2000m3d高浓度中药废水处理工艺设计开题报告.doc

开题报告课题名称：2000m3/d高浓度中药废水处理工艺设计学生姓名： 穆宏斌 系 别： 应用化学与环境工程系 专 业： 环境工程 指导教师： 郑茹娟 2010年4月9日一、题目的意义中药是我们中华民族几千年灿烂文化的瑰宝,它以自己独到的功效,在世界医学上占有重要的地位,随着科学和社会的发展,我国中药制药生产得到长足发展,现在国内中药生产厂家达到2000多家,而中药废水产生的污染也凸现出来。在中药的生产提取过程中，生产工艺产生大量的废水，造成环境污染，使得中药产业的发展受到制约。因为中药的生产废水，与其它类的工业污水、废水在水质和污染物成分方面有很大的差异，采用常规的技术进行处理，效果不好，很难达标。在现阶段，水环境问题主要是有机废水的污染问题。而中药废水是有机废水的主要来源之一,因此,中药废水的治理是环保工作的重点之一。本次毕业设计选择此课题的目的主要在于成分复杂难处理的制药废水有一个深刻的认识，使理论与实际得到充分的结合。锻炼自己的设计能力，强化自己的专业能力。二、文献综述1.中药废水来源及特点1.1来源目前,在国内的大多数中药生产企业排放出的废水主要来源有9部分:前处理车间洗药、泡药废水；提取车间煎煮废水和部分提取液；分离车间的残渣;浓缩、制剂车间废水；车间部分蒸汽冷凝水和处理离子交换树脂酸碱液的中和水；瓶罐清洗、管道及地面冲洗水；酸水解；过滤后产生的污水；生活污水等组成。废水主要含中药有效成分残留物、纤维素、半纤维素、老化的大孔树脂、有机溶剂(乙醇)、甙类、蒽醌类、生物碱及其水解产物等1。中药工业废水通常属于较难处理的高浓度有机污水之一,因药物产品不同、生产工艺不同而差异较大。中药工业废水通常具有组成复杂,有机污染物种类多、浓度高, COD Cr值和BOD5值高且波动性大,废水的BOD5/COD Cr值差异较大,NH3-N浓度高,色度深,毒性大,固体悬浮物SS浓度高等特点。活性污泥法、生物滤池等常规生物处理存在着投资和处理成本高,废水处理达标率低的缺点,治理技术大多不成熟,多数厂家未经处理就直接排放,对水体环境造成严重危害。1.2中药废水的特点中药生产废水的水质波动性较大,COD可高达6000 mg/L,BOD可达2500 mg/L,主要含有天然有机物质。有机污染物浓度高；悬浮物；尤其是木质素等比重较轻、难于沉淀的有机物质含量高；色度较高；废水的可生化性较好；多为间歇排放；污水成分复杂；水质水量变化较大。1.3中药废水的污染特点中药废水污染主要表现为高浓度有机废水的污染,对于中药制药工业,由于药物生产过程中不同药物品种和生产工艺不同,所产生的废水水质及水量有很大的差别,而且由于产品更换周期短,随着产品的更换,废水水质、水量经常波动,极不稳定。中药生产废水主要来自生产车间,在洗泡蒸煮药材、冲洗、制剂等过程中产生。废水包括生产过程中的原药洗涤水,原药药汁残液、过滤、蒸馏、萃取等单元操作中产生的污水、生产设备洗涤和地板冲洗用水。污染物主要是从药材中煎出的各种成分,主要成分为:糖类、蕙醒、木质素、生物碱、蛋白质、色素及它们的水解产物。2.国内外研究现状2.1 趋势制药废水水质成分复杂、处理难度大，尤其是中药废水的处理，更是难解决。国外普遍采用稀释进水浓度进行好氧生物处理的方法，其投资大、运行费用高。发达国家更是即将污染大的原料药生产转移到发展中国家。国内用于制药废水处理的主导工艺主要有深井曝气、厌氧发酵、SBR。深井曝气的方法有污染地下的可能性，已经走入低谷。厌氧发酵法虽有众多研究者，但是面对水质成分复杂的制药废水，仍然成为可推广使用的实用技术。SBR法已经逐步成为制药废水处理的主流工艺。2.2中药废水的处理方法随着中药生产技术的不断发展,中药废水污染问题也越来越严重。为解决这些问题也研究出了很多的中药废水处理方法。国内外主要采取以下几种主要的方法。（1）SBR与其他方法的组合SBR工艺是对传统活性污泥法的改造中发展起来的一种工艺。根据SBR工艺在中药厂生产废水处理工程的实践,对SBR工艺进行进一步的研究与改进。当进水COD Cr为250mg/L,BOD5为120mg/L,出水COD Cr为49 mg/L,BOD5为20 mg/L；COD Cr的去除率达80%,BOD5的去除率达83%,SBR工艺处理中药废水效果显著。