生化制药厂废水处理工程设计计算实例.docx
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生化制药厂废水处理工程设计计算实例
一、基础资料
1.1、编制目的、依据和范围
1.1.1、编制目的
（1）论述建设某制药厂污水处理二期工程建设的必要性。
（2）对建设项目的进水水质、水量及处理规模进行论证；对处理设施的位置、污水处理、污泥处理工艺以及投资估算等进行技术可靠性、经济合理性和实施可行性方案进行论证。
（3）为下阶段设计提供依据
1.1.2、编制依据
（1）《某医药股份有限公司某制药厂污水处理二期工程方案设计》某市政工程设计研究院。
（2）《某医药股份有限公司某制药厂污水处理二期工程项目建议书》某医药股份有限公司某制药厂
（3）《某制药厂废水HSB技术处理试验总结报告》某环境生物工程有限公司
（4）某医药股份有限公司某制药厂委托某市政工程设计研究院和某环境生物工程有限公司进行污水处理二期工程设计的合同
1.1.3、编制原则
（1）严格执行国家关于环境保护的有关法规、规范及污水排放标准；污水处理系统具有良好的稳定性，能确保出水达标。
（2）结合工厂规划，合理布局；考虑企业未来的发展情况及不可预见因素，在设计上留有一定余地。
（3）污水处理系统避免二次污染的产生，具有较低的运行成本。
（4）适当提高自动化程度，减少人为操作误差，达到监测、控制、报警、记录智能化。
1.1.3、编制范围
（1）根据方案设计中要求的编制范围。
1.2、编制采用的主要规范、标准和资料
《室外排水设计规范》（GBJ14-87）1997年版
《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）
《工业与民用10kV以下变电所设计规范》（GBJ53－94）
《低压配电装置及线路设计规范》（GBJ57－83）
《钢筋混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）
《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）
《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）
《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）
《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）
《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）
按GBJ68-84《建筑结构设计统一标准》所制订的国家各种建筑结构设计标准
《电气设计遵照中华人民共和国国家标准中有关设计规定》
《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）
《城镇污水附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31-89）
1.3、概况
1.3.1、区域概况
1.3.1.1气象资料
年平均气压100.34kpa
年平均气温16.6℃
极端最高气温40.9℃（1966.9.6）
极端最低气温-11.1℃（1969.2.6）
年平均相对湿度78%
年平均降水量1300mm
一日最大降水量91mm（1977.6.11）
年平均蒸发量1411.6mm
年平均日照时数1914.6h
最大积雪深度32cm
年平均雷暴日数47天
年平均风速4.3m/s
全年主导风向ESE
1.3.1.2地形地貌
厂区内地形大部分为平坡,坡度约2%，东高西低，现大部为菜地，自然地面标高50.83米至58.96米。
东南角为山坡脚，并有一条排洪沟穿越。
1.3.2、企业概况
