PW膜－生物反應(yīng)器法處理制藥發(fā)酵廢水
前言
浙江省某生物化工公司,，是一家專門生產(chǎn)醫(yī)用、獸用和農(nóng)用抗生素的企業(yè),，主要產(chǎn)品有柱晶白霉素,、農(nóng)用井崗霉素、農(nóng)畜兩用阿維菌素等原料藥,。制藥發(fā)酵廢水水質(zhì),、水量變化較大，且常含有難降解有機污染物,、毒性化合物,，這些物質(zhì)的存在抑制了廢水處理中某些微生物的生長，從而干擾了廢水處理系統(tǒng)的處理效果,。因此,，制藥發(fā)酵廢水的處理存在著相當(dāng)大的難度。采用PW膜生物反應(yīng)器處理工藝成功地解決了制藥發(fā)酵廢水的達標排放問題,，現(xiàn)將該工程有關(guān)設(shè)計和運行情況介紹如下。
1 污水的水記,、水質(zhì)和排放標準
1.1 污水的水量
本工程廢水主要來源于各生產(chǎn)工序,，各產(chǎn)品廢水排放量匯總于表1（廢水設(shè)計規(guī)模按200m3/d計算）。
表1 各產(chǎn)品廢水排放情況
表1 各產(chǎn)品廢水排放情況 |
1.2 污水的水質(zhì)及排放標準
不同產(chǎn)品排放的廢水水質(zhì)是各不相同的,。我們按產(chǎn)品生產(chǎn)周期對工廠排污口排水水質(zhì)進行了監(jiān)測分析,，綜合廢水水質(zhì)和GB 8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準見表2：
表2 設(shè)計水質(zhì)
表2 設(shè)計水質(zhì) |
2 工藝流程
2.1 處理工藝路線的確定
本工程廢水屬于高濃度有機廢水，較適合于厭氧-好氧生化聯(lián)合處理,。但考慮到厭氧處理對溫度,、pH值等環(huán)境因素很敏感,，操作范圍窄，構(gòu)筑物停留時間長等原因以及采用厭氧處理產(chǎn)生的沼氣由于產(chǎn)量小利用經(jīng)濟價值低,，若直接排放將會產(chǎn)生二次污染和引起安全隱患,。若采用單一的常規(guī)好氧生化處理工藝，存在占地面積大,、停留時間長,、處理效果差等缺點。因此,，經(jīng)綜合考慮,，本工程采用膜生物反應(yīng)器法處理。該技術(shù)是國家專利技術(shù),，已在高濃度有機廢水,、中小水量的有機化工廢水、制藥廢水和食品加工廢水處理中得到應(yīng)用,，并都取得了成功,。
PW膜生物反應(yīng)器技術(shù)是由膜組件和生物反應(yīng)器組成的膜生物反應(yīng)器，它可使得反應(yīng)器中維持很高的MLSS濃度和很長的SRT時間,，所以反應(yīng)器的效率相當(dāng)高,，提高了單位體積的有機負荷，減小了占地面積,。由于膜的隔離作用,，使得生長速度很慢的硝化細菌得以在反應(yīng)器中積累，且隨著MLSS的逐漸提高硝化細菌數(shù)量不斷增加,，反應(yīng)器中的硝化能力增強,，并且膜出水可不含細菌、病毒,、寄生蟲卵等,，出水濁度低，完全符合國家排放標準,。
2.2 工藝流程
本工程采用的處理工藝流程見圖1：
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2.3 工藝流程簡要說明
混合廢水通過格柵,，大顆粒可沉固體及漂浮物被攔截,，進入調(diào)節(jié)池,，經(jīng)調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)和預(yù)曝氣后用泵輸送至混凝反應(yīng)池,，分別加入適量的PAC,、PAM溶液進行混凝和絮凝反應(yīng)，反應(yīng)液自流入沉淀池進行固液分離。經(jīng)過上述預(yù)處理的廢水上清液溢流進入PW-W膜生物反應(yīng)器,，在充氧曝氣和微生物的作用下將有機物降解為二氧化碳和水,，并由膜組件進行固液分離，處理后廢水達標排放,。
物化沉淀池分離的污泥和PW-W膜生物反應(yīng)器排放的少量剩余污泥分別排至污泥池,，再用泵輸送至污泥脫水機進行脫水，泥餅外運填埋處理,。
3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備
3.1 調(diào)節(jié)預(yù)曝池
調(diào)節(jié)預(yù)曝池兼作提升泵集水井,，HRT=16.9h，內(nèi)設(shè)穿孔曝氣管,，進行定期曝氣以防污泥在池內(nèi)沉淀,。調(diào)節(jié)池尺寸為8.0m×5.0m×4.0m，有效水深為3.50m,。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),，池內(nèi)設(shè)WQK15-10-1.5型潛水排污泵2臺，一用一備,。
3.2 反應(yīng)沉淀池
反應(yīng)沉淀池為組合池體,，混凝和絮凝反應(yīng)池的HRT分別為20.9min，沉淀池采用豎流式沉淀池,，設(shè)計表面負荷為q=0.80m3/(m2·h),，組合池體尺寸為4.5m×4.0m×4.2m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),。
3.3 PW-W膜生物反應(yīng)器
