孕马尿废水处理的应用研究

杨福兵，濮军文，吴林虎

(南京东大能源工程设计院有限公司，江苏 南京 211100 )



孕马尿废水处理的应用研究

杨福兵，濮军文，吴林虎

(南京东大能源工程设计院有限公司，江苏 南京 211100 )

摘要：指出了在实验室条件下，采用酸化沉淀-三效蒸发-上流式污泥床过滤器(Upflow Blanket Filter，UBF)-二级缺氧/好氧(Anoxic/Oxic，A/O)-膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)的组合工艺处理孕马尿废水，处理规模为小试设计规模2 L/h，实际运行规模为5t/h，运行费用2.15元/(m3·d)。运行结果表明：该工艺处理后COD、BOD5、SS、NH3-N去除率分别为：99.91 %、99.75 %、99.00 %、99.93 %，出水各项指标满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级A标准：COD≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L、SS≤5 mg/L、NH3-N≤5 mg/L。

关键词：孕马尿废水； 三效蒸发；污泥床过滤器； 缺氧；好氧； 膜生物反应器

1引言

近年来随着人类生活、科技水平的提高，天然孕马结合态雌激素药物开始在全球流行，明显改善了更年期女性同胞的生活质量[1～5]。与此同时，该类物质在生产过程中会产生一定量的孕马尿废水，具有成分复杂、有机物浓度高、富含氨氮、盐分高、可生化性差、处理难度大等特点，若不加以妥善治理将对环境造成极大冲击并严重制约孕马结合态雌激素行业的发展，故有必要开展此类废水的处理研究，为经济、有效地治理该类废水奠定坚实基础。

2废水水质及工艺流程

2.1废水水质

试验废水取自新疆某孕马来源的结合雌激素原料药及其药品制剂的制药企业，具体废水水质见表1。

表1　废水水质及相应排放标准

2.2工艺流程

依据废水水质特点，选取见图1所示工艺流程。

废水经收集后加酸、PAM、PAC进行酸化混凝沉淀，上清液进入三效蒸发系统，在酸性条件下进行酸性蒸发，主要是去除废水中N以及盐分；随后进入UBF配水池，调节pH值及温度，进入UBF进行厌氧反应，去除其中大部分的有机物，产生的沼气可引至食堂综合利用；随后进入水解酸化、接触氧化、沉淀系统及二级A/O系统，进一步去除其中有机物及N、P；污水最终进入MBR进行深度处理，满足相关排放标准；

混凝沉淀、一沉池、MBR池产生的污泥首先进入污泥储池，随后进入污泥浓缩池，最终经隔膜泵提升至板框压滤系统，滤饼运至有资质单位处理，上清滤液回流至废水收集池。

图1　废水处理工艺流程

3主要装置及设备

3.1原水池

材质：PVC尺寸：0.5 m×0.4 m×0.65 m，有效水深0.5 m，有效容积100 L，用于收集废水并调节来水水质水量，内设提升泵1台，型号：无阻塞化工泵，扬程2 m，配备流量计1台，量程为1～10 L/h。

3.2酸化沉淀池

材质：有机玻璃，尺寸：0.45 m×0.12 m×0.6 m，其中混凝搅拌池0.15 m×0.12 m×0.6 m，斜板沉淀池0.3 m×0.12 m×0.6 m，用于调节废水pH值，去除废水中部分悬浮颗粒及细小颗粒，降低后续处理负荷，包括搅拌机(搅拌电机为6W减速电机、调速器为60～300×10-6r/min)、加药计量泵(型号：普罗名特0803，流量：Qmax=2.5 L/h)，药剂桶(材质：PE，容积：50 L)。

3.3三效蒸发

材质：有机玻璃；材料：三口烧瓶1000 mL、直型冷凝管、牛角管、温度计、酒精灯；用于去除废水中的N和盐分。

3.4UBF配水池

材质：PVC，尺寸：0.3×0.3×0.45 m，有效水深0.35 m，有效容积：30 L，用于将来水调节至适宜UBF处理的pH值及温度，内含UBF进水泵1台，型号：普罗名特0806，流量：Qmax=5.3 L/h；加热循环装置：含不锈钢加热管1套，0～50℃温度控制仪1套，热水循环泵1套。

3.5UBF

材质：有机玻璃，尺寸：0.25 m×2.0 m，双层夹套，有效容积：80L，内含布水装置、内循环泵(型号：无阻塞化工泵，扬程：2 m)、甲烷气计量表(电子计量，双显示，瞬时流量和累计流量)，用于去除废水中的大部分有机物，并产生可综合利用的甲烷；UBF停留时间约40 h，污泥负荷：3.27 kgCOD/(kg·d)，容积负荷：4.58 kgCOD/(m3·d)