SBR系统中构筑物的利用率不高,适用于中小型低浓度污水处理工程中应用。SBR系统的启动和正常运行是废水处理工程稳定合格运行的关键。该工艺结构简单,操作简便,占地面积小,运行效果稳定,具有推广应用价值。(2) 厌氧-好氧组合工艺对于中药废水两相厌氧生物处理工艺来说,既要将难降解的大分子有机物迅速转化成为易降解的小分子底物,极大地提高废水的可生化性,同时又要大幅度降低废水的浓度,显然采用没有达到完全厌氧阶段的常规处理工艺是难以收到理想效果的,因此,只有采用厌氧发酵技术才能够解决这个技术上的难点。传统厌氧发酵技术是以单相厌氧工艺为代表的处理技术,它与单相厌氧技术相比更适于处理高浓度、难降解工业废水,具有运行稳定、有机物去除率高等特点。总COD去除率平均在86%左右,厌氧反应器的COD容积负荷为1021 kg/(m3.d),COD去除率平均为70%左右,好氧反应器的COD容积负荷率为2.482.87kg/( m3.d),COD去除率为56%。(3) 生物铁法采用活性污泥法处理高浓度中药废水,在曝气池内安装零价铁复合填料,进行强化处理试验研究。研究结果表明2,进水COD,BOD分别为26003500mg/L,1 0001800mg/L的高浓度中药废水经厌氧水解酸化-强化活性污泥法处理后,出水COD降至6413mg/L,COD去除率比对照处理试验普通活性污泥法高1.6%,强化活性污泥法可获得更高的活性污泥浓度(MLSS)活性污泥浓度,约5429mg/L,比对照处理试验高1617mg/L。生物铁法是向曝气池内或进水中投加铁盐,以提高普通活性污泥法处理污水的效能,强化和扩大活性污泥法净化功能的方法。采用生物铁法对难降解的焦化废水、制革废水、印染废水进行处理研究,取得较好效果。生物铁降解有机物的过程有微生物参与,与微生物的新陈代谢密不可分。结合零价铁和生物铁法对高浓度中药废水进行处理,在曝气池内适当位置安装掺有惰性物质的铁复合填料,惰性物质的掺入避免了铁屑结团。铁复合填料以废水铁屑(零价铁)为活性组分。借助零价铁的溶出向曝气池连续补充铁离子,形成生物铁活性污泥,达到强化活性污泥处理效果的目的。(4) 膜生物反应器膜生物反应器是废水生物处理技术和膜分离技术有机结合的一项新技术。以膜技术的高效分离作用取代活性污泥中的二沉池,达到原来二沉池无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果,从而可以大幅度提高生物反应器中的污泥浓度,使泥龄增长、剩余污泥量减少、出水水质显著提高3。膜生物反应器用于生活污水的处理在国内已经有较多的应用,但用于中药废水处理的工程实际却很少见。（5）复合式厌氧反应器结合了升流式厌氧污泥床和厌氧滤池的优点,使反应器中同时存在附着相和悬浮相生物。悬浮生长的厌氧微生物将大量的有机物转化为甲烷,提高了反应器的处理能力,固着生长的厌氧微生物进一步处理溶解性有机物,提高了处理效率,并在反应器内保持了大量的活性微生物,防止由于污泥流失而引起反应器运行状况的恶化,提高了设备运行的稳定性。复合式厌氧反应器对浓度冲击,负荷冲击具有较好的稳定性。当容积负荷为4.56kgCOD Cr/( m3.d) 18.36 kg COD Cr/( m3.d)时,复合式反应器COD Cr去除率平均为90.8%。后续淹没好氧生物滤池、砂滤可基本达到排放标准。（6）MBR工艺中药废水采用MBR工艺进行处理，可有效克服传统工艺管理困难、出水不稳的缺点。（7）水解好氧组合工艺在以生产中成药为主的制药厂排出的废水中,含有许多有机物都是从植物中带来的,例如单宁、甙类、蒽醌、生物碱等。这类有机污染物结构比较复杂,不宜生物降解。作为不完全厌氧过程,水解并没有直接降低废水中COD Cr及BOD5,而是使废水中结构复杂的大分子有机物降解转变成结构简单的小分子有机物,使它们易于生物降解。有关这一点,国内同仁在近几年已作了大量工作。检测制药厂水解池出水,同进水相比,我们发现其COD Cr并没有降低,而是pH值降低,挥发有机酸升高,BOD5/COD Cr值提高。由此可见,水解工艺的引入,使废水中难降解的污染物变为易降解的污染物,改变了废水的可生化性,为后续好氧生物降解提供了保证。 采用水解好氧组合工艺处理中等浓度有机废水,要保证最后出水水质,仍是好氧阶段起决定性的作用4。3.