某医药股份有公司是由某制药股份有限公司、某药业集团股份有限公司、某医药有限公司以新设合并方式组建而成的大型企业。
总资产8.08亿元，净资产2.66亿元，股本总额1.73亿元，资产负债率为58％。
新公司按照“科技兴药，多元拓展”的发展战略，发挥强强联合、优势互补的作用，科学合理地实施产品经营与资本经营相结合的方针，加快产品结构调整，建成维生素、喹诺酮类和抗生素药物/激素类、计划生育类药物生产基地。
某医药股份有限公司某制药厂现有员工2100余人，占地面积23万平方米，建筑面积11万平方米，主要生产氟喹诺酮类、维生素类、抗生素类三大原料药及制剂，同时兼产饲料添加剂、兽药、营养食品、化工中间体，年产值达到10亿。
新建污水站的污水管道，通过管架进入污水站。
以后物流主要通过东面一侧5米的道路进出，此道路地面绝对标高在46.24米。
1.4、项目建设的必要性
制药废水是一种较为典型的含有大量有毒有害难降解有机物的废水，排入到水体中将会对环境以及人类身体健康造成严重的污染和危害。
目前虽然某制药厂建有一套较大规模的污水处理装置，采用传统的A/O工艺，但随着该厂生产的扩大发展，所产生的废水水质及水量均有较大变化，其现有的环保设施已不能满足废水处理的要求，为了保护某地区的水质和人民的身体健康，对厂内二期工程的废水进行综合规划、整治和改造是一个需要迫切解决的问题。
根据项目建设“三同时”的原则，在“八五”期间，某制药厂已完成了“某制药股份有限公司‘八五’技改项目配套环境保护设施工程”，其中包括日处理450吨高浓度废水的污水处理站、污水站废气治理项目、以清洁生产为目标的环丙沙星二氯亚砜工艺改造及以抗生素废水醋酸丁酯回收为重点的综合利用设施，“九五”期间又建成抗生素废渣综合利用中心和医药化工废渣综焚烧项目，直接用于环境保护方面的投入已达2100余万元，“三废”处理运转费用达400万元/年，初步实现了经济效益、环境效益和社会效益的统一，为企业搞好环保工作取得了成功的经验。
近几年，本单位生产规模日益扩大，“三废”总量增加较大，已建成的废水处理设施由于余量较小，已超负荷运转，难以满足治理及企业发展的需要。
为认真贯彻《中华人民共和国环境保护法》，保障人民身体健康，实现企业可持续发展计划。
结合某县环境保护“九五”计划及2010年长远规划，实现国务院提出的2000年“一控双达标”目标，从企业的实际出发，在与县环保局多次调查研究的基础上，决定实施污水处理Ⅱ期项目。
二、工程方案论证和处理工艺确定
2.1、规划年限及工程服务范围
（1）规划年限
某制药厂的2010年企业规划。
（2）排水体制
厂内采用雨、污水分流体制；部分混流的管道改造为分流制管道；生产废水与生活污水进入污水处理站，雨水直排进某江。
（3）工程服务范围
整个厂区的生产废水与生活污水，二期工程建成后，原有的一期不拆除，作为二期检修和发生突发事件时备用。
2.2、废水水量的预测
某药厂的发展非常迅速，历年产值为：
95年－76430万元
96年－91874万元
97年－114447万元
98年－101391万元
99年－125741万元
按规划到2010年时实现100亿产值。
目前生产废水排放量为高浓度废水500m3/d，其他废水500m3/d。
虽然，废水的水量与产值有一定关系，但由于推进清洁生产和产品结构调整废水水量难以用线性关系推算出。
根据企业规划与设计邀标书，预计到2010年高浓度废水1500m3/d，其他废水1900m3/d。
2.3、废水水质的预测
根据一期的污水处理站预测如下：
①高浓度废水：
CODcr=12000-15000mg/l，BOD5=4700mg/l，SS=2000mg/l，色度1000倍。
②稀废水：
CODcr=500mg/l，BOD5/CODcr=0.25-0.4
③生活污水与冷却水：
CODcr=250mg/l，BOD5/CODcr=0.4
2.4、废水处理要求与尾水排放位置
