盧毅明

（上海中耀環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司， 上海 200092）

生物制藥行業(yè)是指利用微生物將原料進(jìn)行發(fā)酵， 并經(jīng)過(guò)過(guò)濾、 提煉等工藝制成藥品的行業(yè)， 目前已成為我國(guó)各地區(qū)政府重點(diǎn)發(fā)展方向。 該行業(yè)的工業(yè)廢水具有高COD、 高氨氮與TN、 高色度、 成分復(fù)雜等特點(diǎn)［1-2］， 處理好該部分廢水， 對(duì)地區(qū)的環(huán)境保護(hù)、 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展具有重要的意義。

目前， 生物制藥廢水的處理工藝均相對(duì)復(fù)雜，主要是生化與深度處理相結(jié)合的工藝， 如采用臭氧-活性炭工藝來(lái)提高廢水的生物可降解性［3］， 也有采用氣浮-復(fù)式兼氧-MBR 工藝來(lái)進(jìn)行廢水處理［4］。

某生物制藥廢水處理工程由于當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求提高， 需進(jìn)行提標(biāo)改造， 本文介紹了提標(biāo)改造工藝流程， 并給出了主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)及工程運(yùn)行效果。

1 工程概況

江蘇某生物制藥公司主要從事維C 等營(yíng)養(yǎng)保健品的研發(fā)、 生產(chǎn)， 其維C 年產(chǎn)量為20 000 t／a。 主要生產(chǎn)工藝分為發(fā)酵、 提取、 轉(zhuǎn)化與精制4 個(gè)單元，即采用山梨醇二步發(fā)酵為古龍酸鈉， 通過(guò)離子交換提取古龍酸， 通過(guò)古龍酸與甲醇反應(yīng)生成古龍酸甲酯， 并與碳酸氫鈉反應(yīng)生成Vc-Na， 再通過(guò)樹脂交換生成粗維C， 后通過(guò)精制單元得到成品維C。

生產(chǎn)廢水主要來(lái)自發(fā)酵、 提取與轉(zhuǎn)化3 個(gè)生產(chǎn)工藝單元， 主要污染物為油、 COD、 TN、 氨氮等。廢水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為9 000 m3／d， 采用二級(jí)厭氧-二級(jí)好氧-化學(xué)沉淀工藝處理， 原設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到GB 21903—2008《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》［5］中表2 水污染物排放限值。

根據(jù)2017 年當(dāng)?shù)卣l(fā)布的《靖江市九圩港沿線工業(yè)企業(yè)廢水整治工作方案》， 要求2019 年該廢水處理站設(shè)計(jì)出水水質(zhì)須達(dá)到GB 21903—2008 中表3 水污染物特別排放限值。 廢水處理站現(xiàn)有工藝不能滿足更為嚴(yán)格的COD、 氨氮、 TP 等出水標(biāo)準(zhǔn)，故需要對(duì)該廢水處理站進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 提標(biāo)改造方案

2.1 提標(biāo)改造前工藝存在的問(wèn)題

改造前工藝流程為： 生產(chǎn)廢水→中和罐→沉砂池→調(diào)節(jié)池→一級(jí)厭氧池→二級(jí)厭氧池→一沉池→一級(jí)好氧池→二沉池→二級(jí)好氧池→三沉池→氧化沉淀池→達(dá)標(biāo)排放。

根據(jù)2016 年至2017 年原有工藝出水?dāng)?shù)據(jù)， 該廢水處理站出水COD 平均質(zhì)量濃度為78.68 mg／L，SS 平均質(zhì)量濃度為40 mg／L， 氨氮質(zhì)量濃度低于10 mg／L， TN 質(zhì)量濃度為3.0 ～23.7 mg／L， 以上水質(zhì)均能夠滿足GB 21903—2008 中表2 水污染物排放限值。

根據(jù)新的要求， 2019 年出水水質(zhì)需要執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)中表3 水污染物特別排放限值， 那么COD、氨氮、 TN、 SS 指標(biāo)均不能達(dá)標(biāo)， 故設(shè)計(jì)采用高級(jí)氧化技術(shù)進(jìn)一步去除廢水中COD， 增設(shè)缺氧段達(dá)到脫除TN 的目的， 同時(shí)增加曝氣生物濾池（BAF）去除SS 和殘余氨氮。

