中药类制药工业废水处理设施设计方案.docx
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中药类制药工业废水处理设施设计方案
第一章工程概述
1.1项目名称及设计单位
项目名称：
....药业有限公司
设计单位：
....
1.2项目概况
公司共占地25万m2，资产3.5亿元，员工1206人，有执业药师等专业技术人才390人，主导产品双黄连注射液、双黄连口服液、盐酸氟桂利嗪胶囊畅销全国二十多个省市。
经过多年发展，目前公司年产值近4亿元，年平均销售额3.5亿元，实现年利税6000万元，为区域经济发展做出了重要贡献。
目前，公司拥有已通过GMP认证的小容量注射剂、口服液、片剂、胶囊、颗粒剂、化学合成原料药、中药提取等7条现代化生产线，可生产62个中西药制剂、原料，年产注射液6亿支，口服液2亿支，胶囊6亿粒，片剂18亿片，颗粒剂5000万袋，化学合成原料药50吨，年处理中药材2000吨，药品全部按GMP标准生产，配备有国际先进水平的生产、检测设备，是国内生产规模较大、产品质量可靠的专业制药企业。
1.3设计依据、标准、原则和范围
1.3.1设计原则
1、认真贯彻当地关于环境保护的方针和政策，使设计符合当地有关法规、规范。
经处理后排放的污水水质符合中药类制药工业水污染物排放标准。
2、采用经济可靠的污水处理新工艺、新设备和新材料。
3、优先采用集成度高的污水处理工艺，以便实现模块化设计。
4、采用先进可靠的控制技术，提高污水处理厂的管理水平，保证污水处理工艺运行在最佳状态，尽可能减轻工人的劳动强度。
5、积极选用成熟、可靠、高效、节能的先进技术和设备，在确保出水稳定达标的前提下，努力降低工程造价及运行费用，优化工程技术经济指标，力求环境效益、社会效益及经济效益的完美统一。
6、工艺流程先进、简洁、可靠，便于操作管理。
7、充分考虑污水处理系统配套的减震、降噪、除臭等措施，防止对环境的二次污染。
8、远近结合、全面规划、合理布局。
9、优化配置设备数量，提高设备安全可靠性，减少设备闲置，降低总投资。
10、构筑物设计及设备选型应充分考虑到在生产运行中具有较大的灵活性，适应性和耐冲击负荷能力。
采用先进、可靠的自动化控制技术，提高污水站的管理水平，保证污水处理工艺运行在最佳状态。
1.3.2设计所采用的主要标准、规范
1、《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906-2008）；
2、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）；
3、《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）；
4、《总图制图标准》（GB/T50103-2001）；
5、《给排水工程结构设计规范》（GB50069—2001）；
6、《建筑结构设计统一标准》（CECS07：
88）；
7、国家、省市有关环境保护治理规划、政策及文件；
8、参照国内同类水质统计资料。
1.3.3设计依据和主要资料
1、厂方人员提供的数据资料；
2、我方人员的现场踏勘情况；
3、类似工程的相关资料。
1.4设计范围
设计范围为：
1.污水进水水质水量分析；
2.污水处理工艺构筑物选择与论证；
3.工艺方案设计及相关专业方案设计；
4.工程投资估算与经济分析。
第二章建设规模及水质情况
根据建设单位的委托，确定设计规模如下：
2.1设计进水水量
该公司新建一处分厂，根据厂方委托，黄芩高浓度废水产生量为40m3/d，其他冲洗废水以及低浓度废水每天产生量为260m3，根据厂方委托，本项目污水总设计水量为Q=300m3/d，按20h设计，平均每小时产生水量为15m3。
2.2设计进水水质
根据建设单位提供的日常化验监测记录，同时综合我公司现场勘查取样化验结果，确定设计综合废水水质情况如下表2-1。
