120 m3d制药废水处理工艺毕业设计论文.doc
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本科毕业设计(论文)
120m3/d制药废水处理工艺设计
学院:
环境科学与工程学院
专业:
环境工程
年级班别:
2004级
(1)班
学号:
3104008178
学生姓名:
指导教师:
2008年6月
广东工业大学本科生毕业设计(论文)任务书
题目名称
120m3/d制药废水处理工艺设计
学院
环境科学与工程学院
专业班级
环境工程2004级
姓名
学号
3104008178
一、毕业设计(论文)的内容
制药废水成分复杂、有机物含量高,毒性大,属难处理的工业废水。
随着我国医药工业的发展,制药废水已逐渐成为重要的污染源之一,如何处理该类废水是当今环境保护的一个难题。
某制药厂生产金霉素,废水排放量120m3,设计进出水水质为:
项目
pH
COD
(mg/L)
BOD
(mg/L)
氨氮
(mg/L)
SS
(mg/L)
进水水质
5-7
5000
1500
100
800
排放
6~9
≤150
≤30
25
≤150
二、毕业设计(论文)的要求与数据
本设计要求:
通过文献检索及实际调查,了解制药废水的特点、主要污染物的成分和制药废水对人体健康的影响。
熟悉处理制药废水的常用方法、技术路线和工艺流程,按照工程项目的设计规范和要求,设计出日处理120吨制药废水的详细工艺路线,绘制符合工程规范的工程图及设计说明书。
要求所选污水处理工艺技术先进成熟,处理效果好,运行稳妥可靠,经济合理,确保污水处理后质能完全达到排放要求。
三、毕业设计(论文)应完成的工作
1、调查研究,查阅中外文文献,收集资料
2、进行理论分析,制定合理的设计方案
3、针对工艺流程进行设计计算
4、用AutoCAD绘制一定数量的图纸
5、编制15000字左右的设计说明书
6、翻译1~2篇英文文献,内容要尽量结合毕业设计(论文)题目
四、毕业设计(论文)进程安排
序号
设计(论文)各阶段内容
起止日期
1.
开题
3月10日
2.
调查研究、查阅中外文文献、收集资料
3月11日~3月22日
3.
方案确定和设备选型
3月23日~3月28日
4.
针对工艺流程,进行工艺设计计算
3月29日~4月29日
5.
图纸绘制
4月30日~5月14日
6.
编制设计说明书
5月15日~5月24日
7.
翻译英文文献
5月25日~5月31日
8.
论文的修改和评阅
6月1日~6月9日
9.
答辩
6月10日~6月12日
10.
论文修改完善
6月13日~6月15日
五、应收集的资料及主要参考文献
1.崔玉川,马志毅,王效承,李亚新.废水处理工艺设计计算.北京:
水利电力出版社,1994.
2.魏先勋.环境工程设计手册.长沙:
湖南科技出版社,2002.
3.杨岳平等.废水处理工程及实例分析.北京:
化学工业出版社,2002.
4.高廷耀等.水污染控制工程(第二版).北京:
北京高等教育出版社,1999.
发出任务书日期:
2008年3月10日指导教师签名:
预计完成日期:
2008年6月12日专业负责人签章:
主管院长签章:
广东工业大学本科生毕业设计(论文)答辩记录
学院__环境学院___专业____环境工程______答辩人_____
毕业设计(论文)题目__120m3/d制药废水处理工艺设计___记录人_答辩小组成员:
汤兵陈凡植黄海涛白晓燕付丰连
说明:
1.主要记录答辩委员所提的问题及答辩人对问题的回答。
2.本记录与学生的毕业设计(论文)资料一同装订。
记录内容
问题1:
制药废水的水质有什么特点?
答:
废水的特点是成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深和含盐量高,特别是生化性很差,且间歇排放,属难处理的工业废水。
问题2:
本设计中采用什么预处理方法来提高进水的可生化性?
答:
本设计采用了调节池和水解酸化池的预处理方法,其中水解酸化池对提高废水的可生化性起着关键的作用。
问题3:
本设计的单位废水处理成本是多少?
