[摘要]湖南某中药厂污水处理站建设规模为250m3/d，设计出水水质达《中药类制药工业水污染物排放标准》(GB21906-2008)中新建企业水污染物排放限值。根据该中药厂废水的水质水量情况，结合污水设施建设可用地面积少，及该废水冲击负荷大的特点，采用“气浮—外循环UASB—生物接触氧化—混凝工艺”处理该废水。创新性的采用污水外循环来增强UASB反应器性能。经过调试运行，出水CODCr、BOD5、NH4+-N、SS和TP稳定达标排放。外循环UASB的运用有效提高了CODCr和BOD5的去除效率，提高了整套工艺耐冲击负荷能力，减少了污水处理设施用地面积，降低了一次性建设成本和运行成本。本实例详细介绍了外循环UASB及其他污水处理设备型号及装置安装方法，对可为同类型废水处理工程提供参考。
[关键词]中药废水；外循环；UASB；生物接触氧化
湖南湘潭某中药厂主要通过醇提取、高温水提取等方式，从甘草、黄芪、柴胡等植物中提取有效成分来生产成品中药。由于中药的生产独特性，该中药废水存在高温、高SS、高CODCr的特点，整体而言，其可生化性较好[1]。该废水中的木质素、色素、酚类和生物碱等物质难以被有效生化处理[2]。近年来，铁碳电解[3]、Fenton氧化[4]等工艺也运用于中药废水处理，但此类工艺操作复杂，运行成本高。而且中药生产车间生产不同中药产生的废水负荷波动大，醇提取产生的废水CODCr可达水提取的几倍[5]。因此，尝试建立一套具有普遍适用性的中药废水处理工艺，意义重大。此外，随着我国对中药重视程度的增加，中药生产规模的扩大在未来会形成趋势，随之污水产生量也会剧增。如何高效的处理中医药废水，是亟需解决的难题。
1工艺设计
1.1废水水质及排放标准。该废水组由中药生产废水、厂区食堂废水和员工生活污水组成，较为复杂，处理难度偏大。废水主体为车间原料洗泡、制药产生，其余为生活区的食堂和员工宿舍生活产生。生产车间产生的废水量为210m3/d，厂区总废水排放量为250m3/d左右；要求出水达到《中药类制药工业水污染物排放标准》(GB21906-2008)中新建企业水污染物排放限值。废水水质及出水标准见表1。
1.2废水处理工艺流程。首先，食堂废水与车间生产废水汇合后进入气浮池，去除大部分动植物油和浮渣，再进入调节池，最后进入厌氧系统。办公区和厂区宿舍生活污水经过化粪池简单处理后，与厌氧出水汇合，进入好氧生化处理。根据监测数据显示(见表3)，醇提取废水混合餐厨废水的CODCr比水提取废水高了近一倍。因此，工艺设计时要求污水处理工序具备抗冲击负荷高的能力。对厌氧工序进行优化设计，稳定厌氧出水水质，是处理该废水的关键。本工艺采用UASB反应器用作厌氧工序，其内部装有三相分离器，能够有效分离污泥、废水和沼气，运用广泛[6-7]。由于该中药厂位于工业园区，污水处理用地面积紧张，综合考虑污水处理装置成本的同时，要求减少占地面积。因此，本工程中采用将污水外部循环输回的方式来增强UASB反应器性能，其装置设计见图2。由图2可知，外循环UASB反应器是通过将处理后的厌氧出水，通过装配在反应器外的回流泵输送至进水管路实现的。传统的UASB工艺，是通过污泥产气上浮后，将污泥带至上层，实现泥水混合，在反应器体积有限的情况下，水力停留时间短，达不到污染去除的效果；而污水外循环实际上是增大了进水流速，间接增加了UASB池内泥水的上升流速，使泥水更加充分接触，增强反应效率，缩短水力停留时间，将污染物去除至目标程度。