CA—SBR工藝在制藥生產(chǎn)廢水處理工程
1 背景介紹
株洲千金藥業(yè)股份有限公司是一九九三年由株洲中藥廠改制成立，是中國中成藥生產(chǎn)重點(diǎn)企業(yè)五十強(qiáng)之一。公司主要產(chǎn)品為婦科千金片、千金膠囊、舒筋活絡(luò)液等。十多年來，公司保持快速發(fā)展勢頭，一九九八年實(shí)現(xiàn)銷售1.2億元，利潤2469萬元，人均利稅13.7萬元。隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的快速增長，公司為造福社會(huì)，于2001年興建了全廠廢水處理工程。
該廢水處理站位于株洲市荷塘區(qū)金鉤山株洲千金藥業(yè)公司廠區(qū)內(nèi)，占地約700m2。根據(jù)廠方的分流制排水規(guī)劃，廠區(qū)生產(chǎn)廢水、生活污水和雨水分管排放，其中廢水處理站只接納生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)規(guī)模1700m3/d。
2 廢水設(shè)計(jì)參數(shù)
2.1 廢水水量
該公司生產(chǎn)廢水主要來自洗滌、煎煮（洗鍋）、片劑和制劑等工序，其中煎煮工序洗鍋廢水及制劑車間廢水污染程度高，洗滌及冷卻工段排放廢水量大。
該公司擴(kuò)產(chǎn)后日用水水量及廢水日處理量估算見表1。擴(kuò)產(chǎn)后公司生產(chǎn)廢水日排放量為1350m3/d，根據(jù)公司遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，取設(shè)計(jì)處理廢水量為1700 m3/d。
表1 擴(kuò)產(chǎn)后日用水水量及廢水日處理量估算表
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2.2 廢水水質(zhì)
生產(chǎn)廢水中的污染物質(zhì)大致可分水溶性的和水不溶性的兩類。水溶性的污染物主要是單寧、生物堿、有機(jī)酸、糖類、蒽醌、淀粉等有機(jī)物，另外還有制劑工序引入的無毒色素，片劑車間排放的高分子物質(zhì)等。水不溶性的污染物主要來自清洗、煎煮等工序，主要是泥沙、植物類懸浮物等。因?yàn)槭侵兴幹扑幤髽I(yè)，所以其生產(chǎn)廢水中的有毒物質(zhì)較少，COD較西藥制藥廢水要低。
廢水水質(zhì)指標(biāo)見表2。
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2.3 處理出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
廢水處理后執(zhí)行國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-96一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。為了節(jié)約水資源，可以考慮部分處理后的水作為中水回用，為達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了用砂濾和加氯消毒的方法來提高出水水質(zhì)。主要回用途徑有：
1）澆灌花草，廠區(qū)內(nèi)綠化用水可以全部使用處理后的水。
2）鍋爐煙氣除塵，必要時(shí)可以部分使用處理后水進(jìn)行鍋爐煙氣除塵。
2.4 處理工藝流程
針對(duì)上述出水要求，通過必要的試驗(yàn)研究和參考同類廢水處理工程的經(jīng)驗(yàn)，我們選用先進(jìn)的CA+SBR工藝（催化水解酸化+間歇序批式活性污泥反應(yīng)器）。在回用水深度處理方面，考慮在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上，增加砂濾和加氯消毒工藝，使出水水質(zhì)進(jìn)一步提高。
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廢水處理工藝流程情況如下（見圖1）：廢水經(jīng)格柵池和撈毛除渣機(jī)除去大顆粒懸浮物后自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池中放置了廢鐵屑，通過鐵屑在水中的電化學(xué)反應(yīng)對(duì)廢水中的有機(jī)污染物起水解催化作用，再進(jìn)入水解酸化池。水解酸化池分兩段，第一段布置了曝氣裝置，必要時(shí)可以進(jìn)行預(yù)曝氣，對(duì)池中廢水進(jìn)行攪拌。水解酸化池出水通過污水提升泵進(jìn)入SBR池，經(jīng)曝氣處理后，沉淀。排出沉淀后的上層清水。排水可通過砂濾池濾掉懸浮雜質(zhì)，也可不通過砂濾池直接經(jīng)清水池外排。在需要將排水回用時(shí)還可以加消毒藥水以提高回用水水質(zhì)。SBR池的剩余污泥可以排入集泥池，經(jīng)污泥濃縮池重力濃縮，壓濾機(jī)壓濾后外運(yùn)。