在城镇污水处理厂建成以前，废水处理后达到GB8978-1999的一级标准（氨氮无要求），即：
CODcr≤100mg/l，BOD5≤30mg/l，SS≤70mg/l，PH＝6－9
在城镇污水处理厂建成后为降低废水处理费用，执行医药化工类废水进网标准：
CODcr≤800mg/l，BOD5≤200mg/l，SS≤100mg/l
厂内目前的污水处理站，处理后尾水排入市政管道。
本项目建成后也利用原有的污水管道。
在城镇污水处理厂建成以前，尾水直接排入某江；城镇污水处理厂建成后，尾水排入城镇污水处理厂。
2.5、污泥处理要求与排放位置
处理系统的剩余污泥经脱水浓缩后，含水率达到≤80％，外运处置。
2.6、污水处理站设计规模与站址选择
日处理高浓度废水1500m3，其他稀废水等2400m3。
根据企业规划，在厂区的西南面预留一块污水处理用地，面积约为8.5亩。
2.7、废水处理工艺比较
2.7.1、废水的特征
本项目的废水以CODcr、SS和色度高为特征，含难生化降解有机物，同时在处理工艺中要考虑PH对生化处理的影响。
2.7.2、废水处理工艺的选择
有机废水处理通常可选用生化法及化学法与物理化学法等。
常用的物理化学法有混凝沉淀、浮选、超滤、反渗透等。
混凝沉淀法、浮选适用处理悬浮物高的废水。
废水经混凝沉淀或气浮处理后，处理出水SS低，但可能需要进行PH调整，单采用此法只能去除废水中的悬浮物和胶体物质，对溶解性的物质只能部分去除。
膜处理技术，所谓膜，是指在一种流体相内或两种流体之间有一层薄的凝聚相物质，它把流体相分隔成互不相通的两部分，膜可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。
膜能使溶剂透过的现象通常称为渗透，膜使溶质通过的现象称为渗析，利用膜的选择透过性来进行浓缩和分离的现象为膜分离技术。
膜分离技术特点
a）膜分离技术在分离过程中，不发生相变化，也不发生相变化的化学反应。
b）在膜分离过程中，不需要从外界物质加进其它物质
c）膜分离可在常温下得到分离，因此对热敏性和对热不稳定的物质比较适合。
d）需要定期进行维护，膜的集留物难以处置，运行成本高。
膜技术目前主要用于开发新的水资源，用膜技术进行海水淡化和苦咸水淡化来解决水资源的不足，得到广泛应用，但采用膜技术来处理工业废水，还是近年来的方向，在如何降低水处理投资和运行成本，如何处置膜的集留物尚需进一步研究。
有机废水最为常用的处理方法是生化法，生化法具有运行成本低，处理效率高，处理效果稳定，运转经验丰富、有机物适用范围广的特点，此法广泛应用于城市污水处理厂和以有机污染物为主的工业废水领域。
根据废水的进水水质及出水要求，单用一种处理方法要达到目的，在技术上有难度，在经济上难以承受；因此要将几种处理方法的优势发挥，优化处理系统才能达到理想的目的。
据此，本方案采用以特殊生物法为主，辅以其他方法来处理此类废水，达到在技术上可行，经济上合理的最终目的，并消除对环境的二次污染问题。
2.7.3、物化预处理工艺
由于浓废水的CODcr和SS都很高，若与稀废水混合后一并处理，在处理率上将大为降低，会造成占地面积和投资过大弊病。
因此，首先将此部分废水单独进行处理（物化预处理和生化预处理）。
物化预处理的目的是调整PH值，最大限度地去除CODcr和SS，从而有效地调整BOD/CODcr的比值。
常用的物化预处理工艺为：
混凝沉淀和气浮二大类。
需要根据废水的特性、处理规模、流程来确定。
影响因素如下表9－18：
表9－18生化制药厂废水处理物化预处理方法选择
混凝沉淀
气浮（涡凹式）
废水特性
悬浮颗粒较重
悬浮颗粒较轻、油类
占地面积
大
小
投资
相当
相当
运行成本
低
较高
操作管理
相当
相当
污泥含水率
99％
98-99%
处理规模
大
小
由于浓废水中有一部分为含油废水，采用普通的混凝沉淀难以达到要求，因此选用气浮作为物化预处理工艺。
气浮形式有三大类：
