CA—SBR工藝在制藥生產(chǎn)廢水處理工程

1、CASBR工藝在制藥生產(chǎn)廢水處理工程齊勇剛 胡景燦 劉梅榮（湖南恒輝環(huán)保實業(yè)有限公司技術(shù)中心，湘潭 410081）1 背景介紹株洲千金藥業(yè)股份有限公司是一九九三年由株洲中藥廠改制成立，是中國中成藥生產(chǎn)重點企業(yè)五十強之一。公司主要產(chǎn)品為婦科千金片、千金膠囊、舒筋活絡(luò)液等。十多年來，公司保持快速發(fā)展勢頭，一九九八年實現(xiàn)銷售1.2億元，利潤2469萬元，人均利稅13.7萬元。隨著企業(yè)經(jīng)濟效益的快速增長，公司為造福社會，于2001年興建了全廠廢水處理工程。該廢水處理站位于株洲市荷塘區(qū)金鉤山株洲千金藥業(yè)公司廠區(qū)內(nèi)，占地約700m2。根據(jù)廠方的分流制排水規(guī)劃，廠區(qū)生產(chǎn)廢水、生活污水和雨水分管排放，其中廢水

2、處理站只接納生產(chǎn)廢水，設(shè)計規(guī)模1700m3/d。2 廢水設(shè)計參數(shù)2.1 廢水水量 該公司生產(chǎn)廢水主要來自洗滌、煎煮（洗鍋）、片劑和制劑等工序，其中煎煮工序洗鍋廢水及制劑車間廢水污染程度高，洗滌及冷卻工段排放廢水量大。該公司擴產(chǎn)后日用水水量及廢水日處理量估算見表1。擴產(chǎn)后公司生產(chǎn)廢水日排放量為1350m3/d，根據(jù)公司遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，取設(shè)計處理廢水量為1700 m3/d。表1 擴產(chǎn)后日用水水量及廢水日處理量估算表項目水量前處理洗藥用水360 m3/d洗鍋用水50 m3/d洗衣衛(wèi)生用水35 m3/d入藥用水35 m3/d新加制劑用水80m3/d制劑制劑等用水400m3/d動力造汽用水250 m3/d

3、循環(huán)補充用水90 m3/d其它用水50m3/d合計 1350 m3/d2.2 廢水水質(zhì) 生產(chǎn)廢水中的污染物質(zhì)大致可分水溶性的和水不溶性的兩類。水溶性的污染物主要是單寧、生物堿、有機酸、糖類、蒽醌、淀粉等有機物，另外還有制劑工序引入的無毒色素，片劑車間排放的高分子物質(zhì)等。水不溶性的污染物主要來自清洗、煎煮等工序，主要是泥沙、植物類懸浮物等。因為是中藥制藥企業(yè)，所以其生產(chǎn)廢水中的有毒物質(zhì)較少，COD較西藥制藥廢水要低。廢水水質(zhì)指標(biāo)見表2。表2 廢水水質(zhì)指標(biāo)名 稱COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)石油類mg/L)色度（倍）pH廢水1200500100015-572.3 處理出水水

4、質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)廢水處理后執(zhí)行國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-96一級排放標(biāo)準(zhǔn)。為了節(jié)約水資源，可以考慮部分處理后的水作為中水回用，為達到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時考慮了用砂濾和加氯消毒的方法來提高出水水質(zhì)。主要回用途徑有：1）澆灌花草，廠區(qū)內(nèi)綠化用水可以全部使用處理后的水。2）鍋爐煙氣除塵，必要時可以部分使用處理后水進行鍋爐煙氣除塵。2.4 處理工藝流程針對上述出水要求，通過必要的試驗研究和參考同類廢水處理工程的經(jīng)驗，我們選用先進的CA+SBR工藝（催化水解酸化+間歇序批式活性污泥反應(yīng)器）。在回用水深度處理方面，考慮在二級處理的基礎(chǔ)上，增加砂濾和加氯消毒工藝，使出水水質(zhì)進一步提高。廢水處理工藝流程情況如下

