【文章內容簡介】 .................................................................................................................. 42 謝 辭 ....................................................................................................................................................................... 43 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 1 引 言 水是人類的生命之源，它孕育和滋養(yǎng)了地球上的一切生物。與我們人類密切相關的是淡水。但 是，水環(huán)境中的淡水資源卻很少，僅占總量的 %。因此，保護和珍惜水資源，是整個社會的共同職責。在我國，淡水資源人均不超過 2545 立方米，不到世界人均的 1/4，因此我們更應該保護和珍惜水資源。 20 世紀以來，醫(yī)藥工業(yè)的迅速發(fā)展，給人類文明帶來了飛躍 。 與此同時，在其生產過程中所排放出來的廢水對環(huán)境的污染也日益加劇，給人類健康帶來了嚴重的威脅。據(jù)文獻報道，醫(yī)藥廢水成分復雜、濃度和鹽分高、色度和毒性大，往往含有種類繁多的有機污染物質，這些物質中有不少屬于難生化降解的物質，可在相當長的時間內存留于環(huán)境中。采用傳統(tǒng) 的處理工藝很難達標排放。對于這些種類繁多 、 成分復雜的有機廢水的處理，仍然是目前國內外水處理的難點和熱點。 結合某生物制藥廠污水特點，通過調查收集資料和查閱文獻，以 SBR 法處理該制藥廠所排放的污水，處理后可以達標排放，有利于當?shù)厮h(huán)境的良性循環(huán)。 畢業(yè)設計說明書 2 第一章 概 論 設計任務及依據(jù) 設計任務 本設計方案的編制范圍是某生物制藥廠廢水處理工藝，處理能力為 1000 dm3 ,內容包括處理工藝的確定、各構筑物的設計計算、設備選型、平面布置、高 程計算、經濟技術分析。完成 繪制處理工藝流程組圖、各構筑物設計計算圖、處理工藝組合平面布置及高程布置圖 。 設計依據(jù) （ 1） 《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《水污染防治法》 （ 2） 《污水綜合排放標準 GB8978－ 1996》 （ 3） 《給水排水工程結構設計規(guī)范》（ GBJ6984） （ 4） 《畢業(yè)設計任務書》 （ 5） 《畢業(yè)設計大綱》 設計要求 設計原則 （ 1） 必須確保污水廠處理后達到排放要求。 （ 2） 污水處理廠采用的各項設計參數(shù)必須可靠。在設計中一定要遵守現(xiàn)行的設計規(guī)范，保證必 要的安全系數(shù)。對新工藝、新技術、新結構和新材料的采用積極慎重的態(tài)度。 （ 3） 污水處理廠 設計必須符合經濟的要求。 （ 4） 污水廠設計應當力求技術合理。在經濟合理的原則下，必須根據(jù)需要，盡可能采用先進的工藝、機械和自控技術，但要確保安全可靠。 畢業(yè)設計說明書 3 （ 5） 污水廠設計必須注意近遠期的結合，設計時應為今后發(fā)展留有挖潛和擴建的條件。 （ 6） 污水廠設計必須考慮安全運行的條件。 （ 7） 污水廠的設計在經濟條件允許情況下，場內布局、構（建）筑物外觀、環(huán)境及衛(wèi)生等可以適當注意美觀和綠化。 污水處理工程運行 過程中應遵循的原則 在確保污水處理效果同時 ， 還應合理安排水資源的綜合利用，節(jié)約用地，節(jié)約勞動力。 同時 應當 合理設計、合理布局，作到技術可行、 運行可靠、 經濟合理。 畢業(yè)設計說明書 4 第二章 水質分析 水質組成 生物制藥廢水可分為沖洗廢水、提取廢水和其他廢水。其中沖洗廢水和提取廢水含有未被利用的有機組分及染菌體，也含有一定的酸堿有機溶劑，需要處理后排放，而其他廢水主要為冷卻水排放，一般污染物濃度不大，可以回用。 進水水質 某制藥廠用生物法生產慶大 霉素及土霉素，進水水量及水質情況情況： 表 21 進水及水質 出水水質 污水處理廠污水水質排放標準執(zhí)行 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放國家三級標準》 ，具體水質如表 22 所示。 