2.2 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

該廢水主要來(lái)自于發(fā)酵、 提取與轉(zhuǎn)化3 個(gè)生產(chǎn)工藝單元， 主要污染物為有機(jī)物、 TN、 氨氮， 水量為9 000 m3／d。

根據(jù)最新要求， 廢水處理站設(shè)計(jì)出水水質(zhì)須達(dá)到GB 21903—2008 中表3 水污染物特別排放限值，具體設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

2.3 提標(biāo)改造方案

在預(yù)處理階段增設(shè)一組隔油池（與新建調(diào)節(jié)池合建）， 用于強(qiáng)化來(lái)水中油的去除， 保持生化系統(tǒng)污泥的活性［6］； 同時(shí)， 在現(xiàn)有調(diào)節(jié)池的基礎(chǔ)上， 增加調(diào)節(jié)池的緩沖容積， 減少水質(zhì)的波動(dòng)幅度， 降低對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的沖擊。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

在生化處理階段， 于一級(jí)好氧池后增設(shè)臭氧催化氧化反應(yīng)器。 臭氧在催化劑的作用下可高效生成·OH， 將難降解有機(jī)物斷鍵。 在去除COD 的同時(shí)， 提高了廢水的可生化性， 從而可以增強(qiáng)和提高二級(jí)好氧的處理效果， 進(jìn)一步降低廢水的COD 濃度。 同時(shí)， 將原有二級(jí)好氧池前端改造為缺氧池，利用反硝化細(xì)菌的反硝化作用， 將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓?從而去除廢水中的TN。 另外， 由于原三沉池表面負(fù)荷過(guò)高， 出水飄泥， 故增加1 座三沉池。

增加深度處理工段， 采用BAF-多介質(zhì)濾池工藝。 BAF 池內(nèi)填料通過(guò)吸附溶解氧、 微生物及有機(jī)物形成生物填料后， 有利于硝化細(xì)菌的繁殖生長(zhǎng)，能夠形成硝化反應(yīng)， 對(duì)廢水中氨氮有一定的去除效果。 通過(guò)多介質(zhì)濾池的過(guò)濾作用， 去除廢水中的SS， 確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

提標(biāo)改造工藝流程如圖1 所示。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 利舊單元

（1） 中和罐。 8 只， 鋼制設(shè)備， 單罐尺寸為φ2.6 m×6.4 m， 水力停留時(shí)間為40 min。

圖1 提標(biāo)改造工藝流程Fig. 1 Wastewater treatment process after upgrading and reconstruction

（2） 沉砂池。 1 座， 尺寸為12.0 m×5.0 m×5.0 m。 內(nèi)設(shè)斜板與出水堰板， 上升流速為6.25 m／s。 內(nèi)設(shè)排泥泵1 臺(tái)， 流量為15 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為2.2 kW。

（3） 一級(jí)厭氧池。 2 座， 每座可單獨(dú)運(yùn)行。 單池尺寸為37.0 m×12.0 m×8.0 m， 單池容積為3 550 m3， 總停留時(shí)間為19.0 h。 內(nèi)設(shè)布水裝置， 三相分離器， 污泥質(zhì)量濃度為15 g／L， 污泥負(fù)荷為6.0 kg［COD］／（m3·d）。

（4） 二級(jí)厭氧池。 1 座， 尺寸為37.0 m×12.0 m×8.0 m， 單池容積為3 550 m3， 停留時(shí)間為9.5 h。 內(nèi)設(shè)布水裝置、 三相分離器。 污泥質(zhì)量濃度為8 g／L， 污泥負(fù)荷為2.5 kg［COD］／（m3·d）。

（5） 一沉池。 1 座， 尺寸為φ14.0 m×5.0 m，表面負(fù)荷為2.5 m3／（m2·s）。 設(shè)置1 臺(tái)周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)， 直徑為14 m， 行走速度為1 ～3 m／min， 功率為0.75 kW。

