24.6 h。

  (9) 中间水池。经过前道处理后的废水排放到中间水池储存,中间水池设有1个10 m3 PE水箱,设提升泵2台,1用1备,水力停留时间0.8 h。

  (10) 保安过滤器。保安过滤器可去除浊度1度以上的细小微粒,以满足后续工序对进水的要求;设有5 μm过滤器截留上述过滤器的穿透物,保护 RO膜。采用美国Pall公司大流量折叠式滤芯 XLDM4540,单只滤芯处理量35 m3/h,滤芯数量3支。

  (11) RO系统。一级RO系统主要由RO膜元件(美国陶氏公司BW30FR-400/34i型,36支)、膜壳(6个)、高压泵、加药系统(阻垢剂、还原剂、非氧化性杀菌剂)、清洗系统、淡水箱、浓水箱等组成。RO膜元件为聚酰胺抗污染反渗透膜,设计处理规模为12.5 m3/h,24 h连续运行,产水率70%。二级RO系统主要由RO膜元件(BW30FR-400/34i型,24支)、膜壳(4个)、高压泵、加药系统(阻垢剂、还原剂、非氧化性杀菌剂)、清洗系统、淡水箱、浓水箱等组成。

  (12) 三效蒸发器。主要由一、二、三效蒸发器,一、二、三效分离器,水环式真空泵(型号2BV-5131,抽气量400 m3/h,极限真空度-0.097 MPa,功率 11 kW)、一效强制循环泵(型号IH150-125-250,流量200 t/h,扬程20 m,功率18.5 kW)、二、三强制循环泵(型号IH100-80-160,流量120 t/h,扬程28 m,功率15 kW)、出料泵(型号IH50-32-160,流量12.5 t/h,扬程32 m,功率3 kW)、冷凝水泵(型号H50-32-160,流量12.5 t/h,扬程32 m,功率3 kW)组成,采用平流三效蒸发形式,即原水分别加入各效中,浓缩液也分别自各效底部排出,蒸气流向则由第一效流至二、三效。设计处理规模5.0 t/h,每天运行18 h。一效蒸发器温度和真空度为88 ℃、0.032 MPa,二效蒸发器温度、真空度为73 ℃、0.076 MPa,三效蒸发器温度、真空度为62 ℃、0.085 MPa。一效蒸发器、二效蒸发器和三效蒸发器换热面积分别为63、58、55 m2

 

工程应用情况

  该废水处理及回用系统正式投入实际应用以来,各处理工艺段运行情况如表 3所示,二级RO系统出水完全可以达到生产工艺用水水质要求,其中TP和TN均低于检出限,一级RO系统产水率稳定在70%,剩余30%的一级RO浓水经三效蒸发器处理后浓缩液委外处理,二级RO系统产水率稳定在80%,蒸发器冷凝液和二级RO浓水收集后返回到中间水池,实现了生产废水零排放。

 

项目

原水

混凝沉淀出水

生化系统出水

二级RO产水

蒸发器冷凝液

COD/(mg·L-1)

622~811

473~608

42~54

2~4

77~82

TP/(mg·L-1)

6.1 ~ 9.2

1.6~2.1

0.8~1.2

≤ 0.01

0.2~0.6

TN/(mg·L-1)

18.2 ~ 36.5

16.2~29.3

2.1~3.2

≤ 0.05

1.2~1.8

SS/(mg·L-1)

121~282

47~62

4~7

≤1

≤1

电导率/ (μS·cm-1)

2 120~2 614

2 104~2 507

2 041~2 541

12~15

154~169

pH

6.32~7.65

8.02~8.49

7.32~7.67

6.35~7.01

7.24~7.58 

3 各处理工艺段水质情况


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