表 22 處理要求 廢水種類 其中含有 慶大霉素及土霉素抗生素，屬于抗生素類廢水。 抗生素廢水的水質特征 ]1[ (1)COD 濃度高，是抗生素廢水污染物的主要來源。 廢水種類 水量（ m3/d） COD(mg/L) BOD(mg/L) SS(mg/L) 慶大霉素 +土霉素 1000 2021 1100 1400 廢水種類 水量 （ m3/d） COD(mg/L) BOD(mg/L) SS(mg/L) 慶大霉素 +土霉素 1000 120 60 50 畢業(yè)設計說明書 5 (2)廢水中 SS 濃度較高。其中主要為發(fā)酵的殘余培養(yǎng)基質和發(fā)酵產生的微生物絲菌體。對厭氧 UASB 工藝處理極為不利。 (3)存在難生物降解物質和有抑菌作用的抗生素等毒性物質。對于有毒性作用的抑制物質，厭氧生物處理比好氧處理具有一定的優(yōu)勢。 (4)硫酸鹽濃度高。一般認為，好氧條件下硫酸鹽的存在對生物處理沒有影響。 (5)水質成分復雜。中間代謝產物和提取分離中殘留的高濃度酸、堿、有機溶劑等化工原料含量高。該類成分易引起 PH 值波動大、色度高和氣味重等不利因素，影響厭氧反應器中甲烷菌正常的活性。 (6)水量較小但間歇排放，沖擊負荷較高，由于抗生素分批發(fā)酵生產，廢水間歇排放，所以其廢水成分和水力負荷隨時間有很大的變化，這種沖擊給生物處理帶來極大的困難。 抗生素廢水的可生化降解性 廢水的可生化降解能力取決于 BOD/COD 的比值， BOD 是指在好氧 條件下，微生物分解有機物質所需要消耗的溶解氧量，而 COD 是指在酸性條件下，用強氧化劑氧化水樣中有機物和無機還原性物質所消耗的氧化劑的量，以氧的毫克每升表示。由于 BOD 采用微生物來降解有機物，而降解率僅為 ～ %，而 COD 采用的是強氧化劑，對大多數(shù)的有機物可以氧化到 85～ 95%，因此以重鉻酸鉀作為強氧化劑來測定 COD 時， BOD/COD 的比值小于 1。根據(jù)資料介紹，當廢水 BOD/COD 時，說明廢水中有機物可生化降解。 （ 但一般說來抗生素廢水的 BOD/COD 大于 ，因此抗生素廢水可生化性比較好 。 ） 但一般來說抗生素廢水的 BOD/COD 約為 ，屬可生物降解廢水 畢業(yè)設計說明書 6 第三章 方案選擇 廢水生物處理 抗生素廢水進水 SS 較高，處理工藝主要工藝主要有好氧處理、厭氧處理及厭氧 好氧組合處理工藝 。 3 .2 好氧生物處理 近年來，廢水 好氧 生物 處理工藝主要有：活性污泥法、 SBR 法及氧化溝法。下面就這幾種工藝加以比較。 活性污泥法 傳統(tǒng)活性污泥法，又稱普通活性污泥法，是早期開始使用并一直沿用至今的運行方式。它是當前國內外大型污水處理廠普遍采用的方法。工藝流程簡圖見圖 31。活性 污泥法自 20 世紀初發(fā)明以來，得到飛速的發(fā)展。除普通活性污泥法以外，近年來國內外應用較多的還有 SBR 法及氧化溝法。 傳統(tǒng)活性污泥法的特點是 ]2[ ： （ 1）曝氣池內污水濃度從池首至池尾是逐漸下降的，由于在曝氣池內存在這種濃度梯度，污水降解反應的推動力較大，效率較高，對污水處理的方式較靈活。 （ 2）對懸浮物和 BOD 的去除率較高。 （ 3）運行較穩(wěn)定。 （ 4）推流式曝氣池沿池長均勻供氧，會出現(xiàn)池首供氧過剩，池尾供氧不足，增加動力費用；且根據(jù)設計要求，對氮的去除率較高，而傳統(tǒng) 活性污泥法達不到要求。 傳統(tǒng)活性污泥法的缺點是廢水需要大量稀釋，運行中泡沫多，易發(fā)生污泥膨脹，剩余污泥量大，去除率不高，常必須采用二級或多級處理。 畢業(yè)設計說明書 7 氧化溝法 氧化溝是一種活性污泥法工藝，但曝氣池呈封閉的溝渠形，污水和活性污泥混合液在其中循環(huán)流動，因此被稱為“氧化溝”，又稱“環(huán)形曝氣池”，它也屬于活性污泥處理工藝的一種變形工藝，一般不需要初沉池，并且通常采用延時曝氣。工藝流程見圖 32。 氧化溝工藝具有以下特點： （ 1）污水進入氧化溝，可以得到快速有效地混合，對水量、水質的沖擊負荷影響?。? （ 2）由于污泥齡較長，污泥趨于好氧穩(wěn)定； （ 3）可以通過改變轉盤、轉刷、轉碟的旋轉方向、轉速、浸水深度和轉盤、轉刷、轉碟的安裝個數(shù)等，以調節(jié)整體的供氧能力和電耗，使池內溶解氧值控制在最佳工況。 但有以下缺點： （ 1） 循環(huán)式，運行工況可以調節(jié)，管理相對復雜； （ 2） 表曝法供氧，設備養(yǎng)管量大； （ 3） 污水停留時間長，泥齡長，電耗相對較高。 