生物制药废水深度处理回用工程实例

韩志远

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司， 呼和浩特 010206）

制药工业废水是公认的难处理废水之一， 废水中含有的难生化降解物质会在相当长时间内存留于环境中， 将对环境造成极大危害。 某工业园区有多家生物制药厂， 国家发改委批准在该工业园区新建2 台660 MW 超超临界直接空冷燃煤机组， 拟将制药废水进行处理后作为发电厂的补水， 而发电厂对冷却水补水和锅炉补水的水质要求都比较高。 因此， 在原有的污水处理工艺基础上进行工艺升级改造， 该工业园区生物制药废水经深度处理后供给发电厂。 制药废水深度处理工程的实施既满足了发电厂的补水要求， 实现了制药废水的回收再利用， 又具有显著的社会效益和经济效益［1-2］。 本文主要对该工程的深度处理工艺流程及运行效果进行了总结分析。

1 工程概况

该工业园区制药废水主要为发酵类制药废水，废水中除了含有高浓度的难降解有机污染物外， 制药厂排放废水的硬度和碱度都较高， 分别超过550和450 mg／L（以CaCO3计）， 总溶解性固体质量浓度（含盐量）最高可达6 000 mg／L， 属于较难处理的制药废水［3］。 原污水处理厂设计规模为500 m3／h，处理工艺以生化处理为主， 但出水水质不能满足发电厂冷却水补水和锅炉补水的水质要求， 必须继续进行深度处理。

本次升级改造为了满足660 MW 超超临界机组用水水质要求并实现废水资源综合利用的目的， 按总体设计要求需要对原有处理工艺进行升级改造并增加深度除盐工艺。 首先在原处理工艺末端增加纳滤单元， 使出水水质达到原设计的GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 排放标准； 纳滤出水仍含有较高的硬度、 碱度和含盐量， 需新建深度处理工程， 根据用水要求不同， 采用不同的深度处理工艺， 将纳滤出水处理至分别符合发电厂的冷却水补水和锅炉补水的水质要求。

2 设计水量、 水质

新建深度处理工程以纳滤出水作为来水水源，设计最大处理水量为400 m3／h， 分冷却水补水处理和锅炉补水处理， 这两部分的设计规模分别为300和100 m3／h。 原有工艺的纳滤出水经超滤、 反渗透膜处理达到冷却水补水水质要求后， 再通过离子交换树脂深度除盐工艺处理， 使水质达到超超临界机组锅炉补水的水质标准， 冷却水补水和锅炉补水的水质分别执行GB／T 50050—2017《工业循环冷却水处理设计规范》和GB／T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》。 深度处理工程的设计进出水水质如表1 所示。

表1 深度处理工程设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality of advanced treatment project

3 废水处理工艺

3.1 冷却水补水处理工艺

工业园区现有污水处理厂出水含盐量较高， 达4 500 ～6 000 mg／L， 必须进行除盐处理才能满足冷却水补水的水质要求， 可以使用反渗透处理降低含盐量。 同时水中总硬度和总碱度非常高， 分别为550 和450 mg／L， 如果直接进入反渗透处理系统会造成反渗透膜结垢， 因此必须采取相应的钠离子和弱酸阳离子处理工艺将现有来水中剩余的钙、镁离子和碳酸氢根离子尽可能去除， 为后续反渗透处理系统的稳定运行做好准备， 并且可以通过该方法提高后续反渗透产水的回收率［4］， 因此冷却水补水处理工艺主要采用超滤-钠床-弱酸床-反渗透工艺。

3.2 锅炉补水处理工艺

根据发电厂化学设计规范的要求， 除盐系统的设计需根据进水水质、 除盐水水质要求、 水量及对外供水工况等因素确定。 进水含盐质量浓度高于400 mg／L 时宜采用反渗透预脱盐工艺， 除盐工艺的出水应保证机组的相应压力等级水汽品质要求，出水水质应符合现行GB／T 12145—2016 的要求。根据已达到的冷却水补水的水质特点， 深度除盐工艺采用盘式自清洗过滤-超滤-反渗透-阳床-阴床-混床的工艺。 离子交换除盐工艺成熟且出水水质稳定， 能够满足超超临界机组锅炉补水水质的要求。经过反渗透膜的初步除盐处理再进行离子交换除盐， 使离子交换树脂的运行周期得到较大程度的延长， 再生树脂产生的废水量较少可以作为机组脱硫工艺用水。

升级改造后的深度处理工艺流程见图1。

4 主要构筑物及设备参数

4.1 冷却水补水处理系统

（1） 调节池。 1 座， 半地上钢混结构， 尺寸为16.0 m × 10.0 m × 5.0 m， 超高500 mm， 有效池容为800 m3。 配套提升泵2 台， 1 用1 备， Q ＝390 m3／h， H ＝150 kPa， N ＝45 kW。

图1 深度处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater advanced treatment

（2） 机械加速澄清池。 1 座， 钢混结构， 直径为17 m， 高度为6.5 m， Q ＝400 m3／h。 配套搅拌机和刮泥机各1 台。

（3） 变孔隙滤池。 2 座， 单座Q ＝200 m3／h，过滤区尺寸为5.0 m×4.0 m， 上升流速为10 m／h。

（4） 超滤。 2 套， 单套Q ＝172 m3／h， 膜型号为SMT600－P50， 64 支， 膜壳64 支， 材质为PVC。配套还原剂加药泵2 台， Q ＝20 L／h， H ＝0.7 MPa；阻垢剂加药泵4 台， Q ＝10 L／h， H ＝0.7 MPa； 保安过滤器3 座， 材质为SUS304。

