introductory

南京某生物制藥公司生產(chǎn)腫瘤、自身免疫疾病、眼底視網(wǎng)膜病變等領(lǐng)域單克隆抗體藥物。該公司排放的廢水主要來源于生產(chǎn)車間前期培養(yǎng)基的殘留廢液以及抗體純化階段的層析、細(xì)胞過濾、超濾濃縮等工序產(chǎn)生的廢液，具有水量波動大、成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高等特點(diǎn)[1]。該工程設(shè)計處理水量150m3/d，設(shè)計進(jìn)水pH為5～6，COD<8 g/L，NH3-N、TP、SS的質(zhì)量濃度分別<120、<20、<200 mg/L。處理后出水進(jìn)行回用，主要用于企業(yè)的公共設(shè)施清潔衛(wèi)生、廁所沖洗、廠區(qū)道路灰塵抑制、掃除及廠區(qū)綠化用水等。

1廢水處理工藝

1.1工藝流程針對該企業(yè)的廢水特點(diǎn)，結(jié)合太湖地區(qū)N、P零排放的要求，車間生產(chǎn)廢水采用“厭氧+A/O+砂濾+炭濾+超濾+反滲透+三效蒸發(fā)”組合工藝處理，出水滿足GB/T 18920－2002城市雜用水水質(zhì)要求，濃縮液和干污泥委外處理[2-5]。具體的工藝流程如圖1所示。

1.2工藝說明

1）污水處理系統(tǒng)。車間生產(chǎn)廢水通過管道流入集水井中，經(jīng)細(xì)格柵去除細(xì)小顆粒及懸浮物后，泵入調(diào)節(jié)池，池內(nèi)設(shè)有穿孔曝氣系統(tǒng)，進(jìn)行攪拌以均勻水質(zhì)水量，出水經(jīng)泵提升進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池，在池內(nèi)投加NaOH調(diào)節(jié)pH，調(diào)節(jié)pH后的廢水依次自流入?yún)捬醭睾虯/O池，通過微生物降解有機(jī)物，凈化廢水。A/O池出水經(jīng)豎流式沉淀池固液分離后，上清液進(jìn)入中間水池儲存，通過提升泵將水提升，依次經(jīng)過砂濾器、炭濾器、超濾和反滲透深度處理后，反滲透淡水自流入回用水池。濃水經(jīng)三效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，蒸汽冷凝水流入回用水池，蒸發(fā)濃縮后的濃縮液自流入濃縮液收集池，進(jìn)行外運(yùn)處理。

2）污泥處理系統(tǒng)。污泥處理系統(tǒng)主要包括污泥濃縮池和廂式壓濾機(jī)。豎流式沉淀池所產(chǎn)生的剩余污泥首先經(jīng)過管道混合器，通過投加PAM可以加快污泥聚合，易形成大顆粒物，從而加快污泥沉降，縮短濃縮時間，混合后的污泥排入污泥濃縮池進(jìn)行重力濃縮，濃縮后的污泥再通過氣動隔膜泵抽吸到廂式壓濾機(jī)中進(jìn)行壓濾，進(jìn)一步降低污泥的含水率，減小污泥體積。廂式壓濾機(jī)出來的泥餅外運(yùn)進(jìn)行填埋或焚燒處理，污泥濃縮池的上清液和廂式壓濾機(jī)產(chǎn)生的壓濾液回流到調(diào)節(jié)池再進(jìn)行處理。

2主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

2.1預(yù)處理段

1）格柵集水井。格柵集水井的尺寸為3.8 m×2.1 m×6.1 m，有效容積45 m3，HRT為7.2 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)+FRP防腐。配有潛水泵2臺（1用1備），體積流量qV=25 m3/h，揚(yáng)程H=10 m，配套電機(jī)功率P=1.5 kW；人工格柵，柵條間隙5 mm；浮球液位計4只。