SBR 法 序批式活性污泥法（ SBR）是從充排式反應器發(fā)展而來的，其工作過程是：一個周期內把污水加入反應器中，并在反應器充滿水后開始曝氣，污水中的有機物通過生 物降解達到排放要求后停止曝氣，沉淀一定時間將上清液排出，如此反復循環(huán) [3]。SBR法是近年來在國內外被引起廣泛應用重視和日趨增多的一種污水生物處理技術。SBR 處理工藝包括五個處理程序，分別為：進水、反應、沉淀、出水、待機。在該處理工藝中，處理構筑物少，可省去初沉池， 無 (可以去掉 )二沉池和污泥處理系統(tǒng)。與標準活性污泥法相比，基建費用低，主要適用于小型污水處理廠。運行靈活，可同時具有去除 BOD 和脫氮除磷的功能。 SBR 法有以下優(yōu)點。 畢業(yè)設計說明書 8 SBR 系統(tǒng)以一個反應池取代了傳統(tǒng)方法中的調節(jié)池、初次沉淀池、曝氣池及二次沉淀池 ，整體結構緊湊簡單，系統(tǒng)操作簡單且更具有靈活性。投資省，運行費用低，它比傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)省基建投資額 30%左右。 SBR 反應池具有調節(jié)池的作用，可最大限度地承受高峰流量、高峰 BOD 濃度及有毒化學物質對系統(tǒng)的影響。 SBR 在固液分離時水體接近完全靜止狀態(tài)，不會發(fā)生短流現(xiàn)象，同時，在沉淀階段整個 SBR 反應池容積都用于固液分離。 SBR 反應過程基質濃度變化規(guī)律與推流式反應器是一致的，擴散系數(shù)低。 系統(tǒng)通過好氧 /厭氧交替運行，能夠在去除有機物的同時達到較好的脫氮除磷效果。 處理流程短，控制靈活，可根據(jù)進水水質和 出水水質控制指標處理水量，改變運行周期及工藝處理方法，適應性很強。 系統(tǒng)處理構筑物少、布置緊湊、節(jié)省占地。 SBR 的缺點是：對自動控制水平要求較高，人工操作基本上不能實行正常運行，自控系統(tǒng)必須質量好，運行可靠；對操作人員技術水平要求較高；間歇周期運行帶來曝氣、攪拌、排水、排泥等設備利用律較低，增大了設備投資和裝機容量。 由于具有以上優(yōu)點， SBR 近年來在國內外得到了較廣泛的應用。但也有一些不足之處 ， 如在實際工作中，廢水排放規(guī)律和 SBR 間歇進水的要求存在不匹配問題，特別是水量較大時，需多套反應池并聯(lián)運行，增加了 控制系統(tǒng)的復雜性 [4]。工藝流程見圖 33。 三種 好氧 工藝的經濟比較 美國 EPA 在對 SBR 技術評估的基礎上，比較分析了傳統(tǒng)活性污泥法、 SBR 工藝、氧化溝工藝的基建投資和運行費用，見表 31（以相對值表示）。比較結果說明在一定的流量范圍內，當污水處理廠的規(guī)模增加時，單位造價降低。 表 31 基建投資和運行費用 污水處理流程 基建投資 /元 運行費用 /元 3785m3 /d 18925m3 /d 3785m3 /d 18975m3 /d 傳統(tǒng)活性法 100 100 100 100 畢業(yè)設計說明書 9 SBR 氧化溝 78 83 75 81 83 83 93 93 以上兩種規(guī)模的 SBR 污水處理廠的基建投資分別為傳統(tǒng)活性污泥法的基建投資的 78%和 75%。而 SBR 工藝投資與氧化溝是相當?shù)?，略低于氧化溝，其兩者的運行費用是一樣的。當污水處理廠的規(guī)模較小時，與傳統(tǒng)的活性污泥法工藝相比， SBR的運行費用也較省。如處理規(guī)模分別為 3785 m3 /d 和 18925 m3 /d，其年度運行費用約為傳統(tǒng)活性污泥法污水廠的 83%和 93%，可見 SBR 在中、小規(guī)模的處理廠是有優(yōu)越性的，所以本設計采用 SBR 工藝。 工藝流程選擇 由于抗生素廢水 中主要污染物是發(fā)酵母液，其成分主要為 SS 和抗生素類。 （ 1）前處理 目的是使物料的理化性狀適合后續(xù)處理，除調節(jié)、穩(wěn)定水質水量（如COD、 SS、堿度、 pH 值等）還有去除生物抑制性，提高廢水可生化性的作用。主要的前處理方法有：沉淀、絮凝、過濾、水解酸 化等。 生物制藥廢水 含有高 COD、和抗生素類生物抑制劑，設置厭氧池可以大幅度削減 COD、改善廢水可生化性，水解生物抑制劑，從而保障好氧處理的正常運行。目前，國內外高濃度有機廢水的處理方法，基本上以厭氧為主。抗生素廢水厭氧處理中常用的有水解酸化、上流式厭氧污泥床、厭氧流化床、厭氧折流板反應器等。上流式厭氧污泥床、厭氧流化床等一般對高濃度廢水的處理效果很好，且需要保證系統(tǒng)一定的溫度。鑒于本項目進水 COD 濃度不