制药废水污水处理方案设计

制药废水污水处理方案设计

班级：环境工程

学号：642085229001

姓名：梁柱

指导老师：张宇峰罗平

一、制药行业污水分析

1.1制药行业废水污染情况

制药行业是我国国民经济的重要基础产业和发展最快的行业之一，其主要分类包括：化学原料药及制剂、中药材、中药饮片、中成药、抗生素、生物制品、生化药品、放射性药品等。制药行业属于精细化工，其特点是工艺流程复杂、使用的原料种类众多、原材料利用率低、副产物多，因此导致制药废水组成十分复杂，有机污染物种类多、浓度高，COD和BOD5值高，NH3-N浓度高，色度深、毒性大，固体悬浮物SS浓度高等特征。

1.2制药废水组成及特点

1.2.1化学制药废水组成、污染因子及特点

化学制药是采用化学方法将有机物质或无机物质通过化学反应生产化学药品及化学原料药的生产过程。主要产品包括合成抗菌药、麻醉药、镇静催眠药、抗癫痫药、抗精神失常药、解热镇痛药、抗肿瘤药等16个种类约近千个品种。

1.2.1.1废水组成

(1)生产过程排水。包括各类结晶母液、转相母液、吸附废液、溶剂回收残液及其药物残留等。

(2)辅助工程排水。包括循环冷却水系统排水、水环真空泵排水、纯化水制备过程排水、蒸馏（加热）设备冷凝水排水等。

(3)冲洗排水。包括容器设备清洗排水（如提取罐冲洗排水）、过滤设备冲洗排水、地面冲洗排水、厂房清洁排水等。

(4)化验室及实验室排水。包括药品检验或新产品实验过程排水。

1.2.1.2主要污染因子及排污特点

根据调查结果，化学制药类企业生产废水中的污染物主要是常规污染物，即COD、BOD、SS、PH值、色度、氨氮等污染物。化学制药废水的特点是：用水量大，有机污染严重，排水为间歇排放。废水成分复杂，含有未参与反应的反应物、生成物、残留溶剂、催化剂、无机盐（副产物）等；废水可生化性较差，BOD、COD和TSS浓度高，流量大。PH值变化大，波动范围为1.0~11.0.

1.2.2生物生化制药废水组成、污染因子及特点

生物生化制药是利用生物体及生物生命活动来制造药品的生产过程，包括发酵制药、提取制药、生物技术制药。发酵制药是指通过微生物的生命活动，将有机原料经发酵、过滤、提纯等工序制成药品的生产过程。主要产品包括抗生素类、维生素类、氨基酸类、有机酸类、酶类等药物。提取制药是指运用物理、化学、生物化学的方法，将生物体中其重要生理作用的活性物质经过提取、分离、纯化等手段制造成药品的生产过程。主要产品包括氨基酸类、多肽及蛋白质类、酶类、核酸类、糖类、脂类等药物。

1.2.2.1制药废水组成

(1)生产过程排水。包括发酵残液、破乳剂、废滤液、废母液、其他母液、溶剂回收残液等。

(2)辅助工程排水。包括工艺冷却水、动力设备冷却水、循环冷却水系统排污、去离子水设备过程排水等。

(3)冲洗排水。包括容器设备清洗排水、过滤设备冲洗排水、树脂柱冲洗水、地面冲洗排水、厂房清洁排水等。

(4)化验室及实验室排水。包括药品检验或新产品

实验过程排水。

1.2.2.2主要污染因子及排污特点

生物制药类企业生产废水中的污染物主要是常规污染物，即COD、BOD、SS、PH、氨氮、动植物油等污染物。生物制药废水的特点是：成分复杂，有机物浓度高，溶解性和胶体性固体浓度高，PH值经常变化，温度较高，带有颜色和气味，悬浮物含量高易产生泡沫。含有难降解物质和有抑菌作用的抗生素且有毒性等。

1.2.3中药饮片加工和中成药制药废水组成、污染因子及特点

中药饮片加工和中成药制药是以药用植物和药用动物为主要原料，根据我国要点生产中成药饮片和中成药的制药过程。中药饮片是指根据辨证施治及调配或制剂的需要，对经产地加工的净药材进一步切割、炮制而成的成品。

