生化制藥過(guò)程中含磷廢水的治理

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1 引言

江蘇某藥業(yè)有限公司是一家生物制藥企業(yè)，公司主要產(chǎn)品為三磷酸腺苷、環(huán)磷酸腺苷，是核昔酸制藥工業(yè)的重要原料和中間體。生產(chǎn)中樹(shù)脂吸附和脫附等工段產(chǎn)生廢水中含有大量的有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷，導(dǎo)致綜合廢水中TP、CODCr濃度較高。在項(xiàng)目環(huán)評(píng)中針對(duì)廢水特點(diǎn)，建議公司采用物化法+(A2APO)生物法治理工藝，并提供了處理工藝流程和相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，在該公司廢水處理中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放。

2 設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量及排放標(biāo)準(zhǔn)

該項(xiàng)目生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水根據(jù)產(chǎn)生環(huán)節(jié)可分為兩類，一是工藝含磷廢水，主要來(lái)自各生產(chǎn)工段，二是包括樹(shù)脂再生、生活污水等其他廢水。通過(guò)類比調(diào)查及物料衡算，確定該公司廢水水量及污染物濃度;廢水排放執(zhí)行5污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)6(GB89781996）中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3 設(shè)計(jì)思路及工藝原理

根據(jù)物料平衡、水平衡和污染源分析，含磷廢水量約17m3Pd，磷酸鹽(以P計(jì))濃度約116mgPL，廢水中磷主要以無(wú)機(jī)磷酸鹽(K2HPO4)、有機(jī)磷酸鹽(ADP鈉鹽和ATP鈉鹽)形態(tài)存在。由于廢水中含有大量磷酸鹽和有機(jī)物，單純使用物化法或生化法，都不能滿足達(dá)標(biāo)排放要求。在檢索有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目廢水處理設(shè)計(jì)中，采用了物化+生化處理工藝。

3.1 化學(xué)預(yù)處理系統(tǒng)分析

經(jīng)檢索有關(guān)資料和實(shí)驗(yàn)，以Ca(OH)2乳液作為絮凝劑，調(diào)節(jié)pH至1015~1110，含磷酸鹽廢水中的可溶性磷酸鹽與Ca(OH)2反應(yīng)，可生成磷酸鈣[Ca3(PO4)2]和堿式磷酸鈣 [Ca5OH(PO4)3](可溶性R2(PO4)2和R2(PO4)3鹽中的Na也被Ca置換生成不溶性或微溶性的鈣鹽)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，投加 Ca(OH)2、快速攪拌、沉淀0.5h，對(duì)可溶性磷酸正鹽的去除率高達(dá)99%以上，對(duì)ADP鈉鹽和ATP鈉鹽中磷的去除率約80%~85%，去除效果與 pH值的關(guān)系。

3.2 生化系統(tǒng)分析

生物處理包括生物除磷和生物去除耗氧有機(jī)物。生物除磷是利用聚磷菌一類的細(xì)菌，過(guò)量地、超出其生理需要的從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)貯存在體內(nèi)，形成高磷污泥，沉淀后排出系統(tǒng)，達(dá)到從廢水中除磷的效果。

生物除磷技術(shù)是利用聚磷菌過(guò)量地?cái)z取磷和釋放磷的反復(fù)過(guò)程而實(shí)現(xiàn)的。為了提高微生物對(duì)有機(jī)物的利用轉(zhuǎn)化能力，本方案生物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了/厭氧2兼氧2好氧03個(gè)生物處理單元(即A2APO工藝)，其中前面2個(gè)單元主要是改善廢水中的BOD5PCODCr，提高好氧單元能為微生物利用分解的有機(jī)物的比例。根據(jù)該工藝的實(shí)際運(yùn)行情況，其對(duì)CODCr和TP的去除率分別為87.5%~92.2%和86.5%~89.4%。

4 工藝流程及參數(shù)

