遼寧某原料藥企業(yè)主要生產(chǎn)左旋肉堿、抗壞血酸棕櫚酸酯等十余種原料藥和醫(yī)藥中間體，生產(chǎn)廢水成分復(fù)雜。建廠初期配套建設(shè)的廢水處理站已廢棄拆除，需根據(jù)實際廢水水質(zhì)、水量重新設(shè)計并建設(shè)以滿足達(dá)標(biāo)排放要求。通過4個月的現(xiàn)場調(diào)研及小試，基本掌握了原水特點，確認(rèn)了以調(diào)節(jié)+厭氧+兩級AO+MBR為核心的技術(shù)方案的可行性及主要工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上開展工程設(shè)計。
1、設(shè)計處理規(guī)模、水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)
該廠生產(chǎn)線共排放10大類共21股廢水，全廠滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下生產(chǎn)廢水排放量約1200m3/d，全廠生活污水量約50m3/d，取兩者之和并考慮一定安全余量及未來發(fā)展等因素，最終確定設(shè)計規(guī)模為1500m3/d。在方案研究階段多次取樣并分析了全部21種廢水的主要污染物情況，見表1。表1中第6種廢水溶解性總固體（TDS）高達(dá)231000mg/L，占每日TDS總質(zhì)量的35%，而水量僅占0.83%，與建設(shè)單位協(xié)商后決定將其單獨外委處理以降低廢水TDS總量，表1中計算理論混合值時已將其排除。由表1可知，21種廢水中有4種廢水pH≤1，呈強酸性；有3種廢水TDS≥10000mg/L，有10種廢水COD≥5000mg/L。理論混合值是基于24h總水量的理想平均值，但某一時刻的實際進水水質(zhì)取決于生產(chǎn)線的排水情況，與理論混合值相去甚遠(yuǎn)。
由表1可知，原水主要污染物指標(biāo)為COD、氨氮、總氮和pH四項，設(shè)計進水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。
出水水質(zhì)執(zhí)行遼寧省《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627—2008）中排入污水處理廠的水污染物最高允許排放濃度。
2、方案研究及小試成果
①通過厭氧工藝可將原水COD濃度降低15%~20%，同時將B/C值從0.25~0.30提高至0.35~0.40；厭氧過程有沼氣產(chǎn)生，厭氧段最優(yōu)HRT為18h。厭氧對COD去除率較低的原因是：a.為控制運行費用，并出于兼顧COD去除及后續(xù)反硝化碳源等兩方面考慮，未將水溫提升到中溫厭氧消化范圍（30~40℃），而在20~25℃的常溫厭氧消化范圍內(nèi)運行，厭氧系統(tǒng)的COD處理負(fù)荷是中溫條件的16.6%~26.6%；b.原水TDS較高，因pH調(diào)節(jié)而投加NaOH進一步提高了TDS，對厭氧微生物有一定的抑制作用。根據(jù)小試數(shù)據(jù)，TDS超過4000mg/L以后，COD去除率開始較快下降，TDS達(dá)到5000mg/L后的COD去除率相對于4000mg/L時下降了約80%。由B/C值升高可知，廢水生化性有所提高，推測由于水解酸化在常溫下反應(yīng)較好，而產(chǎn)甲烷菌因水溫及TDS等受到一定程度抑制，加之本工程原料藥廢水所含多種復(fù)雜物質(zhì)的特點而未能較充分完成甲烷化過程，因此從整體上看COD去除率不高（但有沼氣產(chǎn)生），而B/C值有所提高。
