（环境工程专业论文）icao处理中药制药废水工艺研究.pdf

摘要 y i i i i l l i ii ii i i ii i i i i l 7 4 6 5 9 5 咖y 1 摘要 中药制药有机废水主要包括各个生产车间中洗药、煎煮、瓶罐清洗等工序 所产生的废水，是一种成份比较复杂、污染物种类繁多的高浓度有机废水。本 论文以某药业有限公司产生的中药制药废水为研究对象，采用i c + a o 组合工艺 处理此废水，通过对组合工艺的调试启动以及运行特性进行研究，研究结果表 明： 1 、调节池中隔出一格作为预沉池，既起到缓冲调节作用，同时有效去除了 废水中大部分的s s ，有利于对后续生化的处理；在正常运行条件下对s s 的去除 率达到8 5 ： 2 、稳定运行后i c 厌氧反应器容积负荷能够达到16 k g c o d ( m 3 d ) h r t 为 3 h 。i c 出水c o d 、s s 浓度分别为4 0 0 - - - 6 0 0 m g l 和6 0 1 1 0 m g l ，对c o d 、s s 的去除率分别为7 5 8 5 和6 2 6 7 ；出水p h 值6 7 7 6 ： 3 、在l c 反应器调试过程中通过附加动力循环来加大水力负荷，使得i c 反 应器对于c o d 的去除率平均上升了1 5 ： 4 、采用i c + a o 组合工艺处理中药有机废水，在正常运行条件下，总出水 平均c o d 为7 0 m g l ，c o d 平均总去除率为9 7 2 ，总出水s s 保持在1 8 3 8 m g l ，出水色度保持在3 0 倍以内，各项指标完全可以达到国家g b 2 1 9 0 6 - - 2 0 0 8 中药企业污水排放标准中标准要求： 5 、项目投资4 8 5 5 万元，不计设备折旧运行费用为1 6 元m 3 ，废水在得到 有效处理的同时也产生了良好的环境效益。 关键词：中药废水；i c 反应器；a o ；动力循环 a b s t r a c t a b s t r a c t c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e ri sm a i n l yf r o mt h ew a s h i n gp l a n t ， b o i l i n g ，b o t t l ec l e a n i n gp r o c e s si n t h ec o u r s eo fm e d i c i n ep r o d u c t i o n ，w h i c hi s c o m p l e xc o m p o n e n t so fh i g h c o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r t h i st h e s i si s p r o d u c e db yac h i n e s ep h a r m a c e u t i c a lc o ，w a s t e w a t e rs t u d y ，u s i n gi c + a o c o m b i n e dp r o c e s so fc h i n e s em e d i c i n e w a s t e w a t e rb yc o m b i n e dp r o c e s so f c o m m i s s i o n i n g a s t u d ys t a r ta n dr u n n i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，t h er e s u l t ss h o w t h a t ： 1 r e g u l a t i n gt h ep o o la c r o s st h eg r i d a sap r e - s e t t l i n gt a n k b o t hc u s h i o n a d j u s t m e n tp r o c e s se f f e c t i v e l y e l i m i n a t e sm o s to fw a s t e w a t e rs s ，c o n d u c i v et o b i o c h e m i c a lt r e a t m e n tf o l l o w u p i nn o r m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lo ft h e s sg e t st or a t eo f 8 5 ； 2 a f t e rs t a b l eo p e r a t i o n ，a n a e r o b i cr e a c t o ra f t e rt h ei cv o l u m ei sl o a d t o 16 k g c o d ( m 3 d ) ，h r ti s3 h e f f l u e n tc o da n ds sc o n c e n t r a t i o ni s4 0 0 - - ，6 0 0 m g l ，a n d6 0 110 m g l ，i cv o l u m eo nc o da n ds sr e m o v a lr a t e i s7 5 - 8 5 a n d 6 2 - 6 7 t h et o t a le f f l u e n tp hi s6 7 7 6 ； 3 t h ep r o c e s so fd e b u g g i n gc y c l eb yi n c r e a s i n gt h eh y d r a u l i cl o a d i n ga d d i t i o n a l p o w e rm a k e st h ei cr e a c t o rf o rt h ec o d r e m o v a lr a t ei n c r e a s e db ya l la v e r a g eo f 1 5 ： 4 w i t hi c 十a 0c o m b i n e dp r o c e s so fo r g a n i cw a s t e w a t e ro fc h i n e s em e d i c i n e ， u n d e rn o r m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，t h et o t a la v e r a g ee f f l u e n tc o dw a s7 0m g l ， c o d a v e r a g er e m o v a lr a t eo f9 7 2 a n dt h et o t a le f f i u e n ts sm a i n t a i n e da t18 3 8 m g l ，t h ee f f l u e n tc o l o rw a sm a i n t a i n e da t3 0t i m e sl e s s t h a nt h et a r g e tc a nb e a c h i e v e dn a t i o n a lg b 2 19 0 6 2 0 0 8 ”c h i n e s ee n t e r p r i s e se f f l u e n ts t a n d a r d s ”i nt h e s t a n d a r d s ； 5 t h ep r o j e c ti n v e s t m e n ti s4 8 5 ，5 0 0y u a n ，e x c l u d i n ge q u i p m e n td e p r e c i a t i o n ， o p e r a t i n gc o s t s 1 6y u a n m 3 t h ee f f e c t i v em a n a g e m e n to fw a s t e w a t e ri nt h es a m e t i m eh a sag o o de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s k e yw o r d s ：c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r ；i cr e a c t o r ；a o ；p o w e rc y c l e i l 目录 目录 第1 章引言。l 1 1 中药生产工业及废水研究概况1 1 1 1 中药生产工业的发展现状1 1 1 2 中药生产废水的来源与组成2 1 1 3 中药废水处理技术的研究现状2 1 2 厌氧生物处理技术3 1 2 1 厌氧生物处理的特点及基本原理3 1 2 2 厌氧反应器的发展历程4 1 2 3i c 反应器的特点及原理6 1 2 4i c 反应器的国内外研究现状6 1 3 好氧生物处理技术6 1 3 1 好氧生物处理工艺6 1 3 2a o 工艺特点7 1 4 本课题研究的意义8 第2 章研究内容与方法9 2 1 课题来源9 2 2 废水水质及处理要求9 2 3 研究内容10 2 4 创新点1 0 2 5 工艺流程1o 2 6 主要构筑物设计参数及设备选型l1 2 7 分析项目及测定方法l2 第3 章工程调试及运行分析13 3 1i c 的启动及运行分析1 3 3 1 1i c 启动理论研究1 3 3 1 2i c 污泥接种1 3 i i l 目录 第4 章 3 2 1 目录 5 2 4 运行总费用3 5 第6 章结论与建议3 6 6 1 结论3 6 6 2j 室议3 6 致谢3 8 参考文献3 9 攻读学位期间的研究成果4 3 v 第1 章引言 第1 章引言 环境是人类赖以生存和发展的基本前提，为人类提供了必需的资源和条件， 而环境中水尤为重要，被视为生命之源，水滋润万物、哺育生命、创造文明。 