2）調(diào)節(jié)池。由于該生物制藥車間是分批培養(yǎng)生產(chǎn)，污水間歇排放，其排放的含氮磷廢水水力負(fù)荷隨時間有很大變化，而且來水有機(jī)物含量高、變化大。為了保證后續(xù)生化處理的穩(wěn)定運(yùn)行，需要在處理系統(tǒng)前端設(shè)置調(diào)節(jié)池以調(diào)節(jié)水質(zhì)水量。最終通過流量計調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)池出水體積流量穩(wěn)定在150 m3/d。調(diào)節(jié)池的尺寸為8.2m×6.8 m×6.1 m，有效容積300 m3，HRT為48 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)+FRP防腐。配有潛水泵2臺(1用1備)，qV=10 m3/h，H=10 m，P=0.75 kW；浮球液位計4只；電磁流量計1臺；空氣攪拌系統(tǒng)1套。

3）pH調(diào)節(jié)池。廢水呈弱酸性，在進(jìn)入后續(xù)生化處理單元之前，通過pH計調(diào)節(jié)控制廢水的pH在7左右。pH調(diào)節(jié)池的尺寸為3.0 m×2.1 m×2.5 m，HRT為2 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)+FRP防腐。配有空氣攪拌系統(tǒng)1套；pH計1套；綜合房內(nèi)設(shè)加藥系統(tǒng)，酸、堿儲槽2座，加藥泵4臺（2用2備），qV=120 L/h，P=0.25 kW。

2.2生化處理段

1）厭氧池。由于廢水中含有大量的大分子有機(jī)物和不溶性有機(jī)物，難以直接通過好氧生物降解去除，故需預(yù)先設(shè)置厭氧池，利用厭氧微生物的新陳代謝作用，將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，大部分不溶性有機(jī)物也被降解為溶解性有機(jī)物，去除大部分的COD[6]。厭氧池的尺寸為9.3m×6.9 m×6.1 m，有效容積362 m3，HRT=58 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。配有潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺，P=1.5 kW；池內(nèi)填充彈性填料178 m3，規(guī)格150，單層填料高度3 m，共設(shè)1層。

2）A/O反 應(yīng) 池。在DO的 質(zhì) 量 濃 度 低 于0.5mg/L的缺氧條件下，廢水中殘留的部分大分子有機(jī)物在微生物水解酶的作用下降解成小分子物質(zhì)，提高了可生化性，同時利用反硝化細(xì)菌在缺氧條件下生存和增殖，達(dá)到脫氮效果。經(jīng)過缺氧處理后的廢水進(jìn)入好氧池，進(jìn)行充氧曝氣，各種微生物在DO的質(zhì)量濃度為2～4 mg/L的好氧條件下充分利用廢水中的有機(jī)物質(zhì)，通過自身的新陳代謝作用，將污水中大量有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，同時將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的形式。在缺氧池和好氧池中均勻分散掛有脫氮填料，有利于提高脫氮效果。好氧池內(nèi)設(shè)硝化液內(nèi)回流系統(tǒng)，綜合工藝的去除率和經(jīng)濟(jì)性，確定A/O的最佳硝化液回流體積比為225%。

缺氧池的尺寸為6.2 m×3.4 m×6.1 m，有效容積112 m3，HRT為18 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。池內(nèi)填充SJ-II型脫氮填料53 m3，配有潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺，P=0.85 kW。好氧池的尺寸為8.1 m×5.3 m×6.1 m，有效容積240 m3，HRT=38 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。配有混合液回流泵2臺（1用1備），qV=25 m3/h，H=10 m，P=1.5kW；電磁流量計1臺；SJ-III型脫氮填料117 m3；池內(nèi)安裝可變微孔球冠狀曝氣盤232套；鼓風(fēng)機(jī)2臺（1用1備），風(fēng)量10.64 m3/min，P=18.5 kW，出 口壓力60 kPa。3）豎流沉淀池、中間水池。經(jīng)過A/O池處理后的廢水自流入豎流沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液流入中間水池儲存，部分污泥回流至好氧池，剩余污泥排入污泥濃縮池進(jìn)行重力濃縮。豎流沉淀池A的尺寸為3.4 m×3.2 m×6.1 m，表面水力負(fù)荷為0.7 m3/(m2·h)，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。配有污泥回流泵2臺（1用1備）；浮球液位計4只。中間水池的尺寸為2.7 m×2.7 m×6.1 m，有效容積40 m3，HRT為6.5 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。配有提升泵2臺（1用1備），qV=15 m3/h，H=40 m，P=5.5 kW；浮球液位計4只；電磁流量計1臺。

