1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 生物制药公司废水处理的工艺设计 一、选题的背景、意义 药品按其特点可分为抗生素、有机药物、无机药物和中草药 4 大类。目前我国生产的常用药物达 2000 种左右，不同种类的药物采用的原料种类和数量各不相同。此外，不同药物的生产工艺及合成路线又区别较大。在医药的生产过程中往往需要将生物、物理和化学等诸多工艺进行综合，因此产生的制药废水的组成十分复杂。 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。制药企业产生的污水因其污染 物多属于结构复杂、有毒、有害和生物难以降解的有机物质，因而 对水体造成
2、的污染十分严重。同时制药工业污水还呈明显的酸、碱性，部分污水中含有过高的盐分。这些特点都让制药工业污水成为水处理行业中较为难处理的一种污水。随着我国医药工业的发展，制药工业废水已逐渐成为重 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。 制药工业废水常用的处理方法大多为物化法、化学法、生化法、其他组合工艺等。而传统的处理方法为化学方法，由于化学药品昂贵，处理费用较高，企业难以承受，况且化学方法又容易对环境造成二次污染。目前较为理想的处理方法是物理、化学和生物相结合的方法。目前，国际上普遍采用的是厌氧 -好氧组合技术处理制药废水。 本设计拟 采用混凝沉淀和 三氯化铁 的组合工艺处理
3、制药 废水，是将混凝沉淀工艺与消毒工艺相结合。该工艺具有处理效果好 ， 效率高 ， 运行稳定等特点 ， 且其出水的各项污染指标也均可达到国家 GB8978-1996污水综合排放标准的二级排放标准，其水质排放指标即：COD 100 mg/L， BOD5 30 mg/L， SS 70 mg/L， pH 值 6 9，挥发酚 0.5 mg/L、石油类 5 mg/L， 可实行的 制药工业 废水处理技术。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 SBR 工艺处理废水 SBR 是序列间歇式活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，
4、是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批 式活性污泥法 。SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式 ， 非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR 技术的核心是 SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污2 泥回流系统 。 SBR 工艺具有以下优点： 1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好 。 2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。 3、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释
5、 、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。 4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 6、反应池内存在 DO、 BOD5 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。 7、 SBR 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 8、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。 9、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省 。 2.2 膜生物反应器 (MBR) 作用原理 ： 现有污水处理工艺的出水中由于
6、悬浮物浓度较高，细菌与病毒可以附着或包裹在悬浮絮体中而不易被消毒剂杀灭。而 MBR的出水悬浮物浓度非常低，细菌与病毒失出了屏障，从而易于被杀灭。 膜生物反应器 (MBR)的优点 ： (1)消毒效果好。 (2)消毒副产物少。 MBR由于具有充分的生物降解和膜分离作用，从而大大降低了消毒副产物的生成量。 (3)剩余污泥产最低。 (4)自动化程度高，可以实现无人值守。在天津一中心医院污水处理系统中不仅实现了 MBR运行的金自动化控制，还通过公共通讯网络实现了远程监控 8。 2.3 光合细菌处理法 (PSB) 光合细菌 (PhotosynthesisBacteria,简称 PSB)中红假单胞菌属的许多
