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A2/O-BAF处理头孢抗生素制药废水中生物陶粒与长柄滤头的使用

摘要:针对头孢类抗生素产品生产废水高浓度、高氨氮、高盐分的特点,采用混凝、气浮、吹脱和蒸发等方法加强废水的预处理,然后采用A2 / O 工艺进行生化处理,最后采用BAF 工艺进行强化处理。经检验,出水水质可达《上海污水综合排放标准》(DB 31/ 199 —1997) 二级标准。

1  工程概况

上海某中英合资药业公司新建500 t/ a 产品项目,主要生产头孢类抗生素药物,项目产生废水总量 1 200 m3 / d ,CODCr 总量约9 000 kg/ d ,氨氮总量约 800 kg/ d。废水根据水质可分为三部分:低盐分工艺废水, 水量约120 m3 / d , CODCr 约4 万mg/ L , N H3 - N 约4 500 mg/ L , TDS (总溶解固体) 约1 万mg/ L ;高盐分工艺废水,水量约30 m3 / d ,CODCr 约8 万mg/ L ,N H3 - N 约7 000 mg/ L , TDS 约7 万mg/ L ;生活污水及其他轻污染综合废水,水量约 1 000 m3 / d , CODCr 约1 800mg/ L , N H3 - N 约 30 mg/ L 。两股工艺废水为主要污染组成,BOD/ COD 均小于0. 15 ,盐分较高,且具有一定毒性,不利于直接生化处理;综合废水生化性较好。由于废水有机污染负荷较高,且含有较大的臭味和色度,因此为保护环境,必须在加强生产过程污染控制的同时, 建设废水处理系统进行末端治理。

2  处理工艺与流程

低盐废水先经混凝气浮去除悬浮物质,再采用空气吹脱法脱氨。与折点氯化法和磷酸铵镁沉淀法以及吸附法相比,吹脱法不消耗药剂,操作管理相对较为方便。高盐分废水一般采用反渗透或蒸发的处理工艺。由于制药废水还存在大量的其他污染物,会对反渗透膜造成污染或损坏,因此采用蒸发脱盐工艺,可以去除90 %以上的CODCr [1 ] ,也能去除大量的氨氮。

经蒸发、混凝和吹脱预处理后,高浓度废水中的 CODCr盐分和氨氮均大大降低。生化进水按CODCr 4 000 mg/ L 、N H3 - N 50~100 mg/ L 设计。生化系统采用A2 / O + BAF (厌氧/ 兼氧/ 好氧+ 曝气生物滤池) 组合工艺。A2 / O 具有较好脱氮效果,BAF 则作为出水的强化处理,保证出水水质。工艺流程见图1 。

3  主要构筑物与设备

3. 1  低盐废水系统

(1) 1 # p H 调节池。钢筋混凝土结构,尺寸6 m ×4 m ×5 m ,有效水深4. 5 m , HRT21. 6 h ,空气搅拌,调节p H6. 5~7. 5 。防腐泵2 台(1 用1 备) 。

(2) 气浮池。采用加压部分回流溶气法,系统包括反应槽、气浮槽和溶气罐。系统按10 m3 / h 设计,回流比50 %,设计表面负荷1. 5~2 m3 / (m2 ·h) 。反应槽为涡流式,尺寸Á1. 5 m ×1. 5 m ;气浮槽采用平流式,尺寸5. 0 m ×2. 5 m ×1. 8 m ;填料溶气罐 Á0. 4 m ×2. 5 m。气固比30 L/ kgSS , 释气量 120mL/ L ,溶气压力0. 45 MPa ,溶气效率80 %。配套PAC、PAM 加药装置两套。

(3) 1 # 中间水池。尺寸3 m ×6 m ×5 m ,HRT 16 h ,空气搅拌,调节p H10~12 。配防腐提升泵2 台(1 用1 备) ,废水提升至氨氮吹脱塔。

(4) 氨氮吹脱塔。尺寸Á1. 7m ×7. 2 m。设计空塔气速2. 8~3 m/ s ,实际气速取空塔气速80 % , 气水比2 500 ∶1 ,喷淋密度2~2. 5 m3 / ( m2 ·h) 。填料采用Á25 塑料鲍尔环,分三层填装,填料层高 0. 8~1 m。吹脱塔废气由离心风机引入吸收塔,吸收塔设计参数同吹脱塔。吸收液为盐酸,吸收塔排气筒高15 m ,废气达到《恶臭污染物排放标准》( GB 14554 —93) 。

3. 2  高盐废水系统

(1) 2 # p H 调节池。尺寸3 m ×2 m ×5 m ,有效水深4. 5 m , HRT 21. 6h ,空气搅拌,调节p H 为10 ~12 。配防腐蚀泵2 台(1 用1 备) 。

(2) 三效蒸发器。设计处理能力3 000 kg/ h (蒸发量) 。蒸发器为定型成套设备,包括加热器 (三效) 、分离器(三效) 和冷凝器。废水(管程) 在加热器中与蒸汽或二次蒸汽(壳程) 换热,然后进入分离器,废水中低沸组分与二次蒸汽混合进入下一效。高沸组分(渣液,含悬浮物、结晶盐及高沸点有机物) 由真空泵抽吸至离心机,离心机干渣外送焚烧处理,上清液循环处理。蒸汽(含低沸组分污染物) 最后由冷凝器冷却,冷凝水与冷却水排入综合调节池。蒸汽用量0. 5 ~ 0. 6 kg/ kg ( 废水) ;与单效节蒸发相比,可节省40 %~50 %能量。

