1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 生物制药公司废水处理的工艺设计 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 生物制药公司在其生产过程中所产生的废水具有 COD 浓度高、色度及味度大、硫酸盐浓度高、难于生物降解等特点。 本文通过对某生物制药公司的废水进行混凝预处理及生化处理研究，确定其所用的混凝剂为三氯化铁，每 1L 废水中应投加浓度为 10%(质量百分比浓度 )的三氯化铁 0.2ml，最适 pH 为 7.99。经过混凝预处理后， COD 浓度及硫酸盐浓度均有一定的一下降，从而减少了硫酸盐对于后续生物处理中的微生物的毒害作用。经实验可
2、得，该种废水中含有大量的难生物降解物质，造成废水采用普通的生化处理效率低。在本论文中讨论了采用其他方式诸如生物强化技术、紫外光照等对此种含大量难降解物质的废水的研究情况。文中还通过试验确定了此种废水的仄氧水解常数 ，为4.35d-1。此外，采用活性炭对此种废水进行吸附，可使出水 COD 达到国家生物制药行业废水排放标准 (GB978-1996， 300mg/L)，从而为此种废水的进一步处理研究提供参考。 关键词： 生物药厂废水；混凝预处理；生化处理；活性炭吸附 II ABSTRACT Antibiotic is the widest-used material in the world. It
3、s production will produce large amount of waste water, which is higher COD concentration etc. According to Preliminary treatment Study, in the course of coagulate process, the best flocculating agent is Fecl3, The quality concentration is 10%, the quantity is 0.2ml/L,and the waste water pH is 7.99.
4、After that the concentrations of COD and SS， are lower so that they will not poison tiny organism later, The efficiency is low because of all the inert constituents. We discussed other methods to treat the effluent strengthening quantity of tiny organism. We determined coefficient of anaerobic decom
5、position with experiments is 4.35d. Activated carbon can adsorb COD of water so that it is lower than the standard of producing antibiotic (300mg/L). Keywords: effluent of producing antibiotic; coagulate treatment; Biochemical treatment; aetivatedcarbon absorbing 目录 1 绪论 . 1 1 1 生物制药公司废水概述 . 1 1 2 生
6、物制药公司废水的水 质特征 . 2 1.3 设计任务、依据及原则 . 3 1.4 生物制药公司废水处理的工艺评述 . 3 1.4.1 物化处理 . 3 1.4.2 好氧生物处理 . 3 1.4.3 厌氧生物处理 . 4 1.4.4 组合式废水处理流程 . 4 1.4.5 其他处理方法 . 4 2 方案选择 . 5 2.1 混凝处理 . 5 2.1.1 混凝的基本原理 . 5 2.1.2 混凝剂的确定 . 6 2.1.3 PH 值 . 6 2.1.4 投放量 . 6 2.2 生化处理 . 6 2.2.1 废水的厌氧处理 . 6 2.2.2 废水的好氧处理 . 8 2.3 活性炭吸附 . 9 3
7、. 生物制药厂废水处理的工艺设计和投资预算 . 11 3.1 主要处理构 (建 )筑物设计 . 11 3. 2 工程投资及 成本分析 . 14 3.2.1工程投资 . 14 3.2.2.成本分析 . 15 3.3 经济和环境效益 . 15 4.结论 . 16 参考文献 . 17 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 18 1 1 绪论 1 1 生物制药公司废水概述 目前国内应用的较多的药物种类就是生物制药。所谓生物制药，是指通过微生物的生命活动，将粮食等有机原料进行发酵、过滤、提炼而成，属发酵工业范围。此类药品是具有在低浓度下选择性抑制或杀灭其它菌种微生物或肿瘤细胞能力的化学物质，是人类控