3 廢水處理站平面布置和高程布置
3.1 平面布置
廢水處理站位于千金藥業(yè)公司廠區(qū)的東北角，占地面積約750m2。（見圖2）在設(shè)計(jì)時(shí)，我們采取了SBR池與調(diào)節(jié)水解酸化池豎向布置的方法，將SBR池建在調(diào)節(jié)水解酸化池之上，既節(jié)省了占地面積，又利用SBR池的水位高差保證潷水器的自流排水。同時(shí)我們將風(fēng)機(jī)房建在地下，并進(jìn)行隔聲處理，有效的控制了風(fēng)機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲污染。
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3.2 高程布置
在高程布置設(shè)計(jì)上，利用廠區(qū)廢水管網(wǎng)出口的高差讓廢水自流進(jìn)入從調(diào)節(jié)水解酸化池，再利用污水泵做一次提升將水解酸化池出水泵入SBR池。SBR池排水以及砂濾過程利用構(gòu)筑物之間的高差克服水頭損失，使廢水自流流動(dòng)，參見圖3。
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4 主要構(gòu)筑物
4.1 格柵池
格柵池尺寸為4.4×2.4×1.4m3，前部分為柵條間距10mm的人工粗格柵，后部分設(shè)有一臺(tái)CM2000型除毛除渣機(jī)。格柵池能有效去除各類大體積雜物，為后續(xù)處理創(chuàng)造良好條件。
4.2 調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池尺寸10.0×9.5×5.0m3，池體超高1.0m，設(shè)計(jì)水利停留時(shí)間HRT=2.54h，進(jìn)水采用雙層環(huán)狀穿孔管布水。
4.3 水解酸化池
水解酸化池尺寸20.0×9.5×5.0m3，內(nèi)分兩格，池體超高1.0m，有效容積760m3，設(shè)計(jì)水利停留時(shí)間HRT=10.7h，第一格池底布置有微孔曝氣頭，必要時(shí)可以進(jìn)行曝氣攪拌。
4.4 SBR池
SBR池尺寸10.0×9.5×5.5m3，池體超高0.5m，共3池。進(jìn)水采用ZW150-180-15型污水泵從集水井中將廢水提升至SBR池，池中利用環(huán)狀穿孔管布水。曝氣采用SSR型羅茨鼓風(fēng)機(jī)，曝氣裝置選用氧利用率20%以上的DYW-Ⅲ型微孔曝氣器，每池布置156個(gè)。排水采用BS250-5000型潷水器，最大潷水率超過60%，最大單池周期排水285m3。3個(gè)SBR池采取交錯(cuò)間歇的方式運(yùn)行，設(shè)計(jì)單池運(yùn)行周期為12h，其中進(jìn)水1.5h，曝氣8.0h，沉淀1.0h，排水1.0h，閑置0.5h，每池每日運(yùn)行2周期，3池每日運(yùn)行6周期，最大日處理量為285×6=1710m3。
4.5 集泥井
集泥井尺寸10.0×1.5×5.0m3，共三池，其底部與調(diào)節(jié)池以及水解酸化池連通。SBR池中的多余污泥通過SBR池底的排空閥直接排放到集泥井中，逐漸累積后利用污泥泵抽至污泥濃縮池。
4.6 污泥濃縮池
污泥濃縮池尺寸3.5×1.5×3.3m3，底部為斗狀，共2池。由于實(shí)踐證明SBR工藝產(chǎn)生的剩余污泥很少，所以污泥濃縮池設(shè)計(jì)時(shí)沒采用一般活性污泥工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)。濃縮采用重力濃縮，設(shè)計(jì)停留時(shí)間12～24h，濃縮池上清液通過池壁上的電動(dòng)閥逐層排出，底部濃縮污泥用螺桿泵抽送至帶式污泥壓濾機(jī)上進(jìn)行脫水處理。
4.7 消毒—砂濾—清水池
消毒—砂濾—清水池為一體式結(jié)構(gòu)，尺寸9.2×7.5×6.3m3，其中消毒池尺寸9.2×3.5×6.3m3，砂濾池9.2×2.5×6.3m3。消毒采用氯片消毒器配置溶液通過在消毒池中與排水的均勻混合到達(dá)出水消毒的目的。另外在消毒池上設(shè)有增氧機(jī)，必要時(shí)可以提高出水中的溶解氧含量，進(jìn)一步提高處理水質(zhì)。砂濾池采用普通快濾池結(jié)構(gòu)，以Φ1～20mm的瓷球?yàn)闉V料，設(shè)計(jì)濾速12.4m/h，反沖采用SBR池排水反沖，反沖時(shí)間5min。操作中，SBR池排水可根據(jù)需要決定是否通過過砂濾池。
