微電解-芬頓-水解酸化-接觸厭氧-ABFT-混凝工藝處理甾體類制藥廢水

張魏建，趙選英，周騰騰，楊峰，戴建軍，劉柯顯

(1.江蘇南大華興環(huán)?？萍脊煞莨荆K 鹽城 224001；2.南京大學(xué)鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院，江蘇 鹽城 224001)

我國(guó)人口逐漸老齡化，人們對(duì)醫(yī)藥治療的需求愈來(lái)愈高，我國(guó)制藥行業(yè)規(guī)模隨之?dāng)U大，制藥行業(yè)產(chǎn)生的工藝廢水已對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。如何降低制藥廢水對(duì)外環(huán)境的影響已成為制藥行業(yè)發(fā)展中研究的熱點(diǎn)。制藥廢水具有水質(zhì)水量波動(dòng)大、有機(jī)物濃度高、可生化性差和有毒有害物質(zhì)含量高等特點(diǎn)[1-2]。研究表明，制藥廢水治理常用的處理方法有物化法、化學(xué)法、生物法及物化法-生物法聯(lián)用等，為了達(dá)標(biāo)排放，微電解-芬頓氧化-生物法組合工藝已成為制藥廢水處理的有效方法[3]。

本項(xiàng)目針對(duì)制藥廢水毒性大、生物降解性差、高COD等特點(diǎn)，采用微電解-芬頓-水解酸化-接觸厭氧-ABFT-混凝工藝處理制藥廢水，考察廢水中COD、氨氮、TP及甲苯的去除率，得出該組合工藝對(duì)制藥廢水的處理能力，提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。

1 工程概況

江蘇一工業(yè)園某制藥企業(yè)主要生產(chǎn)甾體類合成激素，其廢水主要包括工藝廢水、設(shè)備沖洗水、地面沖洗水、生活污水及初期雨水。該工程設(shè)計(jì)水量1000m3/d，實(shí)際運(yùn)行水量為800 m3/d，具體進(jìn)水水質(zhì)及依據(jù)《化學(xué)合成制藥工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21904-2008)[4]確定的出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2 工藝流程

2.1 工藝流程

根據(jù)該制藥廠的廢水水質(zhì)及水量，為了穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，采用“高級(jí)氧化+生化+物化”(微電解-芬頓-水解酸化-接觸厭氧-ABFT(曝氣生物流化池)-混凝)組合工藝處理廢水[5-6]。廢水先調(diào)節(jié)pH至酸性，然后進(jìn)入微電解-芬頓氧化池，再進(jìn)入中和沉淀池。

生化調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水為物化處理后的廢水、設(shè)備及地面沖洗水、生活污水及低濃工藝廢水，在曝氣作用下進(jìn)行充分混合均勻，再由提升泵進(jìn)入水解酸化池，廢水中大分子有機(jī)物經(jīng)過(guò)充分水解后，進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行產(chǎn)甲烷，然后進(jìn)入ABFT池進(jìn)行好氧接觸活性污泥法進(jìn)行氧化分解，最終廢水投加PAC、PAM去除水中部分SS、膠體及磷酸鹽，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。具體工藝流程如下圖1。

圖1 工藝流程圖

2.2 主要構(gòu)筑物及參數(shù)

(1)物化調(diào)節(jié)池。1座，半地上鋼砼結(jié)構(gòu)，防腐，尺寸為13m×6m×6.5m(長(zhǎng)×寬×高，下同)，有效深度為6m，水力停留時(shí)間HRT為23h。配套設(shè)施：提升泵(Q=13m3/h，H=20m，P=2.2kW)2臺(tái)(一用一備)；空氣攪拌系統(tǒng)，PP，曝氣軟管；轉(zhuǎn)子流量計(jì)(DN80mm)；鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)(Q=10.32m3/min，△P=58.8kPa，P=15kW)。

(2)微電解-芬頓氧化池。1座，地上碳鋼結(jié)構(gòu)，防腐，尺寸為6m×3m×3m，有效深度為2.5m，水力停留時(shí)間HRT為2h。配套設(shè)施：內(nèi)置鐵碳填料，空氣攪拌系統(tǒng)，PP，穿孔管。

