（環(huán)境工程專業(yè)論文）前置反硝化二段baf法深度處理中藥廢水研究.pdf

摘要 中藥生產(chǎn)廢水中含有大量的有機物、難生物降解物質和氮物質，要使其 達到回用水標準，則需要進行深度處理。對中藥廢水人們常用的處理方法是 生物處理法，但中藥廢水經(jīng)過二級生物處理后，難生物降解物質相對比例提 高，難降解性加大，且n h 4 + - n 濃度相對較高。 對于這種低有機物濃度、高含氮量的二級生物處理出水，本研究采用上 向流與下向流相結合的前置反硝化二段曝氣生物濾池( b a f ) 工藝進行深度 凈化，顯示出較好的處理效果。二段b a f 的上流段內(nèi)設厭氧段，下流段為 好氧段。通過生產(chǎn)性試驗，研究了前置反硝化二段b a f 的啟動規(guī)律，確定 了b a f 的運行控制參數(shù)以及考察了運性條件的變化對b a f 處理效能的影 響。 b a f 啟動階段，以直接的二級生物處理出水作為進水，采用自然接種 連續(xù)培養(yǎng)的掛膜方式。試驗結果表明，前置反硝化二段b a f 最佳氣水比為 3 ：1 ，最佳回流比為2 ：1 ，穩(wěn)定運行時出水c o d 平均值在5 0 m g l 以下， 污染物的平均去除率分別為c o d8 5 5 、n h 4 + n9 5 1 8 、t n8 3 7 3 、s s 7 9 5 7 。前置反硝化二段b a f 工藝具有很強的深度處理功能，可以較好地 去除可生物降解物質。濾池最終出水中c o d 、氮、s s 、p h 等各項指標都符 合回用水要求，經(jīng)適當?shù)南竟に嚭蠹纯苫赜谩?回流比變化引起的水力負荷變化對b a f 處理效能有很大的影響。水力 負荷為4 0 2m 3 ( m 2 h ) 時，是污染物去除的最佳水力負荷。二沉池污泥膨 脹，污泥上浮等異?，F(xiàn)象對二段b a f 運行有一定的沖擊影響。研究表明， 二段b a f 具有一定的抗沖擊負荷能力。當污染物負荷( 以c o d 容積負荷 計) 在3 9 8 1 0 0 5k g ( m 3 d ) 范圍內(nèi)時，各種異?，F(xiàn)象不會影響最終出水 水質。 b a f 進水溫度在1 9 2 5 ，在這一范圍內(nèi)，溫度不是影響污染物去除 率的限制性因素。每日投加約8 0 k g 純堿可以滿足硝化過程對堿度的需求， 同時保證最終出水p h 值在7 2 左右。本試驗中采用氣水聯(lián)合形式進行b a f 反沖洗。試驗中發(fā)現(xiàn)，反沖洗狀況對b a f 的c o d 、s s 去除能力有一定影 響，但是反沖洗過后重新運行很快就可恢復到正常水平。 關鍵詞深度處理； 中藥廢水；前置反硝化；二段b a f a b s t r a c t t h ec o n t e n to fo r g a n i cm a t t e r s ，h a r db i o d e g r a d a b l em a t t e r sa n dn i t r o g e ni n t h ew a s t e w a t e ro fc h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ei sh i 曲s o ，t h ea d v a n c e d t r e a t m e n ti sn e e d e df o rw a t e rr e u s e t h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n ti sa d o p t e df o rt h e c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r ，b u tt h ep r o p o r t i o no fo r g a n i cm a t t e r w h i c hi so fh a r d b i o d e g r a d a t i o ni sl a r g ea n dt h ec o n c e n t r a t i o no fn h 4 + - ni s r e l a t i v e l yh i g h a st ot h i sw a s t e w a t e rt h r o u g hs e c o n d a r yb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，t h et w o s t a g e b a fw i t hp r e - d e n i t r i f l c a t i o ng i v eg o o de f f e c tf o ra d v a n c e dt r e a t m e n t t h et w o s t a g e b a ft a k er u n n i n gm o d et h a tt h eu p f l o ws t a g ei sf o l l o w e d w i t ht h e d o w n f l o ws t a g e ，a n da l la n a e r o b i cs t a g ei ss e ti nt h ef i r s ts t a g e b yt h ef u l ls c a l e s t u d y , w ei n v e s t i g a t et h es t a r t u pr u l e ，c o n f i r mt h er u n n i n gp a r a m e t e r so ft h et w o s t a g eb a fa n di n s p e c tt h ei n f l u e n c eo nt h eb a fb yt h ec h a n g eo fr u n n i n