摘要：某制药集团主要生产医药原料、精细化学品和医药中间体，为提高现状污水处理站出水水质，采用“催化氧化 + 絮凝沉淀 + 曝气生物炭滤池”工艺对其进行提标改造。改造后，出水 COD 稳定低于 200 mg/L，利于后续园区污水处理厂进行处理。经核算，提标改造后，总运行成本为 1.81 元 /m3污水。
关键词：制药废水；工艺提标改造；催化氧化
某制药集团是国内大型医药原料、精细化学品和医药中间体的生产基地，其排放的污水经企业污水处理站处理后排入污水管网，最终排入园区污水处理厂进行处理。为提高污水处理站出水水质，特对污水处理站进行提标改造。
1 设计规模及进、出水水质
1.1 设计水量
污水处理站日处理水量为 3 000 m3/d，平均流量为 125 m3/h。
1.2 设计进水水质
设计进水为污水处理站现状二沉池出水，设计进水水质指标为：化学需氧量（COD）≤ 1 200 mg/L；氨氮≤ 50 mg/L；p H 介于 6.0 ～ 9.0，其余污染物指标均满足《污水综合排放标准》（GB 8978 － 1996）三级标准及《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962—2015）表 1 中的 B 标准。设计出水水质指标要求为：COD ≤ 200 mg/L，氨氮≤ 20 mg/L，p H 介于 6.0 ～ 9.0。
2 设计工艺流程及说明
2.1 工艺流程
因污水可生化性非常差，一般的生化处理对其基本没有效果，试验采用“催化氧化 + 絮凝沉淀 + 曝气生物炭滤池”工艺，可将污水处理站出水 COD 降低至 200 mg/L 以内，处理效果稳定可靠[1-2]。结合本工程前期中试数据和本工程实际处理水量、水质等要求，确定本工程的处理工艺流程，如图 1 所示。提标改造工程污泥排至污水处理厂现状污泥处理设施，不再另行处理。
2.2 工艺流程说明
2.2.1 催化氧化工艺
对于高浓度工业废水，由于有机物含量高、成分复杂、可生化性差，采用一般的生化工艺很难进行有效处理，而高级氧化可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时在抗生素等化学物质的处理方面有很大的优势[3-5]。高级氧化技术的特点是通过反应产生羟基自由基（•OH），该自由基具有极强的氧化性，自由基反应能够将有机污染物有效地分解，甚至彻底地转化为无害无机物，如二氧化碳和水等。高级氧化一般分均相催化氧化和非均相催化氧化两种，本次催化氧化反应器设计采用非均相催化氧化工艺。进水和各氧化药剂充分混合，然后进入反应器，在催化剂作用下氧化水中各种有机污染物。该工艺催化剂附着于填料表面，可以大大减少催化剂的流失，提高氧化药剂使用效率，节省药剂使用量，并减少污泥的产生，具有处理效率高、运行稳定、对进水水质适应性强、运行成本低、投资低、操作管理简单、运行成熟可靠等优点。
2.2.2 絮凝沉淀工艺
絮凝工艺的原理是：在混凝剂的作用下，废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离和除去。混凝澄清法在水处理中的应用非常广泛，它既可以降低原水的浊度、色度等水质感观指标，又可以去除多种有毒有害污染物。因为机械絮凝池絮凝效果好，水头损失小，可适应水质、水量的变化，适用于污水的深度处理，本工程选用机械絮凝工艺。在沉淀工艺中，用于深度处理的沉淀池主要有平流沉淀池和斜管沉淀池，如表 1 所示。斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池，其在平流沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行板或平行管道（有时可利用蜂窝填料）分割出一系列浅沉淀层，被处理的沉泥在各浅沉淀层中相互运动并分离。两块平行斜板构成的空间（或平行管内）相当于一个很浅的沉淀池。经比较，结合实际运行情况，平流沉淀池沉淀效果好，但是配水不易均匀，且占地面积相对斜管沉淀池大，基建投资大；斜管沉淀池具有去除率高、停留时间短、结构紧凑、占地面积小的优点，基建投资小，更适用于本工程。因此，本工程选用斜管沉淀池。
2.2.3 曝气生物炭滤池工艺