该做法的优点如下：(1)底部布水器出水能获得更大的上升流速，污泥能与废水混合更加充分，提高污染物去除效率；(2)醇提取废水产生时开启外循环，能有效降低并稳定厌氧出水负荷；(3)冬春季节室外温度低，可以通过开启外循环提高水提取混合废水的处理率，从而适度降低反应器温度，可以降低热能费用。废水经外循环UASB处理后，再进入后续处理。考虑到用地面积少，直接将生活废水接入生物接触氧化池中，可以减少调节池与厌氧池的体积。为确保出水稳定达标排放，采用混凝工艺深度处理好氧出水。工艺设计流程图见图1。
2主要构筑物和工艺参数
构筑物尺寸及各段工序HRT见表2。
2.1调节池。调节池内设置两台提升泵(一备一用，型号：WQD15-15-1.5)，并在提升管路上安装流量计，便于检测进水流量。安装浮球液位计一套(型号：HYDF-T)，搅拌机一套(定制)，加药装置两套，在线pH监控仪一套，在线温度检测仪一套。
2.2外循环UASB。外循环UASB池体底部安装布水器，用U型钢筋固定在池底。布水器采用穿孔管，孔直径为10mm。进水流量为15m3/h，上升流速仅为0.18m/h，特采用外置回流泵(型号：40BZ-20-1.5)将反应器上清液输回，流量为55m3/h，补充布水上升流速，最高上升流速为0.69m/h，保证进菌种与废水中营养物质充分接触；在池体上部安装三相分离器(5.0m×2.0×1.6m)，实现固液气三相分离，在排水的同时收集沼气，极大减少菌种流失。UASB中厌氧消化程度越彻底，污水中的有机氮转换成氨氮和无机氮量也就越多，会导致后续生化处理C/N失衡，最终导致出水氨氮难达标，因此控制MLSS为3.5~4.0g/L。沼气排出后经脱硫装置(φ0.6m×1.8m)处理后进入水封罐储存。UASB池有效容积为550m3，有效水深为6.8m(池深7.5m，安全高度0.5m，三相分离器气室高0.2m)。
2.3生物接触氧化池。池底曝气管路用U型钢筋固定，并用砖块垫高20cm。此做法可以有效保留生物量，同时防止管路上浮。采用罗茨鼓风机供氧(型号：SWR80-4.0-5.5，数量：2台)，曝气头选用橡胶微孔曝气盘(φ260mm)。池中填料架高2m，距离池底1.5m，采用φ12mm螺纹钢自制，要求间隔不小于15cm，不大于20cm。保证菌种在组合填料上挂膜完成后，过水不堵塞。采用多毛型片状组合填料，主要材料为涤纶材质纤维束和PE片，纤维束在水中呈发散纤维状，能够让微生物有效附着，填料柱成型后，其内部形成缺氧区，脱氮效果好。
2.4回流沉淀池。回流沉淀池中安装定制不锈钢溢流堰与竖流桶，要求竖流桶底部喇叭口与水平呈45°，距倒梯形池底2m。池底装备潜水污泥泵2台(一备一用)，用于污泥回流和排泥。
2.5混凝沉淀池。混凝沉淀池由两座加药池和一座沉淀池组成，加药池均安装搅拌机，转速分别为110r/min和50r/min。此部分主要针对好氧出水TP不能稳定达标，且色度高的情况。通过投加PAC(浓度10%)与PAM(浓度1‰，阳离子，分子量1200万)，有效去除SS和TP。并辅助添加一定浓度石灰水上清液，增强混凝效果。沉淀池中设备及安装同上。
3工艺调试和运行结果