综合进水水质表2-1
种类
CODcr（mg/L）
B0D5（mg/L）
pH
色度（倍）
SS（mg/L）
综合水质
8000
2300
3~4
1000
1500
2.3设计出水水质
综合出水执行《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906—2008）表2中新建企业污染物排放限制，如下表2-2。
出水水质表2-2
CODcr（mg/L）
B0D（mg/L）
色度（倍）
SS（mg/L）
温度（℃）
pH
100
20
50
50
--
6～9
第三章设计原则及工艺方案
3.1污水处理站设计原则
3.1.1污水处理原则
1、贯彻国家关于环境保护的基本国策，执行国家的相关法规、政策、规范和标准；
2、污水处理站作为环保工程，设计中尽量减少污水处理站本身对环境的负面影响，如气味、噪音、固体废弃物等；
3、污水处理工艺的选择必须根据原水水质与水量，受纳水体的环境容量与利用情况，综合考虑当地的实际情况，在满足处理要求的前提下优先采用低能耗、低运行费用、低基建费用、占地少、操作管理方便成熟的处理工艺；
4、积极慎重地采用经过鉴定或实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备。
污水处理厂出水水质达到国家和地方现行的有关规定；
5、污水处理厂总平面布置力求紧凑，土方平衡，减少占地和投资费用，注意环境设计，营造优美的厂区环境；
6、污水处理站辅助设计拟充分利用当地的社会化、协作化条件，严格按照有关标准、规范和规定进行建设。
7、以人为本，充分考虑便于污水处理站运行管理的措施；
8、污水处理站的劳动组织、劳动定员、环境保护和安全卫生均严格按照国家和地方的有关规定。
3.1.2总平面布置原则
污水处理站的总图布置原则：
结合工程场地的地形地貌，力求使工艺设备布置集中顺畅，并使污水污泥流程流向短，节约用地；由于污水处理系统会产生臭味等污染物散发，考虑风向，朝向及卫生要求；遵守国家和有关部委的各种规范、标准，以保证生产安全。
对此，应考虑以下几个方面：
1、贯通、连接各处理构筑物之间的管、渠便捷、直通，避免迂回曲折；
2、土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段；
3、在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5～10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥池、厌氧反应器等，其间距应按有关规定确定；
4、各处理构筑物在平面布置上，应考虑适当紧凑；
3.1.3高程布置原则
污水处理站的高程布置设计原则：
1、污水经提升后，借重力流经各处理构筑物，并尽量减少提升高度，以节约能源。
2、高程设计中以考虑到土方平衡和建（构）筑物的美观，确定厂区设计地面高程。
3.1.4污泥处置原则
污水处理产生的污泥，其处理和处置的工艺按污泥量、污泥性质，根据国情和当地的自然环境以及农业、园林业的可利用条件、卫生填埋等因素综合考虑确定；采取经济合理的方法进行合理处置。
3.1.5工艺设计原则
污水处理工艺的选择直接关系到污水处理站的建设投资，运行成本的高低，污水厂出水水质，运行管理是否方便可靠；工程设计上要因地制宜，综合考虑厂区的排水系统规划及其它相关影响因素如：
温度、降雨、污水量、水质、排放标准、设备等，应按以下原则确定:
1、严格执行国家及当地环境保护的各项规定，确保各项出水指标达到规定的排放标准；
2、采用工艺先进、成熟，管理方便的设计方案；
3、减少投资和日常运行费用；
4、设备选型合理、可靠、先进；
5、运行管理方便，运转方式灵活，并可根据不同的进水水质调整运行方式和参数，最大限度地发挥处理装置和构筑物的处理能力；
6、便于实现处理过程的自动控制，提高管理水平；
