制药废水课程设计.docx
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制药废水课程设计
天津工业大学
环境工程课程设计
题目:
制药废水处理
姓名王幼殊苌城曹斌袁野
学院环境与化学工程学院
专业环境工程＿＿＿
指导教师赵学辉＿＿＿＿
职称讲师＿＿＿＿＿
2014年10月20日
第一章概述……………………………………………………………1
1.1设计任务………………………………………………………………………1
1。
2设计依据………………………………………………………………………2
1。
3设计范围………………………………………………………………………2
1。
4设计原则………………………………………………………………………2
第二章处理工艺的设计………………………………………………4
2.1处理工艺的选择………………………………………………………………4
2。
2处理工艺的确定………………………………………………………………4
2.2。
1厌氧生物处理法…………………………………………………………4
2.2.2好氧生物处理法…………………………………………………………5
2。
3工艺流程设计说明……………………………………………………………6
第三章工艺流程的计算………………………………………………7
3.1格栅……………………………………………………………………………7
3.1。
1设计说明…………………………………………………………………7
3.1.2设计参数…………………………………………………………………7
3.1。
3设计计算…………………………………………………………………7
3.2调节池…………………………………………………………………………9
3.2。
1设计说明…………………………………………………………………9
3.2。
2设计参数…………………………………………………………………9
3.2。
3设计计算…………………………………………………………………9
3.3UASB反应器…………………………………………………………………10
3。
3。
1设计说明…………………………………………………………………10
3.3。
2设计参数…………………………………………………………………10
3。
3。
3设计计算…………………………………………………………………10
3.4SBR反应器……………………………………………………………………16
3.4。
1设计说明…………………………………………………………………17
3。
4.2设计参数…………………………………………………………………18
3.4。
3设计计算…………………………………………………………………18
3。
5污泥浓缩池……………………………………………………………………21
3。
5。
1设计说明…………………………………………………………………21
3.5。
2设计参数…………………………………………………………………22
3.5。
3设计计算…………………………………………………………………22
3.6污泥脱水机房…………………………………………………………………23
3。
6.1污泥产量…………………………………………………………………23
3。
6.2污泥脱水…………………………………………………………………23
3.7主要构筑物及设备……………………………………………………………23
第四章污水处理厂的总体布置……………………………………24
4.1平面布置………………………………………………………………………24
4.2高程布置………………………………………………………………………24
参考文献………………………………………………………………25
第一章概述
1。
1设计任务
某制药厂计划在武清开发区三期北区内投资3亿元人民币，新建原料药生产车间3个，最大生产能力为72.1t/a，产品包括阿托伐他汀钙、咪唑斯汀、盐酸曲美他嗪、门冬氨酸钾、门冬氨酸镁、葡萄糖酸镁和富马酸卢帕他定共7种，以阿托伐他汀钙为主打产品。
本项目废水主要为工艺废水、设备地面冲洗水、纯水系统排浓水、循环水系统定期排放水、锅炉房酸碱废水和职工生活污水等，日排放污水量为93.05m3/d,通过厂内自建污水站处理后再排入武清开发区三期北区污水处理厂进行深度处理.考虑到企业今后的生产发展，废水排放量也会有较大的增加,因此，企业确定厂内废水处理站的处理能力为240m3/d。
其进水水质如表1-1:
表1—1废水进水水质
序号
指标
单位
废水数据
1
CODcr
mg/l
≤40000
2
BOD5
mg/l
≥6000
3
SS
mg/l
≤300
4
氨氮
mg/l
≤10
5
总磷
mg/l
1
6
pH
/
7.0～8.5
要求废水出水水质达到《污水综合排放标准》（8978—1996）中三级标准,如表1-2：
表1—2废水出水水质
序号
污染物或项目名称
三级标准
1
悬浮物（SS）
400
2
五日生化需氧量（BOD5）
300
3
化学需氧量（COD）
500
4
氨氮（以N计）
35
5
总磷
3.0
根据上述情况完成制药厂污水处理工艺方案的设计；根据拟定的处理工艺画出工艺流程（或PID图）、高程布置图；根据拟定的处理工艺完成主体各工艺段外形尺寸的计算，并完成污水厂的平面布置图.