(3)中和沉淀池。1座，半地上鋼砼結(jié)構(gòu)，防腐，尺寸為5m×5m×6m，有效水深為4.5m，水力停留時(shí)間HRT為8h，表面負(fù)荷為1 m3/m2·h，配套實(shí)施：在線pH計(jì)，導(dǎo)流筒，加藥系統(tǒng)。

(4)生化調(diào)節(jié)池。1座，半地上鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為13m×12m×6.5m，有效深度為6m，水力停留時(shí)間HRT為11h，配套設(shè)施：提升泵(Q=50m3/h，H=30m，P=7.5kW)2臺(tái)(一用一備)；空氣攪拌系統(tǒng)，PP，曝氣軟管；轉(zhuǎn)子流量計(jì)(DN80mm)；鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)(Q=10.32m3/min，△P=58.8kPa，P=15kW)。

(5)水解酸化池。2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為13m×12m×7.5m，有效水深7m，水力停留時(shí)間HRT為72h，潛水?dāng)嚢杵?QJB5/12-615/3-480)8臺(tái)；配水裝置。

(6)接觸式厭氧池。1座2組，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為16m×9m×6.5m，有效水深6m，水力停留時(shí)間HRT為20h，配套設(shè)施：內(nèi)置組合填料φ150mm；污泥回流泵(Q=40，H=25m，P=7.5kW)2臺(tái)，一用一備；集氣系統(tǒng)。

(7)ABFT池。1座2組，半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為13m×12m×6.5m，有效容積為2500m3，水力停留時(shí)間HRT為24h，汽水比為30∶1，配套設(shè)施：內(nèi)置組合填料，曝氣軟管(通氣量3 m3/(m·h))，配備3臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)(兩用一備)，風(fēng)量為19.3m3/min，風(fēng)壓為58.8kPa，功率為37kW。(8)二沉池。2座，半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為6m×6m×5m，有效深度為4.5m，水力停留時(shí)間HRT為4h，表面負(fù)荷：0.6m3/m2·h。配套設(shè)施：提升泵(Q=15m3/h，H=30m，P=3kW)2臺(tái)(一用一備)。

(9)混凝沉淀池。半地上鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為6m×6m×5m，有效深度為4.5m，水力停留時(shí)間HRT為4h，表面負(fù)荷：0.6m3/m2·h。配套設(shè)施：提升泵(Q=15m3/h，H=30m，P=3kW)2臺(tái)(一用一備)。

3 系統(tǒng)運(yùn)行及處理效果

對(duì)組合工藝處理系統(tǒng)調(diào)試了三個(gè)月時(shí)間，各反應(yīng)器運(yùn)行成功，系統(tǒng)穩(wěn)定、正常運(yùn)行。

3.1 微電解-芬頓系統(tǒng)啟動(dòng)及運(yùn)行

向物化調(diào)節(jié)池內(nèi)加入硫酸(濃度約50%)，將廢水pH調(diào)節(jié)至3～4。微電解-芬頓池內(nèi)置鐵碳組合填料，鐵碳填料平均粒徑2～3cm，反應(yīng)時(shí)間為4h，汽水比為10∶1。芬頓池內(nèi)投加30%的雙氧水，在中和絮凝池內(nèi)投加PAC、PAM及液堿，芬頓出水pH控制在8～8.5，每日間歇排泥四次。當(dāng)廢水去除效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求、處理水量達(dá)到設(shè)計(jì)水量及藥劑使用量達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，則表示微電解-芬頓系統(tǒng)調(diào)試成功。

3.2 水解酸化啟動(dòng)及運(yùn)行

水解酸化池內(nèi)接種污泥來(lái)自江蘇某市政污水站污泥，接種污泥量為5%(按照池體容積計(jì)算，下同)，使池內(nèi)污泥濃度約為5000mg/L，水解酸化池內(nèi)加入低濃生活污水，并按照C∶N∶P=200∶5∶1，加入葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀，使水解酸化池內(nèi)COD達(dá)到2000mg/L，當(dāng)接觸厭氧池內(nèi)污泥呈現(xiàn)黑色，池內(nèi)廢水ORP小于-200mV，揮發(fā)性脂肪酸VFA>50mg/L，即可認(rèn)為水解酸化池污泥培養(yǎng)成熟。

