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1、工程概況

隨著我國制藥行業(yè)的迅速發(fā)展，其年均廢水排放量達到了6×108m3/a，是重要的污染源之一。由于制藥廢水成分復雜，水質(zhì)變化大，常含有高濃度的COD和氨氮，導致其達標排放困難，屬于較難處理的有機廢水。

某醫(yī)藥公司主營14種醫(yī)藥制劑和原料藥，在制藥生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量高濃度有機廢水，主要含有乙酸乙酯、甲醇和二甲基乙酰胺等污染物，其COD、氨氮和無機鹽等濃度均相對較高，遠超相應排放標準。目前該廠區(qū)綜合廢水量約為771.5m3/d，考慮到企業(yè)今后會增加產(chǎn)能，預留相應廢水增量，因此該工程設計水量定為1500m3/d。廢水水質(zhì)和排放標準如表1所示。

其中，廢水排放執(zhí)行《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的三級標準，氨氮和TP分別執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廢水氮、磷污染物間接排放限值》（DB33/887—2013）“其他企業(yè)”中的35mg/L和8mg/L排放限值。

2、處理工藝

2.1 工藝設計與說明

目前，根據(jù)制藥廢水的特點，多采用以生化為主、物化為輔的處理工藝，如混凝、高級氧化、水解酸化、缺氧/好氧（A/O）、膜生物反應器（MBR）等。根據(jù)該企業(yè)的生產(chǎn)情況和同類工程成功經(jīng)驗，確定采用混凝沉淀/兩級水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反應器處理工藝。由于廢水中含有的高濃度有機物和鹽度會抑制微生物的活性，因此在生化處理前需進行脫溶、脫鹽和混凝預處理。廢水及污泥處理工藝流程見圖1。

主要處理單元運行參數(shù)見表2。

由圖1和表2可知，廢水在綜合調(diào)節(jié)池配水后自流進入混凝初沉池，池中加入混凝劑并攪拌，在泥水分離區(qū)去除部分有機物和懸浮物且提高廢水可生化性，減少后續(xù)生物處理負荷。上清液進入集水池2，加壓輸送至水解塔，再經(jīng)中間池進入水解酸化池。經(jīng)兩級水解處理后可顯著去除廢水中COD并進一步提高廢水可生化性，為后續(xù)生化處理提供條件。由于過高或過低的MLSS都會導致水解酸化效果差，結合工程實際將該水解塔和水解酸化池的MLSS控制在6000mg/L左右。廢水經(jīng)水解酸化池處理后進入A/O池，通過控制部分硝化液回流、污泥回流和排泥達到脫氮除磷并去除有機物的作用。通常A/O工藝的MLSS控制在2500~3500mg/L，由于該廠區(qū)A/O池較多，易導致污泥分布不均，故控制A/O池MLSS約為4000mg/L（均不小于2500mg/L），以保障對污染物的去除效率。A池通過液下攪拌實現(xiàn)兼氧處理效果。O池內(nèi)設置微孔曝氣。O池出水進入MBR池實現(xiàn)泥水分離，將活性污泥截留在生化池，從而提高生化池的污泥濃度和生化速率，且通過膜過濾后可進一步提升出水水質(zhì)，保障達標排放。其中，MBR膜組件采用中空纖維濾膜，以10L/（m2·h）的膜通量運行，由于該條件下膜污染率較低，可相應降低運行費用。在運行過程中，MBR池MLSS基本維持在12000mg/L，源于其微生物增殖和自身消化達到了一個動態(tài)平衡過程。由于水質(zhì)波動較大，為防止廢水處理的非正常運行而導致不達標排放，特設置監(jiān)控池。若廢水未達標，則通過管道收集到事故池，處理達標后再納管排放。廢水處理過程中A/O池、MBR池產(chǎn)生的剩余污泥和混凝初沉池污泥一并進入污泥濃縮池，經(jīng)加壓輸送至污泥壓濾機進行脫水，處理后的污泥委托有資質(zhì)的單位進一步處置，濾液經(jīng)收集后送至廢水綜合調(diào)節(jié)池。

2.2 主要構筑物及設計參數(shù)

