制药废水处理工程设计

环境工程设计

设计名称：制药废水处理工程设计学院：

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学号：

SBR法处理制药废水

摘要:对采用SBR法处理制药废水的调试运行作了详细说明。工程实践表明，该工艺对处理制药废水是切实可行的，出水水质可达到国家污水综合排放标准一级标准，剩余污泥也得到有效处理处置。该工艺结构简单，操作简便，占地面积小，运行效果稳定，具有推广应用价值。

关键词:SBR；制药废水处理

概述：随着我国制药产业的发展，对于制药废水的处理越来越受到重视。制药行业产生的废水含有大量有毒有机物，如侧链脂、石油醚、丙酮、甲醇、乙醇、二氯甲烷、甲苯和各类酸、碱物质，还带有头孢类抗生素残留物。此类废水成分复杂，有机物含量高，分子量大，水中的有毒物质和抗生素对生化处理的菌种有很强的抑制作用，是目前最难处理的废水之一。

一、设计规模与进出水质

污水处理规模：Q=6000m3/d

该污水处理厂处理标准应达到《废水综合排放标准》GB8978－1996一级排放标准，具体要求、进水水质及处理程度见表1。

表1 进出水水质及主要污染物

二、废水处理工艺分析

目前制药工业废水常用的处理方法大多为：物化法、化学法、生化法、其他

组合工艺等。物化法主要有混凝沉淀法、气浮法、吸附法、电解法和膜分离法；化学法主要有催化铁内电解法、臭氧氧化法和Fenton 试剂法；生化法主要有序批式活性污泥法（SBR 法）、普通活性污泥法、生物接触氧化法、上流式厌氧污泥床（UASB）法；其他组合工艺主要有电解＋水解酸化＋CASS 工艺、微电解＋厌氧水解酸化＋序批式活性污泥法（SBR）、UASB＋兼氧＋接触氧化＋气浮工艺等。

该工厂的生产废水按水质指标来看，其BOD/COD比值较低，在采用生化处理方法的时候需要对水质的可生化性进行改善，而且考虑到原始进水浓度较高，单一采用生物处理方法不能达到排放标准，所以需要采用物化和生物相结合的方法。首先用物化法先降低水中的SS及COD，再进入水解酸化池降低部分COD、色度，同时使废水的可生化性改善提高，然后进入主要的生化处理工序。由于该水质废染物浓度较高，采用单一的好氧工艺难以达到处理要求，拟采用厌氧和好氧相结合的组合工艺。

经分析比较，SBR法工艺方案具有特别显著的特点：首先由于采用间歇运行，运行周期每一阶段有适应基质特征的优势菌群存在；污泥不断内循环，排泥量少，生物固体平均停留时间长；沉淀和排水时水流处于静止状态，故处理效果优于一般活性污泥法。其次由于进水、曝气、沉淀、排水等工序在一个池内进行，省去了沉淀池和污泥回流设施，故而其工程和占地面积，均小于一般活性污泥法。SBR 法方案在达到与传统活性污泥法同样的去除BOD效果时，还能有更充分的硝化和一定的反硝化效果。

因此，本工程以SBR法废水处理厂工艺方案作为方案。

三、SBR工艺详解

SBR是序批式间歇活性污泥法（SeguencingBatch Reactor）的简称。SBR

是一种间歇运行的废水处理工艺，在一池中划分为进水、反应、沉淀、排水、闲置，在一座池子中用时间控制各期功能。由于废水来源是连续式，SBR需建几座平行池子组成一个处理单元轮换运转，保持进出水的连续性。

SBR比较适合中小规模废水厂，尤其适合小水量的废水处理。近年来SBR发展很快，并演变多种工艺，如循环式活性污泥法（CAST）、MSBR法、DAT-IAT法等。它是近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种污水生物处理新技术泪前已有一些生产性装置在运行之中。

1、SBR处理工艺基本流程

SBR艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。SBR艺的一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括如下5个阶段：①进水期；②反应期；③沉淀期；④排水排泥期；⑤闲置期。SBR的运行工况以间歇操作为特征。其中自进水、反应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为一个运行周期。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握。

工艺流程图：

废水处理工艺流程说明：

首先生产废水通过格栅，格栅能隔去水中含有的大颗粒固体物质，然后进入调节池匀质匀量。由厂方提供的数据可以看出其废水中BOD/COD比值较低，证明该废水比较难以进行生化处理。在池中水解产酸菌的作用下，废水中的大分子复