1.2.3.1废水组成

(1)生产过程排水。包括药材清洗和浸泡水、炮制工段废水、下脚料清洗水、提取工段废水。

(2)冲洗排水。包括容器设备清洗排水、安瓶清洗排水、地面冲洗排水、厂房清洁排水等。

1.2.3.2主要污染因子及排污特点

根据调查结果，中药类企业生产废水中的污染物主要是常规污染物，即COD、BOD、SS、PH等污染物。中药类制药废水的特点是：水质成分复杂，废水中溶解性物质、胶体和固体物质浓度都很高。COD、SS浓度高，BOD/COD>0.5，废水易降解。水量间歇排放，水质波动较大，PH值波动较大，排水水温较高，并带有颜色和气味。

1.2.4单纯药品分装与复配制药废水组成、污染因子及特点

单纯药品分装与复配制药是通过混合、加工和配制，将药物活性成分和辅料职称剂型药物的生产过程。主要包括固体制剂和注射制剂两种。固体制剂按照剂型可分为片剂、胶囊剂、颗粒剂等。注射制剂是指将药物制成供注入人体内的灭菌溶液、乳浊液或混悬液，以及供临用前配成溶液或混悬液的无菌粉末。主要有溶液型注射剂和无菌粉末注射剂。溶液型注射剂所用的溶剂主要有注射用水、注射用油、以及乙醇、甘油等注射用剂。无菌粉末注射剂分为无菌分转粉针剂和冻干粉针剂。

1.2.4.1废水组成

单纯药品分装与复配制药无严格意义上的工艺废水产生，主要废水主要包括包装容器清洗排水、设备清洗排水、安瓶、输液瓶、胶塞清洗排水、地面冲洗排水、厂房清洁排水、纯化水／注射水制备过程排水、灭菌检漏用废水等。

1.2.4.2主要污染因子及排污特点

根据调查，单纯药品分装与复配制药企业生产废水中的污染物主要是常规污染物，即COD、BOD、SS、PH等污染物。单纯药品分装与复配制药制药废水的

特点是：由于医药行业的特殊性，生产中涉及的用水基本为纯化水或者是注射用水，因此废水中杂质含量极少，污染物浓度很低。固体制剂生产排水中COD浓度范围在68.1~1480mg/L，一般在500mg/L以下。BOD浓度范围在36.95～660mg/L，一般在300mg/L以下。SS浓度范围在68~700mg/L，一般在300mg/L 以下。注射制剂生产排水中COD浓度范围在63.27~300mg/L，BOD浓度范围在30~80mg/L，SS浓度范围在51~85mg/L。

二、设计基础资料

某制药有限公司生产废水的最大排放量为850m3/d，拟定设计处理水量为850m3/d，处理系统按每天24h连续运行设计，即设计处理水量为35.42m3/h。

根据该项目的环境评价报告书及初步设计文件等技术资料并参照类似工程需要进行治理的水污染物为CODcr 、BOD5、NH3-N等，水质如下：

CODcr=800mg/L，BOD5=380mg/L，SS=220mg/L，NH3-N＝30mg/L。

BOD5/ CODcr>0.45，属于易生化废水，为了确保达标排放的要求，并兼顾工程投资、运行费用等，在采用废水处理工艺时，设计进水水质考虑留有一定的富余量，设计进水水质为：

根据该项目的环境评价报告书及初步设计文件等资料，废水经废水处理站处理后，需达到国家《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中一级标准。

三、制药废水处理方案筛选

生化处理技术是目前制药废水广泛采用的处理技术，包括好氧生物法、厌氧生物法、好氧－厌氧等组合方法。

3.1好氧生物处理法

常用的好氧生物处理方法包括活性污泥法、深井曝气法、吸附生物降解法(AB法)、接触氧化法、氧化沟、序批式间歇活性污泥法(SBR法)、循环式活性污泥法（CASS法）等。

(1)深井曝气法

深井曝气是一种高速活性污泥系统，该法具有氧利用率高、占地面积小、处理效果佳、投资少、运行费用低、不存在污泥膨胀、产泥量低等优点。此外，其保温效果好，处理不受气候条件影响，可保证北方地区冬天废水处理的效果。(2)AB法

AB法属超高负荷活性污泥法。AB工艺对BOD5、COD、SS、磷和氨氮的去除率一般均高于常规活性污泥法。其突出的优点是A段负荷高，抗冲击负荷能力强，对PH和有毒物质具有较大的缓冲作用，特别适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的废水。

(3)生物接触氧化法

该技术集活性污泥和生物膜法的优势于一体，具有容积负荷高、污泥产量少、抗冲击能力强、工艺运行稳定、管理方便等优点。很多工程采用两段法，目的在于驯化不同阶段的优势菌种，充分发挥不同微生物种群间的协同作用，提高生化效果和抗冲击能力。在工程中常以厌氧消化、酸化作为预处理工序，采用接触氧化法处理制药废水。该工艺处理效果稳定、工艺组合合理。