①綜合調(diào)節(jié)池。半地上式鋼筋混凝土結構，2座，工藝尺寸分別為11.10m×16.50m×5.50m和3.20m×6.00m×5.50m，有效水深4.7m，停留時間15.1h。設超聲波液位計、pH自動檢測儀、曝氣系統(tǒng)和提升泵（1用1備，Q=65m3/h，H=170kPa，N=5.5kW）。其中曝氣采用空氣攪拌，攪拌氣量為1m3（/m3·h）。

②RTC反應器（水解塔）。1臺，工藝尺寸為?8.0m×20.0m，液下部分為碳鋼防腐，液上部分為316L不銹鋼材質(zhì)，配填料、提升泵、中間水箱、中間水箱提升泵和蒸汽加熱系統(tǒng)（考慮到今后幾年公司要發(fā)展新項目，提前規(guī)劃）。按照進水平均COD為2700mg/L，確定設計容積負荷為5.9kgCOD/（m3·d）。水解塔是該工藝最主要構筑物，通過懸浮污泥層及填料層的微生物降解污染物，具有占地面積小、處理效率高等特點。其中底部填料層具有使污泥懸浮和均勻布水的作用，蒸汽加熱系統(tǒng)起控溫作用，在冬季低溫時需提高水溫以使微生物保持較高活性。

③水解酸化池。半地上式鋼筋混凝土結構，2座，工藝尺寸為10.85m×8.70m×8.50m，有效水深為7.9m，單座有效容積為745.7m3，容積負荷為2.7kgCOD/（m3·d），配填料、潛水攪拌機（8套，N=4.0kW，單位容積攪拌功率為21.5W/m3）、污水循環(huán)泵和管道混合器。

④A池。半地上式鋼筋混凝土結構，2座，工藝尺寸為10.85m×8.70m×8.50m，有效水深為7.8m，單座有效容積為736.3m3，MLSS為4000mg/L，配DO測定儀、潛水攪拌機。按去除總氮63mg/L計，確定設計反硝化負荷為0.032kgTN/（kgMLSS·d）。

⑤O池。半地上式鋼筋混凝土結構，4座，工藝尺寸為10.85m×6.08m×6.50m，有效水深為5.2m，單座有效容積為343m3，MLSS為4000mg/L，有機負荷為0.33kgCOD/（kgMLSS·d），硝化負荷為0.04kgTN/（kgMLSS·d），配曝氣系統(tǒng)、DO測定儀和污水回流泵。其中O池曝氣量根據(jù)氣水比15∶1計算為15.63m3/min，好氧池回流至缺氧池的回流比為200%。

⑥MBR池。半地上式鋼筋混凝土結構，2座，工藝尺寸為10.85m×5.00m×6.50m，單座有效容積為271.2m3，有效水深為5.0m，配布水裝置、曝氣系統(tǒng)、污泥泵和MBR系統(tǒng)。其中MBR回流至好氧池的回流比為400%。⑦排放池（監(jiān)控池）。半地上式鋼筋混凝土結構，1座，工藝尺寸為12.70m×4.70m×3.20m，有效水深為3.0m，有效容積為179m3，停留時間為3h，配超聲波液位計、提升泵（1用1備，Q=65m3/h，H=275kPa，N=11kW）。

3、工藝調(diào)試與運行結果

3.1 工藝調(diào)試

①接種污泥

生化系統(tǒng)接種污泥取自工業(yè)園區(qū)污水處理廠，脫水后活性污泥含水率約80%，污泥投加量為100t，各池投加泥量為池容的2%~5%。通入COD為600mg/L的污水，水位約占運行水位的4/5，按C∶N∶P=100∶5∶1的比例投加培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。水解塔內(nèi)循環(huán)、水解酸化和A池攪拌培養(yǎng)5d，好氧池持續(xù)悶曝一周后，SV30達到15%，出水COD降到300mg/L，COD去除率達到50%，且填料上菌膠團鏡檢微生物豐富，表明接種完成。