答:
经过计算,处理每立方污水的成本2.375元,其中电费和工人的工资福利费占了绝大部分。
(本页不够另附页)
设计总说明
制药废水的特点是成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深和含盐量高,可生化性很差,且间歇排放,属难处理的工业废水。
制药废水同时也很难降解,可长期存在于环境中。
其中的某些有机污染物,易造成水环境污染,已经对人体健康构成巨大威胁。
随着我国医药工业的发展,制药废水已逐渐成为重要的污染源之一,如何处理该类废水成为环境保护的一个难题。
本文以金霉素制药废水为处理对象,经研究查阅了大量的国内外文献,通过比较分析各种处理方法,最后选择了水解酸化一SBR法的处理工艺,并通过计算设计出日处理120吨制药废水的详细工艺路线。
关键词:
制药废水,工艺设计,SBR
GeneralSpecificationofDesign
Pharmaceuticalwastewaterischaracterizedbyitscomplexcomponents,highconcentrationsoforganicmatter,hightoxicity,deepcolorandhighsaltcontents,poorbiodegradability,andintermittentemissions,whichmakeitindustrialwastewaterhardtodealwith.Itisalsoverydifficulttodegrade,andcanexistintheenvironmentforalongtime.Someoftheorganicpollutantsexistinpharmaceuticalwastewaterareeasytocausewaterpollution,andhaveposedahugethreattohumenthealth.WiththedevelopmentofChinesepharmaceuticalindustry,pharmaceuticalwastewaterhasgraduallybecomeoneofthemajorsourcesofpollution.AndhowtohandlethepharmaceuticalwastewaterbecomesadifficultprobleminEnvironmentalProtection.
Inthispaper,theobjectofthetreamentischlortetracyclinepharmaceuticalwastewater.Afterstudyingalargenumberofdomesticandforeignliterature,analyzingandcomparingvariousapproaches,wechoosethehydrolysisacidificationandtheSBRprocess.Thenwedesignthedetailprocessingofthewastewaterbycalculating,withitscapacityof120tons/day.
Keywords:
Pharmaceuticalwastewater,Technicaldesign,SBR
目录
1.绪论 1
1.1制药废水概述 1
1.2设计水量、水质及治理目标 1
1.2.1设计水量 1
1.2.2设计水质 2
1.2.3治理目标 2
2.常用的制药废水处理工艺 2
2.1废水的预处理方法 2
2.2制药废水的生化处理 5
2.2.1化学处理方法 5
2.2.2生物处理法 5
2.2.3光合细菌处理法(PSB) 7
3.废水处理工艺的选用 8
3.1工艺的确定 8
3.2工艺流程图 8
3.3工艺流程说明 9
3.3.1预处理:
9
3.3.2SBR生化处理工艺的概述 11
3.3.3后处理 12
3.3.4污泥处理 12
3.4工艺预期治理效果 12
4.处理构筑物计算 13
4.1格栅 13
4.1.1设计说明 13
4.1.2设计计算 13
4.2调节池 15
4.2.1设计说明 15
4.2.2废水处理设施中调节作用的目的 16
4.2.3调节池概况 16
4.2.4设计计算 17
4.2.5提升泵 18
4.3水解酸化池 19
4.4SBR曝气池 20
4.4.1设计计算说明 20
4.4.2参数的正确选定 20
4.4.3SBR反应池容积计算 22
4.4.4SBR反应池运行时间与水位控制 23
4.4.5排水口高度和排水管管径 23
4.4.6排泥量及排泥量系统 24
4.4.7需氧量设计计算 25
