合成制藥類(lèi)廢水處理解決方案

朱 駿

(上海泓濟(jì)環(huán)保科技股份有限公司, 上海 200433)

1 制藥廢水概述

我國(guó)制藥行業(yè)正高速發(fā)展，但目前制藥行業(yè)廢水的處理量才不到整個(gè)制藥行業(yè)廢水排放量的30%，大量得不到處理或未完全處理的制藥廢水被排放到自然水體中，對(duì)自然環(huán)境造成了極大的破壞。我國(guó)制藥廢水具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、生物毒性較大等特點(diǎn)[1]。由于制作工藝的不同，制藥廢水的種類(lèi)也大有不同，其中化學(xué)合成類(lèi)制藥廢水因污染物種類(lèi)多、水量變化大、可生化性較差而備受關(guān)注，這類(lèi)廢水中含有大量有機(jī)溶劑和雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)，有較大生物毒性，會(huì)抑制微生物生長(zhǎng)，所以傳統(tǒng)的物化處理和生化處理工藝[2]往往很難對(duì)這類(lèi)廢水做到有效處理，需要根據(jù)不同廢水的水質(zhì)差異，采用物化和生化組合工藝方法[3]。

泓濟(jì)公司結(jié)合近年來(lái)在合成制藥類(lèi)廢水的工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了獨(dú)有的“預(yù)處理+生化處理+深度處理”的工藝，其中預(yù)處理包括氣浮、混凝沉淀、微電解工藝；生化處理工藝包括厭氧+好氧工藝，其中好氧工藝采用了泓濟(jì)專(zhuān)利HBF工藝；深度處理工藝為混凝沉淀+過(guò)濾的方法。下文詳細(xì)介紹此工藝。

2 合成制藥類(lèi)廢水處理工藝介紹

2.1 預(yù)處理工藝

由于合成制藥類(lèi)廢水中含有大量的鹽分、雜環(huán)類(lèi)長(zhǎng)分子鏈的大分子有機(jī)物、有毒有機(jī)化合物，難以生物降解，因此需要增加預(yù)處理工藝將大分子物質(zhì)的化學(xué)鍵打斷，分解為小分子有機(jī)物，或降低毒性，提高可生化性，同時(shí)去除一部分污染物質(zhì)，再進(jìn)入生化系統(tǒng)，這樣可有效提高生化處理系統(tǒng)的處理效率。泓濟(jì)公司研發(fā)的針對(duì)合成制藥類(lèi)廢水的預(yù)處理工藝主要包括氣浮、混凝沉淀、微電解工藝。

2.1.1 氣浮法

將高度分散的微小氣泡作為載體，黏附于廢水中的污染物質(zhì)上，使其浮力大于重力和上浮阻力，從而使污染物上浮至水面，形成泡沫，再用刮渣設(shè)備刮除泡沫，從而實(shí)現(xiàn)固液或液液分離。氣浮法與混凝沉淀法的工藝原理類(lèi)似，可以去除污水中非溶解態(tài)的懸浮顆粒物、膠體物質(zhì)，可有效控制降低出水SS和COD，但是對(duì)污水中一些溶解性污染物沒(méi)有去除能力，因此可作為合成制藥類(lèi)廢水的預(yù)處理工藝。

2.1.2 微電解法

利用鐵-碳顆粒之間的電位差形成無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)微原電池(以電位低的鐵作陰極，電位高的碳作陽(yáng)極)，在含有酸性電解質(zhì)的水溶液中產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。鐵離子與氫氧根作用形成了具有混凝作用的Fe(OH)2，可與污染物中帶微弱負(fù)電荷的微粒異性相吸，形成穩(wěn)定的絮凝物(也稱(chēng)鐵泥)，從而被去除。為了增加電位差，促進(jìn)鐵離子的釋放，可以在鐵-碳床中加入一定比例的銅粉或鉛粉。由于微電解法能將污水中被還原的大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，合成制藥類(lèi)廢水中常含有大量的長(zhǎng)分子鏈或雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)，因此利用微電解法作為預(yù)處理工藝，可提高污水的可生化性。