5、（見圖1）：廢水經(jīng)格柵池和撈毛除渣機除去大顆粒懸浮物后自流進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池中放置了廢鐵屑，通過鐵屑在水中的電化學(xué)反應(yīng)對廢水中的有機污染物起水解催化作用，再進入水解酸化池。水解酸化池分兩段，第一段布置了曝氣裝置，必要時可以進行預(yù)曝氣，對池中廢水進行攪拌。水解酸化池出水通過污水提升泵進入SBR池，經(jīng)曝氣處理后，沉淀。排出沉淀后的上層清水。排水可通過砂濾池濾掉懸浮雜質(zhì)，也可不通過砂濾池直接經(jīng)清水池外排。在需要將排水回用時還可以加消毒藥水以提高回用水水質(zhì)。SBR池的剩余污泥可以排入集泥池，經(jīng)污泥濃縮池重力濃縮，壓濾機壓濾后外運。 攪拌調(diào)節(jié)池水解酸化池格柵池廢水 提升泵 反沖洗水清水池砂濾池消毒池SB

6、R池風(fēng)機房加氯間 排放/回用曝氣曝氣 壓濾機房污泥濃縮池集泥池污泥 外運圖1 廢水處理工藝流程3 廢水處理站平面布置和高程布置3.1 平面布置廢水處理站位于千金藥業(yè)公司廠區(qū)的東北角，占地面積約750m2。（見圖2）在設(shè)計時，我們采取了SBR池與調(diào)節(jié)水解酸化池豎向布置的方法，將SBR池建在調(diào)節(jié)水解酸化池之上，既節(jié)省了占地面積，又利用SBR池的水位高差保證潷水器的自流排水。同時我們將風(fēng)機房建在地下，并進行隔聲處理，有效的控制了風(fēng)機運行中產(chǎn)生的噪聲污染。 1.格柵池 2.SBR池（下層是調(diào)節(jié)水解酸化池） 3.集泥井 4.污泥濃縮池5.消毒-砂濾-清水池 6.排水明渠 7.流量計井 8.污泥脫水間 9

7、.泵房（下層是風(fēng)機房，上層是控制化驗間） 10.消毒加藥間圖2 廢水處理站平面布置圖3.2 高程布置在高程布置設(shè)計上，利用廠區(qū)廢水管網(wǎng)出口的高差讓廢水自流進入從調(diào)節(jié)水解酸化池，再利用污水泵做一次提升將水解酸化池出水泵入SBR池。SBR池排水以及砂濾過程利用構(gòu)筑物之間的高差克服水頭損失，使廢水自流流動，參見圖3。 1.格柵池 2.調(diào)節(jié)水解酸化池 3.SBR池 4.集泥井 5.消毒池6.砂濾池 7.清水池 8.污泥濃縮池 9.流量計井圖3 高程布置圖4 主要構(gòu)筑物4.1 格柵池格柵池尺寸為4.4×2.4×1.4m3，前部分為柵條間距10mm的人工粗格柵，后部分設(shè)有一臺CM200

8、0型除毛除渣機。格柵池能有效去除各類大體積雜物，為后續(xù)處理創(chuàng)造良好條件。4.2 調(diào)節(jié)池 調(diào)節(jié)池尺寸10.0×9.5×5.0m3，池體超高1.0m，設(shè)計水利停留時間HRT=2.54h，進水采用雙層環(huán)狀穿孔管布水。4.3 水解酸化池 水解酸化池尺寸20.0×9.5×5.0m3，內(nèi)分兩格，池體超高1.0m，有效容積760m3，設(shè)計水利停留時間HRT=10.7h，第一格池底布置有微孔曝氣頭，必要時可以進行曝氣攪拌。4.4 SBR池SBR池尺寸10.0×9.5×5.5m3，池體超高0.5m，共3池。進水采用ZW150-180-15型污水泵從集水