2.3深度處理段

1）砂濾器、炭濾器、超濾系統(tǒng)。砂濾器可以過濾去除廢水中直徑較小的顆粒物，炭濾器可以過濾和吸附直徑較小的懸浮物和有機(jī)物，經(jīng)過砂濾、炭濾后的出水再通入超濾系統(tǒng)，進(jìn)一步去除廢水中殘留的大分子物質(zhì)和細(xì)小膠體，保護(hù)反滲透系統(tǒng)免受污堵，保證后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。砂濾器的尺寸為750 mm×1 850 mm（3套），并聯(lián)運(yùn)行，過濾速度5 m/h，濾層高度1.5 m。投放0.21～0.42 mm和2.00～4.75 mm的石英砂濾料。炭濾器的尺寸為750 mm×1 850 mm（3套），并聯(lián)運(yùn)行，過濾速度5 m/h，濾層高度1.5 m，濾料為顆粒活性炭。由于生產(chǎn)廢水進(jìn)水相對變化較大，而內(nèi)壓型的中空超濾膜需要嚴(yán)格的進(jìn)水條件，因此系統(tǒng)選用外壓式中空纖維超濾膜。系統(tǒng)設(shè)3套UF裝置，并聯(lián)運(yùn)行，單套設(shè)備處理水體積流量2.1 m3/h，采用PVDF中空纖維外壓式膜組件，數(shù)量2支。配有精密過濾器1臺，精度為100μm；PE藥箱1個，型號MC120L；加藥泵2臺（1用1備），qV=4.5 L/h，P=0.25 kW；PE超濾產(chǎn)水箱，型號PT-2000L；UF機(jī)架1套。反洗水箱與過濾水箱共用。反洗水泵2臺（1用1備），qV=3m3/h，H=30 m，P=0.75 kW；清洗水箱與反滲透共用；清洗水泵與反滲透共用。

2）反滲透系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)由精密過濾器、膜過濾部分和系統(tǒng)清洗部分組成。超濾系統(tǒng)出水經(jīng)過泵提升進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，在壓力驅(qū)動下，廢水通過具有高度選擇性的反滲透膜，脫除廢水中的無機(jī)鹽和有機(jī)物。系統(tǒng)設(shè)反滲透裝置3套，單套設(shè)備處理水體積流量2.1 m3/h，選用BW30-4040反滲透膜，數(shù)量9支。配有供給泵2臺（1用1備），qV=3 m3/h，H=30 m，P=0.75 kW；精密過濾器1臺，精度為5μm；PE藥箱1個，型號MC120L；加藥泵2臺（1用1備），qV=4.5L/h，P=0.25 kW；高壓泵2臺（1用1備），qV=3 m3/h，H=130 m，P=2.2 kW；電導(dǎo)率儀表1套；RO機(jī)架1套；清洗水泵1臺，qV=3 m3/h，H=30 m，P=0.75 kW；清洗水箱1套，型號PT-1000L。