g c o n d i t i o n t h ee f l u e n to ft h es e c o n d a r yb i o l o g i c a lt r e a t m e n ti st a k e ni m m e d i a t e l ya st h e i n f l u e n to ft h eb 皤a n dw ea d o p t e dt h ef i l m h a n g i n gm e t h o dw i t hn a t u r a l l y i n o c u l a t i o na n dc o n t i n u i n gc u l t i v a t i o n t h es t u d yr e s u l ts h o wt h a tt h eo p t i m a l a i r w a t e rr a t i oi s3 ：1 ，t h eo p t i m a lr e f l u xr a t i oi s2 ：1 ，t h ea v e r a g ev a l u eo fc o d i s2 5 5 2 m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f c o di s8 5 5 ，a n dn h 4 + - n 9 5 1 8 ， t n 8 3 7 3 ，s s7 9 5 7 w h e nt h er u ni ss t a b l e t h et w o - s t a g eb a fw i t hp r e d e n i t r i f i c a t i o ns h o ws t r o n gf u n c t i o no fa d v a n c e dt r e a t m e n t ，a n do nt h ew h o l ei t c o u l dr e m o v et h eb i o d e g r a d a b l em a t t e r s t o t a l l y e v e r y i n d e xs u c ha sc o d ， n i t r o g e n ，s s ，p hi nt h ee f l u e n to f t h eb a fm e e tt h es t a n d a r do fr e u s ew a t e r , a n d t h ew a t e rc a nb er e u s e dc o m p l e t e l yb yp r o p e rd i s i n f e c t i o n t h ee f f e c to fb a ft r e a t m e n ti ss t r o n g l yi n f u e n c e db yt h ec h a n g eo fh y d r a u l i c l o a dc a u s e db yt h ec h a n g eo fr e f l u xr a t i o i ti st h eo p t i m u mh y d r a u l i cl o a df o r c o n t a m i n a n tr e m o v ew h e ni ti s4 0 2m ( m 2 h ) t h ea b n o r m a lp h e n o m e n as u c h a ss l u d g eb u l k i n g ，s l u d g er i s i n gi nt h es e c o n ds e d i m e n t a t i o ng i v es o m ei m p a c t i n f l u e n tf o rt h er u n n i n go ft h et w o s t a g eb a f t h es t u d ys h o wt h a tt h et w o s t a g e b a fh a v es o m ec a p a c i t ya n t i - i m p a c t - l o a d a l la b n o r m a lp h e n o m e n aw i l ln o t i n f l u e n c et h ew a t e rq u a l i t yi ne f l u e n tw h e nt h ec o n t a m i n a n tl o a d ( c o d 1 i 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 v o l u m e t r i cl o a d ) r a n g ef r o m3 9 8k g ( m 3 d ) t o l 0 0 5k g ( m 3 d ) t h ew a t e rt e m p e r a t u r eo fi n f l u e n ti si nt h er a n g eo f1 9 2 5 a n dt h u st h e t e m p e r a t u r ei sn o tt h er e s t r i c t i v ef a c t o rf o rc o n t ，a m i n a n tr e m o v a lr a t e a b o u t 8 0 k gn a 2 c 0 3i sa d d e de v e r yd a yi no r d e rt om e e tt h en e e do fn i t r i f i c a t i o nf o r a l k a l i n i t y ，t oe n s u r et h ep ho ff i n a le f l u e n ti sa b o u t7 2 i t i sf o u n dt h a tt h e r ei