9、井中將廢水提升至SBR池，池中利用環(huán)狀穿孔管布水。曝氣采用SSR型羅茨鼓風(fēng)機，曝氣裝置選用氧利用率20%以上的DYW-型微孔曝氣器，每池布置156個。排水采用BS250-5000型潷水器，最大潷水率超過60%，最大單池周期排水285m3。3個SBR池采取交錯間歇的方式運行，設(shè)計單池運行周期為12h，其中進水1.5h，曝氣8.0h，沉淀1.0h，排水1.0h，閑置0.5h，每池每日運行2周期，3池每日運行6周期，最大日處理量為285×6=1710m3。4.5 集泥井集泥井尺寸10.0×1.5×5.0m3，共三池，其底部與調(diào)節(jié)池以及水解酸化池連通。SBR池中的多余污泥

10、通過SBR池底的排空閥直接排放到集泥井中，逐漸累積后利用污泥泵抽至污泥濃縮池。4.6 污泥濃縮池 污泥濃縮池尺寸3.5×1.5×3.3m3，底部為斗狀，共2池。由于實踐證明SBR工藝產(chǎn)生的剩余污泥很少，所以污泥濃縮池設(shè)計時沒采用一般活性污泥工藝的設(shè)計參數(shù)。濃縮采用重力濃縮，設(shè)計停留時間1224h，濃縮池上清液通過池壁上的電動閥逐層排出，底部濃縮污泥用螺桿泵抽送至帶式污泥壓濾機上進行脫水處理。4.7 消毒砂濾清水池消毒砂濾清水池為一體式結(jié)構(gòu)，尺寸9.2×7.5×6.3m3，其中消毒池尺寸9.2×3.5×6.3m3，砂濾池9.2×

11、;2.5×6.3m3。消毒采用氯片消毒器配置溶液通過在消毒池中與排水的均勻混合到達出水消毒的目的。另外在消毒池上設(shè)有增氧機，必要時可以提高出水中的溶解氧含量，進一步提高處理水質(zhì)。砂濾池采用普通快濾池結(jié)構(gòu)，以120mm的瓷球為濾料，設(shè)計濾速12.4m/h，反沖采用SBR池排水反沖，反沖時間5min。操作中，SBR池排水可根據(jù)需要決定是否通過過砂濾池。4.8 泵及風(fēng)機房 泵與風(fēng)機房平面尺寸10.0×5.24m2，為雙層結(jié)構(gòu)。其中風(fēng)機房設(shè)于泵房下的負(fù)一層中，內(nèi)設(shè)有供水解酸化池預(yù)曝氣的HC-100S型回轉(zhuǎn)風(fēng)機（5.11m3/min，0.5kg/cm2，7.5kw）一臺，供SBR池曝

12、氣的SSR125型羅茨鼓風(fēng)機（9.19m3/min，0.59kg/cm2，15kw）3臺，為潷水器汽缸以及污泥壓濾機汽缸提供壓縮空氣的Z-0.025/7型空氣壓縮機兩臺。4.9 污泥脫水間 污泥脫水間尺寸9.23×5.24×5.2m3，其中設(shè)有PFMA-500型帶式壓濾機一臺，用于抽送濃縮污泥的G（GS）35-1型螺桿泵一臺，用于沖洗壓濾機的IS50-32-200A型清洗水泵一臺，混凝劑投配裝置一套。5 廢水處理站運行情況分析5.1 系統(tǒng)運行安排該廢水處理站工程2001年底竣工，經(jīng)過近半年的調(diào)試和試運行，目前已投入正式使用。 由于該污水處理站是根據(jù)企業(yè)遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃設(shè)計確定處

13、理水量的，受企業(yè)生產(chǎn)能力限制，目前污水處理量約800900m3/d，并沒有達到設(shè)計處理量。因為采用的是SBR工藝，運行方式十分靈活，所以即使目前進水量不到設(shè)計要求的60%，整個生化系統(tǒng)的仍然能夠正常運行。具體運行方式如下：只使用三個SBR池中的兩個，每個SBR池每天運行兩周期，每個SBR池每周期處理水量200250m3/d。如果今后水量增大，可以從已運行的量個SBR池中分出部分活性污泥，進行運行即可，根據(jù)從第一個SBR池分出部分的活性污泥接種到第二個SBR池的實踐過程來看，新的SBR池的啟動過程很快，從接種污泥到正常以運行大約只要10天左右，而且不會對分出活性污泥的SBR池的運行產(chǎn)生不良影響。