溶气气浮（简称DAF）、散气气浮（简称IAF）、涡凹气浮（简称CAF）。
根据国际著名的环保公司ERM的评价，三类气浮中以涡凹气浮（简称CAF）为佳，其评价表如下（以2000吨/d规模为基础）：
表9－19生化制药厂废水处理气浮预处理方法分析
处理方法
设备占地（m2）
能量消耗（kw）
投资比例
DAF
60
22.4
1.37
IAF
30
10.0
1.18
CAF
19.3
2.6
1.00
2.7.4、HSB特殊生化工艺
常规的生物处理工艺对此类制药废水难以达到要求。
目前国内尚无媒体公开报道，可以通过普通生物处理达到GB8978-1999的一级标准。
因此，对普通生物法需要加以改进；提高难降解污染物的去除率，是项目要解决的重点。
要想有效地提高目前生物处理的效率，就必须对造成生物处理出水中有机污染物含量较高的原因加以分析，虽然原因是多方面的，但从污染物的性质来分析，主要是以下原因：
⑴有毒有机物对微生物有抑制作用，影响了生物处理效果；⑵生物降解速率较慢，在相同的工艺条件下，其它有机物已被充分降解，而难降解有机物仍有残留；⑶降解程度较低，生成许多中间产物。
对本项目而言CODcr主要由原因⑵造成的。
目前，提高难降解污染物生物处理效率的主要对策有：
①选用合适的预处理工艺。
废水的预处理方法很多，根据废水的性质有汽提工艺、泡沫分离工艺、混凝沉淀工艺、兼氧酸化工艺等，其中兼氧酸化是一种对难降解有机物行之有效而且经济实用的预处理方法。
许多研究对兼氧酸化的应用表明，在通常的生物处理前加一级兼氧酸化预处理可以明显提高其对污染物的去除效果。
②针对难降解污染物的化学结构式，选用多种合适的微生物菌属用于废水处理。
HSB复合微生物就是这样一种比较有效的方法，HSB菌系包含着15属47种之多，大致有下列属种：
芽孢杆菌属（Bacillus）9种；产碱假单胞菌属（Pseudomonas）7种；硫杆菌属（Thiobacillus）4种；短杆菌属（Brevibacterium）3种；无色杆菌属（Achromonabcter）3种；亚硝化单胞菌属（Nitrobacter）3种；发光杆菌属（Photobacterium）3种。
此外还有乳杆菌属（Lctobacillus）、微球菌属（Micrococcus）、糖单胞菌属（Saccharomyces）、肠杆菌属（Enterobacter）及产碱菌属（Alcaligenes）等。
这些菌种中有产碱菌属的反硝化产碱菌（Alcaligenesdenitrificans）、产碱假单胞菌属的恶臭假单胞菌（Pseudomonasputina）、硝基还原假单胞菌（Pseudomonasnitroreducens）、敏捷食酸菌（P.Facilis）以及硫杆菌属的脱氮硫杆菌（Thiobacillusdenitrifican）、排硫硫杆菌（T.Thiooxidans）等。
这些菌种的应用除有破杂环、断长链、耐盐、除氮、脱臭、降COD等能力外，还具有如下特性：
①菌种本身无毒性，无致病性，不会造成二次危害。
②消除COD、BOD、SS等污染速度快且强。
对杂环、苯环类化合物也有极强的分解能力。
③分解NH3-N、甲硫醇、H2S及有机酸之能力强，除臭效果好。
④工程设备简单、投资省、运行费用低廉、故障率低。
⑤污泥产生量少，去除每kgBOD产生污泥约为0.05kg。
⑥COD、BOD的负荷力约为15～35kg/m3˙d，N（氮）的去除率85%以上，P（磷）去除率90%以上，S（硫）去除率60%以上。
⑦污泥沉降性能佳，紧密度高，稳定性强。
⑧由试车到成功，需时甚短，菌剂只需添加一次。
⑨不形成有害气体
HSB技术采用兼氧与SBR好氧工艺相结合的处理工艺，在兼氧池的底部也呈厌氧状态，在产酸菌与沼气菌的协同作用下会形成一定量的CH4，其总体反应式为：
CnHaOb+（n–a4-b2）H2Bacteria（n2-a8+b4）CO2+（n2+a8-b4）CH4
在加入的菌系中有一类菌可将CH4变成CO2：
