生物流化床—高级催化氧化工艺处理制药废水

杜家绪，买文宁，王　敏，唐　启

（1.郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001；2.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南郑州450008）

生物流化床—高级催化氧化工艺处理制药废水

杜家绪1，买文宁1，王敏1，唐启2

（1.郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001；
2.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南郑州450008）

采用生物流化床—高级催化氧化工艺处理制药废水，介绍了制药废水处理工程的工艺流程、工艺设计、调试方法、处理效果和工程效益。运行结果表明，该系统处理效果好且运行稳定，出水水质满足《混装制剂类制药工业水污染物排放标准》（GB 21908—2008）表2标准。

制药废水；生物流化床；高级催化氧化

近些年，随着制药行业的迅速发展，制药行业产生了越来越多的废水。国内药品制剂和原料药生产企业大约有5 000家，产品有1万多种、产量可达百万吨，每年制药工业的废水总排放量达到2.5亿t，平均处理量却还不足总量的30%〔1〕。

制药废水含有的污染物质成分复杂、难生物降解且毒性大，废水污染物浓度与色度高，而且水质水量变化巨大，属于各类工业废水中较难处理的一类〔2〕。若直接排入水体而不加以有效处理，将会对环境造成严重危害。

1　工程概况

河南某制药股份有限公司是一家发展势头迅猛的高科技制药企业。企业主要产品为小容量注射剂、口服固体制剂等，废水量约为310m3/d。废水水质指标如表1所示，要求企业废水排放指标达到《混装制剂类制药工业水污染物排放标准》（GB 21908—2008）表2标准。

表1　原水水质及排放要求

2　工艺流程

根据企业废水的水质特点，结合企业提供的污水处理系统总体设计规划和要求，确定采用图1所示工艺流程。

各排水点废水经由厂区废水管网收集至废水处理系统，正常排放的废水直接进入调节池，发生事故时排放的废水进入事故池（事故池的废水将由水泵分批次泵入废水系统进行处理）。综合废水首先经过格栅网，格栅出水进入调节池进行水质水量的均化稳定，然后由泵提升至生物流化床反应塔进行污染物质的生化降解，出水进入高级催化氧化反应塔和混合反应塔，去除其中的色度、COD等，最后经过沉淀和氯消毒，彻底杀灭废水中的病原微生物，出水即可达标排放。生物流化床排泥和沉淀池排泥因含有重金属物质，不能直接排放，暂存于污泥池，定期运送至城市污水处理厂进行委托处理。

图1　废水处理工艺流程

3　主要构筑物介绍

3.1中药车间废水预处理系统

（1）蓄水池。1座，钢筋混凝土。尺寸2.0m×2.5m× 2.2m，有效容积10m3。

（2）管道静态混合器。1台，用于废水的混合。DN=50mm，长5m。

（3）反应沉淀塔。1座，碳钢防腐。尺寸D 2.23m× 3.50m。

（4）活性炭滤塔。1座，玻璃钢。尺寸D 0.8m× 3.3m。

（5）污泥槽。1座，钢筋混凝土。尺寸2.0m×1.5m× 2.2m，有效容积6m3。

3.2综合废水处理系统

（1）格栅网。1台，不锈钢。设置1道简易格栅，安装于车间出口或者其他隐蔽的部位，格栅间隙为5mm，用以拦截较大杂物，保护后续处理设备运行安全。

（2）调节池。1座，钢筋混凝土。用于调节水量和均匀水质。设计停留时间8 h，有效容积120m3，尺寸5.0m×7.0m×4.0m（超高0.5m），内置潜水搅拌机1台，D=260mm，转速720 r/min，N=0.85 kW；潜水排污泵2台（1用1备），Q=20m3/h，H=15m，N=2.2 kW；DN100电磁流量计1台。

（3）事故池。1座，钢筋混凝土。用于特殊情况下收集的废液或废水。设计停留时间6 h，有效容积90m3，尺寸5.0m×5.2m×4.0m（超高0.5m）；内置潜水排污泵1台，Q=20m3/h，H=15m，N=2.2 kW。

（4）生物流化床反应器。1座，碳钢防腐。生物流化床反应器是一种连续曝气运行、连续排泥的活性污泥污水处理技术，其采用静音式潜水曝气机，使得新型塔式活性污泥反应装置具有高效的溶氧效率以及较低的能耗，利于好氧微生物降解有机物质；流化状态为稳定的生化反应区提供了有利条件，能够耐受高COD进水冲击负荷，运行更为稳定〔3〕。设计停留时间14 h，有效容积200m3，反应器尺寸D 7.5m×5.5m（超高0.5m），内置QBZ055静音潜水曝气机1台，充氧量6 kg/h，功率5.5 kW；DN150电动阀门1台。

（5）高级催化氧化反应塔。1座，碳钢防腐。利用类Fenton催化氧化原理，内设催化剂填料，通过投加一定量的H2O2、FeSO4，对生物流化床反应器出水进行深度处理，去除水中难生物降解的污染物，使出水达标排放。设计停留时间15min，反应器尺寸D 1.2m×4.5m，设置1台进水离心泵，Q=5m3/h，H= 10m，N=1.1 kW；定做2套一体化溶药投药装置，分别用于投加H2O2、FeSO4。

（6）混合反应塔。1座，碳钢防腐。进行高级催化氧化反应并完成混凝反应。设计反应时间1.5h，反应器尺寸D 3.5m×3.5m；内置ZJ-800折桨搅拌机1台，叶轮直径800mm，转速35 r/min，N=1.1 kW；定做2套一体化溶药投药装置，分别用于投加碱和PAM。