随着我国经济建设的高速发展，城市化和工业化进程的加快，不仅用水 量逐渐加大，而且废水的排放量也相应的增大，全国水环境问题总体上呈恶 化趋势，特别是工业废水对环境的污染，最严重的是对地面水体的污染。天 然地面水体是易得的、低廉的主要水资源。虽然全球水的总量约为1 3 7 0 0 0 万k m 3 ，但其中淡水量低于2 7 。淡水的8 8 为冰，其余的大部分为地下水， 地面水体仅占0 0 1 4 。便于利用的淡水资源是十分宝贵的。我国的母亲黄河 已多年出现长期断流，黄河流域缺水情况之严重不言而喻，可以说，对地面 水体的任何污染都会造成严重的后果，严重的污染形式逼迫我们不得不提高环 境保护意识，从子孙后代可持续发展的高度出发，保护好我们赖以生存的水资 源，不仅这关系到整个民族的兴旺，更关注着整个世界的未来。 我国是一个发展中国家，经济技术相对比较落后，而目前所面临的水污 染问题又十分严峻。因此，必须探寻出适合中国国情的治理方法，做到既能 改善环境污染问题，又能投入较少的资金，以追求经济环境共发展。 1 1 中药生产工业及废水研究概况 1 1 1 中药生产工业的发展现状 近3 0 年来我国中药制药工业发展非常迅猛：至1 9 9 4 年，中药生产总值 达到1 5 3 7 亿元，大约占据全部药品的2 1 ；1 9 9 9 年，中药生产企业达到1 0 0 0 多家，已初步形成了一个工业化生产较大的产业体系。 在我国四川、黑龙江、广东、等地已先后建成了很多中药制药企业。据 报道，至1 9 9 4 年为止，全世界的天然药物贸易额达到4 2 7 亿美元，而中国 仅占4 亿多美元i l j ；1 9 9 8 年，出口中药提取物近1 2 亿美元，市场占有率仅 4 【2 】：1 9 9 9 年，中药销售额近2 0 亿美元左右( 出口约4 至5 亿美元，且7 0 为药材) ，这种效益大约只相当于国外某些药厂中一个大品种的份额【3 】：2 0 0 0 年，我国中成药在世界中药产品市场上所占的比例仅1 5 t 4 1 ，这同中药大国 第1 章引言 的形象是不符的。 1 1 2 中药生产废水的来源与组成 中药废水主要来自各个车间生产过程中的洗药、煎煮、瓶罐清洗等工序， 另有一部分管道及地面冲洗水、蒸汽冷凝水和处理离子交换树脂酸碱溶液的中 和水等，其水质、水量变化大，且为间歇排放。 废水中的污染物质大致可分为两类：一类是水溶性的，另一类是不溶性的。 水溶性的污染物主要成分是糖类( 多糖为主) 、蛋白质、木质素、有机酸、树脂、 粘液脂、生物碱、氨基酸、甾体、萜类、酚类、鞣质、醇类化合物等以及由制 片工序引入的无毒色素；不溶性的污染物主要构成物为泥沙、植物类悬浮物及 无机盐的微细颗粒等【】。 1 1 3 中药废水处理技术的研究现状 目前国内外所研究的制药废水处理技术基本上是以其中最具代表性的，污 染最严重的生物发酵制药、化学制药等产生的高浓度、难降解有机废水为主要 对象，常用的处理技术方法为物化法和生物法【7 】。 1 、物化处理技术 物化处理不仅可以作为生物处理工序的预处理，通常还可作为制药废水的 单独处理工序或后处理工序。目前运用于综合制药废水处理的物化方法主要有 以下几种：气浮法阴、吸附法【8 】、混凝沉淀、电解法( f e c 微电解) 【9 1 、化学氧 化法( f e t o n 试剂、湿式氧化等) 【l o 】、反渗透、超滤【1 1 】等。应根据各类制药废水 的特点及实验结果选择不同的物化方法处理。 2 、生物处理技术 生物处理工艺主要可分为好氧处理、厌氧处理及厌氧一好氧组合处理工艺。 针对制药废水中主要污染物为有机物的特点，大体上可分为好氧工艺、厌氧工 艺和厌氧一好氧组合工艺【1 2 】。 ( 1 ) 好氧处理技术 常用的好氧生物处理技术方法有普通活性污泥法、高负荷活性污泥法、氧 化沟法、s b r 等【1 3 】。 ( 2 ) 厌氧处理技术 长期以来，厌氧消化被认为是一种较慢的生物处理过程，而且仅仅适用于 2 第1 章引言 很有限的一些有机物。近年来的事实表明对厌氧处理的这些偏见是毫无根据的。 厌氧微生物的生物化学转化能力是可以和好氧微生物的生物化学转化能力相比 拟的。问题不在于厌氧微生物的活性而在于厌氧微生物的世代时间【l 5 1 。 ( 3 ) 厌氧一好氧组合工艺路线： 近年来研究者们开始研究以厌氧水解( 酸化) 取代厌氧发酵，经过水解酸化后 废水中的c o d 去除率虽不高，但废水中大量难降解有机物转化为易降解有机物， 提高了废水的可生化性，利于后续好氧生物降解。而且产酸菌的世代周期短， 并且对温度以及有机负荷的适应性都强于产甲烷菌，保证了水解反应能够高效 率稳定运行i l 引。 1 2 厌氧生物处理技术 1 2 1 厌氧生物处理的特点及基本原理 1 2 1 1 厌氧生物处理的优缺点 与传统的好氧处理工艺相比，厌氧处理工艺具有以下优点【1 7 】： ( 1 ) 工艺稳定。即有机污染物基本能够在各种环境条件下都可以被有效地 去除。