CH4+2O2CO2+2H2O
另外在硫酸盐存在下，在另一种菌的参与下，可与H2作用，生成有臭味的H2S：
5H2+SO4-2H2S+4H2O+2e-
CO2+2H2S（CH2O）+2S+H2O
上述论断与最近对染料废水兼氧池上部气体检测结果基本一致，即CH4<0.5%，H2S<0.1mg/m3，不会给环境带来明显的影响。
虽然这些微生物对难降解的污染物有明显去除效率，但有在工程中进行运用，需要解决了微生物的培养、复合、保存等技术问题。
某琦源环境生物工程有限公司在以下行业进行了工程实践：
畜禽场污水、苯胺污水、焦化污水、染料污水、涂料污水、味精污水。
并在某制药厂进行了三个的试验研究。
这些菌系应用兼氧发酵与好氧发酵相结合的工艺，能有效地即使在高硫酸根、高氯根、高悬浮物的场合对杂环类化合物，苯基及高分子物质进行降解，有效地去除COD、BOD、NH3-N、SS等。
本方案根据HSB的特性选用兼氧与好氧相结合的工艺，与单一采用好氧法相比，废水兼氧处理具有以下一些优点：
①运行成本低。
据有关资料统计，以兼氧法运行成本为100％，好氧法则为319％；
②兼氧处理设备负荷高，占地少；
③兼氧处理产生的剩余污泥少；
④兼氧处理对营养物质的需求量少，约为好氧法的30％。
采用兼氧HSB技术与SBR好氧工艺相结合的处理工艺，在最近某药厂的小试得到了良好的效果。
试验过程与参数详见附件一。
从小试的结果看，废水经处理后，CODcr＝90～150mg/l，BOD5≤20mg/l，SS=50～70mg/l。
和常规生化处理工艺相比，已达到很高的去除率，但由于出水中尚有SO4，在小试中也发现SBR的出水再投加少量石灰，可继续产生沉淀物，且出水的色度有明显改善，对出水的PH值影响不大。
为了确保出水达标，本方案设计中，在好氧SBR后增加了混凝沉淀池。
从小试结果和类似工程的经验，选用SBR工艺确有很多优点，尤其对水质、水量变动大的场合，优势明显，但由于其排放方式也是间歇式，因此存在着排水量大、后续构筑物大的缺点，近年来在SBR工艺基础上发展起来了MSBR法。
2.7.5、SBR法与MSBR法
SBR（SequencingBatchReactor）是一种生物反应器间歇运行的操作方法，就是将传统活性污泥法中曝气、沉淀等单元操作，在同一反应池中按时间有序反复进行，通常有几个池子轮换进行。
一个典型的SBR反应池的运行过程包括进水、反应、沉淀、排水及必要的闲置等五个阶段组成。
各个阶段的时间分配、操作方式对水质处理效果有较大的影响。
（1）进水段
SBR进水首先在生物选择区中与源自上一周期沉淀段的污泥混合，大量的来水在该段内形成较大的基质浓差梯度，通过有渗透酶协助完成的促进扩散使来水中的可溶解快速降解BOD在高浓度污泥条件下得以很快地被利用，形成良好的缺氧/厌氧环境。
通过调节进水段的反应模式（进水时间、进水量、缺氧/厌氧反应时间）进行有效的生物脱氮、除磷。
充水之后，随后在反应段中进一步曝气生物降解。
微生物反复生长在缺氧/好氧的环境下，有效地抑制了好氧型丝状菌的生长，避免了污泥的膨胀。
（2）反应段
进水段近来的污水在足够的曝气条件下进行充分的好氧除碳和生物硝化。
（3）
沉淀段
不进水、不曝气、不回流，使污泥混合液获得一个静止的絮凝沉淀环境。
（4）排水段
不进水、不曝气、不回流，通过浮动滗水器将上清液排出，降液面至最低控制水位时，排水停止。
重复上一周期过程，如此周尔复始。
这种方法与以空间进行分割的连续流系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门厌氧、缺氧、好氧区，而是在同一容器中，该方时段进行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程。
这种方法中容积利用率低，一般小于50％，因此当处理大规模的污水时，反应器体积大，且需要大型昂贵的滗水设备，很少在大型污水厂采用。