②通過AO工藝可將除總氮之外的污染物指標(biāo)降至排放標(biāo)準(zhǔn)，剩余總氮需外加碳源進行后置反硝化處理。設(shè)計兩級AO工藝，在第二級A池投加碳源以提高碳源利用率；利用本廠制藥副產(chǎn)物——約20%甲醇稀溶液作碳源；兩級AO工藝最優(yōu)HRT為88h，其中第一級77h，第二級11h。硝化過程需補充堿度。
③小試第一階段污泥沉降性始終不好，SVI值為180~200mL/g，沉淀后出水常夾帶碎泥，因此小試第二階段改為MBR工藝，加之現(xiàn)場用地緊張，因此確定采用MBR工藝。小試MBR采用中空纖維簾式膜，膜孔徑0.1μm，設(shè)計膜通量12L/（m2·h），平均15~20d出現(xiàn)一次跨膜壓差（TMP）快速升高現(xiàn)象，升至25kPa后進行化學(xué)清洗，清洗后恢復(fù)至5kPa。改為MBR工藝后解決了沉淀槽漂泥、跑泥、出水渾濁等問題，而且延長了泥齡，有利于硝化菌培養(yǎng)和富集。小試MBR出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，COD、氨氮和總氮分別為178、15和48mg/L。
3、工程設(shè)計
3.1 工藝流程
根據(jù)本工程特點和水質(zhì)情況，通過方案研究及小試確定工藝流程：pH調(diào)節(jié)+緩沖調(diào)節(jié)+UASB+兩級AO+MBR（見圖1）。
3.2 處理單元設(shè)計
受現(xiàn)場可用地限制，廢水處理站設(shè)計構(gòu)筑物與建筑物合建，為反L型半地下結(jié)構(gòu)，地下最深6m，地上高9m，平面尺寸為41.3m×14.8m+14.4m×44.1m，占地面積1345m2，建筑面積773m2。廢水處理站下部為構(gòu)筑物，即各單元池體，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)壁均為玻璃鋼防腐。池體上方大部分區(qū)域為建筑物，并劃分為配電間、控制室、加藥間、風(fēng)機房、設(shè)備間等，上方無建筑物的池體均為有蓋池體或以玻璃鋼拱形蓋板覆蓋。
①預(yù)處理
預(yù)處理單元將原水依次進行粗格柵攔污、提升、細(xì)格柵攔污、pH調(diào)節(jié)及緩沖調(diào)節(jié)。廢水首先進入粗格柵渠，粗格柵由PE板材制成，之后進入提升泵池。設(shè)廢水提升泵2臺，并聯(lián)運行，采用耐腐蝕離心泵，內(nèi)襯HDPE，參數(shù)：80m3/h-110kPa-11kW。提升泵將廢水提升入位于pH池頂板上方特制的細(xì)格柵槽進行精過濾，濾液流入pH調(diào)節(jié)池。pH調(diào)節(jié)池共2座，并聯(lián)運行，單組尺寸（B×L×H）=5.7m×5.7m×6.7m，HRT=6.4h，每池設(shè)槳式攪拌機1臺，參數(shù)：60r/min-5.5kW。pH調(diào)節(jié)池出水溢流入緩沖調(diào)節(jié)池，其功能是均化水量及水質(zhì)，2座并聯(lián)運行，單組尺寸（B×L×H）=8.1m×7.0m×10.0m，安全超高0.5m，HRT=17.2h，每池設(shè)潛水?dāng)嚢铏C1臺，參數(shù)：740r/min-3.7kW；每池設(shè)調(diào)節(jié)水泵（潛污泵）2臺，1用1備，參數(shù)：38m3/h-190kPa-5.5kW。
