1000吨每日红霉素制药废水处理工程（本科毕业论文）优秀完整版.doc

1000t/d 红霉素废水处理工程 第 1 页 共 37 页 目录目录 摘 要 .2 第一章 概论 .3 1.1 废水水质 .3 1.2 废水处理方法概要.5 1.3 主要制药废水处理工艺.5 1.4 总结.9 第二章 工艺选择 .10 2.1 设计材料.10 2.2 设计要求.10 2.3 处理方案选择.10 2.4 工艺流程.11 第三章 主体工艺设计计算 .13 3.1 格栅设计 .13 3.2 集水井设计.14 3.3 均质沉淀池设计.15 3.4 水解池设计.17 3.5 uasb 反应器设计18 3.6 内循环好氧三相流化床设计.23 3.7 二沉池设计.25 第四章 污泥部分设计计算 .28 4.1 集泥井设计.28 4.2 污泥浓缩池设计.28 4.3 污泥脱水机械选型.29 第五章 主要反应设备强度设计计算 .30 5.1 uasb 反应器强度设计30 5.2 basr 反应器强度计算 31 第六章 结论 .35 致谢 .36 参考文献 .37 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 2 页 共 37 页 1000t/d1000t/d 红霉素废水处理工程红霉素废水处理工程 （环境工程专业） 学生 指导教师 反应器的工作原理、设计要求，并进行了大量的设计计算，确定了其结构尺寸和运行条 件，为了使本设计更具实用性，还对主反应器进行了有关强度、结构方面的尝试。经过完整 的摘摘 要要：简述了目前制药行业的生产状况、废水来源及水质特点，介绍了国内制药废水处 理领域常用的工艺及发展现状。针对本设计给出的红霉素生产废水水质水量变化大，悬浮物 浓度高，含有难生物降解及有毒物质的特点，提出了采用上流式厌氧污泥床反应器加内循环 好氧生物流化床进行处理的组合工艺。分析了处理工艺中各主要工艺处理，出水水质将会得 到明显改善，并可达到污水综合排放标准一级标准。 主主题词题词：制药废水 上流式厌氧污泥床反应器 内循环好氧生物流化床 强度 abstract: this paper introduces the productive status, sources of wastewater and characteristics of wastewater in the pharmacy at present, summarises the common process and the progress in the field of pharmaceutical wastewater treatment. because the erythromycin wastewater characteristics and flow varies greatly, often has a high ss concentration, contains substances which is toxic and difficult to biological degradation, this paper introduces a combination process of an upflow anaerobic sludge blanket and an internal circulation aerobic biological fluidized bed. the author analyses principles of the main reactor and design requirements, and confirms the reactor sizes of configuration and work conditions through a lot of calculation. in order to make this paper practicable, we design intensity and configuration of the main reactors, too. through this process, we think