14、SBR工藝之所以能適應(yīng)水量的大幅變化是因為其采用的是間歇式運行，一個周期中的五個工藝階段的時間分配都可以根據(jù)實際需要靈活安排，而且每周期的排水量也可以根據(jù)需要通過潷水器的潷水深度來確定。根據(jù)設(shè)計，我們能保證進水量在200m3/d1700m3/d范圍內(nèi)整個系統(tǒng)都能正常運行，克服了運用傳統(tǒng)的連續(xù)流式活性污泥法時由于進水水量達不到設(shè)計要求而無法正常以運行的缺點。 5.2 水質(zhì)運行情況分析從2002年5月該廢水處理站于正式投入使用以來，出水水質(zhì)情況較穩(wěn)定，出水清澈，各項指標(biāo)均能到達設(shè)計要求。水質(zhì)監(jiān)測見表3（以COD為主要監(jiān)測指標(biāo)）。表3 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果（月平均值）原水COD（mg/L）水解酸化池出水CO

15、D（mg/L）1#SBR池出水COD（mg/L）3#SBR池出水COD（mg/L）2002.05623.5498.220.523.32002.06745.3592.622.121.52002.071036.7832.446.245.72002.081059.2796.541.742.12002.091046.2803.442.140.52002.101075.9839.245.445.6運行過程中五六月份曾受企業(yè)生產(chǎn)安排影響，部分車間生產(chǎn)不正常，造成進水水量偏少，COD含量較低。以上監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，采用CASBR工藝對中成藥制藥廢水的處理效果很理想，其中CA（催化水解酸化）階段對COD的去除率一

16、般在20%左右，SBR階段的COD去除率在95%左右。整個工藝過程對進水水質(zhì)水量的變化有很大的適應(yīng)性，抗沖擊負(fù)荷能力好。5.3 污泥運行情況分析由于SBR工藝中曝氣過程和沉淀過程是在同一池中完成的，所以不僅能節(jié)省基建費用，而且還省去了一般活性污泥法中的污泥回流系統(tǒng)，簡化了操作。該廢水站SBR池的活性污泥來源于某污水廠的剩余污泥，通過接種馴化來使其適應(yīng)中藥制藥廢水的處理，馴化好的污泥呈褐色。在日常的監(jiān)測中考慮操作的方便性，我們以SBR池正常水位時池中的污泥沉降比（SV）來表示污泥量，根據(jù)多次試驗得出SV=20時的污泥濃度約為3500mg/L。在實際運行過程中，我們發(fā)現(xiàn)污泥的增殖性能在SV15時較

17、快，SV20后，污泥的增殖就變得很緩慢（見表3），而且污泥會呈現(xiàn)出老化現(xiàn)象，所以我們將SBR污泥池污泥量控制在SBR池正常水位時SV=20左右，即MLSS=3500mg/L左右。由于污泥在運行過程中不斷的老化，所以每天要排出一定量的污泥，根據(jù)一段時間的摸索，我們將排泥安排在每天排水結(jié)束后，排泥量一般為污泥總量的5%10% ，即污泥齡約在1020d。實踐發(fā)現(xiàn)，適時適量的排泥是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保證。如果不及時排泥會造成污泥老化，污泥絮體變碎，沉降性能變差，使出水水質(zhì)下降。13.5.4 溶解氧控制SBR池曝氣運行中的廢水溶解氧含量的變化是確定曝氣時間的重要依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場采樣，SBR池曝氣過程廢水溶