s s o m ee f f e c to nt h ea b i l i t yo ft h eb a ff o rr e m o v i r i gc o d 、s s h o w e v e rt h ef i l t e r r e c o v e ra tn o r m a ll e v e ls o o na f t e rt h eb a c k w a s h k e y w o r d s a d v a n c e dt r e a t m e n t ；c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r ； p r e p o s i t i v ed e n i t r i f i c a t i o n ；t w o - s t a g eb a f i i i 1 1 研究背景 1 1 1 水資源短缺 第1 章緒論 水是生命活動中重要的物質基礎，水資源是人類文明社會賴以存在的基 本條件。地球上約有1 8 3 6 1 0 ”m 3 的水，其中淡水資源僅有3 5 1 0 1 6 m 3 ， 僅占全球水的總儲量的2 5 3 。在淡水資源中，深層地下水、兩極及高山冰 川、永久積雪和永凍層底冰占淡水總儲量的9 7 0 1 ，而與人類生產(chǎn)生活密 切且較易開發(fā)利用的湖泊、河流、淺層地下水等淡水儲量僅為1 0 4 6 1 0 1 4 m 3 ，只分別占地球水總儲量的0 0 0 9 1 和淡水總量的2 9 9 1 2 j 。近年來， 由于世界人口增長和社會經(jīng)濟發(fā)展，人類的用水量激增，加上浪費和水資源 的污染，使水資源日益短缺。1 9 9 2 年初，有1 5 6 個國家代表參加的“世界水 資源與環(huán)境大會”向人類提出警告：“水資源短缺已成為當今人類面臨的最 嚴峻的挑戰(zhàn)之一”【，】。 我國是一個水資源短缺的國家。首先，我國的水資源并不豐富，是世界 1 3 個貧水國之一，年均降水量只有6 3 0 m m ，低于全球陸地面積年均降水量 ( 8 8 0 m m ) ，雖年均水資源總量為2 8 lx1 0 4 m 3 ，居世界第六位，但按1 9 9 8 年 1 2 4 8 億人口計算，人均占有水資源量僅為2 2 5 l m 3 ，是世界人均水平的四分 之一，居世界1 4 9 個國家的第1 1 0 位。其次，水資源在時空上分布的不均勻， 更使一些地區(qū)處于嚴峻的缺水狀態(tài)，華北地區(qū)顯得尤為突出。隨著我國經(jīng)濟 的發(fā)展和城市化進程的加快，城市缺水問題日益突出。據(jù)資料統(tǒng)計，目前全 國6 6 9 個城市中，4 0 0 個城市常年供水不足，其中1 1 0 個城市嚴重缺水，日缺 水量達1 6 0 0 萬m 3 ，年缺水量6 0 億l n 3 。由于缺水，每年都將影響工業(yè)產(chǎn)值 2 0 0 0 多億元，水資源短缺己成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素【j ，4 j 。 1 1 2 水環(huán)境污染 水資源短缺的原因不僅是由于供水水源的不足，還在于我國現(xiàn)有的河 流湖泊大多受到不同程度的污染，導致整個水生態(tài)環(huán)境質量急劇惡化。具體 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 表現(xiàn)為：全國主要河流普遍受到不同程度的有機污染，主要湖泊水庫等水體 富營養(yǎng)化嚴重，流經(jīng)城市的河段大多受到嚴重污染，水質低劣，而近岸海域 受到了一定程度的污染，水質逐年下降。 根據(jù)國家環(huán)保總局中國2 0 0 3 年環(huán)境狀況公報【5 】，2 0 0 3 年我國大部分 江河湖水受到不同程度的污染，除個別水系支流和部分內(nèi)陸河流外，總體呈 上升趨勢，七大水系4 0 7 個重點監(jiān)測斷面中，3 8 1 的斷面滿足i i i i 類水 質要求，3 2 2 的斷面屬、v 類水質，2 9 7 的斷面屬劣v 類水質。其中 七大水系干流的1 1 8 個國控斷面中，i i 類水質斷面占5 3 4 ，i v 、v 類 水質斷面占3 7 3 ，劣v 類水質斷面占9 3 。重點監(jiān)測的2 8 個湖庫中，滿足 i i 類水質的湖庫有1 個，占3 6 ；i i i 類水質湖庫有6 個，占2 1 4 ；類水質 湖庫有7 個，占2 5 0 ；v 類水質湖庫有4 個，占1 4 3 ；劣v 類水質湖庫有 1 0 個，占3 5 7 。2 0 0 3 年地下水水質在基本穩(wěn)定的基礎上有惡化趨勢。 各種生活廢水和工業(yè)廢水排放量逐漸增多。2 0 0 3 年，全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生 活廢水排放總量為4 6 0 0 億噸，比上年增加4 7 ；其中工業(yè)廢水排放量 2 1 2 4 億噸，比上年增加2 5 。廢水中化學需氧量( c o d ) 排放總量1 3 3 3 6 萬 噸，其中工業(yè)廢水中c o d 排放量5 1 1 9 萬噸。廢水中氨氮排放總量1 2 9 7 萬 噸，比上年增加0 7 。其中工業(yè)廢水中氨氮排放量4 0 4 萬噸，城鎮(zhèn)生活污 水中氨氮排放量8 9 3 萬噸，比上年增加3 0 。 1 2 中藥廢水的來源、水質及污染特征 1 2 1 中藥廢水的現(xiàn)狀 隨著我國醫(yī)藥事業(yè)的飛躍發(fā)展，中成藥產(chǎn)品越來越受到國內(nèi)外有識之士 的重視和喜愛。為了使中成藥更好地為現(xiàn)代醫(yī)學服務，提高療效，方便患 者，各地中成藥生產(chǎn)廠家紛紛利用自身優(yōu)勢，以國內(nèi)原料為基礎、積極新增 先進技術設備、并按醫(yī)藥行業(yè)g m p 各項要求，擴大再生產(chǎn)。