1.2设计依据
（1）《污水综合排放标准》（8978-1996）
（2）《给水排水设计手册》
（3）《室外排水设计规范》（GBJ14-87）
（4）《全国通用给水排水标准图集》（S1～S2）
1.3设计范围
本工程设计范围包括该制药厂生产废水处理站内的废水处理工艺、构筑物设计、设备成本等。
设计包括：
（1）废水处理站的工艺流程选择
（2）废水处理站主要构筑物的设计
（3）管道水力损失计算
（4）废水处理站的平面布置图设计
（5）废水处理站的高程布置设计
1。
4设计原则
工艺方案的选择对于废水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用,因此需要结合设计规模、废水水质特性以及当地的实际条件和要求,选择技术可行、经济合理的处理工艺技术,经全面技术经济分析后优选出最佳的体工艺方案和实施方式。
在废水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则:
（1）所选工艺必须技术先进、成熟,对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家废水排放标准的要求。
（2）所选工艺应减少基建投资和运行费用,节省占地面积和降低能耗.
（3）所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。
根据进水水质、水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。
（4）所选工艺应易于实现自动控制,提高操作管理水平。
（5）所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声、气雾等）。
第二章处理工艺的设计
2。
1处理工艺的选择
制药废水是较难处理的工业废水之一。
传统的处理方法为化学方法，由于化学药品昂贵，处理费用较高，企业难以承受，而且方法又容易对环境造成二次污染。
目前较为理想的处理方法是物理化学和生物相结合的方法。
本项目中水主要为工艺废水、设备地面冲洗水、纯水系统排浓水、循环水系统定期排放水、锅炉房酸碱废水和职工生活污水.
根据废水水质进行分析，废水分为浓水和稀水进水;间歇排放、水质水量变化大;浓水中有机物浓度高，成分复杂；稀水主要是循环水、生活污水、冲洗水、酸碱废水，其中酸碱废水影响整个废水的pH值。
废水中BOD5/CODcr值低，可生化性差，必须使用厌氧处理法先行处理；稀水可与浓水混合进入调节池进行水量和pH的调节，再进行后续处理.由于制药废水有机物浓度高，单独进行厌氧处理后出水水质仍不达标,所以采用厌氧-好氧组合工艺进行处理。
2。
2处理工艺的确定
本项目中对水质情况进行分析后决定采用厌氧—好氧组合工艺,下面对几种厌氧、好氧处理法进行说明：
2.2.1厌氧生物处理法
（1）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。
（2）厌氧折流板反应器（ABR）
厌氧折流板反应器（ABR）具有独特结构，是一种理想的多段分相、混合流态的处理工艺.它具有良好的生物分布和生物固体截流能力，对有毒物质适应性强，抗冲击负荷能力强，并且具有启动较快、运行稳定等多种优良性能。
（3）上流式厌氧污泥床法（UASB）
UASB法是目前研究较多,应用日趋广泛的废水厌氧生物处理工艺，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，工艺成熟等优点，可实现污泥的颗粒化，气、固、液的分离实现了一体化,通常情况下不发生堵塞，但其要求SS含量不能过高。
2.2。
2好氧生物处理法
（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。
（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）序批式活性污泥法（SBR）
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。
经过比较，UASB在国内高浓度有机物废水处理中应用广泛，工艺成熟，较一般厌氧装置的效率更高,同时还节省了投资与占地面积，SBR法不仅使一种应用广泛，技术成熟，还能通过计算机进行自动化管理，节省人力、物力。
而将UASB和SBR两种处理单元进行组合，所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点,使处理流程简洁，节省了运行费用，而把UASB作为整个废水达标排放的一个处理单元，在降低废水浓度的同时，可回收所产沼气作为能源利用。
同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量,因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量，从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。
采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益。
因此，本案例中采用UASB—SBR工艺,既能满足出水要求，又能节省投资和运行费用。
工艺流程如图2-1。
图2-1废水处理工艺流程图
2。
3工艺流程设计说明
制药厂生产的废水通过细格栅去除悬浮固体,然后进入调节池,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,其中稀水单独进行预处理，经调节池后直接进入SBR反应器处理，浓水经过预处理后进入UASB反应器，有机污染物在厌氧条件下被微生物降解，转化为二氧化碳、甲烷等经三相分离器收集利用,COD去除率可达80％以上。
随后污水进入SBR反应器，通过曝气推流及沉淀滗水,去除有机物，同时完成硝化反硝化反应，从而去除污水中的氮、磷.反应池出水经消毒后排出，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UASB反应器。
第三章工艺流程的计算
3。
1格栅
3.1。
1设计说明
本项目处理对象为制药厂废水，大型悬浮固体较少，故选用细格栅去除废水中的细小悬浮物、漂浮物。
格栅示意图如图3-1：
图3-1格栅
3。
1。
2设计参数
设计流量Q=240m3/d=0。
0028m3/s
栅前流速v1=0.4m/s
过栅流速v=0。
6m/s
栅条间隙宽度b=0.005m
格栅倾角α=60o
栅条宽度S=0。
01m
3。
1。
3设计计算
根据最优水力断面公式
计算得:
1栅前槽宽
则栅前水深
2取栅前水深h=0.06m，过栅流速v=0.5m/s，栅条间隙宽度b=0。