7、保障正常运行使用，避免造成二次污染。
3.2水质特性及工艺方案确定
3.2.1水质分析
黄芩苷（含量80%以上）中成药的生产大部分都采用水溶法。
水溶法的生产程包括洗药、煮提和制剂三个步骤。
在中成药的生产提取过程中会产生大量的废水,废水主要包括原料的清洗水、原药煎汁残液和地面的冲洗水。
经成分分析,中成药生产废水中主要含有各种天然有机污染物,如糖类、蕙醒、生物碱、蛋白质、色素、木质素和它们的水解产物。
废水中含有大量的多环芳烃类物质,COD最高可达8000-900Omg/L,BOD最高可达2500-3000mg/L,废水水质水量变化较大。
中成药的生产废水,与工业废水在水质和污染物成分方面有很大的差异,采用常规的厌氧一好氧处理技术,效果不理想,很难达标。
3.2.2类似工程
河南宛西制药股份有限公司是一家以生产中成药为主的企业，其废水平均水量约为2500m3/d，其污水处理采用物化处理加生化处理的方法，其物化处理的核心处理单元为微电解池，而其生化处理就是采用UASB+HCR工艺，出水要求满足2006年当时执行的国家一级排放标准，也达到2008年执行的《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906—2008）行业标准。
该厂生产为周期性生产，各种药品并不是同时生产，而是按照季节性以及市场实际需求量来确定其生产量，因此废水的水质和水量极不稳定，在其主要产品生产时，COD浓度高达6000mg/L，水量可至1800m3，而生产其他药品时，COD浓度为3000mg/L左右，且水量减至1000m3左右，其水质水量变化剧烈，对污水处理构筑单元的冲击也是比较大，因此对处理构筑物的要求也比较高。
在运行过程中，采用微电解、UASB和HCR处理该厂废水能够适应水质水量的变化，处理效果比较稳定。
工艺流程如下图所示：
中间提升池
UASB池
一级HCR池
出水
污泥浓缩池
污泥压滤机
泥饼外运
升温
污泥
格栅
撇渣池
沉淀池
微电解池
污泥
二级HCR池
进水泵房
气浮池
综合废水
污泥池
压滤出水回流至调节池
中药废水处理工艺流程图
其污水处理工艺流程如下：
生产废水由管道汇集后通过机械格栅由提升泵提升进入脱水机房上的撇渣池，经过隔去浮渣后自流进入微电解反应池。
在微电解池内，难以降解的多环芳香类大分子物质及毒性物质被断裂开环、去除和减少，废水毒性大大降低，盐度降低，并且提高了废水的可生化性，为生化系统提供良好的条件；微电解出水进入沉淀池进一步泥水分离，然后再进入内循环UASB厌氧反应池，利用厌氧菌去除大部分有机物，同时维持废水的可生化性，经过预处理及厌氧处理后，废水依次进入一级、二级高负荷HCR反应器，通过好氧菌高速代谢，完成对有机物的大量去除。
最后的低浓度废水进入气浮池，经气浮池再次去除SS后，达标排入八迭河。
该工程自2006年3月份开始调试，至2006年9月份调试结束，工程调试期间，整个处理系统运行比较稳定。
该工程于2006年10月份通过南阳市监测站水质监测验收，并于2006年12月通过市环保局验收。
该工程将微电解+UASB和HCR处理单元进行组合，用来处理中药制药废水，使处理流程简洁有效，运行效果比较稳定；也暴露出一些问题，充氧系统是好氧生化系统的关键设备，HCR采用射流曝气，调节过程较困难，动力费用较高。
3.2.3工艺流程
在参考目前国内外先进成熟的技术经验及已有的工程实例的基础上，确定本工程如下的处理工艺，见下页图。
压滤出水回流至调节池
图3-1中药废水处理工艺流程图
综合废水经过格栅去除药渣以及大分子物质后，通过调节池对水质水量进行调节，送往微电解池，之后再进入中和沉淀池，然后进入中间水池，经升温后温度后泵入UASB反应器，经过厌氧微生物的作用降解废水中的有机污染物，同时提高废水的可生化性，UASB反应器出水进入一级、二级好氧池，通过人工强制曝气进一步降解污水中的污染物质，最后废水进行絮凝沉淀，脱色后达标排放或回用。