中药废水现有处理工艺分析有关中药废水治理技术的报道在国内外均不多见,根据己有的报道,中药废水现有的治理方法依然沿用了目前常用的制药废水的处理方法。即:物化法、生物法和物化-生物法。3.1物化法在中药废水处理中的应用物化法处理中药废水可作为单独的处理工序,又可作生物法的预处理或后处理工序。根据水质的不同,采用的物理化学法有:混凝法、吸附法、电解法、气浮法等。(1)混凝法混凝法是制药废水处理中常用的物化法,通过投加凝聚剂来降低污染物浓度,改善废水的可生物降解性能。常用凝聚剂有聚合硫酸铁,氯化铁,亚铁盐类,聚合氯化硫酸铝,聚合氯化铝,聚丙烯酸胺(PAM)等,混凝法在制药废水中有着广泛的应用,在中药废水中也有应用。郑怀礼,龙腾锐5等人研究了中药制药废水絮凝处理方法及其作用机理,所选絮凝剂有聚合氯化铝(PAC),聚合硫酸铁(PFS)、以及自制聚合硅酸硫酸铁(PFSS)等。研究结果表明:PFSS较PAC有更好的絮凝效果, PFSS更适合该类废水的治理。所用絮凝剂都存在一最佳投药量:PFSS、PAC为80100mg/ L,液体PFSS为1.0 mg/L。有机阳离子高分子絮凝剂对PFSS、PAC可增强絮凝处理效果,而对PFSS则效果不明显:水温在2040时对絮凝效果影响不大, pH值是影响絮凝效果的重要因素,如用纯碱或石灰调至碱性范围,可提高处理效果。(2)吸附法吸附法是利用多孔性固体相物质吸附废水中某种或几种污染物以达到废水净化的目的。制药废水处理中,常用燥灰或活性炭处理维生素、双氯灭痛、中成药等生产中产生的废水。受吸附剂的粒径、表面以及结构等的影响,经吸附处理的废水COD去除率一般在20%40%,色度的去除率则可以达到80%左右。(3)气浮法气浮法也是制药废水处理工艺中常用的一种方法,包括充气气浮、溶气气浮,化学气浮和电解气浮等多种形式。其中化学气浮法应用较多,使用于悬浮物含量较高的废水预处理。中药废水采用化学气浮处理后,COD的去除率可达50%,固体悬浮物的去除率达80%以上。尽管气浮法投资少,能耗低,工艺简单,维修方便,但不能有效地去除废水中可溶性有机物,需要用其他方法进一步处理。除了上述物化法,还可用反渗透法、吹脱法、电解法等处理制药废水。这些物化法能去除部分COD,BOD,SS,NH3-N,改善废水的物理化学性状,常作为生物处理方法的预处理工序。目前我国利用物化法处理中药废水的实例很少,其原因就是物化处理成本高,劳动强度大,极易引起二次污染,是一种高投入低产出的方法,这体现出该法的局限性。3.2生物法在中药废水处理中的应用生物法广泛用于生活污水和工业废水的处理,技术成热,处理设备简单,运行管理方便,费用低廉,中药废水处理工艺也以生物法为主。厌氧生物法是中药废水最常用的处理工艺,能够去除有机废水中的大部分污染物。现有研究利用两相厌氧消化中的产酸相将大分子有机物分解成小分子物质,改善中药废水的可生物降解性之后,再好氧处理。近年来,有研究者通过改进反应器结构来提高厌氧消化的处理效率。修光利等6利用加压上流式厌氧污泥床PUASB处理制药废水。PUASB通过压力的变化,提高溶解氧的浓度。溶解氧浓度高时,菌胶团中心的厌氧范围缩小,参加生化反应的微生物数量增加,从而加快了基质降解速率,提高了处理效率。当P=0.2MPa,进水COD=500800 mg/L,回流比R=6时,COD去除率可以达到60%90%, P =0.3MPa,进水COD=1 0001 500 mg/ L,回流比R=6时,去除率可以达60%70%。但是采用厌氧法处理废水,进水COD浓度和SS含量不宜过高,预处理要求严格,设备比较复杂,运行操作条件严格,适用范围受抑制性物质限制。与厌氧生物法相比,好氧生物法处理有机废水反应期短,运行操作条件易控制,管理简单。生物接触氧化对COD有良好的去除效果,进水COD浓度不宜超过1000 mg/ L,否则会增长曝气时间,增加能耗,最终导致处理费用增加。接触氧化法载体表面积大,单位体积微生物数量大,可在高容积负荷(4.5 kg COD Cr/m3.d)条件下处理高浓度的中药废水。厌氧生物法和好氧生物法处理中药废水各有优缺点,将这两种工艺进行组合,利用各自的工艺特点实现制药废水净化,是研究的热点。对于高浓度有机废水,厌氧水解酸具有把大分子及不溶性有机物分解为小分子可溶性有机物的作用。而好氧法则可以为微生物提供较好的外部环境,促使微生物有效地去除污染物。