PW-W膜生物反應(yīng)器HRT=4.4d,，有效容積為880m3，設(shè)計容積負荷為1.4kg[BOD5]/(m3·d),，尺寸為25.0m×10.0m×4.5m,，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置日本生產(chǎn)UFM424外進內(nèi)出式PW膜300片,，采用交叉流過流法,，分離液由3臺（二用一備）丹麥進口的 JPF9T抽吸泵抽吸，H=8.0m,、Q=4.2m3/min,、N=1.47kW。在PW膜分離單元的下部裝有微孔曝氣器,，氣源由4臺TSd-150型鼓風(fēng)機供應(yīng),，P=44.1kPa、Qs=18.9m3/min,、N=22kW。三用一備。
3.4 污泥池
污泥池有效容積為33.3m3,，尺寸為3.5m×3.5m×4.0m,，有效水深3.7m，采用鋼砼結(jié)構(gòu),。
3.5 控制系統(tǒng)
本廢水處理裝置采用NB2系列可編程序控制器（PLC）控制,。設(shè)備的運行完全通過PLC進行全自動控制（可切換成手動控制模式），可完成水泵,、風(fēng)機等設(shè)備的啟閉和自動切換,，并備有過壓、缺相,、短流等保護和報警功能,。
3.6 主要技術(shù)經(jīng)濟指標
本工程總投資金額為352萬元，其中土建費用為96萬元,，設(shè)備費用為183.83萬元,，設(shè)計、安裝調(diào)試等其它費用為72.12萬元,，主要技術(shù)經(jīng)濟指標匯總于表3,。
表3 主要技術(shù)經(jīng)濟指標
表3 主要技術(shù)經(jīng)濟指標 |
4 運行結(jié)果、工程特點與存在問題
4.1 運行結(jié)果
該廢水處理站經(jīng)過近1年的試運行,，于2000年9月12日至13日由環(huán)保監(jiān)測部門進行了連續(xù)采樣監(jiān)測,，廢水采樣點為調(diào)節(jié)池、物化沉淀池和PW-W膜生物反應(yīng)器出水口,，每天采樣5次,，監(jiān)測結(jié)果列于表4中。
表4 制藥發(fā)酵廢水驗收監(jiān)測結(jié)果 mg·L-1
表4 制藥發(fā)酵廢水驗收監(jiān)測結(jié)果 mg·L-1 |
由表4結(jié)果可見,，各項指標達到了國標一級排放標準,。
4.2 工程特點
從系統(tǒng)運行近1a的情況表明，本工程有以下特點：
?、倌ど锓磻?yīng)器是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型水處理反應(yīng)器,，由于膜的過濾作用，生物被完全截留在生物反應(yīng)器中,，實現(xiàn)了水力停留時間與泥齡的徹底分離,，消除了傳統(tǒng)活性污泥工藝中的污泥膨脹問題。由于膜能將生物污泥完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),，所以其污泥濃度可以高出傳統(tǒng)活性污泥法的 10倍以上,，且能使SRT無限延長，這樣便可不排泥或少排泥,，減少污泥的處理和處置費用,。
?、诒竟こ桃惑w式膜生物反應(yīng)器采用交叉流過濾法，在PW膜分離單元的下部裝有曝氣器,，鼓出的空氣一方面分解水中的有機物,，另外氣泡帶有的液體與膜表面產(chǎn)生平行流動，使得混合液中的活性污泥或懸濁物不會粘附在膜表面,。而且在工程中采用的PW膜的內(nèi)外表面非常光滑,，污泥不易粘附，從近1a的運行情況來看,，未出現(xiàn)過膜堵塞現(xiàn)象,。另外，本工程膜生物反應(yīng)器采用的是外進內(nèi)出式膜（即內(nèi)部吸引）,，操作壓力僅為：0.15～0.20kg/cm2左右,，與傳統(tǒng)的內(nèi)進外出式膜（即內(nèi)部加壓）處理單元相比，能耗大大降低,。
4.3 存在問題
?、賹Ρ竟こ桃惑w式膜生物反應(yīng)器調(diào)試過程中考察了不同SRT和HRT對污染去除效果得出的初步結(jié)果表明，一體式膜生物反應(yīng)器在不同SRT和HRT下均能表現(xiàn)出良好的污染物去除效果和運行穩(wěn)定性,。但隨著SRT的延長,，生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度不斷增加，到一定程度則會由于營養(yǎng)的極度貧乏導(dǎo)致微生物大量死亡,，產(chǎn)生大量不可生物降解的細菌殘留物質(zhì),。同時隨著污泥濃度的增加，微生物的內(nèi)源呼吸加劇,，又會產(chǎn)生大量的溶解性微生物代謝產(chǎn)物,，使上清液中的COD上升，出水 COD出現(xiàn)波動,。由此可見,，在制藥發(fā)酵處理中，污泥負荷,、體積負荷不再是制約處理效果的重要指標,，可將HRT、SRT作為膜生物反應(yīng)器工藝生物反應(yīng)器單元的設(shè)計依據(jù),，因為這樣不僅能確保工藝操作的長期穩(wěn)定性,，而且能簡化設(shè)計過程。
?、谠谥扑幇l(fā)酵廢水處理中,，膜生物反應(yīng)器前處理工藝及膜的性質(zhì)和工藝條件是造成膜污染的主要原因。雖然,，本工程中采用了日本生產(chǎn)的UFM424外進內(nèi)出式PW膜片,，在膜生物反應(yīng)器中又采用交叉流過流法,，大大延長了膜的使用壽命，但隨著時間的推延,，由于操作和管理上的原因會引起膜污染問題,，膜的分離功能被破壞，勢必依靠更換膜組件來恢復(fù)反應(yīng)器的運行,，將會增加維修保養(yǎng)費用及運行周期的中斷。
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