此外，这种工艺的稳定性是建立在合适的生物安全因数并把厌氧部分设 计成有效地生物固定化装置的条件下运行来实现的。 ( 2 ) 剩余污泥处置费用和设施所占空间的减少。厌氧生物技术不需要好氧 生物技术中氧的传递，其费用只相当好氧生物技术的1 0 。厌氧生物处理也减 少了对氮磷的需要。厌氧生物处理也大大减少设施所占空间并因此节省了投资 费用。 ( 3 ) 运行简单。厌氧工艺中由于利用生物膜或颗粒污泥使生物体固定化以 及不需要氧的传递，不会发生二次沉淀池运行失当。 ( 4 ) 可以降低氯化有机物毒性程度。由于氯化有机物可以厌氧生物转化， 因此毒性程度大为降低，脱卤作用首先在因用氯漂白而使废水中含有有机物被 氯化的纸浆和造纸废水的非甲烷化厌氧过程中得到证实。 1 2 1 2 厌氧消化原理 1 9 6 7 年，b r y a n t 发现乙醇转化为甲烷的过程是由两种共生菌同时一起完成 的。其中一种微生物把乙醇转化为乙酸和氢气，而另一种则利用氢气把二氧化 碳转化为甲烷。这个现象说明，能够被产甲烷的微生物所利用的底物种类是有 3 第1 章引言 限的，其中主要有乙酸、氢气、碳酸氢盐、甲醛和甲醇【l9 1 。b r y a n t 等人于1 9 7 9 年提出三阶段理论，该理论明确了产甲烷菌和非产甲烷菌之间的相互生态学关 系，更为细致地描述了厌氧降解过程【2 0 】。 废水的厌氧生物处理主要可分为三个阶段【2 l 】，几乎在与三阶段理论的提出 同时，z e i k u s 提出了四菌群学说即四类群理论f 2 2 1 。 在废水的厌氧生物处理过程中，由几大类群不同种类细菌组成的微生物群 落共同完成对有机污染物的降解一系列反应，最终可以把复杂的有机物转化为 c h 4 和c 0 2 等气体。这些细菌主要可分为四大类群，即：水解和发酵细菌；产 氢产乙酸细菌；同型产乙酸细菌；产甲烷细菌。其中产甲烷细菌又可分为氢营 养型产甲烷细菌和乙酸营养型产甲烷细菌【2 3 1 。水解酸化、产氢产乙酸阶段c o d 、 b o d 值变化不很大，而在产甲烷阶段构成c o d 或b o d 的有机物多以c 0 2 和 c h 4 的形式逸出，从而达到去除废水中c o d 、b o d 的作用。因此，保证产甲烷 菌的适宜生长条件是保证i c 反应器正常运行的关键【2 4 2 5 1 。 1 2 2 厌氧反应器的发展历程 在厌氧工艺发展过程中，厌氧反应器成为发展最快的领域之一【2 6 1 。高效厌 氧反应器系统必须满足的原则是：能够保持大量的厌氧活性污泥以及足够长的 污泥龄：要保证所处理的废水和污泥之间有充分的接触。基于这两个原则上， 厌氧反应器经历了以下三个发展时期【2 7 1 。 ( 1 ) 一般将2 0 世纪5 0 年代以前开发的厌氧消化工艺一般都称为第一代厌 氧反应器，其主要特点是水力停留时间比较长、h r t = s r t 、处理效率相对较低。 其主要代表反应器如下： 化粪池 18 9 5 年d o n a l d 设计了世界上第一个厌氧化粪i l g ( s e p t i ct a n k ) ，厌氧化粪池 的建造，成为了厌氧处理工艺发展史上的一个重要里程碑【2 8 】。 传统消化池 1 9 2 0 年英国w a t s o n 对k r e m e r 的二级消化池进行技术改进，采用沼气作动 力使用泵对消化池污泥并进行机械搅拌且应用于科尔霍尔污水处理厂【2 9 3 0 1 。 接触厌氧池 为了克服普通消化污泥池不能持留和补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池 后增设一个沉淀池并将沉淀的污泥进行回流，成功的开发了厌氧接触法，标志 4 第1 章引言 着现代的厌氧生物处理工艺的诞生【3 1 3 3 1 。 ( 2 ) 为了提高厌氧生物处理系统的高效性，人们成功地开发出了第二代厌 氧反应器，其主要特点是实现“污泥停留时间与水力停留时间相分离”，实现了 s r t h r t ，成功的提高了反应器内的污泥浓度【3 4 】。其主要代表如下： 厌氧滤池( a f ) a f 又称厌氧固定膜反应器，滤池呈圆柱形，池内装放满填料，池底和池顶 进行密封 3 5 3 6 】。 升流式厌氧污泥床反应器( u a s b l u a s b 因其高处理的效能而被广泛的应用，对废水生物处理技术具有划时代 的意义【3 7 3 9 1 。 厌氧膨胀床( a e b ) 和厌氧流化床( a f b ) 厌氧膨胀床的原理主要是借鉴于化工流态技术，把固定微生物的小颗粒载 体作为流化粒料，把废水作为流化介质，从外界施加动力，使得覆盖了生物膜 的颗粒完全克服重力与流体阻力，做自由运动，形成流态化，在厌氧条件下不 断加速废水中有机物的降解速率【4 0 q 1 1 。 升流式厌氧污泥床一滤层反应器( u b f ) u b f 又称为厌氧复合反应器，由加拿大学者s r g u i o t 研究开发出来4 羽。 ( 3 ) 第三代厌氧反应器在s r t h r t 的基础上，提高进水速度，使得固液 两相充分接触，并强化了传质效果。 膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 膨胀颗粒污泥床成功结合了流化床与u a s b 反应器技术，属于u a s b 反应 器的变型1 4 3 j 。 内循环( i c ) 厌氧反应器 i c 反应器是对现代高速反应器的一种突破，有着重大的理论意义和实用价 值【删。 厌氧生物转盘与厌氧折流板反应器( m 3 9 ) 1 9 8 0 年在好氧生物转盘的基础上研究开发出了厌氧生物转盘新工艺【4 5 】。 厌氧序列式反应器( a s b r ) 该工艺的特点是：能够有利于生产规模废水生物处理中厌氧技术的应用与 发展，并且有利于厌氧系统的稳定性和对不良因素的适应性【蚓。 移动式厌氧污泥床反应器( a m b r ) 5 第1 章引言 a m b r 反应器为一多隔室结构的矩形反应器，反应器设置三个隔室以上， 反应器隔室均设置进水口和出水口，按设定的时间开启不同的进水口，整个反 应器的运行由程序化定时器控制【4 7 1 。 1 2 3i c 反应器的特点及原理 i c 反应器的特点【4 8 】：容积负荷率比较高。节省了占地面积以及基建投 资。沼气提升并且能够实现内循环。有较强的抗冲击负荷能力。p h 值得 到缓冲。出水的稳定性比较好。能够形成产业化。能够产生比较优质的 燃料。 i c 反应器的原理【4 9 5 0 】：i c 反应器由上下两个u a s b 反应器叠加串联而成， 高度通常为1 2 - 2 5 m ，高径比通常为4 - - 8 ，由布水区，第一反应室，第二反应 室，内循环系统和出水区5 个基本部分组成。其中i c 工艺的核心结构是内循环 系统，组成部分为下层三相分离器、升流管、气液分离器和泥水回流管。 1 2 4i c 反应器的国内外研究现状 第一座i c 反应器建造于1 9 8 9 年荷兰的d e nb d s c h ，其容积达到了9 7 0 m 3 ， 反应器高达至2 2 m ，被用于处理啤酒废水，其进水容积负荷率能够达到 2 0 4 k g c o d ( m 3 d ) 。现如今我国上海和无锡等城市的某些啤酒厂相继也建造了i c 反应器，清华大学也在北京建成了处理淀粉废水的i c 反应器【5 1 5 4 1 。 由于i c 反应器的高效能和比较大的高径比，能够大大的节省占地面积以及 投资。它特别适合于被采用于土地面积短缺的工矿企业，因此，可预见在未来 i c 反应器有着非常大的推广应用价值和潜力。 1 3 好氧生物处理技术 1 3 1 好氧生物处理工艺 一般工业废水好氧生化处理有以下几种工艺可供选择： 1 、活性污泥法 活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理技术，在人工充氧条件下， 培养驯化微生物群体，利用活性污泥的吸附和生化氧化作用，以分解去除废水 中溶解的和胶体的有机物质【5 5 删。 6 第1 章引言 2 、序批式活性污泥法( s b r ) s b r 工艺是活性污泥法的一种变型，在反应器中，曝气池与沉淀池合二为 一，即生化反应与泥水分离在同一反应池中进行，废水分批次进入反应池，然 后按顺序进行反应、沉淀、排出上清液和闲置过程，完成一个运行操作周期防】。 3 、a o 工艺 a o 工艺是活性污泥法工艺的一种创新，在好氧工艺前，增加缺氧段，使回 流污泥进入缺氧段，大量的回流污泥与进水混合，使进水有机物快速吸附到污 泥上，使微生物获得足够的能源，同时限制了产生污泥膨胀的丝状微生物生长， 往往泥水分离效果好，其特点是运行特别简单，出水效果好，去除c o d 的同时 还可以产生硝化反硝化作用去除氨氮f 5 9 1 。 4 、膜生物反应器 膜生物反应器是将膜分离技术与污水处理工程中的生物反应器相结合组成 的废水处理新工艺。根据使用的膜种类和膜在系统中所起作用的不同，一般可 。 分为三大类：即固液分离一膜生物反应器、曝气一膜生物反应器和萃取膜生 物反应器f 6 0 l 。 1 3 2 刖o 工艺特点 a o 工艺存在着一个最佳的厌氧和好氧反应池容积比。厌氧池最佳容积的上 限值是由好氧池中聚磷菌生产所需的最低值决定的。如果厌氧池比较大，使好 氧阶段s r t 低于聚磷菌生产所要求的最低s r t 值时，聚磷菌会流失，使系统失 去除磷功能。厌氧池最佳容积的下限值比较复杂。如果厌氧池过小，就没有充 足的时间发酵产生乙酸并被聚磷菌吸收，聚磷菌就不能在系统中生产。当厌氧 池非常小而好氧池的s r t 足够长时，硝化菌会在好氧池中生产增殖，并通过回 流污泥进入厌氧池，反硝化菌会直接与聚磷菌竞争易生物降解底物，减少发酵 产生的v f a ，降低聚磷茵的选择性优势。由于聚磷菌的减少，降低了除磷效果。 a o 工艺只能在一个有限的s r t 值下运行，如果s r t 值太小，聚磷菌会流失； 如果s r t 值太大，会出现硝化菌，降低除磷能力【6 l 】。 a o 工艺最主要的特征是负荷高、泥龄和水力停留时间短。由于泥龄相当短， 系统往往达不到硝化，回流污泥中也就不会携带硝酸盐至厌氧区。