3）三效蒸發(fā)器。三效蒸發(fā)器主要由相互串聯(lián)的三組蒸發(fā)器、冷凝器、鹽分離器和輔助設(shè)備等組成。反滲透的濃水進(jìn)入三效蒸發(fā)器，經(jīng)過三效蒸發(fā)冷凝的濃縮結(jié)晶過程，分離為冷凝液和濃縮晶漿廢液，冷凝液排放到回用水池，結(jié)晶鹽和有機(jī)物濃縮廢液自流入蒸發(fā)濃縮液收集池，作為危廢委外處理。設(shè)3套三效蒸發(fā)器，并聯(lián)運(yùn)行，單套設(shè)備水分蒸發(fā)量qV=700 kg/h；工作蒸汽壓力P=0.1～0.2 MPa，工作蒸汽耗量280 kg/h；循環(huán)冷卻水耗量qV=20 t/h。機(jī)組外型尺寸為3.5 m×2.5 m×4.5 m，設(shè)備材質(zhì)316 L；機(jī)組總功率P=10 kW。

4）濃縮液收集池、回用水池。濃縮液收集池的尺寸為3.8 m×2.3 m×6.1 m，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。配有提升泵1臺，qV=10 m3/h，H=10 m，P=0.75 kW；浮球液位計4只。回用水池的尺寸為6.2 m×3.0 m×3.0m，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。

5） 污泥濃縮池。污泥濃縮池的尺寸為3.8 m×2.8 m×6.1 m，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。配有隔膜泵2臺（1用1備），qV=340 L/min；管道混合器1套；浮球液位計4只；液壓廂式壓濾機(jī)1臺，過濾面積F=40 m2，濾室容積V=608 L，P=2.2 kW；空壓機(jī)1臺，工作壓力P=0.8 MPa，氣體體積流量1 360 L/min。綜合房內(nèi)設(shè)聚丙烯酰胺（PAM）加藥系統(tǒng)，PAM溶藥槽1座，PE材質(zhì)，攪拌機(jī)1臺，P=0.4 kW；PAM加藥泵2臺（1用1備），qV=120 L/h，P=0.25 kW。

6）綜合房。3間，每間尺寸為8 m×6.5 m×5 m。分別用于膜處理及電控柜，三效蒸發(fā)器，污泥處理、加藥、風(fēng)機(jī)房等。3處理效果及運(yùn)行成本該工程自調(diào)試運(yùn)行以來，設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)正常，出水穩(wěn)定，各項指標(biāo)平均如表1所示，滿足GB/T 18920－2002的要求。工藝運(yùn)行成本包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、蒸氣費(fèi)、人工費(fèi)。按工程處理水量150 m3/d計算。

1）電費(fèi)：總裝機(jī)功率108.3 kW，設(shè)備運(yùn)行功率82.7 kW，每天耗電量約為1 588 kW·h，電價按0.86元/(kW·h)計，計9.10元/m3。

2）藥劑費(fèi)：投加的藥劑主要是NaOH、H2SO4、PAM、阻垢劑，折合0.51元/ m3。

3）蒸汽費(fèi)：每噸水蒸汽用量0.35～0.40 m3，每噸蒸汽價格246元，水量為45～50 t（具體根據(jù)膜的濃水產(chǎn)量而定），則每天的蒸汽費(fèi)用約為3 875～4 920元，折合25.83～32.80元/ m3。

4）人工費(fèi)：該廢水處理站操作工7人，月薪按2500元/人計，折合3.89元/ m3。綜合運(yùn)行成本為39.33～46.3元/m3。

4 Conclusion

采用“厭氧+A/O+砂濾+炭濾+超濾+反滲透+三效蒸發(fā)”組合工藝深度處理后，出水COD小于50 mg/L，SS的質(zhì)量濃度小于5 mg/L，出水達(dá)到GB/T 18920－2002要求，可以滿足廠區(qū)沖廁、綠化及清洗地面的水質(zhì)要求。此工藝針對生物制藥廢水具有良好的處理效果，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該工程廢水處理量為150 m3/d，不考慮設(shè)備折舊的情況下，系統(tǒng)日常運(yùn)行成本為39.33～46.3元/m3。對生物制藥廢水進(jìn)行處理回用，既減少了廢水排放量，又節(jié)約了水資源，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

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