3.3处理效率预测表
各处理系统各污染物的进出水浓度及去除率见表3-1。
表3-1各系统进出水浓度及去除率
处理工段
水量
（t/d）
COD
（mg/L）
BOD
（mg/L）
色度
（倍）
SS
（mg/L）
微电解池+
中和沉淀池
进水
300
8000
2300
1000
1500
出水
300
6000
2070
600
350
去除率（%）
--
25
10
40
60
UASB池
进水
300
6000
2070
600
600
出水
300
1500
415
300
480
去除率（%）
--
75
80
50
20
一级好氧移动床生物膜反应器
进水
300
1500
415
300
480
出水
300
375
83
180
192
去除率（%）
--
75
80
40
60
二级好氧移动床生物膜反应器
进水
300
375
83
180
192
出水
300
132
24.9
126
96
去除率（%）
--
65
70
30
50
絮凝脱色、沉淀
进水
300
132
24.9
126
96
出水
300
85.8
17.4
37.8
48
去除率（%）
--
35
30
70
50
出水标准
--
100
20
50
50
第四章工艺设计说明
4.1格栅以及调节池
中药综合废液原水COD高达8000mg/L，调节池前设置格栅，格栅去除药渣以及大分子物质。
调节池主要是对来水的水质水量进行调节，保持后续反应器的连续稳定运行，池内设置提升泵，通过浮球液位计控制泵的启停，高水位时泵启动，低水位时泵停止。
设置穿孔管进行曝气搅拌，以混匀水质。
调节池设为地下式，上加盖顶板，一方面可有效防止臭气散发，另一方面可以种植草坪美化厂区环境。
4.2微电解池
铁炭微电解又称内电解法，是利用铁一炭粒料在电解质溶液腐蚀形成的微（内）电解过程来处理废水的一种电化学技术。
电极反应过程不耗电，而能产生氧化还原，电附聚等作用，电极反应产生的新生态Fe2+是一种吸附、包容和络合能力相当强的混凝剂，故微电解法的特点是作用机制多，协同性强，综合效果显著，脱色效果好，可提高废水可生化性，与二级生化处理匹配性好，操作简便，运行费用低。
铁炭微电解其反应机理如下:
Fe+O2+2H+C级催化Fe2++2OH－
充分利用废铁刨花或废铁屑在酸性环境下的氧化还原脱色能力，匣致率及速度，常在其底部通入空气管进行曝气，并加入废炭颗粒或焦炭以形成Fe十C微电池，加速了铁向二价铁的转化作用，同时产生了副产物氢氧根离子，能中和废水中的强酸性。
产生的二价铁在后续沉淀池中加入碱等能调节废水中pH值，以便产生絮凝沉淀，同时作为絮体的晶核便于沉淀。
根据中试的结果及现有工程实践，微电解对合成废水、制药废水等化工废水中的苯环类有机物高分子物质的改性和去除都有较好的效果，可为生化系统提供可靠的保障（提高废水可生化性），而且可以有效分解发色分子纂团，大幅度降低废水色度；同时对废水的pH值有很好的调节作用，充分利用废水中的酸度（降低了废水原有的酸度，有利于后续生化处理的顺利进行），同时减少了后续处理加药调节的费用；微电解在降低废水色度、缓冲废水酸度、提高废水可生化性的同时，还能够通过曝气去除一部分COD物质。
因此微电解对于制药废水来说是十分必要的。
4.3中和沉淀池
综合废水的原水水质呈酸性，经过微电解池后其pH可以提高，但仍然达不到生化处理pH的要求，同时微电解池会产生二价铁和三价铁，需要经过调碱沉淀去除。
经过实验，原液经过絮凝沉淀后其COD去除率可以达到30%，因此，在微电解池后设置中和沉淀池，并充分利用微电解产生的铁离子作为絮凝剂，投加碱、PAM经过絮凝沉淀后进行生化处理。
4.4中间水池及升温池
池内设置提升泵，通过浮球液位计控制泵的启停，高水位时泵启动，低水位时泵停止。
在中间水池出水管道上添加加热器，调整废水温度，达到37℃，以满足UASB池厌氧消化温度需要。
4.5UASB反应器