4.8 泵及風(fēng)機(jī)房
泵與風(fēng)機(jī)房平面尺寸10.0×5.24m2，為雙層結(jié)構(gòu)。其中風(fēng)機(jī)房設(shè)于泵房下的負(fù)一層中，內(nèi)設(shè)有供水解酸化池預(yù)曝氣的HC-100S型回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)（5.11m3/min，0.5kg/cm2，7.5kw）一臺(tái)，供SBR池曝氣的SSR125型羅茨鼓風(fēng)機(jī)（9.19m3/min，0.59kg/cm2，15kw）3臺(tái)，為潷水器汽缸以及污泥壓濾機(jī)汽缸提供壓縮空氣的Z-0.025/7型空氣壓縮機(jī)兩臺(tái)。
4.9 污泥脫水間
污泥脫水間尺寸9.23×5.24×5.2m3，其中設(shè)有PFMA-500型帶式壓濾機(jī)一臺(tái)，用于抽送濃縮污泥的G（GS）35-1型螺桿泵一臺(tái)，用于沖洗壓濾機(jī)的IS50-32-200A型清洗水泵一臺(tái)，混凝劑投配裝置一套。
5 廢水處理站運(yùn)行情況分析
5.1 系統(tǒng)運(yùn)行安排
該廢水處理站工程2001年底竣工，經(jīng)過近半年的調(diào)試和試運(yùn)行，目前已投入正式使用。 由于該污水處理站是根據(jù)企業(yè)遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)確定處理水量的，受企業(yè)生產(chǎn)能力限制，目前污水處理量約800～900m3/d，并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)處理量。因?yàn)椴捎玫氖荢BR工藝，運(yùn)行方式十分靈活，所以即使目前進(jìn)水量不到設(shè)計(jì)要求的60%，整個(gè)生化系統(tǒng)的仍然能夠正常運(yùn)行。具體運(yùn)行方式如下：只使用三個(gè)SBR池中的兩個(gè)，每個(gè)SBR池每天運(yùn)行兩周期，每個(gè)SBR池每周期處理水量200～250m3/d。如果今后水量增大，可以從已運(yùn)行的量個(gè)SBR池中分出部分活性污泥，進(jìn)行運(yùn)行即可，根據(jù)從第一個(gè)SBR池分出部分的活性污泥接種到第二個(gè)SBR池的實(shí)踐過程來看，新的SBR池的啟動(dòng)過程很快，從接種污泥到正常以運(yùn)行大約只要10天左右，而且不會(huì)對(duì)分出活性污泥的SBR池的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。
SBR工藝之所以能適應(yīng)水量的大幅變化是因?yàn)槠洳捎玫氖情g歇式運(yùn)行，一個(gè)周期中的五個(gè)工藝階段的時(shí)間分配都可以根據(jù)實(shí)際需要靈活安排，而且每周期的排水量也可以根據(jù)需要通過潷水器的潷水深度來確定。根據(jù)設(shè)計(jì)，我們能保證進(jìn)水量在200m3/d～1700m3/d范圍內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)都能正常運(yùn)行，克服了運(yùn)用傳統(tǒng)的連續(xù)流式活性污泥法時(shí)由于進(jìn)水水量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而無法正常以運(yùn)行的缺點(diǎn)。
5.2 水質(zhì)運(yùn)行情況分析
從2002年5月該廢水處理站于正式投入使用以來，出水水質(zhì)情況較穩(wěn)定，出水清澈，各項(xiàng)指標(biāo)均能到達(dá)設(shè)計(jì)要求。水質(zhì)監(jiān)測見表3（以COD為主要監(jiān)測指標(biāo)）。
表3 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果（月平均值）
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運(yùn)行過程中五六月份曾受企業(yè)生產(chǎn)安排影響，部分車間生產(chǎn)不正常，造成進(jìn)水水量偏少，COD含量較低。