杂有机物、不溶性有机物会被分解为小分子、溶解性的有机物，然后渗透到细胞体内分解产生挥发性有机酸、醇类物质，不仅可以去除部分COD，另外还可去除水中的部分色度，经过厌氧消化后的废水同时还提高了可生化性，有利于废水进入下一阶段进行处理。废水从水解酸化池出来后经由泵打入SBR处理系统。在SBR系统中在好氧微生物的作用下废水所含各类有机物能有效得到去除，同时色度也大大降低。废水从SBR系统出来后先在消毒池中进行消毒，然后由水泵抽入砂滤池中进行再度过滤掉悬浮杂质，而SBR系统中的污泥在自然重力的作用下沉于池底，通过污泥管排入污泥浓缩池。

池中上层清水则通过溢流槽最终出水外排。由废水处理系统中各部分产生的污泥在污泥浓缩池中积累到一定程度的时候由污泥泵抽出送至板框压滤机压成干泥饼状态，可外运填埋或听从环保部门建议另行处理，由板框压滤机压滤出来的水则回流到调节池进入下一循环处理。

四、工艺计算

1. 废水处理系统

1.1格栅

a、设计说明

在废水进入主要处理设施之前由隔栅井中的隔栅过滤一次可以去除掉水中的大颗粒杂质或块状物体，以免在后续处理过程中出现堵塞现象。

设计流量：平均日流量Qd=6000m3/d=250m3/h=0.0694m3/s

最大日流量Qmax=Kz·Qd=1.3×6000m3/d=7800m3/d=325m3/h=0.09m3/s

b、格栅计算

设计参数：栅条间隙b=20.0mm，栅前水深h=0.3m，过栅流速v=0.6m/s，

安装倾角δ=60о。

①、栅条数（n ）为n=bhv

Q αsin max =

=?????603002060sin 09.0ο

24(条) ②、栅槽有效宽度（B ）

设计采用10φ圆钢为栅条，即S=0.01m 。

B=S （n-1）+bn =0.01×(24-1)+0.02×24=0.71m=710mm ③、水渠道渐宽部分长度（L 1）

取进水渠宽B 1=0.3m ，渐宽部分展开角α1=200

L 1=

112αtg B B -＝0

20

23

.071.0tg -=0.56 m ④、槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（L 2）

L 2=

21L =2

3.0=0.28 m ⑤、水头损失（h 1）

因栅条为矩形截面，取k=3, β形状系数，栅条断面形状为锐边矩形，则

β取2.42

h 1=3

4

b ?

?

? ???S βk g v ??αsin 22＝3

4

02.001.042.2??

? ???360sin 81

.926.002

???=0.046m ⑥、栅后渠总高度（H ）

取栅前渠道超高h 2=0.3m

栅前渠高：H1=h+h2=0.3+0.3=0.6m

栅后渠高：H=h+h 1+h 2=0.3+0.046+0.3=0.646m ⑦、栅槽总长度（L ）

L=L 1+L 2+0.5+1.0+

αtg H 1

60

6.00.15.028.056.0tg ++++=m

7.2= ⑧、每日栅渣量（W ）

对栅条间隙b=20.0mm 的中格栅，单位体积废水拦截W 1=0.07m 3/103m 3。 每

日栅渣量为W=10001

max ?z K W Q =?=8

.107.0623.0 m 3

/d

此栅渣量在0.2～0.3m 3/d ，故采用人工清渣的方式。 c 、格栅的确定

通过计算，可知栅槽有效宽度B 为0.7m,栅后槽总高度H 为0.65m,栅槽总长度L 为2.7m 。 1.2 调节池 a 、设计说明

由于该厂生产过程中产生的废水为间歇式排放，其水质水量都不是绝的，会随着时间的推移有所变化。如废水的酸碱度，由更换生产原料引起的水质变化以及流量的变化等，所以需要设置调节池用来均衡水质水量，以免对后续的处理工序产生较大的冲击负荷。 b 、调节池计算

设计参数：调节池调节能力按一天4h 计,进水采用双层环状穿孔管布水。

①、调节池设计尺寸计算

调节池容纳水量Q=Q

max

·T=325×4=1300m3

取水深h

1为5m,则调节池表面积S=260

5

1300

1

=

=

h

Q

m2

取长、宽分别为20m、13m，超高0.5m，

则调节池的尺寸为20m×13m×5.5 m。

②、调节池附属设备

调节池附属设备为污水提升泵，污水提升泵为常开，有效提升水量为325m3/h。在实际选择泵时，考虑到理论流量与实际流量有一定的差距，污水提升泵流量定为330m3/h, 规格型号为IS150-125-400B（扬程50m,功率45KW）,数量为2台(一用一备)。