3. 3  综合废水系统

(1) 格栅集水池。尺寸2 m ×6 m ×5 m ,有效水深2 m ,HRT 0. 5 h 。防腐泵2 台(1 用1 备) 。

(2) 综合调节池。尺寸8 m ×28 m ×5. 5 m , HRT 20h ,空气搅拌。附设提升泵2 台(1 用1 备) 。搅拌气源由三叶罗茨风机提供,2 台(1 用1 备) , 9. 35 m3 / min ,风压5 000 mm H2O ,搅拌空气量为 2 m3 / (m2 ·h) 。废水由泵提升至生化单元,附设提升泵2 台(1 用1 备) 。

( 3 ) A2 / O 池。包括厌氧、兼氧和好氧 (Anaerobic2Anoxic2Oxic) 三个不同的功能区。HRT 分别为: 15 h , 7. 5 h , 37. 5 h 。A2 / O 池分为并联两座,各分8 格,单格尺寸为2. 8 m ×13. 5 m ×5. 5 m。 A2 / O 池均按池容80 %设置组合填料,填料体积为 2 400 m3 。厌氧和兼氧区设计填料容积负荷取4. 5 kg CODCr / (m3 ·d) ,好氧区设计填料容积负荷为 1. 5 kg CODCr / (m3 ·d) 。兼氧区气水比为5 ∶1 ,溶解氧控制为0. 5 mg/ L 左右; 好氧区气水比为 36 ∶1 ,出水溶解氧控制为2 mg/ L 。气源为罗茨鼓风机,3 台(2 用1 备) ,风量25 m3 / min 。混合液回流比50 % ,生化出水自流进入二次沉淀池。

(4) 二沉池。尺寸7. 5 m ×7. 5 m ×7. 85 m ,表面负荷0. 9 m3 / (m2 ·h) ,有效水深2. 5 m , HRT 3 h 。出水堰采用外堰自由式出水, 堰口负荷为 0. 5 L/ ( s ·m) 。中心导流筒Á 800 ,中心流速28 mm/ s。附设污泥泵2 台,污泥回流比取50 %。

(5) 2 # 中间水池。尺寸3 m ×4 m ×3 m ,HRT 0. 5 h 。

(6) 曝气生物滤池(BAF) 。分两格,采用上流式。单格尺寸4 m ×4 m ×6 m。设置生物陶粒。废水先进入底部混合室,然后经过长柄滤头进入滤料层。陶粒装填高度3 m ,总体积96 m3 。设计填料容积负荷为4~5 kg CODCr / (m3 ·d) ,HRT 3 h , 设计流速2 m/ h。曝气系统采用穿孔管,氧气利用率取10 % ,曝气量8~10 m3 / min ,气源同生化系统。BAF 每5~7 d 反冲洗一次;反洗与进水流向相同,进水不间断。冲洗历时5~10 min ,冲洗强度5~6 L/ ( s ·m2 ) 。反冲洗采用气水联合冲洗, 气水比2 ∶1 。

(7) 出水池。尺寸3 m ×4 m ×3 m ,反洗水储量30 m3 。

3. 4  污泥系统

污泥浓缩池主要用于储存和浓缩气浮污泥、 A2 / O 剩余污泥和BAF 反洗污泥。设计固体通量 2. 5~3 kg/ (m2 ·h) ,污泥量约150~200 m3 / d ,初始含水率99 %~99. 5 % ,浓缩后含水率为97 %~ 98 %。污泥池有效容积70 m3 ,尺寸3 m ×5 m × 5 m ,污泥停留时间12~24 h 。浓缩污泥由污泥螺杆泵提升至混凝混合罐,投加阳离子PAM ,搅拌混合后进入压滤机脱水。压滤机型号为DYJ1000 XB ,带宽1 m ,滤带速度5~12 m/ min ,处理能力 150~300 kg DS/ (m ·h) 。工作时间10~12 h/ d ,干泥量约1 . 5~2 t/ d。污泥上清液及污泥压滤液回流至格栅集水池。

4  系统调试与运行

项目于2005 年6 月竣工,7 月进入系统调试, 取同类制药废水脱水污泥培菌。A2 / O 池注入清水,干泥量按A2 / O 池容积1. 5 %投放。闷曝6~8 h , 静沉排除上清液后再注满清水;如此重复至上清液澄清,对接种污泥进行洗涤与活化。然后按5 %比率每天逐步增加废水至设计量,投入正常运行。系统调试期间温度维持30 ℃,有利于生化培菌,因此系统调试历时仅28 d。系统运行效果良好,BAF 出水达标率100 %,水质优于预控处理目标。表1 为8 月份平均监测数据。

5     工程小结

污水处理站总占地2 500 m2 ,构筑物占地1 450 m2 。项目总投资900 万元,装机容量266 kW,运行功耗2 800 kW ·h/ d。直接运行费用2. 8 元/ m3 (主要为电费、蒸汽、药剂及管理费用) 。工程年削减CODCr 2 930 t/ a 、N H3 - N 250 t/ a (以每年运行330 d 计) 。

从工程设计及运行结果来看,空气吹脱法可以大幅度降低较高浓度的氨氮,同时结合A2 / O 工艺, 具有较好的氨氮去除效果;多效蒸发可以去除大量盐分及高沸点有机污染物,降低污染负荷;BAF 同时具有生物氧化和过滤的双重效果,出水可达《上海市污水综合排放标准》(DB 31/ 199 —1997) 二级标准。