預(yù)處理單元池體上方的儲藥間及加藥間用于儲存、溶解及投加氫氧化鈉和碳酸鈉。氫氧化鈉第一投加點是pH調(diào)節(jié)池，用于將原水pH由酸性調(diào)至7.0~7.5；第二投加點是好氧池，氫氧化鈉配合碳酸鈉用于補充高濃度氨氮硝化反應(yīng)而快速消耗的堿度。氫氧化鈉及碳酸鈉加藥泵參數(shù)：500L/h0.5MPa-0.55kW，分別為4用1備和2用1備，采用機械隔膜計量泵，由PLC依據(jù)pH在線儀表反饋值控制加藥泵啟停，由于pH調(diào)節(jié)池HRT較長，緩沖能力較強，因此計量泵加藥量較穩(wěn)定，氫氧化鈉和碳酸鈉溶液濃度均為10%，pH調(diào)節(jié)加藥量設(shè)定值為150L/h，補充堿度加藥量設(shè)定值為300L/h。從廠區(qū)引蒸汽管接入緩沖調(diào)節(jié)池為廢水升溫，冬季可將廢水水溫由約15℃提高至20~25℃。
②UASB
調(diào)節(jié)水泵出水進入UASB池，主要功能是通過水解、酸化、乙酸化、甲烷化等復(fù)雜的反應(yīng)分解有機物，提高廢水可生化性，并將一部分有機物分解為甲烷、氫氣等可燃?xì)怏w。UASB池2座，并聯(lián)運行，單座凈尺寸為11.4m×7.0m×9.2m，有效水深7.7m，總有效容積1229m3，HRT=19.67h，上升流速0.39m/h，容積負(fù)荷1.1kgCOD/（m3·d）。池底設(shè)有環(huán)狀布水器，上部為三相分離器及出水堰等，頂部設(shè)有水封罐，產(chǎn)生的沼氣送至內(nèi)燃式自動火炬進行燃燒。
UASB出水進入中沉池，其功能是攔截UASB池流失的污泥，在UASB系統(tǒng)啟動及運行異常時防止厭氧污泥流失尤為重要。中沉池2座，并聯(lián)運行，單座凈尺寸為4.5m×7.0m×5.2m，采用斜管沉淀形式，表面負(fù)荷1.0m3（/m2·h），池底設(shè)錐形泥斗，配污泥回流泵，設(shè)計回流比為100%，可根據(jù)實際運行情況進行調(diào)節(jié)。
③兩級AO+MBR
兩級AO+MBR單元處理構(gòu)筑物依次為前置缺氧池、好氧池、后置缺氧池、MBR膜池（兼作后置好氧池），共計4部分，HRT分別為17.2、60.3、6.4和4.8h，總HRT為88.7h。設(shè)計MLSS為8000mg/L，泥齡25d，內(nèi)回流比300%，外回流比100%，內(nèi)、外回流均采用變頻調(diào)節(jié)。第一級AO對COD、氨氮和總氮的去除率分別為95%、93.3%和66%，即通過第一級AO處理，COD和氨氮已經(jīng)達(dá)標(biāo)，而受碳源及回流比限制，總氮未能降至50mg/L，需要在第二級AO再處理。第一級AO設(shè)計硝化速率和反硝化速率分別為0.022kgNH3-N/（kgMLSS·d）和0.065kgTN/（kgMLSS·d）。前置反硝化設(shè)計參數(shù)綜合考慮了AO工藝內(nèi)回流比300%的理論脫氮率為75%及小試數(shù)據(jù)，控制第一級AO出水總氮約125mg/L。在第二級AO的A段投加約20%甲醇稀溶液作為反硝化碳源，按前一級AO出水總氮220mg/L設(shè)計（即在前一級TN理論出水125mg/L基礎(chǔ)上增加約75%安全余量），設(shè)計反硝化速率0.080kgTN/（kgMLSS·d）。MBR膜采用PVDF中空纖維簾式膜，膜孔徑0.1μm，1000m2/組，共6組，設(shè)計膜通量12L/（m2·h），由PLC控制按產(chǎn)水7min+停止1min自動變頻恒流量運行。好氧池DO通過在線溶氧儀數(shù)據(jù)反饋至PLC后對風(fēng)機進行變頻控制，好氧池DO控制在1.5~2.0mg/L，缺氧池進水處DO控制在0.5mg/L以內(nèi)。兩組膜池之間設(shè)計為儲泥池、離線洗膜池和清水池。
池體頂部為MBR設(shè)備間，主要有MBR抽吸泵、CIP（原位清洗）泵、次氯酸鈉和檸檬酸加藥系統(tǒng)等，其中MBR抽吸泵參數(shù)：12m3/h-120kPa-2.2kW，6用1備；CIP泵參數(shù)：10m3/h-105kPa-0.75kW，1用1備。MBR反洗系統(tǒng)包括在線化學(xué)清洗和離線化學(xué)清洗兩種模式，前者受TMP和運行時間控制，由PLC控制自動進行清洗，后者通常在每周自動在線清洗超2次或連續(xù)運行超12個月后將膜組件吊入清洗池進行清洗。