005m，格栅倾角α=60º,格栅数N=1个，则栅条间隙数n为：
3栅槽有效宽度B=s（n—1）+b×n=0。
01×（18-1）+0.005×18=0。
26m，为方便格栅的设计、采购与安装，以及防止流量变化带来的影响，此处取B=0.5m。
则由上述公式推出n=34，h=0。
03m，B1=0.23m
4进水渠道渐宽部分长度
（其中α1为进水渠展开角）
5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
6过栅水头损失（h2），因栅条边为矩形截面,取k=3，则
式中：
ε=β（S/b）4/3
h0：
计算水头损失
k：
系数，格栅受污物堵塞后,水头损失增加倍数，取k=3
ε：
阻力系数，与栅条断面形状有关,当为迎水面背水面均为半圆形的矩形时，β=1。
67
7栅后槽总高度（H）
取栅前渠道超高h1=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h1=0。
03+0。
3=0.33m
栅后槽总高度H=h+h1+h2=0。
03+0.3+0。
14=0。
47m
8格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+H1/tanα
=0。
37+0。
19+0。
5+1。
0+0。
33/tan60°=2.27m
⑨每日栅渣量ω=Q平均日ω1=
=0.018m3/d＜0.2m3/d
所以宜采用人工格栅清渣。
3.2调节池
3。
2.1设计说明
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，以调节水质和水量。
3。
2.2设计参数
设计流量Q=240m3/d=10m3/h
水力停留时间T=8h
3.2.3设计计算
（1）调节池有效容积
V=QT
式中：
V—调节池有效容积（m3）
Q-日处理流量的50％（m3/h）
T—水力停留时间（h）
V=QT=10×50%×8=40m3，由于污泥浓缩的上清液和脱水的滤液要循环进入调节池，所以取有效容积为50m3
（2）调节池尺寸
设调节池有效水深5m，保护水深0。
5m，则调节池面积为：
A=V/h=50/5=10m2
式中：
A—调节池面积（m2）
V—调节池有效容积（m3）
h—调节池有效水深（m）
设长度L=4m，则池宽B=2.5m，所以调节池尺寸为4m×2.5m×5.5m
3.3UASB反应器
3。
3。
1设计说明
UASB即上流式厌氧污泥床,集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器.它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短,因此所需池容大大缩小。
设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。
3。
3。
2设计参数
设计流量Q=240m3/d=10m3/h=0。
0028m3/s
容积负荷Nv=20。
0kgCOD/（m3·d）
污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD
产气率0.1m3/kgCOD
3.3。
3设计计算
（1）反应器容积计算
UASB有效容积：
V有效＝
式中：
Q-设计流量（m3/s）
S0、Se—进水、出水COD含量（mg/l）
Nv-容积负荷（kgCOD/（m3·d））
V有效＝
=432m3
将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。
取水力负荷q＝0.2[m3/（m2·h）］
则A=
=10/0.2=50m2
h=
＝432/50=8.64m
采用2座相同的UASB反应器
则 A1=
＝50/2=25m2
D=
/取D=6m
则实际横截面积为
=
πD2=
×3。
14×62=28。
26m2
实际表面水力负荷为q1=Q/A＝10/（2×28.26）=0.18<1.0，故符合设计要求
（2）配水系统计算
本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设36个布水点，
每个池子流量Q1＝10/2=5m3/h,布水系统计算草图见图3—2：
图3-2布水系统示意图
圆环直径计算：
每个孔口服务面积为：
a=
a在1～3m2之间，符合设计要求。
则可设3个圆环,最里面的圆环设6个孔口，中间设8个，最外围设10个孔口
内圈6个孔口设计：
服务面积
＝6×1。
18=7.08m2
折合为服务圆的直径为：
用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布6个孔口,则圆的直径计算如下:
则d1＝
中圈8个孔口设计：
服务面积S2=8×1。
18=9。
44m2
折合成服务圆直径为：
中间圆环直径计算如下：
π（4.62—d22）＝
S2，则d2=3。
90m
外圈18个孔口设计：
服务面积S3=10×1.18=11。
8m2
折合成服务圈直径为:
外圆环的直径d3计算如下：
π（6。
02-d32）=
S3，则d3＝5.34m
（3）三相分离器计算
三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。
三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。
三相分离器计算草图见图3-3:
1沉淀区的设计
三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深,面积根据废水量和表面负荷率决定。
由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：
1）沉淀区水力表面负荷<1。
0m/h
2）沉淀器斜壁角度设为50°，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。
3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h
4）总沉淀水深应大于1。
5m
5）水力停留时间介于1.5~2h
如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果
沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°
沉淀区面积为:
A=1/4πD2=1/4×3.14×62=28.26m2
表面水力负荷为：
q=Q/A=10/（2×28.26）=0。
18<1.0，符合设计要求.