the effluent would be purified and may achieve the first criterion. key words: pharmaceutical wastewater upflow anaerobic sludge blanket internal circulation aerobic biological fluidized bed intensity 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 3 页 共 37 页 第一章第一章 概论概论 随着医药工业的发展，制药废水已经成为严重的污染源之一。制药工业废水主要包 括四种：抗生素工业废水；合成药物生产废水；中成药生产废水；各类制剂生产过程的 洗涤水和冲洗废水。由于药物品种繁多，在药物生产过程中，需使用多种原料，生产工 艺又比较复杂，因而废水组成也十分复杂，其处理难度也比较大。 我国抗生素的研究从 20 世纪 20 年代开始，而生产则于 50 年代初。近年来，逐渐采 用电脑控制发酵以及基因技术，来提高发酵效果。但是，目前在抗生素的筛选和生产， 菌种选育等方面仍存在许多难点，出现原料利用率低提炼纯度低，废水中残留抗生素含 量高等诸多问题，造成严重的环境污染和不必要的浪费。 环境问题已经成为世界性的难题之一，严重的环境问题已经构成了对人类生存的威 胁，人们已开始认识到经济发展和环境保护是不可分割的整体，只有切实有效地保护环 境，才能确保可持续发展。水是地球上唯一不可替代地自然资源，我国人均水资源占有 量仅为世界平均水平的四分之一，水源不足、水体污染和水环境恶化已成为经济发展的 制约因素，保护水资源，防治水污染、改善水环境是实施可持续发展的必由之路。 本设计针对目前水污染中严重的污染源之一的抗生素废水悬浮物高、毒性大，不易处理的特点， 先介绍了抗生素生产的一般工艺流程，产生抗生素废水的生产环节，以及抗生素废水的水质特征。熟 悉其特点是我们对其进行针对性处理的第一步。接着回顾和展望了国内外处理抗生素废水常用的工艺 流程，以及其该工艺的原理、优缺点，最后针对本设计的原废水具体特点和相关水质参数，提出本设 计的工艺流程，并进行相关工艺计算、主要设备强度计算，根据要求做出工艺流程图、平面布置图及 主要设备详图。 1.1 废水水质废水水质 1.1.11.1.1 抗生素废水：抗生素废水：主要包括发酵废水、酸碱废水、有机溶剂及洗涤废水等。微生物发酵 法生产抗生素的一般工艺流程及排污点见图 1-1。 种子罐发酵罐 发酵废液预处理 冲洗废水冷却废水 冲洗废水废菌丝体 （加酸碱、预处理） 分离提取抗生素（离子交换、 萃取、吸附、结晶、沉淀等） 精制提纯（脱色、 结晶、干燥等） 成品 废水浓溶液（废母液） 冲洗（罐）废水 倒罐废液 图 1-1 抗生素发酵生产一般工艺流程及其排污点示意图 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 4 页 共 37 页 发酵废水：经提取有用物质后的发酵残液，含有大量未被利用的有机组分及其分解 产物，为该类废水的主要污染源。 洗涤废水：来源于发酵罐的清洗、分离机的清洗及其它清洗工段和洗地面，水质一 般与发酵废水相似，但浓度低。 其它废水：生物制药厂大多有冷却水排放。一般浓度不大，可直接排放，但最好回 用。 1.1.1.1 抗生素废水的水质特征1 （1）cod 浓度高（500080000mg/l） 。其中主要为发酵残余基质及营养物、溶媒提 取过程得萃余液、经溶媒回收后排出得蒸馏釜残液、离子交换过程排出得吸附废液、水 中不溶性抗生素得发酵滤液以及染菌倒罐液等。 （2）废水中 ss 浓度高（50025000mg/l）.其中主要为发酵的残余培养基质和发酵 产生的微生物丝菌体。 （3）存在难生物降解物质和有抑菌作用的抗生素等毒性物质。由于发酵中抗生素得 率较低，仅为 0.10.3，且分离提取率仅 6070，因此大部分废水中残留抗生素含 量均较高，而结晶母液中更高。会抑制好氧污泥活性，降低处理效果。 （4）硫酸盐浓度高。一般认为，好氧条件下硫酸盐得存在对生物处理没有影响，但 也有报到硫酸盐达 1000mg/l 以上对好氧生物处理有抑制。 （5）水质成分复杂。中间代谢产物、表面活性剂（破乳剂、消沫剂等）和提取分离 中残留的高浓度酸、碱、有机溶剂等化工原料含量高。该类成分易引起 ph 值波动大、色 度高和气味重等不利因素，影响厌氧反应器中甲烷菌正常的活性。 （6）水量小但间歇排放，冲击负荷较高，给生物处理带来极大的困难。 1.1.21.1.2 化学合成制药废水化学合成制药废水 化学制药主要是采用化学方法，使有机物质或无机物质发生化学反应生成所需的合 成制药。这类生产废水中含有种类繁多的有机物、金属及废酸废碱等。生产过程本身大 量使用各种化学原料，但由于多步反应，原料利用率低，导致废水 cod 浓度高，含盐量 大，大部分随废水排放，对环境造成相当恶劣的影响。废水中主要为有机物，如脂肪、 醇、酯、苯、苯酚、甲苯、二甲苯、硝基苯、石油类及氨氮、硫化物和各种金属离子等。 该类废水的水质、水量变化大，大多含有生物降解物和微生物生长抑制剂。 1.1.31.1.3 中成药生产废水中成药生产废水 中成药废水对于不同产品的生产都有其特殊的产生工段，但大多都包含洗药、提取 与制药、洗瓶等工段。中成药废水主要含有各种天然有机污染物，其主要成分为糖类、 有机酸、蒽醌、木质素、生物碱、单宁、鞣质、蛋白质、淀粉及它们的水解产物等。中 成药废水的水质波动很大，其 cod 最高含量可达 6000mg/l,bod 最高可达 2500mg/l。 1.1.41.1.4 生产过程中的洗涤水及冲洗水生产过程中的洗涤水及冲洗水 主要包括生产过程中各工段的冷却水、制剂冲洗水、净化水等工艺泄漏废水，同时还有相当一部 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 5 页 共 37 页 分为卫生清洁的地面冲洗废水。一般污染程度不大，经简单处理可达标排放。 1.2 废水处理方法概要废水处理方法概要 随着抗生素大规模的生产，人们就开始对抗生素生产废水的处理进行研究。从 20 世 纪 40 年代开始至今人们对抗生素生产废水的处理研究不断深入细致，处理技术也从以好 氧生物处理为主过渡为以厌氧生物处理技术为主。 制药废水水质水量波动较大，是处理难度较大的工业废水之一。所采用的处理方法 应根据具体情况进行选择。具体处理方法主要是生化工艺和物化工艺及其组合。 物化方法有：混凝法、气浮法、吸附法、焚烧法等。多用作预处理。 生化处理有：活性污泥法、sbr 法、uasb、两相厌氧处理工艺、生物流化床、生物接 触氧化法、生物活性炭、光催化法等。一般采用组合工艺。 制药废水的基本工艺流程工艺见图 1-2。 废水调节池预处理 投药 厌氧反应器 好氧沉淀 污泥 投药 后处理出水达标排放 生活污水 预处理污泥处理曝气 回流水或稀释水 图 1-2 制药废水处理基本工艺流程 1.31.3 主要制药废水处理工艺主要制药废水处理工艺 1.3.11.3.1 焚烧法焚烧法 哈高科白天鹅药业集团有限公司，哈医药集团制药总厂联合开发的用于处理高浓度 有机制药废水的焚烧法工艺2如下： 柴油贮槽燃烧机 风机 炉本体 压缩空气 g-g热交换器 雾化器管路区 管路区贮槽废液 排放气体 图 1-3 焚烧法工艺流程图 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 6 页 共 37 页 高浓度有机废水由中间槽经管路通过废液喷雾器送人炉本体内，燃料油经燃烧装置 自动点火，喷人焚烧废液，焚化燃烧 3d，可将废液内有机物充分氧化，使其焚化效率与 去除率达 95以上，产生的废气达到无异味、无恶臭、无烟的完全燃烧的效果，经喷淋 洗涤装置去除 10m 以上的粉尘，将符合排放标准的废气排放至大气。该焚烧处理系统 处理能力 600kg/h，废水水质 cod 高达 330000mg/l。 使用废液专用焚烧炉，可将高浓度有机废液用焚烧的方法处理掉，不仅可以大大削 减废水中高浓度有机污染物的含量，而且对提高厂区及周边地区环境污染的控制具有重 要意义。由于焚烧法具有高温分解和深度氧化的特性，对有毒、有害废物的处理是其它 方法无法取代的。用焚烧方法处理高浓度有机废水具有投资少、占地面积少、见效快及 操作不受气候影响的优点。