以上監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，采用CA—SBR工藝對(duì)中成藥制藥廢水的處理效果很理想，其中CA（催化水解酸化）階段對(duì)COD的去除率一般在20%左右，SBR階段的COD去除率在95%左右。整個(gè)工藝過程對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化有很大的適應(yīng)性，抗沖擊負(fù)荷能力好。
5.3 污泥運(yùn)行情況分析
由于SBR工藝中曝氣過程和沉淀過程是在同一池中完成的，所以不僅能節(jié)省基建費(fèi)用，而且還省去了一般活性污泥法中的污泥回流系統(tǒng)，簡化了操作。該廢水站SBR池的活性污泥來源于某污水廠的剩余污泥，通過接種馴化來使其適應(yīng)中藥制藥廢水的處理，馴化好的污泥呈褐色。
在日常的監(jiān)測中考慮操作的方便性，我們以SBR池正常水位時(shí)池中的污泥沉降比（SV）來表示污泥量，根據(jù)多次試驗(yàn)得出SV=20時(shí)的污泥濃度約為3500mg/L。
在實(shí)際運(yùn)行過程中，我們發(fā)現(xiàn)污泥的增殖性能在SV＜15時(shí)較快，SV＞20后，污泥的增殖就變得很緩慢（見表3），而且污泥會(huì)呈現(xiàn)出老化現(xiàn)象，所以我們將SBR污泥池污泥量控制在SBR池正常水位時(shí)SV=20左右，即MLSS=3500mg/L左右。
由于污泥在運(yùn)行過程中不斷的老化，所以每天要排出一定量的污泥，根據(jù)一段時(shí)間的摸索，我們將排泥安排在每天排水結(jié)束后，排泥量一般為污泥總量的5%～10% ，即污泥齡約在10～20d。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，適時(shí)適量的排泥是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。如果不及時(shí)排泥會(huì)造成污泥老化，污泥絮體變碎，沉降性能變差，使出水水質(zhì)下降。
13.5.4 溶解氧控制
SBR池曝氣運(yùn)行中的廢水溶解氧含量的變化是確定曝氣時(shí)間的重要依據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行過程中，每天流入廢水處理站的廢水水質(zhì)會(huì)因生產(chǎn)變化而有所變化，有時(shí)變化幅度很大。以進(jìn)入SBR池的廢水為監(jiān)測對(duì)象，其COD值一般在600mg/L～1000mg/L之間，但有時(shí)甚至?xí)陀?00mg/L。從圖4中，我們可以清楚的看到，從水解酸化池進(jìn)入到SBR池的廢水DO值為0mg/L，開始曝氣后DO值增長非常緩慢，這可能是因?yàn)槠貧獬跗谄貧鈴U水中有機(jī)物染物含量很高，隨曝氣中氧一進(jìn)入SBR池就被活性污泥中的微生物很快消耗掉，此時(shí)系統(tǒng)處在缺氧階段。隨著時(shí)間的推移，廢水中的污染物被活性污泥逐漸吸附降解，這時(shí)水中的溶解氧開始慢慢上升，水中的絕大部分污染物已被轉(zhuǎn)移至污泥中，系統(tǒng)過渡到富氧階段，在DO達(dá)到1.0mg/L后，其增長速率明顯增快。根據(jù)實(shí)測發(fā)現(xiàn)當(dāng)DO上升到4.5mg/L左右時(shí)，其增長速率就會(huì)明顯降低，這時(shí)污染物已被微生物逐漸分解。
5.5 生物相變化
污泥中的微生物以鐘蟲、輪蟲為主，也有少量纖毛蟲、鞭毛蟲、線蟲。運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)豆形蟲大量增多，而其他微生物種類很少的狀況，這時(shí)的污泥絮體出現(xiàn)破碎、沉降性變差。因此，我們定期做污泥微生物鏡檢來了解污泥中生物相的變化，根據(jù)觀察結(jié)果來調(diào)整曝氣量和排泥量以及排泥操作周期。
5.6 運(yùn)行中存在的問題
5.6.1 曝氣量的控制問題
運(yùn)行過程中存在的主要問題是如何控制曝氣量。和傳統(tǒng)活性污泥法一樣，SBR工藝在曝氣過程中也存在隨著時(shí)間的推移，廢水中的有機(jī)物染物會(huì)不斷的被分解掉而使需氧量逐漸減少，如何來根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需氧量來控制曝氣量是一個(gè)需要解決的問題，因?yàn)槠貧怆A段后期多余的曝氣量不但會(huì)浪費(fèi)不必要的能耗，提高廢水處理的成本，而且有時(shí)會(huì)因?yàn)檫^量曝氣而使污泥自身分解，使污泥絮體破碎而難以沉淀，造成出水水質(zhì)下降。