MSBR即连续流的经改进的序批式活性污泥法。
近年来，国内外一些专家提出了连续流SBR法的新概念。
该法一方面充分发挥了SBR反应器高效去除有机污染物并达到脱氮除磷效果的优势，另一方面又克服了间歇进出水问题，达到了连续进水和出水的目的。
典型的MSBR反应器为一矩形水池，用隔墙分成若干个区域，一般分缺氧区（有脱氮要求）、主曝区、序批区（两个）、污泥浓缩区等。
污水连续进入缺氧区、主曝区，然后进入序批区，两个序批区交替充当沉淀池周期运行。
假定序批区A沉淀出水，则序批区B按缺、好氧和静止沉淀等过程进行序批反应。
序批区B在进行缺、好氧反应的同时，回流混合液到缺氧区；静沉阶段，停止混合液回流。
回流混合液进入浓缩区，该区的上清液进入主曝区，浓缩污泥进入厌氧区与原污水混合使聚磷菌进行释磷，在好氧区有硝化液回流以供脱氮。
另外在序批区池内缺氧搅拌也有脱氮功能。
半个周期结束后，序批区A和序批区B的功能交换，剩余污泥在序批区沉淀出水的后期排放。
图9－14MSBR法工艺系统
在本工程中，由于无脱氮除磷要求，故MSBR简化为好氧池、序批池的四池方案。
2.8、污水处理推荐工艺简述
根据以上论述，本报告采用以下处理工艺流程：
稀废水
浓废水PH调整气浮HSB兼氧缓冲调节MSBR混凝沉淀排放
图9－15生化制药厂废水处理MSBR法工艺流程
在污水站接纳的浓废水中，其理化性能方面有较大差异。
主要有这几股：
高温废水、含油废水。
高温废水在夏天时可能局部温度可达到80℃，因此在进入调节池前需要先进冷却池冷却一下，当冷却池池容不够时，进入事故池，由事故池的水泵提升进入调节池。
在日常生产中会遇到故障或检修状态，此部分废水的浓度很高，每次排放量约为120-150m3，因此需设置事故池，由事故池的水泵提升分批进入处理系统，因此事故池有效容积150m3。
含油废水在进调节池前需要先进隔油池进行隔油处理，隔出的油撇出。
这些浓废水进调节池后进行调质、调量、调温和调整PH值，以使进入气浮池的水质达到要求。
污水经气浮处理后，去除了大量的SS和部分CODcr，减轻了后续生物处理负荷。
经气浮处理后的污水计量后均匀进入2只HSB的兼氧池，兼氧池采用液下搅拌器进行搅拌，污泥需要回流。
兼氧池的出水与稀废水、生活污水一并进入缓冲调节池，进行调节，然后由水泵提升进入2只MSBR池，经处理后进入混凝沉淀池，混凝沉淀池的出水管道上设置在线CODcr仪表进行监控，以调节混凝沉淀池的加药量。
具体工艺详见附图一：
工艺流程图
2.9、污泥处理
日产剩余污泥3201kg，主要来源于进水中的SS，由气浮产生；由于HSB生化工艺的特殊性，其产泥量很少，因此与一般城市污水厂的剩余污泥不同，污泥中有机物的含量较低，可采用直接污泥机械脱水方法，可以解决湿污泥量大与不卫生的状况。
脱水后的污泥可采用三大类处置方法：
1作为建筑材料的原料－某市的城市污水厂剩余污泥作为水泥厂的原料
2污泥进一步干化后作为燃料
3与其他废弃物一起填埋
虽然上述方法都可采用，但本污水站的污泥处理规模太小，单独处理不够经济，以外运后交有关部门统一处理。
污泥脱水有带式过滤脱水，离心过滤脱水、真空过滤脱水、加压过滤脱水等多种方式，选择合适的脱水方式，可以达到节约投资，降低工程费用的目的。
污泥脱水的常用方法有二类：
离心过滤脱水和带式过滤脱水。
二类脱水机有以下一些差别：
表9－20带式压滤机与离心脱水机脱水经济技术比较
带式压滤机
离心机
药剂投加量
大
小
进泥含水率
相当
相当
出泥含水率
<78%
<80%
固体回收率
略高
小
电费（功率）
低
高
药剂费用
高
低
总费用
250％
100％
卫生条件
较差
条件好
噪声
一般50dB左右
大于70dB
占地面积
一般
较小
从上表可以看出，离心机的运
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