7、菌株能以小分子有机物作为供氢体和碳源 ,具有分解和去除有机物的能力。因此，光合细菌处理法可用来处理某些食品加工、化工和发酵等工业的废水。 PSB可在好氧、微好氧和厌氧条件下代谢有机物，采用厌氧酸化预处理常可以提高 PSB的处理效果。对于某些非抗菌素类生化药物，可考虑采用光合细菌处理法与其他物化或生物处理技术相结合的工艺进行废水处理 ： (1)光合细菌既能在好氧、黑暗条件下生长 ,又能在厌氧 、光照下生长。存高浓度废水处理中表现为原水无需稀释、氧的需求小高、动力消耗大大降低 。 (2)光合细菌能有效地利用醋酸 。 2.4 UASB法 UASB反应器具有厌氧消化效率高、结构简单、水力停留时间短、无
8、需另设污泥回流装置等优点采用 UASB法处理卡那霉素、氯酶素、 VC、 SD和葡萄糖等制药生产废水时，通常要求 SS含量不能过高，以保证 COD去除率在 85% 90%以上。二级串联 UASB的 COD去除率可达 90%以上。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 3 采用混凝沉淀， 三氯化铁结合 处理 制药 废水，其出水的各项污染指标也均可达到国家GB8978 1996污水综合排放标准的二级排放标准。采用上述工艺存在些自身的缺点 ,在设计与运行中也会遇到些困难 3.1 混凝沉淀的原理 3.1.1 混凝原理 混凝是通过向水中投加药剂使胶体物质脱稳并聚集成较大的
9、颗粒，以使其在后续沉淀过程中分离或在过滤过程中能被截除。天然水中含有各种悬浮物、胶体和溶解物等杂质，呈现出浊度、色度、嗅和味等水质特征。由于胶体物质本身的布朗运动特性以及所具有的电荷特性在水中可以长期保持分散悬浮状态，即具稳定性，很难考重力自然沉降 除去。通过向水中投加混凝剂可使胶体稳定状态破坏，脱稳之后的胶体颗粒则可借助一定的水里条件通过碰撞而彼此聚集絮凝，形成足以靠重力沉淀的较大的絮体，从而易于从水中分离。向原水投加混凝剂，以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，使颗粒易于互相接触而吸附的过程称为凝聚。通过胶体间以及和其他颗粒间的互相碰撞和聚集，从而形成易于从水中分离的物质称为絮凝。这两个阶段共同构
10、成了水的混凝过程。 3.1.2 三种作用产生的微粒凝结理象 凝聚和絮凝总称为混凝 （ 1）压缩双电层作用： 水中粘土胶团含有吸附层和扩散层，合称双电层。双电层中正离 子浓度由内向外逐渐降低，最后与水中的正离子浓度大致相等。因此双电层有一定的厚度。如向水中加入大量电解质，则其正离子就会挤入扩散层而使之变薄；进而挤入吸附层，使胶核表面的负电性降低。这种作用称压缩双电层。当双电层被压缩，颗粒间的静电斥能就会降低。当降至小于颗粒布朗运动的动能时，颗粒就能相互吸附凝聚。凝聚颗粒在水的紊流中彼此易碰撞吸附，形成絮凝体（亦称绒体或矾花）。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质。
11、絮凝体通过吸附，体积增大而下沉 。 （ 2）吸附架桥作用： 吸附桥的作用主要用 来解释高分子混凝剂的作用过程。铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。 （ 3）网捕作用： 当金属盐做混凝剂时，如果投加量非常大，足以达到沉析金属氢氧化物或金属碳酸盐时，水中胶体颗粒可被这些沉析物在形成时所网捕，从而随之一起沉淀。 此时胶
12、体胶体颗粒的结构并没有太大的改变，基本上是一种机械作用，只是成为金属氢氧化物沉淀的核心。 4 对于不同类型的棍凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用所起的作用程度并不相同。对高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂，吸附架桥可能起主要作用；对硫酸铝等无机混凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用以及网捕作用都具有重要作用。 3.2 混凝剂和助凝剂 混凝剂用于水处理中的混凝剂应符合如下要求：混凝效果良好，对人体健康无害，价廉易得，使用方便。混凝剂的种类较多，主要有以下两大类： 1)无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁 盐。 2)高分子混凝剂高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氧化铁是目前国内外研制
13、和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺。当单用混凝剂不能取得良好效果时 ， 可投加某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂可用以调节或改善混凝的条件 。 影响混凝效果的因素：由于胶体的混凝过程非常复杂，原水水质又各异，因此混凝效果好坏受许多因素影响，主要有水温、水的 pH 和碳度、原水水质、水里条件及混凝剂种类及投加量等。 3.3 混凝沉 淀工艺过程 混凝沉淀工艺是目前给水处理、中水处理和部分污水处理的核心工艺，主要包含混合、絮凝、沉淀三个工艺流程，它承担着水处理中 95以上的负荷，已有 150 余年的