(4)SBR法

SBR法具有耐冲击负荷强、污泥活性高、结构简单、无需回流、操作灵活、占地少、投资省、运行稳定、基质去除率高、脱氮除磷效果好等优点，适合处理水量水质波动大的废水。其曝气时间对该工艺的处理效果有很大影响；设置缺氧段，尤其是缺氧与好氧交替重复设计，可明显提高处理效果；反应池中投加PAC 的SBR强化处理工艺，可明显提高系统的去除效果。近年来该工艺日趋完善，在制药废水处理中应用也较多。

(5)氧化沟

优点：工艺流程简单，运行管理方便；占地小，布置紧凑；处理效果稳定，出水水质好；基建费用低；泥龄较长，污泥量少，污泥性质稳定，可省去污泥消化处理，节省运行费用，且便于管理；在水质、水量发生变化时，该工艺的调节

适应性强，耐冲击负荷；可除磷。

缺点：容易发生污泥膨胀、上浮、产生泡沫以及流速不均及污泥沉积问题。

3.2厌氧生物处理法

目前国内外处理高浓度有机废水主要是以厌氧法为主，但经单独的厌氧方法处理后出水COD仍较高，一般需要进行后处理（如好氧生物处理）。目前仍需加强高效厌氧反应器的开发设计及进行深入的运行条件研究。在处理制药废水中应用较成功的有上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧复合床(UBF)、厌氧折流板反应器（ABR）、水解法等。

(1)UASB法

UASB反应器具有厌氧消化效率高、结构简单、水力停留时间短、无需另设污泥回流装置等优点。采用UASB法处理卡那霉素、氯酶素、VC、SD和葡萄糖等制药生产废水时，通常要求SS含量不能过高，以保证COD去除率在85%～90%以上。二级串联UASB的COD去除率可达90%以上。

(2)水解酸化法

水解池全称为水解升流式污泥床（HUSB），它是改进的UASB。水解池较之全过程厌氧池有以下优点：不需密闭、搅拌，不设三相分离器，降低了造价并利于维护；可将废水中的大分子、不易生物降解的有机物降解为小分子、易生物降解的有机物，改善原水的可生化性；反应迅速、池子体积小，基建投资少，并能减少污泥量。近年来，水解－好氧工艺在制药废水处理中得到了广泛的应用，如某生物制药厂采用水解酸化－二段式生物接触氧化工艺处理制药废水，运行稳定，有机物去除效果显著，COD、BOD5和SS的去除率分别为90.7%、92.4%和87.6%。

3.3厌氧－好氧及其他组合处理技术

由于单独的好氧处理或厌氧处理往往不能满足要求，而厌氧－好氧、水解酸化－好氧等组合工艺在改善废水的可生化性、耐冲击性、投资成本、处理效果等方面表现出了明显优于单一处理方法的性能，因而在工程实践中得到了广泛应用。

(1) A/O工艺

优点：工艺效率高；流程简单，投资省，操作费用低；缺氧反硝化过程对污

染物具有较高的降解效率；容积负荷高；缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。

缺点：由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。另外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。影响因素有：水力停留时间（硝化>6h ，反硝化<2h ）污泥浓度MLSS（>3000mg/L）污泥龄（>30d ）N/MLSS负荷率（<0.03 ）进水总氮浓度（<30mg/L）。

(2) A2/O工艺

优点：污染物去除效率高，运行稳定，有较好的耐冲击负荷；污泥沉降性能好；厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；脱氮效果受混合液回流比大小的影响,除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高；在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺；在厌氧—缺氧—好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀；污泥中磷含量高，一般为2.5％以上。

缺点：反应池容积比A/O脱氮工艺还要大；污泥内回流量大，能耗较高；用于中小型污水处理费用偏高；沼气回收利用经济效益差；污泥渗出液需化学除磷。

四、工艺流程简介

4.1工艺流程选定

本方案的处理对象为制药废水，废水的主要特征为：污染物浓度较高，易生化降解，悬浮物含量高。该废水BOD/COD≥0.45，属于易生化废水，适合生化处理。对于此种污水采用厌氧预处理技术，在国内尚无成功的经验，故本方案主体思路是不采用厌氧工艺，而采用好氧工艺作为生化处理系统的主体工艺。好氧处理系统的能耗虽然较高，但对进水水质要求不高，出水水质较好的显著特点，比较适合制药废水的处理。经过多种方案的比较，及对已建成制药厂污水处理厂经验的总结，本方案采用SBR工艺，实践证明SBR工艺对处理制药污水具有处理效果高、操作简单、运行稳定、费用低、污泥产量少的特点，适合本工程污水处