中成藥生產(chǎn)過 程中會產(chǎn)生相當量的廢水，對水環(huán)境造成一定程度的影響。 1 2 2 中成藥生產(chǎn)和排污特點 中藥廠生產(chǎn)方式與一般生產(chǎn)廠家不同，其主要生產(chǎn)品種和數(shù)量隨季節(jié)變 化較大。隨著市場需求量的變化，產(chǎn)品也會不斷交更。中成藥生產(chǎn)是間歇投 ： 篁璽鋈三些查蘭三莖至圭蘭堡鎏圣一 ： 表現(xiàn)為：全國主要河流普遍受到不同程度的有機污染，主要湖泊水庫等水體 富營養(yǎng)化嚴重，流經(jīng)城市的河段大多受到嚴重污染，水質低劣，而近岸海域 受到了一定程度的污染，水質逐年下降。 根據(jù)國家環(huán)?？偩种袊? 0 0 3 年環(huán)境狀況公報pj ，2 0 0 3 年我國大部分 江河湖水受到不同程度的污染，除個別水系支流和部分內(nèi)陸河流外，總體呈 上升趨勢，七大水系4 0 7 個重點監(jiān)測斷面中，3 8 1 的斷面滿足i - - l l i 類水 質要求，3 2 。2 的斷面屬、v 類水質，2 9 7 的斷面屬劣v 類水質。其中 七大水系干流的1 1 8 個國控斷面中，im i l l 類水質斷面占5 3 4 ，l v 、v 類 水質斷面占3 7 3 ，劣v 類水質斷面占9 3 。重點監(jiān)測的2 8 個湖庫中，滿足 i i 類水質的湖庫有1 個，占3 6 ；i i l 類水質湖庫有6 個，占2 1 4 ；i v 類水質 湖庫有7 個，占2 5 o ；v 類水質湖庫有4 個，占1 4 3 ；劣v 類水質湖庫有 1 0 個，占3 5 7 。2 0 0 3 年地下水水質在基本穩(wěn)定的基礎上有惡化趨勢。 各種生活廢水和工業(yè)廢水排放量逐漸增多。2 0 0 3 年，全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生 活廢水排放總量為4 6 0 。0 億噸，比上年增加47 ；其中工業(yè)廢水排放量 2 1 2 4 億噸，比上年增加2 5 。廢水中化學需氧量( c o d ) 排放總量1 3 3 3 6 萬 噸，其中工業(yè)廢水中c o d 排放量5 1 1 9 ) 5 噸。廢水中氨氮排放總量1 2 9 7 萬 噸，比上年增加o 7 。其中工業(yè)廢水中氮氮排放量4 0 4 萬噸，城鎮(zhèn)生活污 水中氨氮排放量8 9 3 萬噸，比上年增加3 0 。 1 2 中藥廢水的來源、水質及污染特征 1 2 1 中藥廢水的現(xiàn)狀 隨著我國醫(yī)藥事業(yè)的飛躍發(fā)展，中成藥產(chǎn)品越來越受到國內(nèi)外有識之士 的重視和喜愛。為了使中成藥更好地為現(xiàn)代醫(yī)學服務，提高療效，方便患 者，各地中成藥生產(chǎn)廠家紛紛利用自身優(yōu)勢，以國內(nèi)原料為基礎、積極新增 先進技術設備、并按醫(yī)藥行業(yè)g m p 各項要求，擴大再生產(chǎn)。中成藥生產(chǎn)過 程中會產(chǎn)生相當量的廢水，對水環(huán)境造成定程度的影響。 1 2 2 中成藥生產(chǎn)和排污特點 中藥廠生產(chǎn)方式與一般生產(chǎn)廠家不同，其主要生產(chǎn)品種和數(shù)量隨季節(jié)變 化較大。隨著市場需求量的變化，產(chǎn)品也會不斷變更。中成藥生產(chǎn)是間歇投 化較大。隨著市場需求量的變化，產(chǎn)品也會不斷變更。中成藥生產(chǎn)是間歇投 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 表現(xiàn)為：全國主要河流普遍受到不同程度的有機污染，主要湖泊水庫等水體 富營養(yǎng)化嚴重，流經(jīng)城市的河段大多受到嚴重污染，水質低劣，而近岸海域 受到了一定程度的污染，水質逐年下降。 根據(jù)國家環(huán)?？偩种袊? 0 0 3 年環(huán)境狀況公報【5 】，2 0 0 3 年我國大部分 江河湖水受到不同程度的污染，除個別水系支流和部分內(nèi)陸河流外，總體呈 上升趨勢，七大水系4 0 7 個重點監(jiān)測斷面中，3 8 1 的斷面滿足i i i i 類水 質要求，3 2 2 的斷面屬、v 類水質，2 9 7 的斷面屬劣v 類水質。其中 七大水系干流的1 1 8 個國控斷面中，i i 類水質斷面占5 3 4 ，i v 、v 類 水質斷面占3 7 3 ，劣v 類水質斷面占9 3 。重點監(jiān)測的2 8 個湖庫中，滿足 i i 類水質的湖庫有1 個，占3 6 ；i i i 類水質湖庫有6 個，占2 1 4 ；類水質 湖庫有7 個，占2 5 0 ；v 類水質湖庫有4 個，占1 4 3 ；劣v 類水質湖庫有 1 0 個，占3 5 7 。2 0 0 3 年地下水水質在基本穩(wěn)定的基礎上有惡化趨勢。 各種生活廢水和工業(yè)廢水排放量逐漸增多。2 0 0 3 年，全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生 活廢水排放總量為4 6 0 0 億噸，比上年增加4 7 ；其中工業(yè)廢水排放量 2 1 2 4 億噸，比上年增加2 5 。廢水中化學需氧量( c o d ) 排放總量1 3 3 3 6 萬 噸，其中工業(yè)廢水中c o d 排放量5 1 1 9 萬噸。廢水中氨氮排放總量1 2 9 7 萬 噸，比上年增加0 7 。其中工業(yè)廢水中氨氮排放量4 0 4 萬噸，城鎮(zhèn)生活污 水中氨氮排放量8 9 3 萬噸，比上年增加3 0 。 1 2 中藥廢水的來源、水質及污染特征 1 2 1 中藥廢水的現(xiàn)狀 隨著我國醫(yī)藥事業(yè)的飛躍發(fā)展，中成藥產(chǎn)品越來越受到國內(nèi)外有識之士 的重視和喜愛。