曝气生物炭滤池工艺利用活性炭的巨大比表面积、发达孔隙结构以及优良吸附性能，以活性炭作为载体构建生物膜，从而形成生物活性炭，以对污染物进行降解。生物活性炭技术在国内外水处理领域得到了广泛应用，并取得了较好成果。这一技术在国内的研究多集中于微污染源水中有机物的充分去除、印染废水与石油化工废水等有毒或难降解有机废水的深度处理等领域。
3 设计方案
3.1 工艺设计计算
3.1.1 预沉池
利用现状 4 台尺寸为 Φ4.5 m×5.0 m 的碳钢防腐罐体进行改造，设计表面负荷为 1.97 m3/（m2•h），新增中心导流筒 4 套，新增斜板 80 m2。
3.1.2 混合反应器
利用现状 3 台尺寸为 Φ4.5 m×5.0 m 的碳钢防腐罐体进行改造，其中 1 台作为调酸池，2 台作为反应池，设计停留时间位 1 h。新增设备有曝气搅拌设施，服务面积为 32 m2，另外，新增亚铁盐投加装置 2 套、浓硫酸计量泵 3 台（2 用 1 备）、亚铁盐计量泵 3 台（2用 1 备）、双氧水计量泵 3 台（2 用 1 备）。
3.1.3 中间沉淀池
新建中间沉淀池 1 座，材质为耐酸碳钢防腐，尺 寸 为 12.0 m×5.0 m×4.9 m， 设 计 表 面 负 荷 为 2.27 m3/（m2•h）。主要配套设备堰板和斜板填料。
3.1.4 集水池
利用原有卧式玻璃钢罐改造成集水池 1 座，容积为 25 m3，主要配套设备为提升水泵 3 台（2 用 1 备），采用耐酸蚀泵。
3.1.5 催化氧化反应器
新增 316L 不锈钢催化氧化反应器 2 座，尺寸为Ф3.2 m×10.0 m，内设固体催化剂。
3.1.6 絮凝沉淀池
对原有 2 座絮凝沉淀池进行改造，原有池体加高1 m，尺寸为 15 m×4.0 m×5.6 m。设计表面负荷为 1.30 m3/（m2•h）。主要配套设备有斜板填料、堰板、提升水泵、絮凝加药设备、加药泵、碱罐、计量泵等。
3.1.7 曝气生物炭滤池
利用现状 4 套曝气生物炭滤池进行改造，尺寸为 Ф4.5 m×7.0 m，主要新增设备为反冲洗水泵，新增材料为活性炭。
3.1.8 加药间
利用路北空地，与现有加碱设备并排布置。浓硫酸加药泵单独设彩钢板方于现状碳钢罐东侧，其余布置于西侧，加彩钢板房保护。
3.2 电气及自控仪表设计
提标改造工程低压电源进线引自现状污水处理站变配电室备用回路，现有变压器满足新增负荷的要求，根据艺流程布局，拟设马达控制中心一个，位于电控室内（MCC），供电范围为本次工程涉及的各个单体。本次工程设备总装机功率约为 82 k W，运行功率为 69 k W。自控系统设计采用分散控制、集中管理的原则，用于减轻工程操作管理人员的劳动强度，同时通过自控系统节能降耗，具体实现控制方式如下：集水池及絮凝沉淀池提升泵采用液位控制；氧化剂按流量配比或酸碱度投加；絮凝池絮凝剂按絮凝沉淀池进水流量配比投加；曝气生物炭滤池液位与反冲洗过程联动，并设置溢流告警；清水池设置液位在线监测。主要配套设备方面，进水设 COD 在线分析测定仪1 套、电磁流量计 1 套、PLC（可编程逻辑控制器）控制站 1 套，氧化剂投加点设 p H/ 温度在线分析测定仪 3套，滤池设一体化超声波液位计 4 套和压力变送器 2 套。
4 工程投资及运行费用
经估算，工程总投资约为 606.09 万元，其中建筑工程投资为 54.91 万元，设备购置投资为 458.48 万元，设备安装费用为 52.70 万元，其他费用为 40 万元。运行成本主要包括人工费、综合药剂费和电费。其间可充分利用现有操作人员，按增加 3 个操作人员考虑，则预计的吨水运行成本如下：综合药剂费用为1.6 元 /m3污水，电费为 0.10 元 /m3污水，人工费为 0.11 元 /m3污水，总成本为 1.81 元 /m3污水。
5 结论
制药废水具有组分复杂、难降解、COD 含量高、可生化性差等特点。为提高污水处理站出水水质，特对污水处理站进行提标改造。设计进水为污水处理站现状二沉池出水，采用“催化氧化 + 絮凝沉淀 + 曝气生物炭滤池”的主体工艺。提标改造后，出水 COD可稳定小于 200 mg/L，总运行成本为 1.81 元 /m3污水。
作者：张玉生 单位：程磊