2.2 生化處理工藝

生化處理工藝因?yàn)槠湓O(shè)施簡(jiǎn)單、能耗低、效率高的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各類(lèi)污水處理工程中。合成類(lèi)制藥廢水因其COD、氨氮、TN、TP濃度均很高，用常規(guī)物化方法會(huì)產(chǎn)生較高運(yùn)行費(fèi)用，且處理產(chǎn)物反應(yīng)不徹底可能會(huì)造成二次污染。因此，采用生化方法處理，既能大幅降低運(yùn)行和投資費(fèi)用，又不會(huì)產(chǎn)生二次污染。但是，由于合成制藥類(lèi)廢水的低B/C比和生物毒性等特征，生化處理必須與其他物化工藝組合使用，方可達(dá)到理想的處理效果。

2.2.1 厭氧生化工藝

厭氧處理工藝已廣泛應(yīng)用于制藥廢水的處理中，對(duì)高鹽分、高COD的廢水有較好處理效果。此外，厭氧消化還具有很多其他優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需攪拌和供氧，動(dòng)力消耗少；能產(chǎn)生大量含甲烷的沼氣，是很好的能源物質(zhì)，可用于發(fā)電和家庭燃?xì)猓豢筛邼舛冗M(jìn)水，保持高污泥濃度。但是厭氧生化工藝的初次啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)溫度要求較高，對(duì)毒物影響較敏感，系統(tǒng)一經(jīng)破壞恢復(fù)期較長(zhǎng)，因此，需要將混凝沉淀、氣浮、微電解、高級(jí)氧化作為厭氧生化處理的預(yù)處理工藝，組合起來(lái)使用。

2.2.2 好氧生化工藝

好氧生物工藝是目前較成熟且應(yīng)用范圍較為廣泛的生物處理工藝，利用好氧微生物或兼氧微生物，在有氧條件下降解水中有機(jī)物或其他污染物質(zhì)，從而達(dá)到穩(wěn)定化、無(wú)害化的目的。目前，好氧生化工藝已廣泛應(yīng)用于制藥廢水的處理中。應(yīng)用較廣泛的好氧生化工藝是活性污泥法工藝，但該工藝容易發(fā)生污泥膨脹、氧利用率低、污泥產(chǎn)量大、處理負(fù)荷較低等問(wèn)題。為解決這一系列問(wèn)題，泓濟(jì)公司研發(fā)了一種新型高效處理工藝包——HBF工藝(Honess hybrid biological & fixed film technology)。

HBF工藝是在AO活性污泥法基礎(chǔ)上，結(jié)合生物膜法的優(yōu)勢(shì)，以生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、靜態(tài)固液分離原理及合理的水力條件為基礎(chǔ)而開(kāi)發(fā)的一種具有系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活和可靠性好等優(yōu)良特點(diǎn)的廢水處理新工藝。結(jié)合新型酶浮填料的再分離優(yōu)勢(shì)，將原有占地較大的連續(xù)流二沉池優(yōu)化為交替出水序批斜板沉淀池，通過(guò)出水前的靜置沉淀及斜板過(guò)濾，提升出水水質(zhì)并節(jié)省占地，尤其適用于占地面積小、處理要求高的廢水處理工程。目前，HBF工藝已經(jīng)應(yīng)用在化工廢水的處理中，并達(dá)到了令人滿(mǎn)意的效果，可有效去除水中的COD、氨氮、TN、TP等污染物質(zhì)。在合成制藥類(lèi)廢水的處理中，出水水質(zhì)也能達(dá)到預(yù)期的效果。

2.3 深度處理工藝

合成制藥類(lèi)廢水經(jīng)過(guò)生化處理后，雖然已經(jīng)去除了絕大部分的污染物質(zhì)，但仍然可能有一部分污染物質(zhì)未被完全處理。為保證污水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，需要在生化處理后增加深度處理工藝，以保證污水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。目前在合成制藥類(lèi)廢水中最常用的深度處理工藝為“混凝沉淀+過(guò)濾”或者高級(jí)氧化法，進(jìn)一步去除水中的COD和SS等污染物。