图3-3三相分离器示意图
2回流缝设计
取h1=0.3m，h2=0.5m,h3=1.5m,如图所示：
b1=h3/tgθ
式中：
b1—下三角集气罩底水平宽度（m）
θ—下三角集气罩斜面的水平夹角
h3—下三角集气罩的垂直高度（m）
则b1=
=1.26m，b2=6-2×1。
26=3.48m
下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式计算：
V1=Q1/S1
式中：
Q1—反应器中废水流量（m3/h）
S1—下三角形集气罩回流逢面积（m2）
则V1=（10/2）/（3。
14×3.482/4）=0.53m/h〈2m/h,符合设计要求
上下三角形集气罩之间回流逢中流速（V2）可用下式计算：
V2=Q1/S2
式中：
Q1—反应器中废水流量（m3/h）
S2—上三角形集气罩回流逢之间面积（m2）
取回流逢宽CD=1。
2m，上集气罩下底宽CF=4.6m，则DH=CD×sin50°=0。
92m
DE=2DH+CF=2×0。
92+4。
6=6.74m，
=π（CF+DE）CD/2=24.3m2
则V2=Q1/S2=10/（2×24.3）=0。
21m/h〈V1〈2m/h,故符合设计要求
确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸,由图可知:
CH=CDsin40°=1。
2×sin40＝0.77m
AI=DItg50°=
（DE-b2）×tg50°=
（6。
74-3。
48）×tg50°=1.94m
故h4=CH+AI=0.77+1。
94=2。
71m
h5=1。
0m
由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：
CF-2h5tg40°=4.6—2×1。
0×tg40°=2.92m
BC=CD/sin40°=1.2/sin40°=1。
87m
DI=
（DE-b2）=
（6。
74—3。
48））=1.63m
AD=DI/cos50°=1。
63/cos50°=2。
54m
BD=DH/cos50°=0。
92/cos50°=1.43m
AB=AD—BD=2.54-1。
43=1.11m
3气液分离设计
取d=0。
01cm（气泡），T=200С
水的密度ρ1=1。
03g/cm3
空气的密度ρg=1.2×10—3g/cm3
水的运动粘度ν=0。
0101cm2/s
碰撞系数ρ=0。
95
水的粘度μ=νρ1=0。
0101×1.03=0。
0104g/cm·s
一般废水的μ>净水的μ，故取μ=0.02g/cm·s,由斯托克斯公式可得气体上升速度为：
=9。
58m/h
Va=V2=0.21m/h
则
=9.58/0。
21=45.62，
=1.87/1.11=1。
68
所以
>
故满足设计要求.
（4）出水系统设计
采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0。
2m
（5）排泥系统计算：
每日产生的悬浮固体PSS=Q·（S0-Se）·η·E
式中:
Q—设计流量（m3/d）
η—污泥产率（kgSS/kgCOD）
S0、Se-进出水COD的浓度（kgCOD/m3）
E—去除率，本设计中取90%。
PSS=（40000-4000）×0。
90×0.1×240×10-3=777.6kgSS/d
每日产泥量为：
式中：
Pss—产生的悬浮固体（kgSS/d）
P—污泥含水率，以98%计
r—污泥密度,以1000kg/m3计
W=
每日产泥量38.88m3/d,则每个USAB日产泥量19.44m3/d。
在每个UASB反应器距离底部0.3m处沿长度方向均匀设置排泥管一根，以便均匀排除污泥区的污泥。
USAB反应器每天排泥一次,排泥管选用DN150的钢管，排泥总管选用DN200的钢管。
必要时布水管兼做排泥管用。
（6）产气量计算
采用每去除1千克COD产生0.1立方米沼气做参数，则每日产气量为：
Qg=Q·（S0—Se）·η·E
式中:
Q-设计流量（m3/d）
η—产气率（m3/kgCOD）
S0、Se-进出水COD的浓度（kgCOD/m3）
E—去除率，本设计中取90％
Qg=（40000—4000）×0。
90×0。
1×240×10-3=777.6m3/d
3。
4SBR反应池
3。
4。
1设计说明
图3—4SBR运行示意图
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
升级会员 