3.6A/O反应池(2套)

材质：有机玻璃，A池尺寸：0.3 m×0.3 m×0.6 m，O池尺寸：0.4 m×0.3 m×0.6 m，包括搅拌机(搅拌电机：25W减速电机，调速器：60～300×10-6，不锈钢搅拌桨)、曝气泵(规格：80L/min)、气体流量计(量程：0.16～1.6 m3/h)、混合液回流泵(型号：高扬程无阻塞泵)，用于进一步去除废水中的有机物、N、P等污染物；A池停留时间：27 h，O池停留时间：36 h；好氧池曝气量一般控制DO在2～4 mg/L。

3.7斜板沉淀池

材质：有机玻璃，尺寸：0.3 m×0.12 m×0.6 m，主要是将A/O出水中的污泥和污水进行分离，内含污泥回流泵(高扬程无阻塞泵)。

3.8出水箱

材质：PVC，尺寸：0.3 m×0.3 m×0.45 m，有效水深：0.35 m，有效容积：30L，内含MBR进水泵1台(型号：无阻塞化工泵，扬程：2 m)及高低液位开关1套作用是储存斜板沉淀池出水，保证后续处理的连续运行。

3.9MBR

材质：有机玻璃，尺寸：0.25 m×0.4 m×0.6 m，包括膜箱(材质：有机玻璃，作用：放置膜片)、膜片(材质：PVDF，孔径：0.1～0.3μm，膜表面积0.2 m2/片)、曝气泵(规格：80 L/min)、气体流量计(量程：0.16～1.6 m3/h)、出水泵(型号：普罗名特0806，流量：Qmax=5.3L/h)，出水压力表(-0.1～0 MPa)。作用是对废水进行深度处理，使其满足具体出水标准。

3.10其它

其它附件还有管道、阀门、电器控制箱(含：各单元电气开关，时间控制器，漏电保护装置等)。

4系统的调试与运行

4.1实验装置的启动

4.1.1污泥接种

向反应器内投加污泥。理论计算，接种后UBF反应器内污泥浓度为2.5(最少)～5 g/L(最佳)，做好进料污泥浓度的分析以及UBF反应器内污泥浓度的分析。

4.1.2厌氧污泥的驯化程序

打开厌氧反应器进料管线的相关阀门；启动厌氧进料泵，进行内循环，启动搅拌机，启动温控及加酸碱系统，UBF反应器内的最佳设定温度(37～39 ℃)，每天温度变化≯1 ℃、进水pH值(设定值为7.0～7.2)；根据反应器内的COD测定值，按照COD∶N∶P的比例400∶5∶1来投加N和P；升温过程中，根据实际情况向反应器内连续或间断进水；启动温度联锁；UBF反应器内温度达到设定值(37～38 ℃)，开始连续进水，启动负荷为0.5 kgCOD/(m3·d)，注意进水COD总量(kg/d)的控制；根据进水量、及时调整回流量，回流量逐渐减少，最终将回流比调整到2.0～2.5之间，达到设计负荷4.5 kgCOD/(m3·d)；检测从SP1#～SP#7所取污泥试样的pH值、温度、污泥浓度、SV；厌氧反应器内pH值应保持并稳定在7.0～7.2；当出水及SP#3处的挥发性脂肪酸(VFA)≤200 mg/L，出水COD≤1500 mg/L，COD去除率≥60 %，可提高UBF反应器的负荷；每次提升负荷并运行一周后才能再次提升负荷。若厌氧出水恶化，立即停止提升负荷，并根据实际情况可适当降低负荷；UBF负荷增加列表如表2所示。

表2　UBF负荷增长

4.2试验装置的运行

试验装置经过前期的调试，后期能够稳定运行，经酸化沉淀、三效蒸发、UBF、A/O、MBR等工序处理后出水水质满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级A标准，具体监测结果如表3所示。

表3　出水水质监测结果

4.3主要特色

4.3.1UBF工艺

上流式污泥床-过滤器(Upflow Blanket Filter，简称UBF)是厌氧滤器(Anaerobic Filter，简称AF)和上流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB)的基础上开发的新型复合式厌氧流化床反应器。UBF具有很高的生物固体停留时间(SRT)并能有效降解有毒物质，是处理高浓度有机废水的一种有效、经济的技术。