2.3.1 混凝沉淀+過(guò)濾

混凝沉淀法在污水處理中十分常見(jiàn)，這種工藝對(duì)各類(lèi)污染物都有一定的去除效果。混凝沉淀法適用于進(jìn)水SS較高且沉淀性能較好的污水，可以去除廢水中不溶于水的懸浮顆粒膠體物質(zhì)以及一些有機(jī)溶劑，可作為污水預(yù)處理或者深度處理工藝。

2.3.2 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化工藝是一系列氧化工藝的總稱(chēng)，包括臭氧氧化、芬頓氧化、光催化等工藝。理論上講，臭氧可以使生化反應(yīng)難以降解的有機(jī)物被氧化，使其中環(huán)狀分子的部分環(huán)或長(zhǎng)鏈分子的部分發(fā)生斷裂，從而提高廢水的可生化性[4]。但是在實(shí)際應(yīng)用中，臭氧氧化工藝投資高、能耗大、處理成本高，在單獨(dú)使用臭氧時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物很難控制。因此，通常在臭氧反應(yīng)時(shí)加入催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)，或者將臭氧技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用[5]。芬頓氧化工藝具有反應(yīng)物易取得、操作過(guò)程簡(jiǎn)單、能耗低、投資小且對(duì)后續(xù)處理工藝無(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸應(yīng)用在各類(lèi)污水處理工程中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景[6]。芬頓試劑在適宜的條件下處理制藥廢水，COD去除率可達(dá)70%以上。總體而言，高級(jí)氧化工藝在合成制藥類(lèi)廢水的處理工藝中，可作為深度處理工藝穩(wěn)定發(fā)揮其作用，改善廢水出水水質(zhì)。

3 工程案例

以上海金山某藥業(yè)公司的合成制藥類(lèi)廢水處理為例，該廢水水量為800 m3/d，進(jìn)水水質(zhì)情況如表1所示，其中含稀釋水的CODCr≤7 375 mg/L。

表1 進(jìn)水水質(zhì)Tab.1 Influent Water Quality

泓濟(jì)公司結(jié)合實(shí)際制藥廢水的相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合自身的專(zhuān)利工藝包，利用“微電解+氣浮”作為預(yù)處理工藝；將“高負(fù)荷好氧+厭氧+低負(fù)荷好氧”并結(jié)合HBF專(zhuān)利工藝包，作為主體生化工藝處理技具體工藝；將“混凝沉淀+砂濾”作為最終的深度處理工藝，確保污水最終穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的處理工藝手段。本次工程因?yàn)槌鏊|(zhì)要求，目前出水已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此未采用高級(jí)氧化工藝。具體流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Diagram of Process Flow

經(jīng)運(yùn)行一年后，目前實(shí)際出水水質(zhì)為：CODCr≤300 mg/L，SS≤100 mg/L，NH3-N≤30 mg/L，TN≤50 mg/L，已達(dá)到當(dāng)?shù)丶{管排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)驗(yàn)證，該工藝可以有效處理合成制藥類(lèi)廢水，各類(lèi)主要污染物可得到有效去除。

4 結(jié)論

綜上所述，從合成制藥類(lèi)廢水的處理技術(shù)研究得出，該類(lèi)廢水的污染物特征為：濃度高、可生化性差、鹽分高、成分復(fù)雜且含有毒害物質(zhì)，如用單一的處理技術(shù)處理有一定的局限性。泓濟(jì)公司研發(fā)的“預(yù)處理(微電解+氣浮)+HBF生化工藝+深度處理(混凝沉淀+過(guò)濾)”工藝方法，針對(duì)合成制藥廢水的特殊水質(zhì)特點(diǎn)，首先利用預(yù)處理提高廢水的可生化性，降低有毒物質(zhì)的毒性，再利用泓濟(jì)專(zhuān)利工藝(HBF)去除廢水中的COD、氨氮、TN、TP等污染物質(zhì)，最后利用深度處理工藝進(jìn)一步處理污水，出水最終穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。這為醫(yī)藥行業(yè)廢水的處理提供了一種全新的思路和解決方案。