為了使中成藥更好地為現(xiàn)代醫(yī)學服務，提高療效，方便患 者，各地中成藥生產(chǎn)廠家紛紛利用自身優(yōu)勢，以國內(nèi)原料為基礎、積極新增 先進技術設備、并按醫(yī)藥行業(yè)g m p 各項要求，擴大再生產(chǎn)。中成藥生產(chǎn)過 程中會產(chǎn)生相當量的廢水，對水環(huán)境造成一定程度的影響。 1 2 2 中成藥生產(chǎn)和排污特點 中藥廠生產(chǎn)方式與一般生產(chǎn)廠家不同，其主要生產(chǎn)品種和數(shù)量隨季節(jié)變 化較大。隨著市場需求量的變化，產(chǎn)品也會不斷交更。中成藥生產(chǎn)是間歇投 料，成批流轉。在生產(chǎn)過程中，一批投料量的多少一般由關鍵設備的處理能 力所決定。根據(jù)所用原料特性和歷年對中成藥行業(yè)監(jiān)測資料表明，中藥廠廢 水屬有機型污染物多、可生化性通常較差的廢水。 中成藥生產(chǎn)廢水為間歇式排放，較高濃度的廢水主要來自設備清洗，即 每個工序完成一個工作目的任務后，需要對本工序的設備做一次清洗工作。 這樣，就產(chǎn)生一次性的排污。 中成藥生產(chǎn)通常分為3 個工序，即原料的前處理、有效成分的提取、分 離濃縮以及制荊的成型和包裝。 1 2 2 1 原料前處理工序在浸潤淋洗過程中有廢水產(chǎn)生，大約1 5 t 水t 藥 材，c o d 一般在1 4 4 1 6 7 m g l ，屬于輕污染廢水。 1 2 2 2 提取工序中成藥生產(chǎn)的核心工藝是有效成分的提取、分離和濃縮。 提取工藝一般采用靜態(tài)法，該工藝通用性強，投資省。在大批量連續(xù)化生產(chǎn) 時也有采用動態(tài)法。提取過程按使用溶劑的不同，可分為水提取和乙醇提取 兩類。在用水提取法制造口服液時，水提后通常還經(jīng)過一個醇沉析過程，也 許可以視作混合溶劑法。提取過程消耗部分水，但過程中并無直接排放的廢 水。提取車間韻廢水主要來自各設備的清洗和地面沖洗。由于提取、分離、 濃縮的環(huán)節(jié)和設備多，因而廢水較多，污染物濃度也偏高，這是中成藥生產(chǎn) 重點污染源。尤其在“醇沉”過程中產(chǎn)生一定量的下腳料，數(shù)量不多，濃度 極高，通常轉化成廢水，是重要污染源。 1 2 2 3 中成藥制劑成品工序中成藥制劑大體有口服液、片劑、膠囊、沖劑 等，后三種都是固體制劑?？诜汗嘌b使用安瓶，洗瓶產(chǎn)生部份污水， c o d c ，濃度約4 4 1 4 4 m 。g ，l 。三種固體制劑從干浸膏( 粉) 出發(fā)，加上適當 比例輔料，經(jīng)壓片成型或灌裝膠囊而成，過程中不直接產(chǎn)生廢水，制劑車間 的生產(chǎn)廢水主要是地面沖洗水。綜上所述，中成藥廠主要生產(chǎn)廢水有前處理 藥材沖淋( 浸泡) 廢水、提取工段煎煮、儲罐等容器設備、廠腳料廢液清洗 水、地面沖洗水、輔助工段沖洗水以及生活污水等。生產(chǎn)耗用水主要用于提 取生藥中的有效藥汁成分，除前處理沖淋( 浸泡) 藥材帶走約2 0 水分外， 其余為藥汁提取中產(chǎn)品所帶走的水分。每一味中草藥的有機成分相當復雜， 生產(chǎn)過程有多為間歇式操作，從而造成了濃度較高，成分復雜多變的油價廢 水，這是中藥生產(chǎn)廢水的一大特點。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 1 3 污水深度處理的研究及應用現(xiàn)狀 1 3 1 污水深度處理的必要性與迫切性 隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市人口不斷增加，城市污水排放量逐漸加 大，水體環(huán)境容量已不能滿足水體自凈的要求。為了有效的保護水資源，必 須將排污控制在環(huán)境容量允許范圍內(nèi)，對污水進行深度處理。在張杰的我 國水環(huán)境恢復工程方略【6 1 中指出，社會循環(huán)污染了的水是可以凈化的，污 水通過處理和深度凈化可以達到河流、湖泊各種水體保持自凈能力的程度， 從而上游城市的排水會成為下游城市的合格水源。環(huán)境恢復和維持的基礎是 建立健康的社會水循環(huán)。所謂健康水循環(huán)，就是上游地區(qū)的用水循環(huán)不影響 下游水域的水體功能；水的社會循環(huán)不損害水自然循環(huán)的客觀規(guī)律。水環(huán)境 恢復重要方略之一就是城市污水深度處理與有效利用。水生態(tài)環(huán)境正日益受 到另外一種嚴重污染：水體富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化現(xiàn)象，或叫水體植物營養(yǎng)豐 富化，是一個全球化現(xiàn)象，對許多水體如湖泊、河流、蓄水池塘以及近海都 有影響。雖然數(shù)世紀以來的自然過程可能導致這一現(xiàn)象，但現(xiàn)在在世界范圍 內(nèi)不斷加劇的富營養(yǎng)化現(xiàn)象是與人類活動緊密相關的。淡水體和近海水體不 斷增加的營養(yǎng)負荷來自未經(jīng)深度處理的城市廢物( 包括洗滌劑的輸入) 、農(nóng)業(yè) 廢物和肥料的瀝濾，以及含營養(yǎng)成分的工業(yè)廢物( 特別是來自氮磷生產(chǎn)過程 的廢物1 。面對水體富營養(yǎng)化的嚴重問題，應重新考慮傳統(tǒng)廢水處理中的重 點，在許多情況下，應把所謂的三級處理優(yōu)先考慮1 8 】。根據(jù)二級處理技術凈 化功能對城市污水所能達到的處理程度，在它的處理水中，在一般情況下，還 會含有相當數(shù)量的污染物質，如：b o d 52 0 3 0 m g l ；c o d6 0 1 2 0 m g l ； s s2 0 3 0 m g l ；n i - 1 4 + 一n1 5 2 5 m g l ；p6 1 0 m g l ，此外，還可能含有 細菌和重金屬等有毒有害物質。