相应的污泥 产率和除磷能力较高。典型的a o 系统包括活性污泥反应池和标准的二沉池， 反应池划分成厌氧区和好氧区，其中厌氧区约占2 0 的池容，两个反应区进一 7 第1 章引言 步被分成体积相同的格，在每一格内发生近似于完全混合式反应，格与格之间 则近似于推流式反应1 6 引。一般情况下厌氧区和好氧区分别被分隔成2 4 个格。 进水与回流污泥在厌氧区进水端混合后流经多个反应格串联组成的厌氧区，随 后是多个反应格串联组成的好氧区，混合液最后进入二沉池，通过固液分离， 污泥从二沉池回流到厌氧区。部分富磷污泥以废弃污泥的形式从系统中排出， 实现磷的去除i 6 引。 1 4 本课题研究的意义 随着国民经济高速的发展，医药工业取得了长足的发展。但同时制药工业 生产的发展也带来了污染物的排放增加，在制药工业中，“三废”污染危害主 要产生于原料药的生产。如果不加妥善处置在药剂生产过程中残余的原料、产 品以及副产品，将会产生几十倍乃至几千倍于药物产品的“三废”物质，其中 最为严重的是废水对环境产生的污染。 制药行业由于药剂产品、生产方法和使用原料等的不同，使得生产废水水 质差异比较大。但是总体来说，制药废水的特点主要包括有机污染物含量高、 毒性物质多、盐份高、难降解物质多，因此它是一种危害很大的工业废水，如 果未经处理或处理未达到排放标准而直接进入环境的话，将会使得溶解氧含量 下降、水体生态平衡遭到破坏等严重的危害。 因此，探索出一种经济适用、简便可靠的处理工艺一直是我们环保工作者 们不懈努力研究的一个主要方向。由此为减少水体环境污染，保护环境，实现 环境与企业经济互赢的局面有着重要的意义。 8 第2 章研究内容与方法 第2 章研究内容与方法 2 1 课题来源 本课题以江西省某药业有限公司生产废水为研究对象，研究其处理方法。 目前该公司己建成污水站一座，为扩大公司发展需要，开设了新增项目车间， 而新产生的废水水质复杂，水量大，使得原污水站工艺已无法满足废水处理的 要求，因此需要进行改造工程。该公司生产过程中的废水主要来源于洗药废水、 提取废水、洗瓶废水、设备清洗废水及卫生清洁的车间地面冲洗水；厂区内其 它废水主要来源于生产及办公人员所产生的生活废水。废水中含有大量有机污 染物，不经处理直接排放，对环境会造成一定危害。因此迫切需要找到一种高 效的生物处理工艺对其进行处理，考虑到i c 反应器的特性比较适合中国的废水 处理领域，而现今国内对i c 某些技术参数尚未完全掌握，因此严重制约了l c 技术在我国的推广。本人导师有着丰富的水力动力学及环境工程方面的知识， 势必能对本课题的研究做出至关重要的帮助。所以选择“i c + a o ”工艺处理中 药制药生产有机废水作为本课题研究的一个方面。 2 2 废水水质及处理要求 该制药生产废水原水水质见下表2 1 表2 1 生产废水水质水量 t a b2 - 1w a t e rq u a l i t y a n dq u a n t i t yo fw a s t ew a t e r 污水量p h ( m e d ) ( c o m g l ) ( b o m g d 5 l ) 篙9 3 嚣 色度( 倍) ( m s s g l ) ( ml ) 仅u 口7 5 0 05 0 - 6 5l8 0 0 3 0 0 0 8 0 0 - - 15 0 08 0 - - 2 0 0 3 0 0 15 0 0 - - 2 0 0 0 处理后出口水质达到国家g b 2 1 9 0 6 - - 2 0 0 8 中药企业污水排放标准中标 准要求，主要几种指标见下表2 2 。 表2 - 2 出水水质要求 t a b2 - 2e f f l u e n tq u a l i t ys t a n d a r d s 9 第2 章研究内容与方法 2 3 研究内容 通过对工程启动、调试及运行，对“l c + a o ”工艺处理中药制药有机废水进 行如下研究： 1 、研究l c 反应器的启动、运行条件以及在正常运行下的处理效果； 2 、通过不同因素的( 有机负荷、p h 值、挥发性脂肪酸及碱度) 的变化对 i c 反应器处理效果影响的分析，研究出i c 反应器的最佳参数范围； 3 、研究a o 池的启动、运行情况以及在正常运行过程中对c o d 及氨氮的 去除效果： 4 、采用a o 作为i c 厌氧反应器的后续处理单元，对i c + a o 组合工艺处 理中药制药废水进行整体运行效果分析。 2 4 创新点 l 、本文系统的研究了p h 、温度、v f a 、a l k 等因素的变化对l c 反应器 效果产生的影响。 2 、在l c 反应器调试过程中，通过附加动力循环加大水力负荷对i c 反应器 处理效果所产生的影响。 2 5 工艺流程 生产废水 臣匦固 图2 - 1 废水处理工艺流程图 f i g2 - 1w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sf l o wd i a g r a m 1 0 第2 章研究内容与方法 根据制药生产废水的特性，采用处理废水的工艺方案如下图2 1 所示。 