因此,制药废水的主体处理工艺以水解酸化一好氧工艺最为常见。南京大学的袁守军、郑正等7人采用水解酸化两级接触氧化法处理出废水的COD Cr平均浓度为2233.6 mg/L,BOD5平均浓度为1312mg/L的中药废水,可使出水达到二级排放标准。近年来,为提高生物法的处理效率,利用优势菌种处理高浓度有机废水的技术得以迅速发展。优势菌株生物膜法、光合细菌处理法及固定化微生物法处理制药废水都有报道。相对而言,固定物化生物法运用较多。该方法是通过筛选分离出高效菌株,或通过生物工程技术培养出特异菌株,将其固定在载体上或定位于限定的空间区域内,保持其生物功能而去除废水中的特定底物。李尔炀、史乐文等8采用生物工程技术构建的多功能降解性工程菌LEY6对高浓度制药废水进行处理,废水处理工程以接触氧化方式对废水进行处理。工艺采用物化预处理、工程菌深度处理的工艺路线。处理效果:进水CODCr:10000mg/L；出水COD Cr,200mg/L以下。3.3物化生物法在中药废水处理中的应用以生物法为主体处理工艺,物化法为预处理或后处理工艺的物化-生物法在中药废水治理中有着广泛的应用。物化-生物法一般按照前处理-厌氧处理-好氧处理-后续处理的途径来组合。前处理的目的是使物料的理化性状适合于后续生物法处理的要求,除调节、稳定水量与水质(如COD、SS、碱度、pH、物料营养比例等)。还有去除生物抑制物质,提高废水可生化性的作用。前处理方法应根据废水特点及试验结果而定,以沉淀、絮凝、过滤等方法为主。但从实践看,化学药品投加量大时,处理成本高且有污泥生成。生物厌氧水解法通常也因为是提高废水可生物降解性的有效方法而用于废水的预处理。厌氧处理的目的是利用高效厌氧工艺容积负荷高、COD去除率高、耐冲击负荷的优点,减少稀释水量并且大幅度地削减COD。优先采用的厌氧工艺是升流式厌氧污泥床反应器UASB和上流式厌氧污泥床过滤器UASB+AF。好氧处理的目的是保证厌氧出水经处理后达标排放。成都理工大学的王敏、丁明刚等9提出采用气浮-UASB-MBR组合工艺处理高浓度中药废水的工艺流程,经实际工程检验,在进水浓度COD Cr为20005 000mg/ L, BOD5为8002500mg/ L时,出水COD Cr可稳定低于100mg/L,BOD5稳定低于200mg/L。4拟用的工艺流程本次设计水量为2000m3/d，水量较大，浓度高。成分很复杂，用一般的方法很难达到处理的要求，必须先经过严格的预处理方法，使各项指标有所降低。根据以上资料, 针对中药废水的水质特点， 此次工艺流程拟采用，本设计选用气浮+ABR十SBR的工艺组合进行处理，工艺流程图如下图所示。进水格栅调节池气浮池ABRSBR出水曝气集泥井污泥干化床5.选择此工艺的缘由常用好氧工艺比如生物接触氧化、SBR。这些工艺的优点是污泥不用回流且剩余污泥少,基建投资低且占地面积少,运行稳定且成本低于其他好氧工艺, SBR还具有适合间歇操作,可以更好地适应中药废水排放水量的特点。废水经过生物法处理,出水水质一般可以达到制药废水二级排放标准的要求,甚至满足一级排放标准。废水可生化性较好，中药废水BOD/COD的比值较高，大于0.3，适宜采用生物处理工艺；废水有机物成分较高生化性较好，单纯的厌氧或好氧工艺去除率无法达到处理要求，因此采用厌氧+好氧的处理方法。由于厌氧反应器要求SS较低，一般小于300 mg/L，而中药废水SS较高，且SS中密度较小、不易重力沉淀的木质素等含量较高，因此在厌氧反应器前设置气浮池以去除大部分悬浮物；中药废水水质、水量变化较大，多为间歇排放，因此要求好氧反应器的抗冲击负荷能力较强，基于此特点，选择SBR反应器。6.技术参数指标COD Cr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）PH进水水质15000600030006.5出水水质100207069三、工作计划表 时间 完成内容 3月24日- 4月 5 日 查资料完成开题报告及译文4月 6 日-4月11日 水处理方法选择,工艺流程确定,草图4月12日- 4月25 日 预处理工艺设计及计算，包括设备设施设计及计算4月26日- 5月12日 主体工艺设计及计算，包括设备设施设计及计算5月13日- 5月28日 图纸绘制5月29日- 6月 7