4.4.8风机的选择 26
4.5污泥浓缩池 26
4.5.1设计参数 26
4.52.设计计算 27
4.5.3污泥泵选型 28
4.6脱水间及压滤机 29
4.6.1设计说明 29
5.污水处理构筑物总体布置 30
5.1构筑物和建筑物主要设计参数 30
TSC-100 30
CPF-750S5 31
5.2处理构筑物平面布置 31
5.21平面布置原则 31
5.2.2平面布置图 31
5.3处理构筑物高程布置 32
5.3.1布置原则 32
5.3.2高程布置 32
6.投资估算 32
6.1估算范围及编制依据 32
6.2工艺设备、电气及材料 32
6.3土建部分 34
6.4其他费用部分 34
6.5运行成本估算 34
参考文献 36
致谢 36
37
1.绪论
1.1制药废水概述
制药工业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水四大类。
废水的特点是成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深和含盐量高,特别是生化性很差,且间歇排放,属难处理的工业废水。
制药废水同时也是难降解高浓度有机废水,可长期存在于环境中,特别是其中的“三致”有机污染物,易造成水环境污染,对人体健康构成巨大威胁。
随着我国医药工业的发展,制药废水已逐渐成为重要的污染源之一,如何处理该类废水是当今环境保护的一个难题。
其中抗生素生产工艺包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学方法提取、精制等过程。
废水来源主要有:
①提取工艺的结晶液、废母液,属高浓度有机废水;
②洗涤废水,属中浓度有机废水;
③冷却水。
该类废水成分复杂,有机物、溶解性和胶体性固体、悬浮物含量高,含有难降解物质和有抑制菌作用的抗菌素。
其特征为:
来自发酵残余营养物的高COD(10000~80000mg/L)和高SS(500~25000mg/L);存在生物毒性物质,如残留抗生素、高浓度硫酸盐及高浓度酸、碱、有机溶剂等;pH值波动较大,温度较高,色度和气味重;间歇生产还会造成水质、水量波动。
1.2设计水量、水质及治理目标
1.2.1设计水量
本方案处理能力为日处理量120m3/d,按24小时运行设计,平均时流量约为5m3/h。
1.2.2设计水质
本方案所用废水为某制药厂生产金霉素后排放的废水,设计进出水水质参数见表1.1,废水中的BOD5/CODCr为0.3,为难生化工业废水,并且废水中还含有难降解污染物和有毒化台物,废水有机物浓度很高。
本方案设计水质如下:
表1.1设计进水水质参数
CODCr
BOD5
SS
氨氮
PH
5000mg/L
1500mg/L
800mg/L
100mg/L
5-7
1.2.3治理目标
经过处理后的排放水质要求具体如下:
表1.2处理后排放废水的水质参数
CODCr
BOD5
SS
氨氮
pH
≤150mg/L
≤30mg/L
≤150mg/L
≤25mg/L
6~9
2.常用的制药废水处理工艺
目前国内外对抗生素类工业废水的处理主要采用好氧、厌氧或厌氧加好氧的生物处理方法。
由于废水中含有的大量生物毒性物质,单纯依靠生物处理,成本高,处理效果不稳定,出水很难达到行业排放标准。
随着人们对抗生素废水成分的逐渐了解以及对高效反应器的深入研究,已有越来越多的成熟工艺运用到抗生素废水的处理中。
直接应用好氧法处理抗生素废水仍需考虑废水中残留的抗生素对好氧菌存在的毒性,所以一般需对废水进行预处理。
[1]
2.1废水的预处理方法
(1)吸附法
吸附法是利用多孔性固体吸附水中某种或几种污染物,以除区或者回收污染物,从而使污水净化的方法。
常用的吸附剂有活性炭,活性煤,腐殖酸类,吸附树脂等。
在制药废水的处理中常用煤灰或活性炭吸附预处理生产中的成药,洁霉素,扑热息痛等产生的废水。
除了上述几种常用的物化处理方法外,某些制药废水还采用反渗透法和吹脱氨氮法等。
反渗透法可实现废水浓缩和净化等目的,吹脱氨氮法可降低氨氮含量。
也可用离子交换,膜分离,蒸发与结晶,磁分离等。
(2)微电解法
采用微电解法处理有机废水已经有多项研究成果[2]。
制药废水经微电解处理后可以提高其可生化性,使其有利于生物处理。
浙江工业大学环境工程系的许炉生宁波市环境保护监测中心站朱靖的研究成果表明,铁碳曝气池是处理抗生素废水有效的预处理手段。
池中投加生产中废弃铸铁粉,既中和了废水的酸性,又利用铸铁粉中的铁和活性碳组成的微电池对有机污染进行还原反应,破坏生物毒性的结构,并可提高废水的可生化性。
抗生素废水含有大量的生物毒性物质,对厌氧发酵微生物有强烈的抑制作用。