對(duì)于這個(gè)問題，當(dāng)前較普遍的解決方法是采用在線監(jiān)測設(shè)備根據(jù)即時(shí)監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制變頻風(fēng)機(jī)，來調(diào)整曝氣量來適應(yīng)活性污泥系統(tǒng)需氧量的變化。該廢水站設(shè)計(jì)之初曾作過這方面考慮，但因千金公司考慮這樣做前期投入將較大而且日后的自動(dòng)化控制系統(tǒng)維護(hù)工作較復(fù)雜而沒有采用。
目前我們解決這一問題采取的是經(jīng)驗(yàn)法，即根據(jù)一段時(shí)間的運(yùn)行，來摸索合適的運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)實(shí)際操作得出的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4。
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注：上述曝氣時(shí)間指的是一個(gè)SBR池使用一臺(tái)風(fēng)量為9.19m3/min，風(fēng)壓0.59kg/cm2，功率15kw的羅茨鼓風(fēng)機(jī)曝氣時(shí)的時(shí)間。
通過這種方法只能確定合適的曝氣時(shí)間以保證廢水中的有機(jī)物充分分解，并不能根據(jù)不同時(shí)間段生化系統(tǒng)對(duì)需氧量的變化來合理分配曝氣量。曝氣階段后期的過量曝氣問題依舊存在。
5.6.2 出水水質(zhì)變化問題
在調(diào)試和運(yùn)行中都曾出現(xiàn)SBR排水水質(zhì)周期性變差問題。水質(zhì)變差主要體現(xiàn)在水色變黃，濁度升高，但一般出現(xiàn)這類情況時(shí)COD上升并不太明顯。這種情況一般幾周到幾個(gè)月出現(xiàn)一次，持續(xù)時(shí)間幾天到一周不等。出現(xiàn)這種情況時(shí)，往往可發(fā)現(xiàn)在SBR池長時(shí)間沉淀后發(fā)現(xiàn)大塊的類似鐵銹的膜狀物漂浮在水面上。根據(jù)分析，我們認(rèn)為這可能是水解酸化池中的鐵屑在催化水解過程中發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，生成了Fe(OH)3的膠體使水色變黃，濁度增加。
6 工程評(píng)價(jià)
6.1 工程投資和運(yùn)行成本
該廢水處理站工程總投資約300萬元。運(yùn)行成本主要是動(dòng)力費(fèi)用固定資產(chǎn)折舊費(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)等。設(shè)計(jì)階段我們估算的廢水處理成本為0.45元/m3，但由于目前處理水量只有設(shè)計(jì)處理量的50%，所以使實(shí)際測算的處理成本相對(duì)提高，約為0.76元/m3。
6.2 經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益
經(jīng)濟(jì)效益方面，雖然廢水處理站的建設(shè)花費(fèi)了企業(yè)一大筆資金，今后的運(yùn)行仍需要企業(yè)不斷的資金投入，但廢水處理站的成功運(yùn)行可以每年為企業(yè)節(jié)省因超標(biāo)排污而交納的十幾萬費(fèi)用，且利用處理后的回用水還可以為企業(yè)節(jié)約部分自來水費(fèi)。
在環(huán)境效益和社會(huì)效益方面，千金藥業(yè)廢水處理站的建成投入運(yùn)行結(jié)束了該廠廢水直接排放的歷史，廢水經(jīng)處理后出水清澈，水質(zhì)指標(biāo)大多優(yōu)于相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，如COD一般在40mg/L～50mg/L，大大低于一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)中要求的100mg/L。出水排放到廠區(qū)附近的金鉤山村的小河溝中后未對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響，有效地保護(hù)了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量。這些都為千金藥業(yè)公司贏得了良好的社會(huì)聲譽(yù)。
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