8、制感染性疾病、保障身体健康及防治动植物病害的重要化学药品，但是由于抗生素在筛选和生产、菌种选育等方面仍存在着许多技术难点，从而出现原料利用率低、提炼度低、废水中残留抗生素含量 高等诸多问题，造成严重的环境污染与不必要的浪费，影响了生物制药公司的社会效益与经济利益。生物制药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。由生物药厂的生产流程可知，废水主要为 : (1)提取工艺的结晶液、一废母液，属高浓度有机废水。本类废水如果不含最终成品，则 BoD 为 4000-13000mL;如果发酵过程不正常，发酵罐出现染菌现象时，导致整个发酵过程失败，必须将废发酵液排放到废水中，从而增大
9、了废水中有机物及抗生素类药物的浓度，使得废水中 COD、 BOD 值出现波动高峰，此时废水的 BOD 可高 达 l04mg/L。 (2)洗涤废水，属中浓度有机废水。洗涤水的成份与发酵废水相似， BOD 为500-1500mg/L。 (3)冷却水。废水中污染物的主要成份是发酵残余的营养物，如糖类、蛋白质、脂肪和无机盐类 )，其中包括酸、碱、有机溶剂和化工原料等。 抗生素废水是国际上公认的毒性强、处理难度高的工业废水。在医药工业中采用的复合生物技术处理抗生素废水具有较大的社会和经济效益。抗生素工业有机废水主要是经过提炼后的废发酵液，包括蒸馏回收溶媒后的残留液、离子交换吸附后的废液以及染菌倒灌的废液
10、等。废水中含有高浓度有机物和 悬浮固体，一般不含重金属和剧毒的化学物质，但化学需氧量很高，排入江河后将严重耗氧，破坏天然水质的自净能力，引起水质变黑，传播病菌，酿成公害。一般情况下，发酵液中抗生素的分离提取率仅 60%-70%，未被提取的抗生素随废水排放，因此废水中含有残留抗生素及其中间代谢产物，它们会对微生物活性产生抑制。同时，培养基的高浓度有机成分、抗生素发酵和提取工艺中使用的氨水、硫酸盐、表面活性剂和酸、碱、有机溶剂等也随同结晶母液一起排放，这些污染组分中的许多物质也都对生物处理过程有抑制作用。所以抗生素工业废水是一类含高硫酸盐、高 氮和多种抑制物的难生物降解高浓度有机废水。在众多的部分
11、发酵工程制药产品中，抗生素是目前国内外研究较多的生物制药，其生产废水也占医药废水的大部分。 2 1 2 生物制药公司废水的水质特征 抗生素废水可分为 :提取废水、洗涤废水和其他废水，废水排污点见图 1-1。 抗生素废水的主要来源包括以下几个方面： 发酵废水 本类废水如果不含有最终成品， BoD：为 4000-13000mg/L。 酸、碱废水和有机溶剂废水 是在发酵产品的提取过程，需采用一些提取工艺和特殊的化学药品造成的。 设备与地板等的洗涤废水 洗涤水的成份与发 酵废水相似， BOD：为 500 一巧 ()0mg/L。 冷却水 主要成份是发酵残余的营养物，如糖类、蛋白质、脂肪和无机盐类，其中包
12、括酸、碱、有机溶剂和化工原料等到。 因而，该类废水成份复杂，有机物浓度高，溶解性和胶体性固体浓度高， pH 值经常变化，温度较高，带有颜色与气味，悬浮物含量高，含有难降解物质和抑菌性作用的抗生素，并有生物毒性。其具体特征如下： COD 浓度高 (5809 mg/L) 废水的 SS 浓度高 (0.5-25g/L) 存在难生物降解和抑菌作用的抗生素类等毒性物质 硫酸盐浓度高 水质成份复杂 水量小且间歇排放，冲击负荷较高 图 1-1 生物制药厂生产废水排污点示意图 3 1.3 设计任务、依据及原则 以粮食或糖蜜为主要原料生产抗生素生产工艺流程见图 1-2。 下面对传统青霉素的生产工艺作简单的介绍，以
13、便了解抗菌素类制药废水 的来源和水质特征。青霉素是 p 一内酞胺类抗生素的主要代表，生产过程如下 : 种子制备 发酵生产 青霉素的提取与精制 图 1-2 以粮食或糖蜜为主要原料生产抗生素生产工艺流程 1.4 生物制药公司废水处理的工艺评述 1.4.1 物化处理 刘言军等人公司采用自制的聚合氯化硫酸铝 (PACS)和聚合氯化硫酸铝铁 (PAFCS)处理某制药厂废水，一次与二次混凝处理 COD 去除率均在 80%以上，可达到国家标准。此外，采用含 ca2+复合絮凝剂对抗生素制药废水进行混凝处理， COD 去除率可达71-77%， SS 去除率达 87-89%，可大辐度地削减废水中残留抗生素的抑菌效
14、力，抗生素处理废水的药物效价去除率大于 90%。物化处理还可作为其他处理方式的前处理方式，如絮凝 -电解法处理麻黄素废水，絮凝 -厌氧 -好氧处理抗菌素废水。 1.4.2 好氧生物处理 宋雷等人采用低氧一好氧工艺处理某制药废水，处理后各项指标稳定 ， COD 去除率为 92.5%， 用 活性污泥法处理小诺霉素发酵废水， COD 去除率在 85.40-89.7%之间。生物接触氧化法处理含制药残液废水，出水可达标 ： 生物膜法处理四环素工业废水，微生物对废水 COD 在 2 天内可达 76%。 4 1.4.3 厌氧生物处理 UASB 十 AF 处理维 C 废水， COD 去除率大于 80%； 而采