（5） 钠离子交换器。 2 座， 尺寸为φ 3.0 m ×4.6 m， 材质为碳钢＋衬胶， 树脂型号为001×7。

（6） 弱酸阳离子交换器。 2 座， 尺寸为φ 3.0 m×4.6 m， 材质为碳钢＋衬胶， 树脂型号为D113。

（7） 反渗透。 2 套， 单套Q ＝172 m3／h， 回收率为72%。 膜型号为W30XFR－400／34i， 266 支，膜壳38 支， 型号为8 in（约20 cm）， 材质为FRP。

（8） 浓水反渗透。 1 套， Q ＝44 m3／h， 回收率为28%。 膜型号为SW30XLE－400iB， 77 支， 膜壳11 支， 型号为8 in（约20 cm）， 材质为FRP。

4.2 锅炉补水处理系统

（1） 调节水箱。 1 座， 钢制， 有效容积为300 m3， 超高为500 mm。 配套提升泵2 台， 1 用1 备，Q ＝160 m3／h， H ＝360 kPa， N ＝22 kW。

（2） 盘式自清洗过滤器。 1 套， Q ≤180 m3／h， 粗滤网采用强化尼龙， 细滤网采用不锈钢316及塑料骨架。

（3） 超 滤。 1 套， Q ＝144 m3／h， 膜 型 号 为UOF－6a， 46 支， 膜壳46 支， 材质为PVC。 配套还原剂加药泵1 台， Q ＝25 L／h， H ＝1.0 MPa； 阻垢剂加药泵1 台， Q ＝25 L／h， H ＝1.0 MPa； 保安过滤器1 台， 材质为SUS304。

（4） 反渗透。 1 套， Q ＝108 m3／h， 回收率为75%。 膜型号为BW30FR－400／34i， 126 支， 膜壳21 支， 型号为8 in（约20 cm）， 6 支装， 材质为FRP。

（5） 阳离子交换器。 1 座， 尺寸为φ 2.5 m ×4.6 m， 材质为碳钢＋衬胶， 树脂型号为001×7。

（6） 阴离子交换器。 1 座， 尺寸为φ 2.5 m ×4.6 m， 材质为碳钢＋衬胶， 树脂型号为201×7。

（7） 混合离子交换器。 1 座， 尺寸为φ 2.5 m×5.2 m， 材质为碳钢＋衬胶， 阳树脂型号为MB001×7， 阴树脂型号为MB201×7。

5 运行效果

该生物制药废水深度处理回用工程自2016 年年底正式投入运行至今， 各处理工艺运行良好， 每天回用至发电厂的水量约为4 000 m3， 水质完全可以达到超超临界机组冷却水补水和锅炉补水的水质要求。 冷却水补水处理系统的反渗透回收率达到了75% 以上， 浓水排至工业园区废水蒸发塘处理，锅炉补水处理系统的反渗透回收率达到了78% 以上， 浓水和离子交换树脂再生废水在火电厂内部用于脱硫系统工艺水， 该工程没有外排水。

该工程冷却水补水处理系统2017 年出水水质见表2， 锅炉补水处理系统2017 年出水水质见表3。

表2 冷却水补水处理系统2017 年出水水质Tab. 2 Effluent quality of cooling water make-up water treatment system in 2017

表3 锅炉补水处理系统2017 年出水水质Tab. 3 Effluent quality of bioler make-up water treatment system in 2017

由表2 和表3 可知， 升级改造后的深度处理工程的出水水质达到冷却水补水的水质要求， 且混合离子交换器出水电导率≤0.15 μS／cm、 ρ（SiO2） ≤9.4 μg／L， 满足GB／T 12145—2016 中超超临界机组锅炉补水的水质要求。

6 技术经济分析

该工程总投资约为3 800 万元， 其中冷却水补水处理系统投资3 200 万元， 锅炉补水处理系统投资600 万元。 废水处理达到冷却水补水水质要求的运行成本约为4.5 元／m3， 达到除盐水水质要求的运行成本约为9.0 元／m3。 其中冷却水补水处理系统的运行成本包括： 电费1.7 元／m3， 人工费1.0元／m3， 药 剂 费1.6 元／m3， 其 他 费 用0.20 元／m3。按一年运行365 d 计， 每年可回收利用制药废水约145 万m3， 其中冷却水补水回收利用119.5 万m3，锅炉补水回收利用25.5 万m3， 具有显著的环境效益和社会效益［5-6］。

7 结语

（1） 采用“生化处理＋膜法处理＋离子交换树脂深度除盐”的三级组合工艺处理生物制药废水， 实际运行工况表明： 处理后出水水质达到了超超临界机组锅炉补水的水质标准， 顺利实现了生物制药废水到二级除盐水的转化， 最终的除盐水出水电导率≤0.15 μS／cm、 ρ（SiO2） ≤9.4 μg／L， 满足GB／T 12145—2016 中超超临界机组锅炉补水的水质要求。 工程运行以来出水水质稳定， 达到了工程预期的设计目标。

（2） 该工程的成功实施既解决了工业园区生物制药废水的回收利用问题， 避免了环境污染， 又为园区新建火力发电厂提供了充足可靠的补水水源，每年回收利用制药废水约145 万m3， 具有很好的经济和社会效益。