（6） 一級(jí)好氧池。 1 座， 分為3 系列， 總尺寸為40.0 m×27.0 m×5.0 m。 總?cè)莘e為5 400 m3， 總停 留 時(shí) 間 為14.4 h。 COD 負(fù) 荷 為0.30 kg／（kg［MLSS］·d）， 硝化負(fù)荷為0.05 kg／（kg［MLSS］·d）。內(nèi)設(shè)曝氣軟管3 600 m， 氧傳質(zhì)效率為15%； 污泥回流泵3 臺(tái)， 2 用1 備， 單臺(tái)流量100 m3／h， 揚(yáng)程20 m， 功率11 kW。

（7） 二級(jí)好氧池。 1 座， 分為2 系列， 單系列尺寸為62.1 m×3.5 m×4.0 m， 總?cè)莘e為1 700 m3， 總停留時(shí)間為4.5 h。 COD 負(fù)荷為0.30 kg／（kg［MLSS］·d），硝化負(fù)荷為0.05 kg／（kg［MLSS］·d）。 內(nèi)設(shè)曝氣軟管1 200 m， 氧傳質(zhì)效率為15%。

（8） 氧化沉淀池。 1 座， 尺寸為φ 28.0 m×4.5 m。 表面負(fù)荷為0.61 m3／（m2·h）。 內(nèi)設(shè)槳式攪拌機(jī)3 臺(tái)， 槳葉直徑為1 200 mm， 轉(zhuǎn)速為30 r／min； 周邊傳動(dòng)全橋刮泥機(jī)1 臺(tái)， 直徑為28 m， 行走速度為1 ～3 m／min； 出水提升泵3 臺(tái)， 2 用1 備， 單臺(tái)流量為200 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為22 kW。

3.2 新增與改造單元

（1） 隔油池。 新建， 1 座， 尺寸為21.7 m×6.0 m×6.8 m， 油珠上浮速度為2.81 m／h。 內(nèi)設(shè)集油管2 根， 直徑為0.3 m， 長(zhǎng)6.0 m； 污油泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為20 m3／h， 揚(yáng)程為30 m， 功率為5.5 kW。

（2） 調(diào)節(jié)池。 在原有基礎(chǔ)上， 新建1 座， 總尺寸為35.7 m×24.0 m×6.8 m， 池容為5 820 m3， 水力停留時(shí)間為15.5 h。 內(nèi)設(shè)雙曲面攪拌機(jī)4 臺(tái)， 單臺(tái)直徑為2.5 m， 轉(zhuǎn)速為30 r／min， 功率為7.5 kW；提升泵2 用1 備， 單臺(tái)水泵流量為200 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為15 kW。

（3） 臭氧催化氧化池。 1 座， 尺寸為17.6 m×17.0 m×6.8 m， 停留時(shí)間為5.4 h。 內(nèi)設(shè)臭氧空氣分布系統(tǒng)、 反洗水分布系統(tǒng)、 反洗風(fēng)分布系統(tǒng)、 正常布水分布系統(tǒng)、 底部聯(lián)通分布系統(tǒng)、 出水配水系統(tǒng)各1 套， 以及臭氧催化氧化劑120 套， 單套尺寸為1.5 m×1.0 m×1.0 m。

（4） 缺氧池。 改造缺氧池2 座， 鋼混結(jié)構(gòu)， 單座平面尺寸為62.1 m×3.5 m×4.0 m。 反硝化負(fù)荷為0.08 kg／（kg［MLSS］·d）。 內(nèi)設(shè)混合液回流泵4臺(tái)， 4 用， 單臺(tái)功率為4 kW。

（5） 三沉池。 在原有2 座的基礎(chǔ)上， 新建1座， 尺寸為φ 20.0 m×4.5 m， 表面負(fù)荷為0.6 m3／（m2·h）。 內(nèi)設(shè)進(jìn)水泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為190 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為15 kW； 污泥回流泵3 臺(tái)， 2 用1 備， 流量為200 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為18.5 kW； 中心濃縮機(jī)（含中心導(dǎo)流筒）1臺(tái)， 直徑為20 m。