15、用常温 UASB 反应器处理 VC、 SD 和葡萄糖废水， COD 去除率也可大于 80%。 1.4.4 组合式废水处理流程 混凝 +兼氧一好氧生物接触氧化法十氧化脱色处理扑热息痛废水，水解 -好氧法处理青霉素、庆大霉素、链霉素等十 多种产品的生产废水，均取得了良好的处理效果。还有 SBR 法处理生物制药废水，当废水 COD 在 1180-3061mg/L 之间变化时，出水 COD都小于 300mgL，能满足国家制药废水排放标准。 1.4.5 其他处理方法 用纳滤膜对洁霉素废水进行分离，即减少了洁霉素对微生物的抑制作用，又可回收洁霉素。用聚丙烯中空纤维膜一生物反应器处理生物制药厂废水，由于生化
16、作用的增强及膜对微生物及溶解性有机大分子胶粒的截留， COD、 55 去除率都有很大的提高，并且由于维持了较长的泥龄及膜的截留作用，使硝化菌在曝气池中积累，对 NH:一 N 去除率可达 80%左右。 5 2 方案选择 抗生素是目前国内消耗最多的药品，其生产具有明显的经济效益。但是，由于其生产中的很多技术难题没有得到解决，造成抗生素的生产污染严重，其工业废水成为含难降解和生物毒性物质，高色度、高浓度 N、 S 有机废水。目前，国内外对抗生素废水的治理技术不多且不成熟，多以好氧为主。由于该类废水是高浓度的有机废水，好氧工艺实际的处理效率很低。从 80 年代起，厌氧为卜的厌氧 -好氧生物处理组合工艺
17、逐渐成为抗生素废水处理的主导工艺。国内当前采用的好氧、厌氧生物处理工艺在一定程度上代表了抗生素废水处理的国际技术水。 提出可行的治理工艺路线为：前处理厌氧 -好氧组合工艺。前处理是使物料的理化性状适合于后续生物处理，除调节水量、水质，还有去除生物抑制物质的作用。可选择混凝沉淀法及过滤法等。厌氧段的目的是利用高效厌氧工艺容积负荷高， COD 去除率高等优点。而在好氧段，为了避免在高水力负荷下，不会出现硝化菌随水流失的情况，及保证系统有较高的生物学量，可引入膜生物技术。 实验中用水取自某制药厂，主要产品为青霉素。取水处为废水综合排放口，根据该厂生产情况，所取废水主要为洗涤废水，废水较浑浊，水温稍高
18、， 溶媒味道较重。经过加浓硫酸进行水质保存后，在实验室分析各项指标见表 2-1。 表 2-1 原水水质分析 2.1 混凝处理 2.1.1 混凝的基本原理 混凝澄清法是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理方法。胶体溶液或悬浮液稳定的原因是 ： 固体微粒带有同性电荷形成布朗运动 ； 溶液中的亲水胶体，在分子的周围保持较厚的水层，有形成真溶液的倾向。胶体或悬浮液形成分散体系就是依靠细微粒度，荷同性电荷以及在水中的溶解作用而形成稳定状态的，因而必须投加混凝剂来破坏他们的稳定性。混凝就是 在混凝剂的离解和水解产物的作用下，使水中胶体污染物质和细微悬浮物脱稳
19、并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程，其中包括凝聚和絮凝两个过程，统称为混凝。 6 2.1.2 混凝剂的确定 在进行混凝实验时，混凝剂选用实验室常用的五种混凝剂，分别为砚氯化铁 (FC)、聚合氯化铝 (队 C)、聚合硫酸铝 (PAS)、聚合硫酸铁 (PFs)及阳离子队 PAM。根据五种混凝剂的经验使用浓度及使用量进行混凝剂品种筛选的试验，各种混凝剂的经验使用量及使用浓度确定混凝处理水力学条件为 :混合阶段转速为 400:/min，混合时间为 30s;反应阶段转速为 70r/min，反应时间为 15min。 2.1.3 PH 值 将 1000 耐原水置于 1000ml 的烧杯内，根据前述所定的混凝
20、条件，分别加入五种混凝剂。在六联定时变速搅拌机上进行混凝实验。此时，原水的 PH=1.69。混凝剂的筛选试验数在经过进行水质保存的条件下，三氯化铁的 SS 去除率最为理想，出水 SS 远远低于污水综合排放标准 (GB8978-1996)中的一级排放标准，即 70mg/L。因而选定在此条件下所用的混凝剂种类为三氯化铁 (质量百分比浓度 10%)。 2.1.4 投放量 在三氯化铁使用浓度为 10%(质量百分比浓度 )， PH=7.99 及阳 PAM 的使用浓度为0.5%(质量百分比浓度 )， PH=6.94 的情况下，混凝剂经验投加量，进行混凝剂最适投加量的试验。若以只氯化铁为混凝剂，每儿废水中加
21、入 0.02gFC，其最佳 PH 值为 7.99；而若以阳以 M 为混凝剂，每 llJ 废水中加入 0.0025g的阳离子 PAM，其最佳 PH值为 6.94。混凝剂的投加量并不是影响废水混凝效果的主要因素，它除与水中微粒种类、性质和浓度有关外，还与混凝剂的品种、投加方式及介质条件有关，应视具体情况而定。对于有机高分子絮凝剂对剂量较为敏感，稍有过量，就容易造成胶体的 再稳定。 2.2 生化处理 2.2.1 废水的厌氧处理 (1) 废水的厌氧处理原理 废水的厌氧处理是在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解，稳定的一种无害化处理方法四。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解，转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。其中，大部分能量以 C 值的形式出现，可回收利用。同时，仅少量有机物被转化，合成新的细胞组成部分。 1979 年布利安特等人提出了厌氧消化的二阶段理论，如图 2-1 所示。