18、解氧變化曲線見圖4， 圖4 SBR池曝氣過程廢水溶解氧變化曲線 我們發(fā)現(xiàn)在實際運行過程中，每天流入廢水處理站的廢水水質(zhì)會因生產(chǎn)變化而有所變化，有時變化幅度很大。以進入SBR池的廢水為監(jiān)測對象，其COD值一般在600mg/L1000mg/L之間，但有時甚至?xí)陀?00mg/L。從圖4中，我們可以清楚的看到，從水解酸化池進入到SBR池的廢水DO值為0mg/L，開始曝氣后DO值增長非常緩慢，這可能是因為曝氣初期曝氣廢水中有機物染物含量很高，隨曝氣中氧一進入SBR池就被活性污泥中的微生物很快消耗掉，此時系統(tǒng)處在缺氧階段。隨著時間的推移，廢水中的污染物被活性污泥逐漸吸附降解，這時水中的溶解氧開始慢慢上升

19、，水中的絕大部分污染物已被轉(zhuǎn)移至污泥中，系統(tǒng)過渡到富氧階段，在DO達到1.0mg/L后，其增長速率明顯增快。根據(jù)實測發(fā)現(xiàn)當(dāng)DO上升到4.5mg/L左右時，其增長速率就會明顯降低，這時污染物已被微生物逐漸分解。5.5 生物相變化污泥中的微生物以鐘蟲、輪蟲為主，也有少量纖毛蟲、鞭毛蟲、線蟲。運行過程中曾出現(xiàn)豆形蟲大量增多，而其他微生物種類很少的狀況，這時的污泥絮體出現(xiàn)破碎、沉降性變差。因此，我們定期做污泥微生物鏡檢來了解污泥中生物相的變化，根據(jù)觀察結(jié)果來調(diào)整曝氣量和排泥量以及排泥操作周期。5.6 運行中存在的問題5.6.1 曝氣量的控制問題運行過程中存在的主要問題是如何控制曝氣量。和傳統(tǒng)活性污泥法

20、一樣，SBR工藝在曝氣過程中也存在隨著時間的推移，廢水中的有機物染物會不斷的被分解掉而使需氧量逐漸減少，如何來根據(jù)系統(tǒng)實際需氧量來控制曝氣量是一個需要解決的問題，因為曝氣階段后期多余的曝氣量不但會浪費不必要的能耗，提高廢水處理的成本，而且有時會因為過量曝氣而使污泥自身分解，使污泥絮體破碎而難以沉淀，造成出水水質(zhì)下降。對于這個問題，當(dāng)前較普遍的解決方法是采用在線監(jiān)測設(shè)備根據(jù)即時監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)通過自動化控制系統(tǒng)控制變頻風(fēng)機，來調(diào)整曝氣量來適應(yīng)活性污泥系統(tǒng)需氧量的變化。該廢水站設(shè)計之初曾作過這方面考慮，但因千金公司考慮這樣做前期投入將較大而且日后的自動化控制系統(tǒng)維護工作較復(fù)雜而沒有采用。目前我們解決

21、這一問題采取的是經(jīng)驗法，即根據(jù)一段時間的運行，來摸索合適的運行參數(shù)。根據(jù)實際操作得出的運行數(shù)據(jù)如表4。表4曝氣時間運行參考數(shù)據(jù)SBR池進水COD（mg/L）參考曝氣時間（h）90010006.07.08009005.56.07008005.05.56007004.55.04006004.04.54003.5注：上述曝氣時間指的是一個SBR池使用一臺風(fēng)量為9.19m3/min，風(fēng)壓0.59kg/cm2，功率15kw的羅茨鼓風(fēng)機曝氣時的時間。通過這種方法只能確定合適的曝氣時間以保證廢水中的有機物充分分解，并不能根據(jù)不同時間段生化系統(tǒng)對需氧量的變化來合理分配曝氣量。曝氣階段后期的過量曝氣問題依舊存在。5.6.2 出水水質(zhì)變化問題在調(diào)試和運行中都曾出現(xiàn)SBR排水水質(zhì)周期性變差問題。水質(zhì)變差主要體現(xiàn)在水色變黃，濁度升高，但一般出現(xiàn)這