收集含磷廢水，加入Ca2+進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后廢水、車間其它廢水和生活污水等匯入調(diào)節(jié)池，均質(zhì)進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，保持pH7.5~8，流入?yún)捬醴磻?yīng)池，同時(shí)進(jìn)入本單元的還有沉淀池回流污泥，該單元嚴(yán)格在無(wú)氧狀態(tài)下運(yùn)行，微生物基本處于內(nèi)源呼吸階段，并釋放體內(nèi)過(guò)量的磷，同時(shí)對(duì)有機(jī)物作厭氧初步降解。兼氧單元在微曝低氧狀態(tài)下運(yùn)行，通過(guò)曝氣，使廢水中溶解氧濃度保持在3~0.5mgPL，有利于有機(jī)物的酸化水解。

廢水自流進(jìn)入好氧池，為提高好氧單元中活性污泥濃度，好氧工藝采用*混合式活性污泥運(yùn)行方式，污泥濃度3~4gPL，廢水中DO需保持在3.0mgPL以上，二沉池污泥部分回流至厭氧池，以提高厭氧區(qū)生物濃度。 廢水進(jìn)入混沉池，加入高分子絮凝劑、硫酸鋁和助凝劑，除進(jìn)一步對(duì)有機(jī)物凈化外，還利用Al2(SO4)3與剩余PO4-作用生成不容與水的AlPO4進(jìn)一步去除殘留的水溶性磷酸鹽。混沉池上清水排放，污泥排入污泥濃縮池。為防止磷釋放隨泥水分離上清液帶回系統(tǒng)，污泥池中需進(jìn)行曝氣充氧。

綜合廢水調(diào)節(jié)池廢水停留時(shí)間HRT10h，有效容積12m3;厭氧反應(yīng)池HRT3h，有效容積20m3;兼氧反應(yīng)池HRT315h，池中設(shè)內(nèi)掛組合型填料，填充率60%，池有效容積25m3;好氧曝氣池HRT8h，有效容積20m3;混凝沉淀池 HRT015h，表面負(fù)荷取018m3Pm2#h。根據(jù)本項(xiàng)目廢水特點(diǎn)，對(duì)含磷廢水單獨(dú)采用化學(xué)法預(yù)處理，有效去除廢水中大部分有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造了條件。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)好氧與厭氧停留時(shí)間比過(guò)大或過(guò)小都不利于脫磷，本方案厭氧HRT取3.0h，好氧HRT取8.0h。此外為防止沉淀池中出現(xiàn)厭氧狀態(tài)而導(dǎo)致部分磷被解吸釋放，污泥停留時(shí)間要盡量縮短。

5 試運(yùn)行分析

該公司污水裝置試運(yùn)行期間，進(jìn)水污染物濃度值與設(shè)計(jì)指標(biāo)基本接近，預(yù)處理階段CODCr和TP去除率分別達(dá)到34.6%、85.4%;生化處理階段 CODCr和TP去除率分別達(dá)到89.1%、87.8%。試運(yùn)行期間廢水中主要污染物CODCr和TP等污染物階段去除效果見(jiàn)。

6 結(jié)論

試運(yùn)行結(jié)果表明，化學(xué)法加A-APO法工藝對(duì)高磷易降解廢水的處理效果是非常明顯的，CODCr和T總?cè)コ史謩e達(dá)到91.4%、98.0%。生物工程技術(shù)在制藥行業(yè)應(yīng)用日益廣泛，由于磷是生物體內(nèi)重要組成部分，而且涉及許多細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)過(guò)程，所以在生物制藥特別是采用發(fā)酵工藝制藥的菌體培養(yǎng)等過(guò)程中往往要添加KH2PO4、K2HPO4等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這過(guò)程中產(chǎn)生了高濃度含磷廢水，給污水治理增加了一定的難度。本污水治理方案的成功實(shí)施對(duì)類似污水的治理希望有一定的借鑒作用。