2 6 主要构筑物设计参数及设备选型 污水站主要构筑物如表2 3 ： 表2 3 现有主要构筑物 t a b2 3 t h em a i ns t r u c t u r e s 序号名称内空尺寸数量设计参数 1 格栅井 2 3 m x 0 8 m 1 0 m 1 座有效池容：1 8 4m 3 2 集水井 中2 5 m 5 0 0 m 1 座有效容积：2 5 m 3 有效容积：2 8 0 m 3 3调节池7 5 m x 7 5m x 5 0 m 1 座 停留时间：1 4 h 有效容积：6 0 m 3 4 i c 反应器2 5 x 1 2 m1 座停留时间：3 h 容积负荷：1 6k g c o d m 3 d 有效容积：4 1 0 m 3 5 a o 池 1 2 m 3 0 m 3 8 m 3 座 停留时间：2 0 h 6 集水池 3 0 m 3 0 m 1 5 m 1 座有效容积：1 3 5m 3 污水站现有主要设备如下表2 4 ： 表2 _ 4 主要设备 t a b2 - 4t h em a i ne q u i p m e n t s 序号设备型号技术参数数量 1 机械格栅 g f 5 0 0 1 台 2 鼓风机 t s r l 2 5 2 台 3 a o 池曝气系统 d n 6 5 m m 3 套 4 a o 池污泥回流泵g w 8 0 - 4 0 7 2 22 台 流量8 9 4 m 3 m i n ；扬程16 m ； 5 反冲洗泵 1 0 0 8 0 1 2 5 2 台 电机功率7 5 k w 气压0 7 5 m p ：流量0 6 7 6空乐机v 二o 6 7 71 台 m 3 m i n ：功率5 5 k w 电机功率7 5 k w ；流量： 7罗茨风机b k 5 0 0 31 台 3 5 m 3 t m i n 。 8配电柜2 台 第2 章研究内容与方法 2 7 分析项目及测定方法 本课题试验主要是水质检测，包括：c o d c r 、色度、s s 、p h 、等。 实验设备：7 2 1 型分光光度计、烘箱、笔式p h 计、浊度仪、分析天平等。 检测方法的项目采用相应的国家标准方法，见下表2 5 表2 5 监测分析项目及方法 t a b2 - 5 a n a l y s i si t e ma n dm e t h o d s 序号测定项目 分析方法 监测频率 1 c o d 。 重铬酸钾法g b i1 9 1 4 - 8 9 2 3 4 5 6 s s p n 温度 色度 总碱度 重量法g b l l 9 0 1 8 9 玻璃电极法g b 6 9 2 0 8 6 温度计g b l 3 1 9 5 9 1 稀释倍数法g b i1 9 0 3 8 9 g b 2 0 7 8 0 - 2 0 0 6 1 天1 次 1 周1 次 1 天1 次 1 天1 次 l 周1 次 1 周1 次 7 挥发性脂肪酸 n a o h 滴定法 1 周1 次 第3 章工程调试及运行分析 第3 章工程调试及运行分析 3 1i c 的启动及运行分析 3 1 1 i c 启动理论研究 污泥颗粒化是l c 厌氧反应器成功启动的目标和标志1 6 4 - 6 5 】。 i c 反应器的启动运行分为三个时期：适应期，负荷运行期和满负荷期【鲫。 ( 1 ) 适应期 在污泥培养与进料的启动阶段，理论上污泥负荷应介于0 1 0 2 k g c o d ( k g v s s d ) ，有效容积负荷低于1 5 k g c o d ( m 3 - d ) 。但是在实际工艺中污泥接种量决 定着起始负荷，污泥负荷和进料有机物浓度，三者具有一定的关系： q = w l c 其中：w 一污泥接种量( 干重k g v s s ) l 一污泥负荷( k g c o d ( 埏v s s d ) ) c 一污水有机物浓度( k g c o d m 3 ) q 一起始进料量( m 3 d ) ( 2 ) 负荷运行期 最终调试效果的重要因素决定于启动初期出水指标的高低。如果在启动初期出 水水质不稳的情况下，提高废水的容积负荷，则会大大的影响污泥颗粒化的进 程。 ( 3 ) 满负荷运行期 在负荷运行期过后，过渡进行到满负荷运行期阶段内，反应器内的絮状污 泥迅速减少，加速不断的形成颗粒污泥，致使反应器内絮状污泥渐渐的消失。 3 1 2i c 污泥接种 接种的过程相当简单的。虽然在废水处理中大多数菌种是严格厌氧菌，但 接种时不要求追求严格厌氧条件，因为水中的溶解氧会很快被重泥中的兼性厌 氧菌消耗并形成严格的厌氧条件【6 7 1 。 首先，接种污泥的选择，首先应考虑选用处理同类废水的反应器排出的新 鲜颗粒污泥，如反应器内的接种量达2 2 2 m 高的污泥床区。虽然在废水中处理 1 3 第3 章工程调试及运行分析 中大多数菌种是严格厌氧菌，污泥接种在i c 厌氧反应的调试过程中相对来说简 单，但是非常关键。因此i c 厌氧反应器启动成功的速度甚至是否能够成功启动 都取决于污泥接种的好坏。 