含有以上污染物質的處理水，如排放湖泊， 水庫等緩流水體水導致水體的富營養(yǎng)化；排放具有較高經(jīng)濟價值的水體，如 養(yǎng)魚水體，會使其遭到破壞。如欲達到以上的目的，就必須對其進一步進行 深度處理【7 1 。 1 3 2 國外污水深度處理現(xiàn)狀 當今世界各國都在尋求解決水資源短缺的有效途徑，把二級處理出水再 深度處理進行回用是解決這一難題的重要手段。在國外對污水深度處理回用 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 已有相當長的歷史，并取得了顯著的成果，各種工程實例表明，污水深度處 理是解決水資源短缺的最有發(fā)展前途的途徑。 目前，再生水作為一種合法的替代水源，在美國正在得到越來越廣泛的 利用，成為城市水資源的重要組成部分。2 0 世紀8 0 年代美國污水回用量已 達2 6 0 萬m 3 d ，其中6 2 用于農(nóng)業(yè)灌溉，3 1 5 用于工業(yè)，5 用于地下水回 灌，其余用于城市市政雜用等 9 】。 以色列是嚴重缺水的國家，以色列政府規(guī)定城市的每一滴水至少應回收 利用一次。目前城市污水再生利用率已達9 0 ，再生水主要用于農(nóng)業(yè)灌 溉，回灌地下，工業(yè)冷卻用水等，在最南部地區(qū)甚至將它作為飲用水源 1 0 l o 日本國內(nèi)并不缺水，但是它創(chuàng)造了中水道系統(tǒng)，在建筑物內(nèi)設置雙供水 系統(tǒng)。室內(nèi)可用于沖廁，室外則可用于綠化、消防、沖洗馬路等多個方面。 1 9 8 2 1 9 9 6 年用再生的污水排放在城市河流中，復活了1 5 0 余條小河，達 到“清源復活”、修復與保護水資源】。1 9 9 6 年日本有1 6 2 處污水廠有再 生水設備，再生水利用量為4 8 1 0 4 m 3 d 。西歐各國遠早于日本就達到了相 當高的普及率，見表1 - 1 1 ”】。 表卜1發(fā)達國家的深度處理普及率 國外依靠先進的技術及大量的資金投入，污水深度處理已由理論上技術 研究發(fā)展到廣泛推廣應用。許多發(fā)達國家把對水環(huán)境的褥染治理的戰(zhàn)略目標 與技術路線作了很大調(diào)整，水污染治理的戰(zhàn)略目標已經(jīng)由傳統(tǒng)意義上的“污 水處理、達標排放”轉變?yōu)椤吧疃忍幚怼⒀h(huán)再用”。 1 3 3 我國污水深度處理現(xiàn)狀 我國廢水回用起步較晚。由于近幾年來城市嚴重缺水，引起了中央到地 方各級領導對解決水資源問題的重視。七十年代，隨著污水產(chǎn)生量的日益增 多，我國開始著手進行水污染防治。當時將重點放在工業(yè)廢水污染的控制上 提出了“三同時”的方針，但處理率不過1 2 ?！傲濉逼陂g進行了城 市污水以回用為目的的污水深度處理小試，工作重點主要停留在開發(fā)單元技 術上。這時開發(fā)的深度處理技術如傳統(tǒng)的絮凝沉淀消毒工藝等，為以后污水 回用工程的實踐提供了理論依據(jù)。從八十年代開始，污水回用的科技開發(fā)與 工程實踐相繼在大連、青島等地開展起來。特別是廢水回用的課題被列入了 國家“七五”、“八五”和“九五”重點科技攻關計劃，投入了可 觀的人力和物力，對一些關鍵技術進行攻關，取得了一批國際先進水平的科 技成果【13 1 。 真正將城市污水回用于工業(yè)和市政用水是從大連春柳深度處里和回用工 程開始的。該工程經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”三個五年的 技術攻關后，對大連春柳污水廠進行技術改造，建成1 1 0 4 m 3 d 回用水量的 深度處理示范工程【l “。在此之后，天津太原青島等缺水城市相繼開展了污水 回用技術的研究，也進行了部分的工程示范。 我國城市污水年排放量已經(jīng)達到4 1 4 億m 3 ，目前，己建污水處理設旌 4 0 0 余座，城市污水處理率達到3 0 ，二級處理率達到1 5 。根據(jù)“十五” 計劃綱要要求，2 0 0 5 年城市污水集中處理率達到4 5 。這就給污水回用創(chuàng)造 了基本條件，凡是污水處理廠都可將污水再次適當處理后回用1 1 “。全國污 水回用率如果平均達到2 0 ( 南水北調(diào)要求到2 0 3 0 年要達到3 0 ) 。到“十 五”末期，年回用量可達4 0 億1 1 1 3 ，是正常年份年缺水6 0 億m 3 的6 7 ，即通 過污水回用，可解決全國城市缺水量的一多半，回用規(guī)模回用潛力之大，足 可以緩解一大批缺水城市的供水緊張狀況i l 州。 最近幾年，一些單位還開展了城市污水再生處理后地下回灌的研究。 總體看來，我國污水深度處理回用技術的研究與實際應用取得了一定的 進展，但較發(fā)達國家普及率還很低，還遠不能滿足水資源短缺對污水圓用的 要求。因此說，我國的污水深度處理與回用還處于起步與發(fā)展階段。 1 3 4 污水深度處理及資源化回用技術 根據(jù)受納水體和再生回用水水質對處理出水的要求，污水深度處理及再 生回用技術的具體工藝各有不同，每一種工藝形式都有不同的水質要求，也 對應著不同的處理水平。表1 2 針對二級處理水的處理目的、去除對象列 出了不同處理技術【2 1 。 如表1 2 所示，以去除無機物營養(yǎng)鹽類防止受納水體富營養(yǎng)化以及進 一步去除二級出水的有機物目的深度處理工藝，多采用生物處理法。近年 來，生物法深度處理工藝層出不窮，各有千秋。常用的深度處理生物法工藝 有： ( 1 ) 氧化溝系列：o r b a l 氧化溝工藝、c a r r o u s e l - 2 0 0 0 氧化溝工 藝、雙溝式d e 氧化溝工藝、三溝式t 型氧化溝工藝。 ( 2 1a o 系列：a 2 0 工藝、改良a 2 o 工藝、u c t 工藝改良、u c t 工 藝、v i p 工藝、倒置a 2 o 工藝。 ( 3 1 序批式反應器( s b r ) 系列：c a s t 工藝、s b r 工藝、c a s s m g 工 藝、m s b r 工藝、u n i t a n k 工藝。 ( 4 ) 曝氣生物濾池系列：降流式b i o c a b n e 、升流式b i o f o r 、升流式 b i o s t y r 、b i o p u r 、d e e p b e d 等。 表卜2 二級處理水深度處理的目的去處對象和所采用的處理技術與工藝流程 處理 去處對象有關指標 采用的主要處理技術 目的 排放懸浮狀態(tài) s s v s s 快濾池、微濾機、混凝沉淀 水體有機物 溶解狀態(tài) b o d s c o d 混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧 再用 t o c c o d 化 防止植物性 t - n k n 富營營養(yǎng)鹽氨 n h 3 - n 吹脫、折點氯化脫氨、生物脫氮 n o ，n 養(yǎng)化類 n 0 3 - n生物脫氮 防止植物性 p o a p 金屬鹽混凝沉淀、石灰混凝沉淀 富營營養(yǎng)鹽 磷 t _ p 晶析法 養(yǎng)化 類生物除磷 微量成溶解性無機物 電導度 再用 n a 、c a 、c l 離反滲透、電滲析、離子交換 分無機鹽類 在眾多生物法深度處理技術中，曝氣生物濾池法( b a f ) 以占地面積 小、投資少、能耗低、高脫氮除磷效率備受業(yè)內(nèi)人士青睞。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 1 4 曝氣生物濾池污水處理技術 1 4 1 曝氣生物濾池的產(chǎn)生與發(fā)展 最早的曝氣生物濾池出現(xiàn)于2 0 世紀初期，其發(fā)展可以追溯到早期的淹 沒石片濾池以及后來的德國出現(xiàn)的e m s c h e r 濾池【l ”?，F(xiàn)代意義的曝氣生 物濾池在二十世紀7 0 年代末8 0 年代初出現(xiàn)于歐洲大陸”。曝氣生物濾池 是普通生物濾池的一種變形形式，也可以看成是生物接觸氧化法的一種特殊 形式。與其它生物膜法不同，曝氣生物濾池將生物氧化過程與固液分離集于 一體，在同一個單元反應器中完成碳源去除、固液過濾和硝化過程，并且對 池結構進行改進增加厭氧區(qū)的前置反硝化的生物濾池還可以進行反硝化脫氮 除磷。b a f ( b i o l o g i e a la e r a t e df i l e r ) 技術最早由法國c g e ( c o m p a g u i n e g e n e r e l ed e se a n x ) 公司所屬的o t v ( o m n i u md ef r a i t e m e n t se td ev a l o r i s a t i o n ) 公司開發(fā)口叭。曝氣生物濾池發(fā)展過程中依次出現(xiàn)過3 種不同的形式 b i o c a r b o n e 【2 0 】、b i o s t y r 2 1 】和b i o f o r 2 2 1 ，9 0 年代以來有關曝氣生物 濾池的技術方法、工藝流程不斷的完善，在填料的選擇、反沖洗技術研究以 及濾速對曝氣生物濾池的影響研究等方面取得了一定的進展【2 w 。 曝氣生物濾池現(xiàn)在在全球范圍內(nèi)被廣泛應用，主要分布在法國、德國、 英國等歐洲國家和北美地區(qū)，以曝氣生物濾池作為主體工藝的污水處理廠已 達到1 0 0 余座。曝氣生物濾池在國內(nèi)的應用尚處于起步階段，大連市利用世 界銀行貸款，正在興建1 2 萬m 3 ，d 馬欄河城市污水處理廠，采用了b a f s 工 藝；在北京等城市有5 個b a f s 工程已完成或正在實施【2 4 】。目前，我國對曝 氣生物濾池的研究較少，清華大學環(huán)境工程系對曝氣生物濾池處理生活污 水、啤酒廢水的工藝和污染物凈化機理進行了初步研究1 2 鼬”，哈爾濱工業(yè) 大學對二段曝氣生物濾池的工藝、特點和去污效果也進行了研究【2 引。馬鞍 山市華騏環(huán)?？萍脊镜葐挝灰矅L試了采用曝氣生物濾池處理生活污水與工 業(yè)廢水1 2 9 30 1 。 1 4 2 曝氣生物濾池工藝的原理及特點 1 4 2 1 曝氣生濾池的工藝原理b a f 工藝類型和操作方式有多種，各具特 點，但其基本原理是一致的。b a f 處理污水的原理是反應器內(nèi)填料上所附 生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向 形成的食物鏈分級捕食作用【3 1 】，以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化 作用。b a f 水流流向主要分為下向流和上向流，其中下向流以o t v 公司的 b 1 0 c a r b o n e 工藝為代表；上向流以o t v 公司的b i o s t y r 、b i o f o r 工 藝為代表。近年來又出現(xiàn)了多種b a f 組合形式，如二段b a f 可以更有效的 同時完成對有機物的深度處理和硝化脫氮過程。如果利用a o 思想，加設 前置反硝化段可以達到高效去除t n 的效果。 1 4 2 2 曝氣生物濾池的工藝特點 ( 1 ) 具有更高的生物濃度和更高的有機負荷。b a f 中采用的粗糙多孔的 粒狀填料為微生物提供了更佳的生長環(huán)境，易于掛膜及穩(wěn)定運行，可在填料 表面保持較多的生物量，單位體積內(nèi)微生物量遠遠大于活性污泥中的微生物 量( 可達l o 1 5 9 l ) 。