1.3 水解酸化池

a、设计说明

由于废水在该池内有较长的停留时间，在池中水解产酸菌的作用下，废水中的大分子复杂有机物、不溶性有机物会被分解为小分子、溶解性的有机物，然后渗透到细胞体内分解产生挥发性有机酸、醇类物质，不仅可以去除部分COD，另外还可去除水中的部分色度，经过厌氧消化后的废水同时还提高了可生化性，有利于废水进入下一阶段进行处理。

b、水解酸化池计算

设计参数：停留时间取8h,第一格池底布置有微孔曝气头，必要时可以进行曝气搅拌。

①、有效池容和尺寸的计算

V 0=Q max ×T=325×8=2600m 3

取池宽L=20m,有效水深h=5m,则池长

B m Lh V 265

2026000=?==

②、水解酸化池尺寸的确定

通过计算，水解酸化池有效尺寸为26×20×5 m,考虑超高0.5 m,池体实际尺寸定为26×20×5.5 m 。 ③、填料量的确定

使用半软性填料，填料层高h 定为1.5m ，则V=BLh=780m 3,填料量定为780m 3。 c 、处理效率

从调节池出来的废水COD 为450mg/L,BOD 为350mg/L ；在水解酸化池中废水处理的效率在5～10%以上，按8%计，则出水COD=450×92%=414mg/L ；BOD=350×92%=322mg/L 。 1.4 SBR 生化池 a 、设计说明

SBR 生化池进水COD 为414mg/L 、BOD 为322mg/L,设计处理流量Q=6000m 3/d 。

BOD-污泥负荷L s =0.3kgBOD/kgMLSS·d； 反应池数N=2； 反应池水深H=5m ； 排出比1/m=1/3；

活性污泥界面以上最小水深为ε=0.5m； MLSS 浓度为C A =2000mg/L 。

b 、反应池运行周期各工序时间计算 ①、 曝气时间

2000

33.0322

2424???=???=

A s s A C m L C T =4.3h

②、 沉降时间

设温度范围在10℃-20℃，则

初期沉降速度 7

.14max 104.7-???=A

C t V

水温10℃时 h m V /8.1200010104.77.14max =???=- 水温20℃时 h m V /6.3200020104.77.14max =???=- 因此，必要的沉降时间为 水温10℃时 h V m H T s 2.18.15

.0)3/1(5)/1(max =+?=+?=

ε

水温20℃时 h V m H T s 6.06

.35

.0)3/1(5)/1(max =+?=+?=

ε

③、 排出时间

沉淀时间在0.6-1.2h 之间变化，排出时间取2h 左右，总的沉淀时间取3h 。

④、 一个周期所需要的时间

h T T T T D s A c 6.733.4=+=++≥

所以周期次数 3.15=24/7.7=n 故n 以3计，则每一个周期为8h 。 ⑤、 进水时间

h N T T C F 42/8/=== c 、反应池容积计算 ①、反应池有效容量

3300060002

33

m Q N n m V s =??=??=

②、进水流量变动的计算

根据进水时间和进水流量变化模式，一个周期的最大进水量变化变化比为r=1.5。超过一周期污水进水量△Q 与V 比值为 0.17=1)/3-(1.5=/m )1-r (=Q/V △

如其他反应池尚未接纳容量，考虑流量之变动，各反应池的修正容量为

3351017.013000)/1(m V Q V V =+?=+='）（△

反应池水深5m ，超高0.5m ，则反应池表面积（m 2）为702=3510/5 一般L ：B=1:1～2:1,取L=30m ，B=23.4m 。 则单个SBR 生化池尺寸定为30×23.4×5.5 m 。 d 、需氧量计算 ①、需氧量

需氧量Q a 为有机物(BOD)氧化需氧量O 1、微生物自身氧化需氧量O 2、保持好氧池一定的溶解氧O 3所需氧量之和。即321a O +O +O =O 。

有机氧化需氧量 )S -aQ(S =O e 0 1

a ——去除每1kgBOD 的需氧量，kgO 2/kgBOD,a=0.45； S 0、S e ——进水BOD 与出水BOD ，kg/m 3； Q ——进水量，m 3/d 。

微生物自身氧化需氧量 bXV =O 2

b ——微生物自身氧化系数，kgO2/kgMLSS,b=0.12； X ——MLSS 浓度，kg/m 3； V ——好氧池有效容积，m 3。

维持好氧池一定溶解氧的需氧量 -3310*dQ =O

d ——好氧池末端溶解氧浓度，d=1.5mg/L ； 所以 815.4kg/d =)0.02-0.322(×6000×0.45= O 1 kg/d 720=3000×2×0.12=O 2 9kg/d =10 6000×1.5=O -33?