理。

4.2工艺流程说明

制药厂生产废水通过格栅进入污水处理段调节池，调节水质水量，在絮凝剂的作用下，去除废水中的悬浮物和胶体物质等污染物，降低后续处理单元的工作负荷。经泵定量提升到SBR反应池，在SBR运行工序中，通过曝气推流及沉淀滗水，完成硝化反硝化反应，从而去除污水中NH3-N 。反应池出水经接触消毒池去除病原性微生物后排出，污泥进入浓缩池，剩余污泥经脱水，泥饼外运。污泥浓缩池的上清液和污泥的脱出水回流至调节池。

4.3各构筑物单元设计说明

(1)格栅

格栅主要用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，防止堵塞和缠绕水泵机组、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。

(2)调节池

废水其水质水量都会随时变化，且波动较大。废水水质水量的变化对废水处理设备的功能发挥是不利的。为解决这一问题，设置了调节池，以调节污水PH、水温，水质和水量，并且有预曝气作用。

(3)提升泵

将调节池出水输送到后续污水处理反应池。

(4)鼓风机

提供曝气，输送SBR反应池内所需的氧气。

(5)SBR反应池

注水-反应-排水的反应器，在同一生物反应池中完成进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段，能去除制药废水中的CODcr 、BOD5、NH3-N等。

SBR工艺操作过程图如下：

①进水期

进水期是反应池接纳污水的过程。由于充水开始是上个周期的闲置期，所以此时反应器中剩有高浓度的活性污泥混合液，这也就相当于活性污泥法中污泥回流作用。

SBR工艺间歇进水，即在每个运行周期之初在一个较短时间内将污水投入反应器，待污水到达一定位置停止进水后进行下一步操作。因此，充水期的SBR 池相当于一个变容反应器。混合液基质浓度随水量增加而加大。充水过程中逐步完成吸附、氧化作用。SBR充水过程，不仅水位提高，而且进行着重要的生化反应。充水期间可进行曝气、搅拌或静止。曝气方式包括非限制曝气（边曝气边充水）、限制曝气（充完水曝气）半限制曝气（充水后期曝气）。

②反应期

在反应阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度、低浓度的基质环境中，反应器相应地形成厌氧—缺氧—好氧的交替过程。虽然SBR反应器内的混合液呈完全混合状态，但在时间序列上是一个理想的推流式反应器装置。SBR反应器的浓度阶梯是按时间序列变化的。能提高处理效率，抗冲击负荷，防止污泥膨胀。

③沉淀期

相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气搅拌后，污泥絮体靠重力沉降和上清液分离。本身作为沉淀池，避免了泥水混合液流经管道，也避免了使刚刚形成絮体的活性污泥破碎。此外，SBR活性污泥是在静止时沉降而不是在一定流速下沉降的，所以受干扰小，沉降时间短，效率高。

④排水期

活性污泥大部分为下周期回流使用，过剩污泥进行排放，一般这部分污泥仅占总污泥的30%左右，污水排出，进入下道工序。

⑤闲置期

作用是通过搅拌、曝气或静止使其中微生物恢复其活性，并起反硝化作用而进行脱水。

(6)上清液排出装置（滗水器）

现在的SBR工艺一般都采用滗水器排水。滗水器排水过程中能随水位的下降而下降，使排出的上清液始终是上层清夜。为防止水面浮渣进入滗水器被排走，滗水器排水口一般都淹没在水下一定深度。

目前SBR使用的滗水器主要有螺旋式滗水器、套管式滗水器和虹吸式滗水器三种。本设计采用旋转式滗水器。旋转式滗水器属于有动力式滗水器，应用广泛。

(7)接触消毒池

采用液氯消毒。液氯消毒的主要优点有：氯对细菌有很强的灭活能力；在水中能长时间地保持一定数量的余氯，从而具有持续消毒能力；效果可靠，使用方便，易于贮存、运输，成本较低。但是液氯有剧毒，可能产生有害消毒副产物，对病毒的灭活能力相对差一些，并且需要采取防止泄漏的措施。

(8)污泥浓缩池

污泥浓缩用来降低污泥中含水率，减少污泥体积，减少池容积和处理所需的投药量，减小用于输送污泥的管道和泵类的尺寸。具有一定规模的污水处理工程中常用的污泥浓缩方法主要有重力浓缩、溶气气浮浓缩和离心浓缩。本项目所产污泥量较少，因此选用连续重力浓缩池。

(9)污泥脱水：将剩余污泥脱除水分。