3.3 接觸厭氧池啟動(dòng)及運(yùn)行

接觸厭氧池內(nèi)接種污泥來(lái)自江蘇某市政污水站污泥，接種污泥量為10%，接觸厭氧池內(nèi)加入低濃生活污水，并按照C∶N∶P=200∶5∶1，加入葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀，使好氧池內(nèi)COD達(dá)到2000mg/L。當(dāng)接觸厭氧池內(nèi)污泥呈現(xiàn)黑色，池內(nèi)廢水ORP在-350mV～550mV左右，揮發(fā)性脂肪酸VFA在200～400mg/L，沼氣中CH4含量(體積比)>60%，即可認(rèn)為厭氧污泥培養(yǎng)成熟[7-8]。

3.4 ABFT啟動(dòng)及運(yùn)行

ABFT池內(nèi)接種污泥來(lái)自江蘇某市政污水站污泥，接種污泥量為5%，好氧池內(nèi)加入低濃生活污水，并按照C∶N∶P=100∶5∶1，加入葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀，使好氧池內(nèi)COD達(dá)到600mg/L。悶曝三天后，開(kāi)始連續(xù)進(jìn)水(生活污水)，7d后，開(kāi)始緩慢進(jìn)入工藝廢水，進(jìn)水濃度用生活污水調(diào)配至1000mg/L，進(jìn)水量為設(shè)計(jì)值的1/3，DO控制在2～4mg/L，當(dāng)COD去除率達(dá)到60%，MLSS達(dá)到3000mg/L，SV30達(dá)到25%～30%，時(shí)，逐步提高進(jìn)水流量及負(fù)荷，經(jīng)過(guò)45d左右，活性污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)累枝蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)等固著型纖毛蟲(chóng)時(shí)，可認(rèn)為調(diào)試完成[9]。

3.5 系統(tǒng)整體效果分析

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三個(gè)月時(shí)間調(diào)試完畢后開(kāi)始正常運(yùn)行，各處理單元處理效果見(jiàn)表2。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)該組合工藝處理后，廢水出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《化學(xué)合成制藥工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21904-2008)。

表2 各單元處理效果

4 效益分析

工程項(xiàng)目費(fèi)用由土建費(fèi)用、工藝設(shè)備費(fèi)用、其他費(fèi)用(設(shè)計(jì)費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、調(diào)試費(fèi)、稅收)三部分組成。本項(xiàng)目總投資900萬(wàn)元。

運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)及污泥處置費(fèi)[10]。其中電費(fèi)：電耗1.70kWh/m3污水，電價(jià)按0.65元/kWh，則電費(fèi)為1.09元/m3污水；藥劑費(fèi)：實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中使用硫酸亞鐵、硫酸、雙氧水、石灰、液堿、PAC和PAM，則藥劑費(fèi)為1.77元/m3污水；人工費(fèi)：污水處理站共設(shè)置6人，工人福利工資按照4000元/月計(jì)，則人工費(fèi)為0.8元/m3污水，污泥處置費(fèi)：噸水產(chǎn)生污泥約0.5kg，按照5000元/噸計(jì)，則污泥處置費(fèi)為2.5元/m3污水。合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用為6.16元/m3污水，投資較少，運(yùn)行費(fèi)用較低，占企業(yè)項(xiàng)目投資額的2.16%，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

5 結(jié)論

工程實(shí)踐證明微電解-芬頓-水解酸化-接觸厭氧-ABFT-混凝工藝處理甾體類制藥廢水是可行的，污水站實(shí)際運(yùn)行效果表明：

(a)微電解-芬頓氧化作為預(yù)處理工藝，可以有效提高廢水的可生化性，廢水B/C由原來(lái)的0.159提高至0.48，廢水平均COD由7000mg/L降為4725mg/L，COD去除率可達(dá)32.50%。

(b)經(jīng)過(guò)該組合工藝處理后，出水COD、NH3-N、、TP及甲苯的去除率分別為98.53%，95.20%，92.40%，99.58%。最終出水指標(biāo)滿足《化學(xué)合成制藥工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21904-2008)的要求。

(c)該系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為6.16元/m3污水，運(yùn)行費(fèi)用較低，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

因此，該組合工藝適合處理甾體類制藥廢水。