④鼓風(fēng)機房系統(tǒng)
受用地限制，好氧池設(shè)計池深10.1m，有效水深9.3m，采用1臺空氣懸浮鼓風(fēng)機，參數(shù)：35m3/min100kPa-75kW，同時配備2臺高壓羅茨風(fēng)機備用，參數(shù)：15.7m3/min-100kPa-55kW。
⑤污泥脫水系統(tǒng)
采用全封閉帶式污泥濃縮脫水一體機，參數(shù)：B=1.0m，Q=15m3/h。由于MBR系統(tǒng)本身泥齡較長，系統(tǒng)對泥齡變化不敏感，可認(rèn)為污泥脫水系統(tǒng)短時間因故障停機不會對生化系統(tǒng)造成較大沖擊，因此為節(jié)省設(shè)備購置費，脫水機暫按1臺配備，并預(yù)留1臺機位。
4、運行情況及經(jīng)濟分析
4.1 運行情況
本工程施工完畢后進行設(shè)備調(diào)試和工藝調(diào)試，厭氧系統(tǒng)和兩級AO系統(tǒng)分別調(diào)試約42和21d后進入穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門檢測，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)。實際運行平均水質(zhì)見表3。
4.2 經(jīng)濟分析
本工程總投資1700萬元，折合單位投資為1.13萬元/m3。藥品總消耗及直接運行成本見表4。噸水運行成本約為7.42元/m（3按實際運行水量約1000m3/d計），其中電費占比最大，占34.05%，其次是碳酸鈉和氫氧化鈉，各占26.67%和20.88%，三者合計占總成本的81.60%。蒸汽費用因季節(jié)性波動較大且難以準(zhǔn)確計算，暫不計入成本。
5、結(jié)論
①采用pH調(diào)節(jié)+緩沖調(diào)節(jié)+UASB+兩級AO+MBR工藝處理高濃度原料藥廢水，系統(tǒng)運行穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，投資和運行費用較低。
②原水鹽度、pH、游離氨等的波動對處理系統(tǒng)沖擊較大，加之受生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整等影響導(dǎo)致生產(chǎn)線排水很不規(guī)律，隨時可能出現(xiàn)某種沖擊，因此將pH調(diào)節(jié)池和緩沖調(diào)節(jié)池HRT分別設(shè)為6.4、17.2h，以保證后續(xù)生化處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
③UASB未設(shè)計在中溫厭氧消化范圍（30~40℃）運行，而在20~25℃的常溫厭氧消化范圍內(nèi)運行，目的是在水質(zhì)達(dá)標(biāo)前提下合理控制運行成本。若采用電加熱將水溫再升高10℃則增加費用6.38元/m3，增加值將接近目前噸水處理總成本。
④第一級AO承擔(dān)了95%左右的COD和NH3-N處理負(fù)荷，但其脫氮率受制于內(nèi)回流比及原水碳源，總氮需在第二級A段通過投加甲醇而去除。采用MBR工藝省去傳統(tǒng)沉淀池，提高污泥濃度，節(jié)省占地，且規(guī)避了污泥膨脹及沉降性差等問題，適用于小規(guī)模、高鹽度、高濃度廢水處理。（來源：大連市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，沈陽環(huán)境科學(xué)研究院）