（6） 曝氣生物濾池。 新建1 座， 鋼混結(jié)構(gòu)， 尺寸為10.0 m×10.0 m×5.5 m， 水力停留時(shí)間為1.5 h。 濾料材質(zhì)為陶粒， 體積為375 m3。

（7） 多介質(zhì)濾池。 新建， 尺寸為10.0 m×5.0 m×5.5 m， 池容為137.5 m3， 水力停留時(shí)間為0.4 h， 上升流速為7.5 m／h。 內(nèi)設(shè)石英砂濾料， 體積為90 m3； 濾池反洗泵2 臺(tái)， 單臺(tái) 流量 為550 m3／h，揚(yáng)程為20 m， 功率為55 kW。

（8） 綜合設(shè)備間。 新建1 座， 框架結(jié)構(gòu)， 平面尺寸為21.0 m × 17.0 m， 高6.5 m。 內(nèi)設(shè)臭氧發(fā)生器1 套， VPSA 制氧系統(tǒng)1 套， 閉路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)1 套， 尾氣破壞器1 套， 配電柜1 套。 臭氧發(fā)生器單套產(chǎn)量為25 kg／h， 功率為175 kW。

泵房平面尺寸為21.0 m×8.5 m， 高6.5 m， 內(nèi)設(shè)反洗水泵3 臺(tái)， 2 用1 備， 單臺(tái)流量為350 m3／h， 揚(yáng)程為25 m， 功率為37 kW； 泥水提升泵2臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為10 m3／h， 揚(yáng)程為20 m，功率為1.5 kW； 出水提升泵3 臺(tái)， 2 用1 備， 單臺(tái)流量為220 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為15 kW。

4 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 改造方案充分利用了原有構(gòu)筑物， 如二級(jí)好氧池， 最大限度節(jié)省了投資， 縮短了建設(shè)周期。

（2） 采用臭氧催化氧化工藝， 能高效形成·OH，在去除部分COD 的同時(shí)， 能夠斷鍵難降解有機(jī)物， 為后續(xù)反硝化提供碳源， 節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。

（3） 缺氧池采用高效氧化溝形式， 能快速混合均勻， 大大緩解了水質(zhì)波動(dòng)對(duì)反硝化細(xì)菌的影響。

5 工程運(yùn)行效果

該項(xiàng)目于2019 年1 月建成， 3 月份進(jìn)入調(diào)試階段。 調(diào)試運(yùn)行40 d 后， 出水COD、 氨氮、 SS 與TN 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 2019 年9 月份通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收，出水水質(zhì)穩(wěn)定滿足GB 21903—2008 中表3 水污染物特別排放限值。 2019 年5 月～12 月平均進(jìn)出水水質(zhì)如表2 所示。

表2 實(shí)際進(jìn)出水平均水質(zhì)Tab. 2 Actual average influent and effluent water quality

6 投資及運(yùn)行成本

本工程建設(shè)投資約為4 000 萬(wàn)元， 新增運(yùn)行成本為0.87 元／t， 總運(yùn)行成本為4.12 元／t。

7 結(jié)語(yǔ)

（1） 該工程運(yùn)行實(shí)踐表明， 采用二級(jí)厭氧-一級(jí)好氧-臭氧催化氧化-缺氧-好氧-BAF-砂濾工藝處理生物制藥廢水， 處理效果穩(wěn)定， 出水COD 平均質(zhì)量濃度為42.1 mg／L， 氨氮平均質(zhì)量濃度為1.4 mg／L， TN 平均質(zhì)量濃度為5.7 mg／L， SS 平均質(zhì)量濃度為8.5 mg／L， 滿足了GB 21903—2008 中表3水污染物特別排放限值。

（2） 采用臭氧催化氧化工藝， 其平均COD 去除量為50 mg／L， 同時(shí)提高了廢水的可生化性， 為下游生化處理提供了有利的碳源。 臭氧催化氧化裝置占地面積較小， 運(yùn)行簡(jiǎn)單， 適合作為提標(biāo)改造項(xiàng)目的深度處理單元， 以滿足日益嚴(yán)格的排放要求。