如果用废溶媒及废酒精做辅助燃料以废烧废，可以降低运行 成本。其热能还可以回收利用。 1.3.21.3.2 厌氧好氧两级生化法处理制药废水厌氧好氧两级生化法处理制药废水 1.3.2.1 工艺原理 由于该种类废水的codcr浓度比较高，且好氧法处理高浓度有机废水有其自身的缺陷， 因而仅用单一的好氧处理很难实现达标排放，但是厌氧法却对处理高浓度有机废水有一 定优势。制药废水中含有抗生素，对好氧菌种有毒性，能抑制好氧菌的活性。然而厌氧 菌却能进行好氧菌所不能进行的解毒反应，能将废水中的抗生素有效地降解。从厌氧降 解三阶段理论来分析，在降解过程中，主要发生抑制作用的是在产甲烷阶段，酸化阶段 细菌的适应能力强，能耐很高的毒物浓度，能充分利用第一阶段水解菌的产物，使抗生 素及其代谢中间产物得以降解，有利于最后阶段产甲烷过程和后续处理。虽然厌氧法能 直接处理高浓度有机废水，但是厌氧法出水的codcr，bod浓度仍很高，且带有臭味，不 能直接徘放，因而考虑增加好氧处理来克服厌氧处理的缺点。另外，利用厌氧法处理高 浓度有机废水不仅最大限度的净化水质，同时还可回收生物能沼气3。厌氧多采用 uasb或两相厌氧（abr-ubf）等,好氧多采用sbr法、生物接触氧化法、cass以及流化床等 工艺。有的还在好氧工艺之后加上气浮或混凝等物化工艺，进一步提高出水水质。具体 工艺各排污单位可能有所细微差别。 1.3.2.2 应用实例 河南省平顶山市某制药厂土霉素生产采用微生物发酵法，在生产过程中要产生一定 量的高浓度有机废水外排入湛河，给当地的水环境造成一定影响。该厂废水出水水质及 排放标准如下： 表 1-1 平顶山某制药厂原废水出水水质及排放标准 项目bod/mg/lcod/mg/lss/mg/lph 废水水质21004500550010005.06.0 排放标准60 150200 69 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 7 页 共 37 页 该厂污水处理工艺如下： 高浓度废水 收 集 沉 淀 池 节 池 调 uasb 罐 气 池 预 曝 脱硫器沼气柜 泥饼外运 机 水 脱 浓 池 缩 污 泥 池 sbr 泥 池 集 离 水 分 液 清 上 于 泥 污 剩 稀释水 剩余泥 排放 沼气 图 1-4 平顶山某制药厂废水处理流程 1.3.31.3.3 水解酸化水解酸化好氧法好氧法 1.3.3.1 水解酸化-好氧工艺原理 水解好氧工艺是我国独立自主开发的污水处理工艺，为我国的水污染控制作出了 积极的贡献。 水解酸化工艺是考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速率不同，在反应器中利用水流 动的淘洗作用造成甲烷菌在反应器中难于繁殖，将厌氧处理控制在反应时间短的厌氧处 理第一阶段即在大量水解细菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，难 于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质。将厌氧水解处理作为各种生化处 理的预处理，由于不需曝气从而大大降低了生产运行成本，可提高污水的可生化性，降 低后续生物处理的负荷，大量削减后续好氧处理工艺的曝气量，降低工程投资和运行费 用，因而广泛的应用于难生物降解的化工、造纸、制药等高浓度有机工业废水处理中。 作为好氧处理的预处理。 好氧处理一般可以采用传统活性污泥法、接触氧化法、周期循环延时曝气活性污泥 系统（iceas）、氧化塘及土地处理等工艺。进一步改善水质，使达标排放。 1.3.3.2 应用实例 黑龙江省某制药厂的主要生产车间是制剂车间和提取车间。厂区废水主要由生产废 水和生活污水组成。污水主要来源于职工食堂和浴池。废水中主要污染物有中药渣、草 根纤维、树皮纤维及洗涤用碱等。废水的bodcod约为0.35，可生化性一般。该厂采用 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 8 页 共 37 页 水解酸化生物接触氧化法处理4。