反应池总需氧量 kg/d 1544.4=9+720+815.4=O +O +O =O 321a 。曝气时间

为4.3h,每小时需氧量359kg/h =1544.4/4.3=′

O a 。 ②、曝气装置

供氧能力 设混合液DO 为1.5mg/L,池内水深5m 。 水中溶解氧饱和度分别为C s(20)=9.17mg/L,C s(30)=7.63mg/L 。 曝气装置采用盘式膜片微孔曝气器。

微孔曝气头安装在距池底0.3m 处，淹没深度为4.7m,则微孔曝气器出口处的绝对压力（P b ）为：

pa 10×1.47=10×4.7×9.8+101.013=P 535b ?

微孔曝气头氧转移效率E A =20%,则空气离开曝气时氧的百分比为：

%5.17%100)

2.01(2179)

2.01(21%100)1(2179)1(21O t =?-?+-=?-+-=

E E

曝气池中的平均溶解氧饱和度（按最不利温度条件考虑）为： )/(6.8)425

.17066.247.1(7.63)4210

066.2(

C C 5

s(30)sm(30)L mg Q P t b =+?=+?= 温度为20℃时，曝气池中的溶解氧饱和度为：

)/(34.10)425.17066.247.1(9.17)4210

066.2(

C C 5

s(20)sm(20)L mg Q P t b =+?=+?= 温度为20℃时，脱氧清水的充氧量为：

)

20()30()

20(10024.1][-?-=

T L sm sm C C C R R βρα

α——氧转移折算系数，一般α =0.8～0.85,取0.85；

β——氧溶解折算系数，一般β=0.9～0.97，取0.97；

ρ——密度，kg/L ，为1kg/L;

C L ——废水中实际溶解氧浓度，mg/L ； R t ——需氧量，kg/h ，为22.5kg/h 。

)/(5.503024.1]5.16.80.197.0[85.034

.10359)

2030(0h kg R =?-????=

-

鼓风能力 取氧利用率E A 为20%。根据供氧能力，求得曝气空气量为： )/(2.6505)/(7.83912

.03.05

.5033.030h m h kg E R G A s ==?==

（空气密度为1.29kg/m 3)

布气系统计算 反应池平面面积为30m*24m,共设1500个曝气器，则每个曝气器的曝气量及服务面积：

/h)4.34(m =06505.2/150=/1500G 3s ， 2148.01500/2430m A =?=

设空气干管流速v 1为15m/s,支管流速v 2为10m/s,小支管流速v 3为5m/s,则 空气干管直径)(392.015

36002

.650543600s 41m G D =??==

ππν干管,选用DN400mm 钢管；

设支管数量为4，则空气支管直径

)(24.010

360042.5056436004s 41m G D =???=?=

ππν支管，选用DN250mm 钢管；

安装曝气器的小支管数量为30,则小支管管径：

)(124.05

3600302

.50564360030s 41m G D =???=?=

ππν小支管，选用DN130mm 钢管。

e 、上清液排出装置

污水进水量Q=6000 m 3/d,池数N=2，周期数=3,排出时间T D =2h,则每池的排出负荷为： min)./(34.860

1

2326000Q 3D m NnT Q D s =???==

每池设一套滗水器，其负荷Q=Q D =8.34 m 3/min=500m 3/h 。

滗水器的排出能力在最大流量比r=1.5时能够排出，所以排出能力为：

/h)(m 750=/m in)(m 12.5=1.58.34=′Q 33?