通过中和、絮凝等预处理手段,去除了部分有机物,减小了有毒物质的生物毒性,提高了废水的pH值,有利于下一步的生化处理。
(3)混凝法
混凝法是在加入凝聚剂后通过搅拌使失去电荷的颗粒相互接触而絮凝形成絮状体,便于其沉淀或过滤而达到分离的目的。
采用凝聚处理后,不仅能有效地降低污染物的浓度,而且废水的生物降解性能也得到改善。
在抗生素制药工业废水处理中常用的凝聚剂有:
聚合硫酸铁、氯化铁、亚铁盐、聚合氯化硫酸铝、聚合氯化铝、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺(PAM)等。
刘明华等[3]利用有机/无机复合型改性木质素絮凝剂MLF处理抗生素类化学制药废水,当抗生素制药废水的pH值为6.10时,絮凝剂的用量为120mg/L时,废水中COD Cr,SS和色度的去除率分别达至61.2%、96.7%和91.6%。
(4)气浮法
气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物,使其视密度小于水而上浮到水面实现固液或者液液分离到过程。
气浮法通常包括充气气浮,溶气气浮,化学气浮和电解气浮等多种形式。
化学气浮适用于悬浮物含量较高的废水的预处理,具有投资少,能耗低,工艺简单,维修方便等优点,但不能有效去除废液中的可溶性有机物。
在制药废水的处理中,如大霉素,土霉素等废水的处理,常采用化学气浮法。
(5)臭氧氧化法
由于臭氧具有极其强大的氧化能力,其氧化产物一般对环境污染很小,因此臭氧氧化法及其联合技术在废水处理中得到广泛应用,对许多难溶物质有较好对降解功效。
臭氧氧化法在制药污水预处理中有着广泛的应用价值。
(6)水解酸化法
水解酸化法作为制药废水的预处理方法,它能将不溶性的有机物水解为溶解性的有机物,将难生物降解的大分子物质分解为容易降解的小分子有机物,从而提供废水的可生化性,还有去除生物抑制物的作用。
水解酸化法由于不需要曝气而大大降低了生产运行成本,同时由于提高了污水的可生化性而降低了后续生物处理的负荷,大量减少了后续好氧生物处理的曝气量,从而广泛地应用在难生物降解的制药,化工,造纸及有机物浓度高的废水处理中。
[4]
(7)Fenton试剂法:
Fenton试剂法由硫酸亚铁和双氧水两部分组成,处理效果主要取决于氧化条件。
以Ti仇为催化剂,并将其制膜固定在不锈钢质反应器内壁上,以9W低压汞灯为光源,引入Fenton试剂,对武汉市某制药厂的制药废水进行了处理实验。
取得了脱色率100%,COD-去除率92.3%的效果。
硝基苯类化合物含量从8.05mg/L降至0.41mg/L[5]
(8)反渗透法
反渗透法是利用半透膜将浓、稀溶液隔开,以压力差作为推动力,施加超过溶液渗透压的压力,使其改变自然渗透方向,将浓溶液中的水压渗到稀溶液一侧,可实现废水浓缩和净化目的。
以上不同的预处理方法,对高浓度、难降解对制药废水的预处理效果是不同的。
厌氧水解酸化由于反应条件温和,反应速度快,且能有效地提高废水的可生化性,对难生物降解和抑制作用的抗生素等毒性物质也能进行水解酸化而破坏。
这样对后续的生物处理提供了有利的条件而越来越受到人们的重视。
2.2制药废水的生化处理
2.2.1化学处理方法
1.光催化氧化法
该技术可有效地降解制药废水中的有机物浓度,且具有性能稳定、对废水无选择性、反应条件温和、无二次污染等优点,具有很好的应用前景。
李耀中[6]等以TiO作催化剂,利用流化床光催化反应器处理制药废水,考察了在不同工艺条件下的光催化效果,结果表明:
进水COD分别为596、86lmg/L时,采用不同的试验条件,光照150min后光催化氧化阶段出水COD分别为113、l24mg/L去除率分别为81.0%、85.6%,且BOD5/CODCr值也可由0.2增至0.5,提高了废水的可生化性。
但是,光催化氧化法仍然存在不足,目前应用最多的TiO催化剂具有较高的选择性且难于分离回收。
因此,制备高效的光催化剂是该方法广泛应用于环保领域的前提。
2.Fe—C处理法
Fe—C技术是被广泛研究与应用的一项废水处理技术。
此法以充人的pH值3~6的废水为电解质溶液,铁屑与炭粒形成无数微小原电池,释放出活性极强的[H],新生态的[H]能与溶液中的许多组分发生氧化还原反应,同时产生新生态的亚铁离子,新生态的亚铁离子具有较高的活性,生成铁离子,随着水解反应进行,形成以铁离子为中心的胶凝体,从而达到对有机废水的降解效果。
邹振扬等[7]在常温常压下利用管长比固定的浸滤柱内加装活性炭—铁屑为滤层,以Mn2+、Cu2+作催化剂,对四环素制药厂综合废水的处理结果表明,活性炭具有较大的吸附作用,同时在管中形成的Fe—C微电池,将铁氧化成氢氧化铁絮凝剂,使固液分离、浊度降低:
化学处理方法在实际应用过程中,试剂的过量使用易导致水体二次污染的产生,因此在设计前应做好相关的调研工作。
2.2.2生物处理法
生物处理法已成为处理高浓度有机废水的主要选择,应用生物处理法显著地降低了污水处理的运行费用,为制药废水处理技术开辟了经济、有效的新途径。
生物处理技术一般包括:
好氧处理法、厌氧处理法、光合细菌处理法等。
1.好氧处理法
常用于制药废水的好氧生物法主要包括:
普通活性污泥法、加压生化法、深井曝气法、生物接触氧化法、生物流化床法、序批式间歇活性污泥法等。
目前,国内外处理抗生素废水比较成熟的方法是活性污泥法。
由于加强了预处理,改进了曝气方法,使装置运行稳定,到20世纪70年代已成为一些工业发达国家的制药厂普遍采用的方法。
但是普通活性污泥法的缺点是废水需要大量稀释,运行中泡沫多,易发生污泥膨胀,剩余污泥量大,去除率不高,常必须采用二级或多级处理。
因此近年来,改进曝气方法和微生物固定技术以提高废水的处理效果已成为活性污泥法研究和发展的重要内容。
加压生化法相对于普通活性污泥法提高了溶解氧的浓度,供氧充足,既有利于加速生物降解,又有利于提高生物耐冲击负荷能力。
深井曝气法是高速活性污泥系统。
和普通活性污泥法相比,深井曝气法具有以下优点:
氧利用率高,相当于普通曝气的10倍;污泥负荷高,比普通活性污泥法高2.5~4倍;占地面积小、投资少、运转费用低、效率高、COD的平均去除率可达到70%以上;耐水力和有机负荷冲击能力强;不存在污泥膨胀问题;保温效果好。
生物接触氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的特点,具有较高的处理负荷,能够处理容易引起污泥膨胀的有机废水。
在制药工业生产废水的处理中,常常直接采用生物接触氧化法,或用厌氧消化、酸化作为预处理工序来处理制药生产废水。
但是用接触氧化法处理制药废水时,如果进水浓度高,池内易出现大量泡沫,运行时应采取防治和应对措施。
生物流化床将普通的活性污泥法和生物滤池法两者的优点融为一体,因而具有容积负荷高、反应速度快、占地面积小等优点。
序批式间歇活性污泥法(SBR)具有均化水质、无需污泥回流、耐冲击、污泥活性高、结构简单、操作灵活、占地少、投资省、运行稳定、基质去除率高于普通的活性污泥法等优点,比较适合于处理间歇排放和水量水质波动大的废水。
但SBR法具有污泥沉降泥水分离时间较长的缺点。
在处理高浓度废水时,要求维持较高的污泥浓度,同时,还易发生高粘性膨胀。
因此,常考虑投加粉末活性炭,以减少曝气池泡沫,改善污泥沉降性能、液固分离性能、污泥脱水性能等,以获得较高的去除率。
2.厌氧处理法
厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼性微生物)的作用将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程,也称厌氧消化。
由于厌氧处理过程中起主要代谢作用的产酸菌和产甲烷菌具有相对不同的生物学特征,因此可以分别构造适合其生长的不同环境条件,利用产酸菌生长快,对毒物敏感性差的特点将其作为厌氧过程的首段,以提高废水的可生化性,减少废水的复杂成分及毒性对产甲烷菌的抑制作用,提高处理系统的抗冲击负荷能力,进而保证后续复合厌氧处理系统的产甲烷阶段处理效果的稳定性。
用于抗生素废水处理的厌氧工艺包括:
上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧复合床(UBF)等。
UASB能否高效和稳定运行的关键在于反应器内能否形成微生物适宜、产甲烷活性高、沉降性能良好的颗粒污泥。
UASB反应器具有厌氧消化效率高结构简单等优点。
但在采用UASB法处理制药生产废水时,通常要求SS含量不能过高,以保证COD去除率。
上流式厌氧污泥床过滤器(UASB+AF)是近年来发展起来的一种新型复合式厌氧反应器,它结合了UASB和厌氧滤池(AF)的优点,使反应器的性能有了改善。
该复合反应器在启动运行期间,可有效地截留污泥,加速污泥颗粒化,对容积负荷、温度pH值的波动有较好的承受能力。
采用加压上流式厌氧污泥床(PUASB)处理废水时,氧浓度显著升高,加快了基质降解速率,能够提高处理效果。
UBF法兼有污泥和膜反应器的双重特性。
反应器下部具有污泥床的特征,单位容积内具有巨大的表面积,能够维持高浓度的微生物量,反应速度快,污泥负荷高。
反应器上
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