14、历史。混凝沉淀工艺中，对指定的絮凝剂，影响处理效果的主要是动力学控制方式和方法。混凝沉淀动力学控制方式由流动边界决定，与工艺池型密切相关。 混合设施方面 , 欧、美、日净水厂通常采用快速机械搅拌器 (G =700 1000s-1 )， 其强调混合快速均匀 ， 机械搅拌能随原水的水质、加药量和药剂种类的变化作相应调整来达到最佳处理效果。我国城市水厂多采用比 较简单的加药混合方式与设备 ， 只有少数水厂采用机械撑搅拌混合装置。 絮凝过程是提供合适的流体动力学条件，使混合过程形成的微小絮体凝聚长大至沉淀所需尺度和密度的过程。絮凝动力学控制手段与絮凝池池型密切相关，絮凝池发展过程中，衍生了不同的絮凝池
15、型，包括水力旋流絮凝池、往复式隔板絮凝池、迴转絮凝池、网格絮凝池、波纹板絮凝池、孔室絮凝池、格网和栅条絮凝池等水力池型和机械搅拌池型（机械搅拌絮凝池）。 通常采用多档变速机械搅拌 (G =70 20 s-1 , t =30 40min)， 我国近年来在新型絮凝池研究上达到较高水平 ， 但我国水厂采用的絮凝设施多是根据传统絮凝剂的净水特点设计 ， 不能充分发挥新型高效絮凝剂的作用 ， 需要使用如接触凝聚反应器、拦截沉淀反应器、微涡旋反应器、深床接触凝聚过滤反应器等絮凝反应器 ， 强化反应过程的接触絮凝作用和微涡旋状态 ， 从而大大提高沉淀或过滤效率 ,使反应、沉淀和过滤工艺有机结合 , 实现絮凝
16、机理工艺化 , 使混凝设施和新药剂发展同步 11-13 3.4 三氯化铁的应用 3.4.1 三氯化铁制备 5 先由铁屑与盐酸反应 , 制备 Fe Cl3 溶液 , 制备的反应式为： Fe+ 2HC l= FeCl2+ H2 2FeCl2+ Cl2 = 2FeCl3 2FeCl2 + H2O2+ 2HC l= 2FeCl3+ 2 H2O 3FeCl2 + HNO3 + 3HC l= 3FeCl3+ 2 H2O + NO 3.4.2 三氯化铁原理 FeCl3 属于强酸弱碱盐，溶于水后 Fe3+发生水解，使溶液显酸性。 FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HCl 离子方程式为 Fe3+3H2O=
17、Fe(OH)3 +3H+ 三氯化铁 用于污水措置，以除去水中的重金属和磷酸盐 ， 三氯化铁是饮用水、工业 用水、工业废水、城市污水及游泳循环不处理的高效廉价絮凝剂，具有显著的沉淀重金属及硫化物、脱色、脱臭、除油、杀菌、除磷、降低出水 COD 及 BOD 等功效。与其它废水处理絮凝剂相比，其主要特点如下： 形成的矾花密实、沉降快也能减少跑矾花现象，使滤池反冲洗次数减少 ;处理成本降低 30%以上；絮凝性能优良，沉降速度高于铝盐系列絮凝剂，且形成的矾密实，产生污泥量少，大大节省污泥处理费用；适应水体 PH 值范围广，为 4-12，最佳 PH 值范围 6-10； 对低温浑浊水处理效果要优于其它絮凝剂
18、；使用后无二次污染。 四、论文详细工作进度和安 排 2010-2011 第一学期： 十月 选题 查资料 十一月 进入开题报告、文献综述和外文翻译阶段 十二月 完成并提交论文的前期三项内容 2010-2011 第二学期： 第一教学周 确定毕业环节实验操作技能考核的项目及实施方案 第二教学周 毕业实习完成后返校 第三教学周 对学生进行毕业环节实验操作技能的考核 第四教学周 完成开题报告的答辩，进入毕业论文实验的前期准备 第五教学周 进行毕业论文 设计 阶段 第十二教学周 毕业论文中期检查 第十四教学周 完成毕业论文（设计）撰写并交指导教师及评阅老师评阅 第十五教学周 进行毕业论文答辩 6 五、主要
19、参考文献 1许保玖 .当代给水与废水处理原理 M，北京：北京高等教育出版社， 1990. 2高俊发 .污水处理厂工艺设计手册 M.北京：化学工业出版社， 2003 3张忠祥，钱易废水生物处理新技术 M北京：清华大学出版社， 2004 4水处理工程典型设计实例 M北京：化学工业出版社， 2004 5高廷耀，顾国维 .水污染控制工程 -第 2 版，北京：高等教育出版社， 2004. 6茹改霞探讨现代医院废水处理与方法 J广东科技， 2007, (9):99-100. 7胡平，丁德玲，孙春宝医院废水处理中存在的问题及对策 J环境与可持续发展，2O07,(4):29-30. 8杜汪洋，彭书传，汪家权，陈金思小型医院废水处理工艺与工程实例 J安徽化工，2006,(5):47-49. 9 刘凤儒，高培柱，高连城医院污水处理的方案选择 J化工给排水设计，1997,(2):36-37. 10袁东，郭爱婷 A/O 强化二段生物接触氧化 + 二氧化氯接触消毒工艺处理医疗废水实例J环境科学与管理， 2006,31(1):129-131. 11印辉，王宇 CASS 工艺在医院污水处理中的应用 J江苏环境科技， 2003,16(2):16-17.