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法 之间的工艺。接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面， 部分则是絮状悬浮生长于水中，因此它兼有活性污泥法与生物膜法二者的特点。 该厂工艺流程如下图： 原水调节池水解酸化池初沉池 生物接触氧化法二沉池达标水排放 图图1-51-5 黑龙江某制药厂工艺流程黑龙江某制药厂工艺流程 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法之间的工艺。接触氧化池内设有 填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中， 因此它兼有活性污泥法与生物膜法二者的特点。 该厂废水水质及排放标准如下： 项目 bod/mg/lcod/mg/lss/mg/lph 废水水质35045010001200 4007.72 排放要求 60150100 69 多次采样监测结果表明，该厂二沉池出水codcr浓度基本在85mg/l。达到国家污水 综合排放标准(gb89781996)一级标准。 上述几种工艺是制药废水中广泛应用的比较成熟的技术。下面简单介绍几种研究中 的工艺。 1.3.41.3.4 光催化降解制药废水光催化降解制药废水5 有人设计了一种流化床光催化反应器与过滤预处理相组合的中试系统，制备了一种 以30一40目耐火砖颗粒为载体的负载型tio2光催化剂，以高压汞灯为光源，分别在不同工 艺条件下对三类典型难降解有机工业废水(实际印染废水、制药废水以及配制的农药废水)的 光催化降解效果进行了考察。结果表明，该系统对这三类废水均有较好的处理效果。 1.3.51.3.5 超声波超声波处理硝基苯类制药废水处理硝基苯类制药废水6 用不同频率和强度的超声波以多种方式对模拟和实际硝基苯废水进行处理。结果表 明： (1)功率在100 w，时间为60 s条件下，其硝基苯降解率可达809； (2)加入适量的h2o2及少量的fe2+，不仅可使cod去除率及硝基苯降解率分别提高到 87和92，而且反应时间大大缩短，超声波强度也可减半。 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 9 页 共 37 页 实验证明光催化降解为此类废水的工程处理提供了高效、经济的方法。 1.4 总结总结 针对不同制药废水的水质特点，厂家的要求及排放标准的不同，可以选用不同的处 理工艺。针对较难处理的抗生素废水、化学合成制药废水一般采用组合工艺如：厌氧 好氧两级生化法， （微电解）水解酸化好氧法。这都是比较成熟稳定高效的工艺，应用 广泛。对于易降解中低浓度制药废水可采用单级生化法如uasb、sbr等。当然一些新工艺 也需要大胆尝试。 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 10 页 共 37 页 第二章第二章 工艺选择工艺选择 2.1 设计材料设计材料 某制药厂生产红霉素及淀粉，其生产工艺及排放的废水如下： 发酵过滤提取沉盐结晶回收 冲 洗 板 框 废 水 重液（大） 萃取后下层水 回收丁脂后排放 丁脂 蒸馏 废水 废 水 图 2-1 某制药厂生产工艺及废水排放点示意图 1红霉素废水（原料 30100t 玉米，用水 30100530500t，其他 100t，共 600t） 。 2淀粉废水：淀粉原水、淀白粉沉清水（自然沉降） 、含渣水、玉米输送水。 a.玉米浸泡水 20t（糖、氨基酸、） 2 so b.输送玉米水50t（泥沙质、有机物） c.蛋白粉澄清水 100t（淀粉、蛋白质、糖） d.玉米浆蒸发冷却水 100t（蛋白质、糖） 在生产过程中有三种废水：红霉素废水、压滤废水、淀粉废水，三种废水的水质见 表 2-1。 表 2-12-1 三种废水的基本水质情况 废水 项目 红梅素压滤淀粉 codcr(mg/l)20800284001500180017502800 ss(mg/l)300050004000600015003000 ph67676.67.3 2.22.2 设计要求设计要求 该厂红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击力强，硫酸根、金属离子、悬浮物含量均较高，为处 理难度较大的制药废水，设计时按三种废水混合后处理。