（7）沉淀消毒塔。1座，碳钢防腐。用于沉降废水中的絮体物质，实现水质的有效净化，同时完成消毒过程，保证出水微生物达标。设计表面负荷1.5m/h，反应器尺寸D 3.6m×3.5m，设置消毒浮盅3套，直径150mm。

（8）污泥池。1座，钢筋混凝土。用于储存废水系统的剩余污泥。有效容积30m3，尺寸5.0m×1.8m× 4.0m（超高0.5m），配置XAZ40/870-30UK板框压滤机1套，过滤面积40m2，滤室容积595 L，滤板数量30片，电机功率2.2 kW；设置G25-1污泥泵1台，Q=2m3/h，H=60m，P=0.6mPa，转速960 r/min，N=1.5 kW。

4　调试及运行

工程调试主要包括生物流化床和高级催化氧化调试两个部分。

4.1生物流化床反应器

生物流化床反应器中预先注入2/3的原水，尽可能多地投加取自周围污水处理厂压滤过的剩余污泥，开始闷曝（只曝气，不进水）1～2 d，观察剩余污泥的颜色。一旦污泥出现棕黄色则表示剩余污泥已经恢复活性，此时逐渐增加原水的比例，使微生物逐渐适应新的环境并得到驯化。开始时，按照设计流量的40%～50%加入原水，容积负荷为0.3 kg/（m3·d），待反应器运行稳定并达到较好的处理效果后，再继续增加原水比例，每次增加设计流量的20%～30%，直到反应器满负荷运行为止。从连续进水开始，反应器运行23 d后，活性污泥呈现棕黄色，沉淀性能良好，而且测得出水的各项指标均达到设计要求，表明活性污泥基本培养成功，反应器启动完成，进入稳定运行阶段。反应器调试过程中COD、NH3-N的去除效果分别见图2和图3。

图2　生物流化床对COD的去除效果

图3　生物流化床对NH3-N的去除效果

由图2和图3可知，刚启动生物流化床的一段时间，由于进水量的变化和活性污泥中的微生物需要有一定的适应过程，因此COD、NH3-N的去除率不稳定。随着进水量的稳定，反应器中微生物的活性增强，活性污泥含量增加，COD、NH3-N去除率逐渐稳定。运行23 d后，出水COD、NH3-N分别稳定在150、10mg/L以下，去除率分别＞67%、＞60%。

4.2高级催化氧化

经过类Fenton正交实验和单因素实验研究，并结合工程实际运行情况最终确定：H2O2（质量分数30%）投加量为0.4 L/m3，FeSO4投加量为1.788 kg/m3，最佳加药比m（H2O2）∶m（FeSO4）=4∶6.5。PAM（质量分数为1%）投加量为0.87g/m3。沉淀消毒塔出水COD＜50mg/L。

5　运行效果及效益分析

5.1运行效果

工程正式投入使用以来，处理效果稳定，出水水质满足《混装制剂类制药工业水污染物排放标准》（GB 21908—2008）中表2的标准。表2为调试完成后，对废水处理系统进行连续15 d取样监测的结果。

表2　调试完成后各单元的处理效果

5.2效益分析

此废水处理工程的运行费用为1.714元/m3，其中电费0.934元/m3，药剂费0.44元/m3，人工费0.34元/m3。系统稳定运行后，每年削减COD 53 t、NH3-N 14 t、SS 17 t、BOD518 t，极大地减轻了水体污染，同时也会促进区域经济和改善生态环境的协调发展。

6　结论

该废水处理工程运行情况表明，采用生物流化床—高级催化氧化工艺处理制药废水，工艺运行简单稳定、出水水质好，处理效率高，出水水质满足《混装制剂类制药工业水污染物排放标准》（GB 21908—2008）中表2的标准。

［1］李亚峰，高颖.制药废水处理技术研究进展［J］.水处理技术，2014，40（5）：1-4.

［2］范举红，刘锐，余素林，等.分质预处理强化制药废水处理效果的研究［J］.中国给水排水，2012，28（23）：34-37.

［3］张自杰，林荣忱，金儒霖.排水工程（下册）［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，1999：253-258.

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Combined biological fluidized bed-advanced catalytic oxidation process used for pharmacywastewater treatment

Du Jiaxu1，MaiWenning1，WangMin1，Tang Qi2
（1.SchoolofWater Conservancy and EnvironmentEngineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China；2.No.4Geological Brigade ofHenan NonferrousGeologicalMineralResourse Burean，Zhengzhou 450008，China）

The combined biological fluidized bed-advanced catalytic oxidation process has been designed for the treatmentof pharmacy wastewater.The process flow，process design，debuggingmethods，treatmenteffect and engineering benefitof the pharmacywastewater treatmentprojectare introduced.The running resultsshow that the treatmenteffectof the system isgood，it runssteadily，and the effluentqualitymeets the requirementsspecified in Tab.2 of the Discharge Standards ofWater Pollutants for Pharmaceutical Industry Mixing/Compounding and Formulation Category（GB 21908—2008）.

pharmacywastewater；biological fluidized bed；advanced catalytic oxidation

X703.1

A

1005-829X（2016）03-0097-03

杜家绪（1991—），硕士。电话：15824842783，E-mail：du_jiaxu@126.com。

2016-01-12（修改稿）