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

目录摘要2第一章概论311废水水质312废水处理方法概要513主要制药废水处理工艺514总结9第二章工艺选择1021设计材料1022设计要求1023处理方案选择1024工艺流程11第三章主体工艺设计计算1331格栅设计1332集水井设计1433均质沉淀池设计1534水解池设计1735UASB反应器设计1836内循环好氧三相流化床设计2337二沉池设计25第四章污泥部分设计计算2841集泥井设计2842污泥浓缩池设计2843污泥脱水机械选型29第五章主要反应设备强度设计计算3051UASB反应器强度设计3052BASR反应器强度计算31第六章结论35致谢36参考文献371000T/D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ABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESTHEPRODUCTIVESTATUS,SOURCESOFWASTEWATERANDCHARACTERISTICSOFWASTEWATERINTHEPHARMACYATPRESENT,SUMMARISESTHECOMMONPROCESSANDTHEPROGRESSINTHEFIELDOFPHARMACEUTICALWASTEWATERTREATMENTBECAUSETHEERYTHROMYCINWASTEWATERCHARACTERISTICSANDFLOWVARIESGREATLY,OFTENHASAHIGHSSCONCENTRATION,CONTAINSSUBSTANCESWHICHISTOXICANDDIFFICULTTOBIOLOGICALDEGRADATION,THISPAPERINTRODUCESACOMBINATIONPROCESSOFANUPFLOWANAEROBICSLUDGEBLANKETANDANINTERNALCIRCULATIONAEROBICBIOLOGICALFLUIDIZEDBEDTHEAUTHORANALYSESPRINCIPLESOFTHEMAINREACTORANDDESIGNREQUIREMENTS,ANDCONFIRMSTHEREACTORSIZESOFCONFIGURATIONANDWORKCONDITIONSTHROUGHALOTOFCALCULATIONINORDERTOMAKETHISPAPERPRACTICABLE,WEDESIGNINTENSITYANDCONFIGURATIONOFTHEMAINREACTORS,TOOTHROUGHTHISPROCESS,WETHINKTHEEFFLUENTWOULDBEPURIFIEDANDMAYACHIEVETHEFIRSTCRITERIONKEYWORDSPHARMACEUTICALWASTEWATERUPFLOWANAEROBICSLUDGEBLANKETINTERNALCIRCULATIONAEROBICBIOLOGICALFLUIDIZEDBEDINTENSITY第一章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。11废水水质111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11。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11抗生素发酵生产一般工艺流程及其排污点示意图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。1111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0103，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。112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。113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。114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。12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12。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12制药废水处理基本工艺流程13主要制药废水处理工艺131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热交换器雾化器管路区管路区贮槽废液排放气体图13焚烧法工艺流程图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。132厌氧好氧两级生化法处理制药废水1321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（ABRUBF）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。1322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11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21004500550010005060排放标准6015020069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R泥池集离水分液清上于泥污剩稀释水剩余泥排放沼气图14平顶山某制药厂废水处理流程133水解酸化好氧法1331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。1332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035，可生化性一般。该厂采用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15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35045010001200400772排放要求6015010069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。134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。135超声波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100W，时间为60S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。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。14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。第二章工艺选择21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21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、）2SOB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21。表21三种废水的基本水质情况废水项目红梅素压滤淀粉CODCRMG/L20800284001500180017502800SSMG/L300050004000600015003000PH6767667322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CODCR55007900MG/L、SS35004500MG/L、PH675，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。23处理方案选择取设计参数如下表22工艺设计参数项目CODMG/LSSMG/L流量QM3/D设计水质670040001000达标水质20000645表53边缘板最小厚度（MM）底层壁板名义厚度（MM）碳素钢奥式体不锈钢66同底层壁板71066112087212510522圆筒壁厚计算12拟采用Q235A碳钢制造,查得100时,其许用应力值为126MPA,双面焊局部无T损探伤,取焊缝系数085，则圆筒计算厚度由下式计算20154286CITPDM式中计算压力,MPA,由于BASR中填料比重较大,所以取015,以保证强度需要CPCP圆筒内直径,MMID又取钢板厚度负偏差1MM,腐蚀裕量2MM1C2C故圆筒壁名义厚度281258,圆整取圆筒壁厚为6MM12NC满足碳素钢对罐壁板最小厚度的要求内壁圆筒厚度确定因内壁筒体内外均受液压,两压力抵消,故不必进行强度校核,其材料也选用Q235A碳钢,厚度也取6MM523底板设计12直径小于125M的储罐底板宜采用条形排板组焊由表52,可得,边缘板可取6MM,中辐板可取5MM,为了统一起见,二者均取6MM罐底边缘沿储罐半径方向的最小尺寸应大于200MM对放置在软弱地基上的边缘板尺寸应适当加大,罐底边缘板伸出罐壁外表面的宽度不小于50MM524风载荷作用下罐壁稳定性校核12罐壁许用临界压力52510646107ICRIADPHNM016253ZAKQP,CR0125ZQ式中圆筒总高,MMHN圆筒壁厚,MM1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ZK小城镇及大城市郊区,取10Z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0Q2/NM2502/NM储罐顶部呼吸阀负压设定压力的12倍，MPA1P525人孔选择和校核人孔设置于外侧壁,选用回转盖人孔DG500JB58079,以下是其校核过程开孔直径253016ITDCM式中1MM,接管厚度负偏差2MM,腐蚀裕量TC2C则接管名义厚度为6219MM,符合规定NTDDI/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122NTCRDCFCRF5362815008AM反应器补强有效宽度B2D1072MM有效高度H5367ND取127H有效补强截面积112210536807NNTNRABDCCCFM211222295671430NTRNTHCFHC1010/250A22123581EAMA,故需另加补强,另加补强截面积为24097E采用补强圈,补强截面积取为912M补强件厚度为13678MM,取为8MM,则补强件宽度为13NT补强件宽度913/8114MM。0B第六章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（GB89781996）。污水处理构筑物