该类废水中含有溶解性好但难降解的有机物，如直接进行好氧处理，势必加大充氧量和增加停留时间，从而使运行费用较高，因此进行充分厌氧再进行好氧，可以大大降低氧消耗量，降低运行成本。
本设计厌氧考虑采用UASB厌氧反应器。
UASB工艺（UpflowAnaerobicSludgeBlanket）是荷兰Wageningen农业大学的Lettinga等人研制的一种处理能力大、效果好、运行稳定、构造简单的厌氧处理工艺。
由于其优越的性能已在国内外得到广泛的应用。
在国内投入运行的UASB工艺反应器也已达数百座。
布水器采用布水器，布水管道及布水头口径大，不容易堵塞。
万一出现堵塞，操作人员能够及时发现，并且堵塞容易清除。
三相分离器采用组合式三相分离器，把三相分离器设备化，简化了安装过程，提高了三相分离的效果。
UASB反应器从下向上可分为三个功能区，即底部的污泥床（布水区）、中部的反应区、顶部的分离区（出水区）。
运行时，待处理水首先泵入进入反应器布水器，由布水器流入底部的一一对应的布水头。
待处理水通过底部均布的布水头均匀的分布在反应器底部，与反应器底部的污泥床充分接触，在向上流的过程中在反应区与污泥更加充分的反应，达到去除污染物的目的。
待处理水继续向上流，进入分离区，这里设置了高效的三相分离器，完成水、泥、气（沼气）的分离，把污泥留在反应器继续处理污染物、把干净的水排出反应器、收集沼气输送到沼气储罐待用。
本项目UASB反应器设计容积负荷Nr=2.4kgCOD/（m3·d），有效容积为750m3，设计UASB反应器1座。
厌氧池出水进入本污水系统的好氧处理部分。
产生沼气经收集后进入沼气锅炉产生的热量对原废水进行加热，减少废水蒸汽加热费用，同时对产生的沼气做到了充分利用，降低运行费用。
4.6好氧移动床生物膜处理工艺（MBBR）
经过UASB厌氧反应器处理后，废水中的COD浓度仍还高达1500mg/L左右。
在借鉴实际工程的基础上，决定采用好氧移动床生物膜处理工艺工艺处理项目废水。
好氧移动床生物膜处理工艺是在对生物接触氧化法和生物流化床改进基础上开发出的一种新型高效生物膜废水处理工艺，它是在反应器中投加比表面积大、密度略小于1的悬浮填料，微生物附着生长在填料表面形成生物膜，曝气使其处于流化状态，确保了良好的传质条件，从而实现对污染物的高效去除。
与传统生物膜法相比，MBBR工艺具具有较高的比表面积，生物膜在填料内外表而能大量生长，在好氧反应器中通过曝气的作用，使填料在水中翻滚流化，为了防止反应器中的填料流失，在反应器的出水口设一个多孔滤筛。
MBBR还具有处理能力高、占地少、结构紧凑、无污泥膨胀等特点。
具有以下特点：
a、有效利用了整个池容，与活性污泥相比，它不需要任何污泥回流，和生物膜反应器一样，生物膜在整个反应器内自由流化的载体上生长，在反应器的出流处用格栅将载体截留在反应器内。
因为不需要污泥回流，只有剩余的微生物需分离，这就比活性污泥法有很大的优势；
b、悬浮填料。
在MBBR法中，悬浮填料是其核心部分，具有独特的优点：
（1）悬浮填料在不曝气时浮于水的表面，无须固定支架支撑，这使反应池的安装和维修变得很方便；当曝气时，生长了生物膜的填料密度因与水接近，填料依靠曝气的搅拌作用，处于流化状态，这不仅使污水与填料上的生物膜广泛而频繁多次地接触，而且填料在流化过程中切割分散气泡，使布气趋于均匀，氧利用率也得到了提高，由此产生的固、液、气三相的充分接触混合和碰撞，增大了传质面积，提高了传质速率，强化了传质过程；另外，悬浮填料受到气流、水流的冲刷，老化的膜能自动脱落，保证了膜的活性，促进了新陈代谢，而且在反应池中随水流化在填料上还可能附着大量丝状菌，既可利用丝状菌高效降解有机物的功能，使出水改善，又无污泥膨胀之虞。
填料具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用、不溶出有害物、不引起二次污染、防紫外线、抗老化、亲水性能强等特点，在使用过程中，微生物易生成、易更换、耐酸碱、抗老化、不受水流影响、使用寿命长，剩余污泥少，安装方便。