3.1生化处理。由于车间废水与食堂废水混合进入生化，综合考虑车间生产和食堂营业时间，以及除渣除油的目的，气浮池间断运行，总时长为6h。废水在进入生化系统前，由于废水中乙醇极易酸化，需要调节进水pH。通过加药泵往调节池中添加石灰水上清液，由在线pH监控系统实时反馈信息，控制pH=6.8~7.2并保持稳定。此外，车间废水具有较高温度(一般≥40℃)，菌种来自于城市污水厂，大多数菌群不耐高温，高温废水长期直接接触菌种会加速污泥老化，因此水温要求降至35℃左右后，再进入UASB反应器。由于UASB池体为钢混结构，冬春季节池内水温低，池体内通入蒸汽加热管道，蒸汽可利用生产车间余热和沼气回收烧锅炉产生，由在线温控系统反馈水温。进水泵要求24小时开启，要求DO≤0.2mg/L。冬春季节处理水提取混合废水时，未开启外循环，要求UASB内水温不低于32℃，开启外循环后，要求UASB内水温不低于28℃，外循环的运用可节约将废水从28℃升温至32℃所需的能耗。处理水提取混合废水时，每隔2h运行2h，回流比为150%；处理醇提取混合废水时，要求外循环24h开启，回流比为260%。UASB中接种厌氧活性污泥约40吨，由于菌种源于生活污水处理厂，需要梯度增加进水负荷对污泥进行驯化后，污泥负荷才能有效提高。调试过程中，保持进水处理稳定后，逐步提高CODCr负荷。初始进水CODCr为2g/L左右，每2d提高一次负荷，每次约增加20%。在提升负荷及运行过程中，注重pH的稳定，及时补碱控制pH在6.8~7.2之间，防止废水酸化给菌种造成不可逆的负面影响。由于生物接触氧化池进水是通过UASB反应器溢流实现，因此两个系统同时调试。生物接触氧化池(两级)要保证SV30在30%~40%之间，MLSS在3.0~3.5g/L之间。SV30低于30%，微生物量不足会导致氨氮去除不达标，要加大回流比不低于250%，回流污泥至池1；SV30高于40%，大量污泥沉积在回流沉淀池中，时间久了会发生腐化导致污泥产气上浮，导致出水水质恶化，要增大回流沉淀池排泥量。本工艺对磷的去除，也是通过回流沉淀池排泥实现。排泥条件：回流沉淀池DO＞0.8mg/L，大量磷吸附在菌胶团中，此时排除剩余污泥实现除磷目的；DO<0.5mg/L，磷从菌胶团中释放出来，泥水回流。为保证出水CODCr和氨氮的去除率，要求池1DO≥1.3mg/L，池2DO≥2.0mg/L。同样逐步增加负荷，保证出水稳定。
3.2混凝调试配置浓度10%的PAC溶液和1‰的阴离子PAM溶液。好氧出水pH值在6.5~7.3间，配合添加石灰水上清液，能够提升混凝效果，更好的去除SS和TP并脱色。控制进水流量，通过加药泵调节加药量，保证在快混池出现小絮状矾花，慢混池出现较大的絮体(φ3~5mm)，可观察到絮体并能够很好的沉降。
3.3运行效果。该污水经过两个月的调试，外循环UASB反应器运行稳定，废水经生物接触氧化池和混凝处理，出水稳定达到设计标准排放。各工艺段水质监测指标见表3。
4经济效益
该污水处站运行成本核算如下：用电量为476.4度/d，每度电按0.8元/度计，电费为380.96元/d；PAC和阴离子PAM使用量分别为80Kg/d(折合144元/d)和2Kg/d(折合64元)，两项共计208元/d。由于该方案处理工艺自动化程度较高，雇佣污水处理工2人，人员费3000元/人·月，共计6000元/月。综合计算得运行费用为3.15元/吨。
5结论
湖南某中药厂采用气浮调节池-外循环UASB-生物接触氧化池-混凝沉淀工艺对中药废水进行处理。创新性的采用外循环来增强UASB性能，极大的增强了整套工艺的抗冲击负荷能力，使出水效果稳定，出水水质达到设计标准排放。该工艺自动化程度高，操作简单，占地面积少，有效节约了建设成本，运行费用低，具有一定应用参考价值。
作者:刘付真 杨玉梅 范鹏飞 周真 单位:核工业二三0研究所岳阳市水务集团有限公司
