制药废水处理工程设计的研究*

於 静，胡雨嘉，曹晓悦

(1 台州市生态环境局椒江分局，浙江 台州 318000；2 台州学院生命科学学院，浙江 台州 318000；3 台州学大博仕环境科技有限公司，浙江 台州 318000)

化学合成类制药废水的成分复杂、有机物种类多且浓度较高，排放时间不固定，是目前最难处理的工业废水之一，对自然生态环境有着严重的影响。在生产过程中，此类药物多采用间歇工艺组织生产，化学反应步骤多，主原料的收率一般为60%～80%，其余原料均以“三废”的形式排放[1-2]。

台州市某药业股份有限公司是一家以非甾体抗炎药(4-联苯乙酸医药中间体)生产为主的现代化企业。该企业的生产废水主要包括车间生产废水、清洗废水以及化验废水等。废水中含有大量苯环和杂环等有机物，可生化性差，还有一定的色度和刺鼻气味。根据相关要求，企业需设置废水处理设施，废水经企业自建处理设施处理后，需达到《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21904-2008)。

1 废水的水质和设计水量

1.1 废水水质

根据现场调查及取样分析，企业排出的废水中主要污染物质为CODCr、BOD5、NH3-N、SS和色度，pH呈酸性，企业日均水质波动较大。

根据当地环境保护局的要求，该企业废水经自建处理设施处理后须达到《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21904-2008)后再排入市政管网。项目具体的设计进水和出水水质指标如表1和表2所示。

表1 设计进水水质Table 1 Design influent water quality

表2 《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21904-2008)Table 2 Discharge Standards of Water Pollutants for Pharmaceutical Industry Chemical Synthesis Products Category (GB 21904-2008)

1.2 废水水量

根据企业所提供的相关资料，废水总设计处理量为180 m3/d，废水主要来源于车间生产、清洗及化验等。废水中含有大量苯环和杂环等有机物，可生化性差，有一定色度和刺鼻气味。

2 工程设计

2.1 设计思路

进水pH偏低：企业废水的pH为4～5，呈酸性，因此需要对废水的pH进行处理，调节至中性，以便于后续工艺的水处理条件以及降低设备腐蚀的可能性。

可生化性差：根据已有信息以及现场的调查取证，企业废水性质为高浓度难降解有机废水，B/C为0.18左右，可生化性差，不易于生物降解，因此，在设计时需先提高废水的可生化性，再进行生物降解。

有一定色度：企业废水色度为300，根据我国相关排放标准，化学合成类制药工业废水在排放时，其色度限值为50，因此需要设置污水的脱色步骤以满足要求。

较高的SS：废水中的SS含量较高，如不加以处理，可能会干扰后续的工序，使处理效率降低。

有一定浓度的氨氮：水体中的氨氮含量较高时会使水中的溶解氧含量降低，水体氧化能力减弱。

且根据《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21904-2008)，企业废水相关的污染物指标均超过标准值，因此需要进行处理，达标后排放，减少后续市政官网废水的处理难度。

2.2 主体工艺

据调查与分析，企业决定采用“混凝沉淀+芬顿氧化+二段式生物接触氧化+超滤”的主体处理工艺，具体工艺流程图见图1。

图1 本设计工艺流程图Fig.1 Process flow chart

企业废水流经细格栅，去除较大颗粒物，该工序的正常运转对保护机械设备、过程仪表及后续生化处理的正常运行起到重要作用[3]。

企业日进水量变化大，给废水处理系统的运行带来困难，为此设置调节池1以均衡水质水量，降低冲击负荷[4]。

废水经调节池1处理后的污水进入混凝沉淀池，去除废水中的胶体粒子、微小悬浮物和部分有机污染物，为后续工艺降低处理负荷[5]。

芬顿氧化对进水pH的要求为3～4，因此废水经混凝沉淀处理之后进入调节池2，调节pH，随后进入芬顿氧化塔，在体系产生的羟基自由基(·OH)作用下进行芬顿氧化反应[5]，以提高废水的可生化性，去除色度。

废水经芬顿氧化进入pH调节池，之后进入二段式生物接触氧化池。二段生物接触氧化法将传统的生物接触氧化池分为二段，可以充分发挥同类微生物种群的协同作用，克服不同微生物种群间的拮抗作用，大大提高处理效率[6]。此阶段两座生物接触氧化池主要去除有机物和氨氮，老化脱落的生物膜落入沉淀池，中沉池和二沉池主要去除SS。

二沉池出水中未完全沉淀的颗粒物可能含有有机物，为保障出水水质，二沉池后加设超滤，能够进一步去除残留的颗粒物。

污泥排入污泥浓缩池，初步浓缩，减小后续处理难度，降低处理成本。污泥经初步浓缩后，用泵抽至污泥脱水机房进一步脱水，脱水后的泥饼外运处理。

本设计中污染源排放监控位置在企业废水的总排放口。

2.3 主体工艺的优缺点和改进措施的讨论

本设计主要工艺流程为：“混凝沉淀+芬顿氧化+二段式生物接触氧化+超滤”，此工艺的优点主要表现为：操作简单，对污染物的去除效率高、耐冲击负荷且没有污泥膨胀，工艺运行稳定。