（2）维护管理方而。
由于填料比重与水相近，只需很小的气量即可使其均匀悬浮于水中。
使用时无需填料支架，只需在曝气池出水处设置栅网拦截，靠曝气水流将其回流至池前端，可节省投资，且投配、更新更方便。
另外，操作者不用象管理活性污泥法系统那样，担心污泥回流比、排除剩余污泥量及污泥膨胀等问题，因此，操作简单，工作量也较少。
（3）填充率易选择。
目前有较多填料、不同材质及不同形状填料供选择。
根据以上分析，一级好氧移动床生物膜的容积负荷设为1.5kgCOD/m3·d，有效容积为300m3，有效停留时间为24.0h，一级好氧移动床生物膜的COD去除率≥75%；二级好氧移动床生物膜的容积负荷设为0.75kgCOD/m3·d，反应区有效容积为150m3，有效停留时间约为12h，COD去除率≥65%，填料填充率30%。
4.7絮凝沉淀池
综合废水的经过处理后色度较高，COD也不能满足出水标准，因此在深度处理阶段设置絮凝沉淀池，添加絮凝剂以及脱色剂，使出水达标。
4.8污泥处理规模
从污泥处理各构筑物排出的污泥量，含水率如表4-1所示：
表4-1污泥量计算表
处理过程
污泥量（kg/d）
含水率（％）
污泥体积（m3/d）
厌氧池污泥量
126
98
6.3
好氧池污泥量
247
99
24.7
物化污泥量
190
98
9.5
总污泥量
563
98.6
40.5
脱水后
563
80
2.82
4.8.1污泥处理工艺选择
污水生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理要求如下：
1、减少有机物，使污泥稳定化；
2、减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；
3、减少污泥中有毒物质；
4、利用污泥中可用物质，化害为利。
4.8.2污泥浓缩脱水工艺
污泥浓缩、脱水有两种方案可供选择，处理后的污泥含水率均能达到80%以下：
·方案一：
污泥机械浓缩、机械脱水
·方案二：
污泥重力浓缩、机械脱水
本方案采用重力浓缩，机械脱水（带式压滤机）。
根据本顶目情况，对厌氧过程和好氧过程以及絮凝沉淀产生的生物污泥作如下处理，见图4-2所示。
图4-2污泥处理工艺
4.9沼气利用
厌氧发酵产生沼气经过气液分离器后进入沼气加热系统对原废水加热综合利用，由厂方自行决定。
图4-3沼气利用流程图
第五章主要处理构筑物设计
5.1格栅以及调节池
1、功能：
废水进入调节池，调节水质、水量，保证后续处理的连续稳定运行。
2、设计参数：
HRT=6h
3、工艺计算：
格栅井尺寸：
0.5×2.0×1.7
调节池尺寸:
L×B×H=6.0×15.0×4.0m，有效容积为250m3
结构形式：
地下式钢砼结构。
4、主要设备及材料：
（1）回转式机械格栅：
HF-400
参数：
栅隙e=3mm，功率P=0.37kw
数量:
1台
（2）污水提升泵：
50ZW15-30
参数：
Q=15m3/h，H=30m，P=3kW
数量:
2台，一用一备
（3）浮球液位计
数量：
1台
（4）电磁流量计
型号：
DN65
数量：
1台
（5）鼓风机：
HC-601S
参数：
风量2.18m3/min，功率4kw
数量:
2台
（6）穿孔曝气系统数量:
1套
5.2微电解池
1、功能
功能：
中和、降低合成废水的毒物，打开环状有机物，支解多支链有机物，提高其可生化性，降低废水色度，分解废水中的气泡物质。
2、设计参数：
HRT=15h
3、工艺计算：
尺寸:
L×B×H=6.0×9.5×4.5m。
结构形式：
地上式钢砼结构。
4、主要设备及材料：
（1）微电解填料
数量:
24m3
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