选用推杆旋转式滗水器HPS-400，处理能力0～400t/h 。

SBR 曝气池个数N=2，曝气周期数n=3，有效水深H=5m,滗水高度：

m NnV HQ h 7.13000

326000

5=???==

f 、污泥产量计算

选取a=0.6,b=0.075,则 ΔX=aQS r -bVX v

=0.6×6000×(322-20)/103-0.075×6000×(0.75×2000)/103=412kgMLVSS/d 因为含水量达到99%，大于95%，则ρs=1000kg/ m 3，

污泥产量为/d m 41.2=])0.99-(1412/[1000=)P -1(/ρ′

ΔX =Q 3s s ?。 1.5 消毒—砂滤池设计

消毒采用氯片消毒器配置溶液通过在消毒池中与排水的均匀混合到达出水消毒的目的。氯消毒接触时间30min ，消毒池容积Q=Q max ·T=325×0.5=162.5

m 3

，有效水深取3m ，则长为9m ，宽为6m ，取超高0.5m ，则消毒池尺寸为

9×6×3.5m 。另外在消毒池上设有增氧机，必要时可以提高出水中的溶解氧含量，进一步提高处理水质。

砂滤池采用普通快滤池结构，以Φ1～20mm 的瓷球为滤料，设计滤速12.4m/h ，反冲采用SBR 池排水反冲，反冲时间5min ，尺寸也为9×6×3.5m 。 2. 污泥处理系统计算 2.1 污泥浓缩池设计说明

由各道废水处理工序中产生的污泥汇总流入污泥浓缩池进行浓缩脱水后送至板框压滤机将污泥压缩成干泥饼状后进行填埋或其他处理。 2.2 产泥量

根据前面计算知，有以下构筑物排泥。

SBR 反应池产泥量：41.2T/d 含水率：P=99%

则废水处理系统每日总排泥量为V=41.2T/d 2.3 集泥井

集泥井底部与SBR 生化池连通，SBR 池中的多余污泥通过SBR 池底的排空阀直接排放到集泥井中，逐渐累积后利用污泥泵抽至污泥浓缩池。SBR 池为间歇性排泥，每日总排泥量为41.2 m 3，需在1.5h 内抽送完毕，集泥井容积确定为污泥泵流量20min 的体积，即9.2 m 3，为保证排泥正常进行，基泥井容积取12 m 3，其尺寸确定为2×2×3 m 。 2.4 污泥浓缩池

由于污泥中平均含水量都在96%以上，污泥的比重可估约为1，则日产污泥量为V≈41.2m 3/d 左右。用板框压滤机将污泥干化，过滤水回流到初级混凝沉淀池中。则周产污泥量为Q=7×41.2=288.4m 3/d ，取有效高度为4.0m （超高取0.5m ），则污泥浓缩表面积为S=

==4

4.2884Q 72 m 2

，在实际工程中考虑到污泥量有所变化，污泥浓缩池设计为圆形，则实际尺寸定为Ф4.8×4.5 (m)，池体为地下砖混结构。 2.5 污泥脱水间

污泥脱水间尺寸9.2×5.2×5m 3，其中设有PFMA-500型带式压滤机一台，用于抽送浓缩污泥的（GS35-1型螺杆泵一台，用于冲洗压滤机的IS50-32-200A 型清洗水泵一台。 3. 泵及风机房

泵与风机房平面尺寸10×5.2m 2，为双层结构。其中风机房设于泵房下的负一层中，内设有供水解酸化池预曝气的HC-100S 型回转风机（5.11m 3/min ，0.5kg/cm 2，7.5kw ）一台，供SBR 池曝气的SSR125型罗茨鼓风机（9.19m 3/min ，0.59kg/cm 2，15kw ）3台，为滗水器汽缸以及污泥压滤机汽缸提供压缩空气的Z-0.025/7型空气压缩机两台。

五、平面布置及高程设计

1、工艺构筑物及其尺寸

SBR法工艺构筑物一览表

2、各处理单元构筑物的平面布置

处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，在做平面布置时应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定它们在厂区内的平面位置。对此，应考虑：

（1）贯通、连接各处构筑物之间的管、渠，使之便捷、直通，避免迂回曲折。

（2）土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段。

（3）在处理构筑物之间，应保持一定距离，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5~10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、沼气贮罐等，其间距应按有关规定确定。

（4）各处理构筑物在平面上布置，应考虑尽量紧凑。

（5）污泥处理构筑物应考虑尽可能单独布置，以方便管理，应布置在厂区夏季主导风向的下风向。

3、管、渠的平面布置

（1）在各处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。此外，还应设有能够使各处理构筑物能够独立运行的管、渠，当某一处构筑物因故停止工作时，其后接处理构筑物仍能够保持正常的运行。

（2）应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。

（3）在厂区内还应设有空气管路、沼气管路、给水管路及输配电线路。这些管线有的敷设在地下，但大都在地上，对它们的安装既要便于施工和维护管理，又要紧凑，少占用地。

污水处理厂平面布置见附图一

污水处理厂高程布置见附图二