此工艺的缺点主要表现为：二段式生物接触氧化阶段的生物膜的量随BOD负荷而改变，BOD负荷高则生物膜数量多，但生物膜过厚会堵塞填料，其曝气设备的安装和维护不如活性污泥法更方便；在芬顿氧化工艺中COD达到一定的去除率后，无法再继续去除有机物，易造成H2O2用药的消耗，且产生的Fe(OH)3胶体，会使污泥的体积增加；竖流式沉淀池的深度大，施工困难，造价高。

关于改进措施的讨论：在设计时，考虑到混凝沉淀与芬顿氧化对进水pH的要求，在这两步工艺之前均设有调节池以调节废水的pH，使之满足相应的要求。另外，本设计将芬顿氧化工艺设在混凝沉淀之后，减小了废水中所含有的SS对芬顿设备运行的影响，一定程度上降低了投资。废水在进行二段式生物接触氧化之后，脱落的生物膜微小颗粒可能会随废水进入二沉池，使得二沉池出水SS含量上升，且增加的这一部分SS含有有机物，因此，加设超滤设备来保证出水的水质达标。

3 主要构筑物及设备

3.1 调节池1

共1座，总尺寸为：5 m×4 m×3.5 m，有效水深3.0 m，停留时间8 h。钢筋混凝土结构，配套设备有pH计1套，加药管1批，穿孔曝气系统1批。本次设计的水量较小，不宜设格栅机，因此在调节池1内设不锈钢格栅网。

3.2 混凝沉淀池

共1座，方形，上口尺寸为4 m×4 m；泥斗高1.5 m，超高0.3 m，缓冲层0.3 m，集水槽深0.3 m，有效水深3 m，停留时间2 h，总高度5.4 m，表面水利负荷1.5 m3/m2·h。钢筋混凝土结构，配套设备有pH计一套、PAC、PAM加药管各1批，穿孔曝气系统1批。

3.3 调节池2

共1座，总尺寸为：4 m×2.5 m×3.5 m，有效水深3.0 m，停留时间4 h。钢筋混凝土结构，配套设备有pH计1套，加药管1批，穿孔曝气系统1批。

3.4 芬顿氧化塔

共1座，碳钢材质，停留时间1 h，型号采用ICME-8，直径1.5 m，高3 m。主体结构采用碳钢防腐材质材料。

3.5 生物接触氧化池1

共1座，分2格，停留时间6 h，超高0.5 m，稳定水层0.5 m，填料层3 m，布气层0.5 m，池总深为4.5 m，总尺寸为6.0 m×5.0 m×4.5 m，容积负荷：1.5 kg BOD5/m3·d。钢筋混凝土结构，配套设备有鼓风曝气管一套，塑料材质蜂窝状填料一组，填料层有效容积90 m3。

3.6 中沉池

共1座，方形，上口尺寸为3 m×3 m，泥斗高1.0 m，超高0.3 m，缓冲层0.3 m，集水槽深0.3 m，有效水深3 m，停留时间2 h，总高度4.9 m，表面负荷1.5 m3/m2·h。钢筋混凝土结构。

3.7 生物接触氧化池2

共1座，不分格，布气层0.5 m，填料层2 m，稳定水层0.5 m，超高0.5 m，总高度3.5 m，总尺寸为4.0 m×4.0 m×3.5 m。钢筋混凝土结构，配套设备有鼓风曝气管一套，塑料材质蜂窝状填料一组，填料层有效容积32 m3。

3.8 二沉池

共1座，方形，上口尺寸为3 m×3 m，泥斗高1.0 m，超高0.3 m，缓冲层0.3 m，集水槽深度0.3 m，有效水深3 m，总高度4.9 m，停留时间2 h，表面负荷1.5 m3/m2·h。钢筋混凝土结构。

3.9 超 滤

设一组超滤设备，采用已有的成型设备总尺寸：1.0 m×0.8 m×1.5 m。配套设备有：提升泵一组，保安过滤器一套。

3.10 污泥浓缩池

设1座，停留时间2 h，池体尺寸为4.0 m×2.0 m×2.3 m；有效高度2 m。钢筋混凝土结构。

3.11 综合房

综合房总尺寸为18 m×4 m×4 m，放置鼓风机、污泥回流泵、板框压滤机和加药罐。

4 处理效率

表3 运行结果

企业废水经处理，稳定运行之后，BOD、COD去除率分别达到99.16%和99.28%，氨氮、SS去除率分别达到84%和94.6%，色度达到50倍以下的限值，出水水质达到《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21906-2008)。

5 经济分析

本项目总投资173.46万元，其中土建投资85.16万元，设备投资60.3万元，设备安装及其他费用28万元。运行成本(电费、人工费、水费等)共4 303元/d。

6 结 论

台州某药业股份有限公司采用综合混凝沉淀+芬顿氧化+二段式生物接触氧化+超滤工艺处理化学合成类制药工业废水，废水处理量为180 m3/d。该工艺抗冲击负荷能力强，处理效果好，不需要污泥回流，对COD、BOD、SS、NH3-N和色度的去除率分别达到99.16%、99.28%、98.2%、84%和98.04%，且最终出水指标均可达到《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21904-2008)。