②水解塔和水解酸化池調(diào)試

接種后，間歇通入混凝初沉池出水，啟動階段進水COD控制在2000~3000mg/L，pH為6~8，溫度為30~35℃。控制DO在0.5mg/L以內(nèi)，使微生物適應新的環(huán)境，培養(yǎng)水解菌。調(diào)試初期需控制運行水量，逐步提高進水負荷。調(diào)試期間減少排泥量，控制污泥齡為10d。在進水停止后根據(jù)污泥濃度進行補泥，使MLSS保持在6g/L左右。監(jiān)測進、出水的B/C和COD，若COD處理效率達到40%，則提高20%進水量，逐步增加水量至正常值。水解塔出水進入水解酸化池，調(diào)試方法與水解塔相同。調(diào)試歷時一個月，水解塔和水解酸化池產(chǎn)氣明顯，污泥變黑，水解塔使廢水B/C從0.1升至0.2且COD去除率提高至50%，水解酸化池使廢水B/C從0.2升至0.6且COD去除率提高至70%，即為調(diào)試完成。

③A/O池調(diào)試

接種后，通入少量水解酸化池污水，將A池和O池的DO分別控制在0~0.5mg/L和2~4mg/L培養(yǎng)反硝化菌和硝化菌，其中O池曝氣量根據(jù)DO值由5m3/min逐步提高至15m3/min。當MLSS>2000mg/L時開始內(nèi)回流，隨著MLSS升高，回流比從50%逐步提高至200%。投加葡萄糖至A池保持C∶N>4，投加NaHCO3到O池保持堿度（以CaCO3計）>100mg/L，保障A/O工藝運行。調(diào)試歷時兩個月，A池和O池的SV30穩(wěn)定保持在20%~30%，A池COD去除率提高到60%，O池COD和氨氮去除率分別提高到60%和70%，表明調(diào)試完成。

④MBR調(diào)試

污泥馴化結束時開始MBR調(diào)試，通入污水和污泥，連續(xù)曝氣并控制DO為2~4mg/L，逐步遞增膜通量。當反應池MLSS達到8000mg/L時，控制出水量為20m3/h。當反應池MLSS達到12000mg/L時，逐步加大出水量至65m3/h。每日監(jiān)測水池進、出水水質(zhì)和污泥特性指標，調(diào)試20d后出水COD、氨氮等指標均穩(wěn)定達標，即調(diào)試完成。調(diào)試和運行過程中均采取低值恒膜通量過濾和間歇出水等方法減少膜的污染。

3.2 運行結果

系統(tǒng)調(diào)試完畢后即投入運行，各工藝單元運行正常，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)達到設計要求。2018年12月—2021年3月的平均污染物數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結果如表3所示。

由表3可知，采用混凝沉淀/兩級水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反應器工藝處理制藥廢水是可行的，在進水水質(zhì)波動較大且濃度較高的情況下可穩(wěn)定達標排放，運行穩(wěn)定，抗沖擊能力強。

4、工程效益分析

該改造工程總投資為2500萬元。運行費用：電費4.4元/m3，耗電量7338.66kW·h/d，平均電價為0.90元（/kW·h）；藥劑費為2.29元/m3，陽離子PAM為45元/d，陰離子PAM為162元/d，PAC為836元/d，酸、堿均為2400元/d；人工費為0.62元/m3，4名操作工，費用為7萬元（/人·a），按生產(chǎn)時間為300d/a計；水費為0.05元/m3，日耗自來水20m3/d，水價按3.5元/m3計，以上共計7.36元/m3。

5、結論

采用混凝沉淀/兩級水解酸化/缺氧/好氧/膜生物反應器組合工藝處理高濃度有機制藥廢水，COD從8171.4mg/L降至214.6mg/L，氨氮從173.7mg/L降至1.3mg/L，TP從0.95mg/L降至0.54mg/L，SS從235.8mg/L降至8.6mg/L，平均去除率分別為97.4%、99.3%、43.1%和96.4%，pH由7.2升至7.5，處理效果良好。該工程處理設計規(guī)模為1500m3/d，運行費用約7.36元/m3，出水COD、氨氮、TP、SS和pH的相對標準差分別為23.2%、15.4%、66.0%、32.2%和7.8%，各項指標均達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的三級標準和浙江省《工業(yè)企業(yè)廢水氮、磷污染物間接排放限值》（DB33/887—2013）標準，可為類似制藥廢水處理提供參考。