综合废水基本参数为： codcr=55007900mg/l、ss=35004500mg/l、ph=67.5，设计水量为 1000m3/d。要求出水达到污 水综合排放标准 （gb89781996）一级排放标准。 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 11 页 共 37 页 2.32.3 处理方案选择处理方案选择 取设计参数如下： 表表 2-22-2 工艺设计参数工艺设计参数 项目 cod(mg/l)ss(mg/l) 流量 q(m3/d) 设计水质 670040001000 达标水质 , cr p 01 2.25 z k qp 式中：-圆筒总高,mm;hn -圆筒壁厚,mm 1 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 33 页 共 37 页 -风压高度变化系数.建罐地区为田野,乡村,丛林,丘陵及房屋比较稀疏的中 z k 小城镇及大城市郊区,取=1.0 z k -基本风压值, ,各地区的基本风压值按当地气象部门资料选取,但不应小于 0 q 2 /n m 250. 2 /n m -储罐顶部呼吸阀负压设定压力的 1.2 倍，mpa 1 p 5.2.55.2.5 人孔选择和校核人孔选择和校核 人孔设置于外侧壁,选用回转盖人孔 dg500(jb580-79),以下是其校核过程: 开孔直径: 2 2() 5302(12) 536 it ddcc mm 式中:=1mm,接管厚度负偏差;=2mm,腐蚀裕量. t c 2 c 则接管名义厚度为=6+2+1=9mm,符合规定. nt ddi/2,则以下计算成立: 壳体开孔削弱需要的补强截面积: ,由于=1,故 12 2() (1) ntcr ddccf cr f =5362.8=1500.8ad 2 mm 反应器补强： 有效宽度 b=2d=1072mm 有效高度 h=536 656.7 n dmm 取 12 56.7hhmm 有效补强截面积: 112 2 ()()2()()(1) (1072536)(62.83)0 107.2 nntnr abdccccf mm 211222 2 2 ()2(2) 2 56.7(93.2 1 2) 12 56.7(6 1 2 2) 430.9 nttrnt ahccfhcc mm =1010/2=50 3 a 2 mm 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 34 页 共 37 页 2 123 588.1 e aaaamm a,故需另加补强,另加补强截面积为: e a 2 4 1500.8588.1912.7 e aaamm 采用补强圈,补强截面积取为 912 2 mm 补强件厚度为:=1.36=7.8mm,取为 8mm,则补强件宽度为: 1.3 n t 补强件宽度=913/8=114mm。 0 b 1000t/d 红霉素废水处理工程 第 35 页 共 37 页 第六章第六章 结论结论 红霉素废水水质的特点决定其处理难度必定很大，故在主反应器（uasb）前设置均 质沉淀池、水解池，用来调节水质、预去除高浓度的悬浮物质，降低抗生素的毒性，改 善原废水水质，提高可生化性，以利于后续生物处理，使之最大限度的发挥生物处理的 高效率。后续生物处理(uasb、basr)设计去除率均较高，也是基于这样的考虑。因此预 处理显得非常重要，而本设计中最关键的部分uasb 反应器， 其三相分离器的设计是否 科学、合理，决定了整个工艺的处理效果。内循环好氧生物流化床反应器也是一种高效 的生物处理技术，载体的选择很重要，耐磨、质轻、比表面积大的载体更利于传质的进 行。最后经过竖流式沉淀池的沉淀分离作用，相信出水水质能达到污水综合排放标准 （gb8978-1996） 。 污水处理构筑物的强度校核在实际施工建设中很重要，它关系到污水处理流程的安全、顺利进