复合式厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术生物处理的一种反应器械，它以砂和设备内的软性填料为流化载体。污水作为流水介质，厌氧微生物以生物膜形式结在砂和软性填料表面，在循环泵或污水处理过程中产生甲烷气时自行混合，使污水成流动状态。污水以升流形式通过床体时，与床中附着有厌氧生物膜的载体不断接触反应，达到厌氧反应分解、吸附污水中有机物的目的。UBF复合型厌氧流化床的优点是效能高、占地少，适用于较高浓度的有机污水处理工程。

UBF复合型厌氧反应器，是中部为生物挂膜污泥床区、下部为水流化区，厌氧处理中率先采用以砂和软性填料为设备内部的载体。设备结构为上部分固液气分离区、下部分循环流化反应区，利用循环泵，使污水和有生物膜的2种载体在中部、下部分流化反应区中进行循环，达到流化的目的。

在UBF酸化水解阶段中，产生大量的水解酸化菌可将难生物降解的大分子物质分解成易生物降解的的小分子物质，进而提高污水的可生化性。

在UBF产生甲烷阶段中，厌氧微生物分解有机物过程中能产生大量的甲烷、二氧化碳等气体，其中甲烷占75 %～85 %，1 kgCOD产生量为0.5 m3。产出的甲烷可供锅炉用燃料，也可供民用，是一种很好的能源。

4.3.2A/O工艺

同时，缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。BOD5的去除率较高可达90 %～95 %以上，但脱氮除磷效果稍差，脱氮效率70 %～80 %，除磷只有20 %～30 %。尽管如此，由于A/O工艺比较简单，也有其突出的特点，仍是目前较普遍采用的工艺。

5技术经济分析

装置总装机负荷为1.6 kW；电费按0.63 元/(kW·h)计算，则1 d运行电费1.6×24×0.63=24.19 元，所涉及药剂种类为硫酸、液碱、PAC、PAM、双氧水以及次氯酸钠，1 t废水约为0.90 元，即运行费(未考虑人工费、折旧费等)为：2.15元/(m3·d)。

6结论

(1)经酸化沉淀-三效蒸发-UBF-二级A/O- MBR组合工艺处理后的孕马尿废水COD、BOD5、SS、NH3-N去除率分别为：99.91 %、99.75 %、99.00 %、99.93 % ，出水水质满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级A标准；

(2)酸化沉淀-三效蒸发-UBF-二级A/O- MBR的组合工艺适合用于孕马尿废水处理，运行费为2.15元/( m3·d)，具有出水水质好，无需二沉池，占地面积小、自动化程度高等特点，适合推广于孕马尿废水处理实际工程中。

参考文献：

[1]木拉塔力·克力木,高晓黎. 天然雌激素来源-孕马尿研究进展[J]. 西北药学杂志,2009,24(1):76～78.

[2]王莹,高晓黎.孕马尿中化学成分的研究进展[J].新疆医科大学学报,2007,30(8):800～802.

[3]木拉塔力·克力木,高晓黎,肖健民,等.孕马尿中雌激素成分的研究[J]. 新疆医科大学学报,2009,32(4):800～802.

[4]王莹. 新疆孕马尿提取物中伴随物质的研究[D].乌鲁木齐：新疆医科大学,2008.

[5]孔金令.天然结合雌激素的纯化精制工艺研究和指纹图谱分析[D].乌鲁木齐：新疆医科大学,2007.

Application Research on PregnantHorse Urine Wastewater

Yang Fubing, Pu Junwen, Wu Linhu

(DongdaEnergyEngineeringDesignCo.Ltd.,NanjingJiangsu,211100，China)

Abstract:Under laboratory conditions,the treatment of pregnant horse urine wastewater by acid recipitation-triple effect evaporation- Upflow Blanket Filter- Anoxic/Oxic- Anoxic/Oxic-Membrane Bio-Reactorwas adoptedtodealwith the pregnant horse urine wastewater. Processing scale: the design of small scale was 2 L/h, whilethe actual running scale was 5t/h and running expense was 2.15yuan/(m3·d). Running results showed: the removal rates of COD、BOD5、SS、NH3-N were respectively99.91 %、99.75 %,98.99 %and99.93 %. Effluent of the indicators met the “sewage comprehensive discharge standard” (GB8978-1996) in standardA: COD≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L,SS≤5 mg/L,andNH3-N≤5 mg/L.

Key words:pregnant horse urine wastewater ,triple effect evaporation, Upflow Blanket Filter, Anoxic/Oxic, Membrane Bio-Reactor

收稿日期：2016-04-18

作者简介：杨福兵(1977—)，男，工程师，主要从事发电厂水处理工程实施工作。

中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0020-04