其次，污泥接种的数量应适当，且接种的污泥应尽量多种类型以满足i c 反 应器内微生物种类的多样性。如果l c 反应器接种的污泥太多的话，会很容易在 i c 反应器进水的地方堵塞，同时也会减小反应器的水里容积负荷，不利于i c 反 应器内污泥的驯化，但反应器接种的污泥也不能太少，否则容积负荷不大，会 使得污泥负荷相对较大，并最终使得i c 反应的启动速度慢甚至是失败。一般取 污泥沉淀高度为反应器有效高度的1 3 时最佳，此时启动也较快。但是对于反应 器很大的沼气工程，一般很难要达到反应器3 0 体积的污泥，此时也可培养菌 种。因此初次启动时污泥的接种量应尽量大一些，最好是大于1 0 k g v s s m 3 ，即 使有处理相同废水的厌氧颗粒污泥可利用，为了增加污泥中的生物种类，仍需 加入城市污水处理厂的消化污泥【6 8 1 。 本项目i c 反应器的接种污泥主要来自于江西省南昌市青山湖污水处理厂的 厌氧消化污泥，污泥含水率达到8 5 。由于i c 反应器比较高，直接接种比较难 操作，因此在污泥接种时，把拖来的污泥先放入旁边的集水池，通过加水稀释 污泥一定浓度，用污泥泵把稀释后的活性污泥从l c 反应器最上端抽入至i c 反 应器中。设计的i c 反应器的有效容积为6 0 m 3 ，因此接种的污泥量为 6 0 m 3 1 3 = 2 0 t ，待污泥被打入l c 反应器后，标志污泥接种过程完成，开始进入 系统调试阶段1 6 9 j 。 3 1 3i c 调试启动 3 1 3 1 l c 适应期运行情况 i c 厌氧反应器的适应期运行期间其实质就是污泥的驯化过程。由于i c 接种 过来的污泥与处理该废水水质的污泥相差很大，因此需要对活性污泥进行一定 时间的驯化，通过污泥驯化使活性污泥尽早适应该废水水质。 i c 反应器成功接种后，采用低浓度的稀释废水( c o d 浓度在9 5 0 1 1 0 0 m g l ) 通过不断循环方式( 即i c 出水进入中间水池成为进水再次进入i c 内) 。并且通 过控制阀门来控制进水流量保持在1 5 m 3 h 左右，因此i c 厌氧反应器的水力上升 流速保持为3 m h 左右。此方式是为了在不增加负荷的情况下，保证i c 反应器 内较高的水力负荷，使得污泥充分膨胀，不断加强污泥与废水的传质效果，从 1 4 第3 章工程调试及运行分析 而使得接种污泥较能够较快的适应原废水水质。 本工艺所产生的废水成分比较复杂，接种来的污泥是生活污水处理厂的活 性污泥，与该废水水质相差比较大，从而导致污泥驯化的时间相对较长，大约 为4 5 d ，污泥驯化主要分为以下两个阶段：第一阶段，激发污泥活性，使污泥由 “休眠 阶段转入到“工作”阶段；第二阶段，在污泥转入“工作”阶段之后， 开始不断强化污泥的活性阶段。 每个阶段操作的具体方法都不一样。在第一阶段，采用低浓度废水稀释方 法在调节池内配置c o d 浓度大约为1 0 0 0 m g l 中药制药废水1 2 0 m 3 。随后，进 行稳定连续地循环进料，通过阀门严格控制循环流量在1 5 m 3 h ，循环周期为8 h 。 污泥驯化第一阶段i c 厌氧反应器运行情况见图3 1 ，从图中可以看出：在污泥 驯化早期阶段，反应器对废水中的c o d 不但没有去除效果，甚至出水c o d 浓 度还会高于进水浓度。原因主要有以下两点：首先，活性污泥开始不适应原废 水水质，仍然处于“休眠”状态，活性不高，因此对废水中有机物几乎没有降解作 用；再次，在开始没有启动附加驯化回流的情况下，出水中有大量的沉淀性能 差或者是被淘汰的污泥流出，从而影响了出水水质，且使得出水c o d 更偏高于 进水。 1 8 0 0 1 5 0 0 善1 2 0 0 蓑9 0 0 o o u6 0 0 3 0 0 o 123456 78 91 01 11 21 3 1 41 5 时闻( d ) 图3 - 1 污泥驯化第一阶段运行情况 f i g3 - 1m o v e m e n ts i t u a t i o no fl u d g ed o m e s t i c a t i o ni nt h ef i r s ts t a g e 在运行几天后，i c 反应器内的活性污泥也有了一定的反应，对c o d 也有了 一些去除率，当运行到第6 d 时，进水c o d 浓度基本和出水c o d 一致。与此同 1 5 第3 章工程调试及运行分析 时，通过i c 反应器的作用，一些无用的污泥基本被淘汰出，因此i c 出水s s 浓 度已降低了很多，由于s s 中也有一定的c o d ，所以i c 出水中c o d 也有明显 的降低。在污泥驯化第一阶段的中期( 第7 1 2 d ) ，微生物渐渐对于废水中有机 物已开始有了去除作用，c o d 的去除率渐渐上升至1 0 。此时表明：微生物已 被激发出了活性，慢慢进入到“工作”状态。但是此时污泥中的微生物活性仍然很 低，只能利用相对比较简单的有机物，在反应器运行到1 5 d 后，微生物对c o d 的降解又几乎失去了