高濃度的微生物量使得b a f 的容積負荷增大，進而 減少了池容積和占地面積，使基建費用大大降低【2 ”。 ( 2 ) 占地面積小。由于在b a f 反應器中，處理效果與填料高度成正相 關”“，因此可以通過增加填料高度來減少占地面積。 ( 3 ) 工藝簡單，基建費用低。由于填料的機械截留作用以及濾料表面的 微生物和代謝中產(chǎn)生的粘性物質形成的吸附架橋作用p ”，因此，可省去二 沉池，進而降低基建費用，在穩(wěn)定運行情況下，去除s s 的機理類似于普通 快濾池，只要沒有發(fā)生穿透，出水s s 均較為理想。 f 4 ) 受氣溫影響小。由于b a f 濾池為半封閉或全封閉構筑物，其生化 反應受外界溫度影響較小，因此適合于寒冷地區(qū)進行污水處理。 ( 5 ) 菌群結構合理。傳統(tǒng)的活性污泥法，微生物的分布相對均勻，而在 b a f 中從上到下形成了不同的優(yōu)勢生物菌種 2 4 1 ，因此使得除c 、硝化反硝 化能在同一個池子中發(fā)生，簡化了工藝流程。 ( 6 ) 耐沖擊能力強。b a f 濾池對有機負荷、水力負荷、溫度的變化不像 活性污泥法那么敏感。而且由于高水力負荷與高濾速使得填料、生物膜、底 物溶液三相充分混合有利于傳質作用和提高氧轉移效率，使得b a f 有更高 的硝化作用和對氨氮的高去除率。 1 5 課題來源及研究內(nèi)容、方法、目的和意義 1 5 1 課題來源 本生產(chǎn)性研究在黑龍江省某大型中藥企業(yè)進行，該制藥廠地處五常市 五常市有兩條主要的區(qū)域河流：拉林河、幸亡牛河。五常市沒有完整的排水系 統(tǒng)，市排水管網(wǎng)正在修建中。五常市的排水體系自凈功能弱，污水對拉林河 和周邊環(huán)境污染嚴重。因此市環(huán)保局對各企業(yè)都有著嚴格的污水排放標準， 特別是對大型典范的企業(yè)有著更嚴格的深度處理要求。 本課題研究對象屬制藥車間排水處理系統(tǒng)改進工程，該企業(yè)為達到 g m p 要求，要求對車間排出水深度處理，高效去除可能對受納水體造成富 營養(yǎng)化的氮磷物質，同時對部分廢水進行中水回用處理，以節(jié)約水資源、緩 解用水緊張的現(xiàn)狀。 該工程于2 0 0 3 年年中完成，系統(tǒng)啟動與調(diào)試工作在2 0 0 3 年1 2 月初至 2 0 0 4 年2 月期間進行。污水經(jīng)水解酸化一復合生物處理后進行深度處理， 深度處理的核心設施為前置反硝化二段b a f 。試驗期間對前置反硝化二段 b a f 工藝的運行特點進行了深入系統(tǒng)的研究。 1 5 2 主要研究內(nèi)容 ( 1 ) 曝氣生物濾池的啟動與生物掛膜規(guī)律研究； ( 2 ) 確定前制反硝化二段曝氣生物濾池的最佳運行參數(shù)：b a f 氣水比、回 流比以及研究它們對b a f 處理效果的影響； ( 3 ) 考察穩(wěn)定運行期間曝氣生物濾池對有機物、n h 4 + - n 、t n 、s s 的去除 效果； ( 4 ) 運行條件變化對曝氣生物濾池處理效能影響研究； f 5 ) 反沖洗規(guī)律研究。 1 5 3 研究的目的與意義 ( 1 ) 本課題以黑龍江某中藥廠為主要試驗基地，該廠是我國中藥制造行業(yè) 的重點骨干企業(yè)，在該廠取得的深度回用處理研究成果，不僅具有較普遍的 指導意義，而且有較好的示范作用。 ( 2 ) 中藥生產(chǎn)廢水屬高濃度難降解有機廢水，含有大量的高氮物質，其深 度處理研究對其它高濃度有機廢水處理研究以及中水回用研究具有很好的借 鑒意義。 ( 3 ) 曝氣生物濾池作為一種新型的污水生物處理技術，在試驗研究方面開 展的較多，但目前在實際工程中應用于的還較少，對中藥廢水處理而言，尚 無可靠的設計和運行參數(shù)。本課題的研究為曝氣生物濾池技術的設計與運行 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 控制提供了寶貴的實際經(jīng)驗。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩上學位論文 第2 章中藥廢水處理工程概況 2 1 試驗研究基地概況 本課題的主要研究在黑龍江某藥業(yè)新廠區(qū)進行，該廠是在老廠區(qū)的基礎 上擴建起來的。該廠是有幾十年歷史的大型企業(yè)，數(shù)十年來為我國的經(jīng)濟建 設做出了重大貢獻，工廠也在生產(chǎn)中得到了發(fā)展，新廠區(qū)就是為了擴大生產(chǎn) 規(guī)模而建立的。 與國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)一樣，隨著企業(yè)規(guī)模的發(fā)展和壯大，中藥在生產(chǎn)過程 中所引起的環(huán)境問題也日益突出，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的日常生活帶來了很 大的影響。本研究基地所排放的制藥廢水污染物濃度高、難生物降解、抑制 微生物生長物質含量大、水量變化幅度大，已成為拉林河的重要污染源。因 此，為消除對河流環(huán)境的污染，達到藥廠g m p 要求，對新廠區(qū)建立了比較 完善的廢水處理系統(tǒng)。 在藥品的生產(chǎn)過程中，要排放出大量的高濃度下腳料廢水和設備清洗廢 水。這種污水濃度高，間歇排放，排放流量變化幅度大。其廢水的主要成分 有殘余藥汁、發(fā)酵殘渣、醇類有機物有機溶媒、及各種懸浮固體和無機鹽 類。 2 2 現(xiàn)場水質特點分析 2 2 1 廢水特點分析 本研究基地是所中藥制藥廠，其產(chǎn)品絕大部分是中成藥，具有普遍的 中藥廠排污特點。間歇排污使得廢水流量變化大，各種藥罐清洗水、下加料 廢水、浸洗水等造成了廢水的c o d 濃度高、難生物降解多。 2 2 1 1