HDIC与CASS复合工艺处理高浓度制药废水
摘要：采用预处理／HDIC反应器／CASS工艺处理高浓度制药废水，水量为260 m3／d，进水COD为8 000 mg／L、BOD5为4 500 mg／L、SS为1 000 mg／L、氨氮为100 mg／L，出水水质达到《制药工业污染物排放标准 混装制剂类》(GB 21908—2008)。实际运行表明，该工艺耐冲击负荷能力强、处理效果好、污泥产量少，有一定的应用前景。
1 废水水质与水量
某制药企业以青霉素类及头孢菌素类粉针生产为主，其小型青霉素类原料药合成车间产生的废水主要分两类：一是粉针剂车间洗涤、洗瓶、化验室排水等废水，COD浓度较低，采用水解／生物接触氧化工艺处理；二是来自原料合成过程中结晶、提纯等工序母液的排放，洁净区的清场、消毒等环节的排水，这类废水主要污染物有丁醇、丙酮等有机溶剂、少量的抗生素原粉及较高浓度的NaCI、KCI等盐类，COD浓度较高，水量波动较大，水质实测结果见表1。
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本废水处理工程主要针对这部分高浓度废水。废水处理站处理能力为260 m3／d，处理出水水质需达到《制药工业污染物排放标准 混装制剂类》(GB21908—2008)。
2废水处理工艺的确定
结合本工程实际，采用HDIC与CASS相结合的处理工艺，工艺流程见图1。
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各工序设计处理效果见表2。
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从实测进水水质看，其BOD5／COD＞0．5，属生化性较好的有机废水，宜采用生化工艺处理。由于综合废水的BOD5远大于l000 mg／L，故选用厌氧处理技术是经济合理的。
HDIC(厌氧多循环反应器)将EGSB和IC两种工艺相结合[1、2]，在已有的IC反应器基础上增加EGSB出水回流，并设置了内回流和沼气回流，强化了反应器内循环，使得液体上升流速增大，容积负荷高且产气量大；颗粒污泥的沉降速度远大于液体的上升流速，颗粒污泥不会因为液体的紊动而流失，保证了反应器内的污泥浓度；反应器的启动时间短，高径比大，占地面积小。由于厌氧出水水质一般达不到排放标准，仍需后接好氧处理。
目前国内处理此类废水主要采用的好氧工艺有活性污泥法、生物接触氧化法等[3~5]。其中CASS工艺不但具有良好的有机物处理效果，而且具有很好的脱氮除磷效果，在生活污水、工业废水处理工程中均有应用[6、7]。
3工艺说明
3．1 预处理
预处理单元主要包括：格栅、斜板沉淀池和凋节水解池，其中调节水解池设置潜水搅拌，保证水质混合均匀。由于原水为制药废水，水解酸化时可能产生有害气体，为避免产生二次污染，调节池集中排气，经活性炭吸附后外排。
3．2 生物处理
生物处理部分为主体工艺，包括HDIC反应器和CASS反应池。
3．2．1 HDIC反应器
①HDIC反应器在EGSB的基础上，增加了一个无外加动力的内循环系统，进一步加强了反应器内污泥和沼气的内循环作用，提高了反应器内的液相流速，从而加大了反应器的容积负荷，提高了去除效率，其结构如图2所示。
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②三相分离器是HDIC反应器最具特色和最重要的装置。HDIC内设置了两级三相分离器，它们具有以下功能：收集从分离器下的反应室产生的沼气，使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来；能够适应HDIC反应器上升流速高的要求，不影响气、液、固分离效果。将HDIC反应器隔成两个反应室，使得反应器的实际处理能力大大增强，抗冲击负荷能力提高，保证了运行的稳定性。
③布水系统是厌氧反应器的关键配置，它对于污泥与进水充分接触、最大限度地利用反应器的污泥是十分重要的。布水系统兼有配水和水力搅动作用，为了保证这两个作用的实现，需要满足如下原则：进水装置的设计使分配到各点的流量相同；进水管不易堵塞；尽可能满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。
④控制系统是厌氧反应器的必要配置，它通过对HDIC的进水量、回流量、温度、pH、沼气产量等的监控，可保证系统高效稳定运行，避免反应器因水质的波动受到冲击而长时间不能恢复正常运行；同时使整个运行管理简单、操作方便。HDIC反应器的最佳运行温度为35～38℃，因此在HDIC反应器进水处设换热装置，利用水–水换热器加热。
3．2．2 CASS反应池
CASS工艺是把SBR的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物反应区(预反应区)，后部为主反应区，在主反应区后部安装了可升降的滗水装置，曝气、沉淀等在同一池内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流装置。
3．3 污泥处理
废水处理系统产生的栅渣、污泥及时外运处理。沉淀池以及CASS反应池产生的污泥浓缩后，经板框压滤机进一步脱水，泥饼可以直接外运。污泥处理系统产生的污水回流至调节水解池重新进入处理系统，不对外界环境造成污染。
此外，HDIC反应器产生的污泥可作为接种污泥外售。
3．4主要构筑物及设备
主要构筑物及设备见表3。
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4 处理效果与效益分析
4．1 异常情况及解决措施
4．1．1 HDIC反应器
图3为HDIC反应器启动、负荷提高及稳定运行三个阶段的进、出水COD测定结果。
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启动期间投加淀粉厂HDIC反应器的颗粒污泥，初始进水COD＜5000 mg／L，当出水VFA＜200mg／L，pH、ALK、COD正常，即进入提高负荷阶段；在进入提高负荷阶段后，控制出水VFA、pH、ALK、COD指标[8]。调试后期即2009年3月以后．尽管进水COD值较高，出水COD仍在较低的范围之内，系统进入稳定运行。每天监测COD两次，间隔12 h取样一次，17个月的检测结果表明HDIC总体处理效率高于设计值。
虽然在调试过程中严格控制温度、pH、进水浓度、碱度及VFA等变化，HDIC反应器也曾发生碱度降低及VFA突然升高的情况，但通过投加碳酸钠及强化回流，系统很快恢复正常。
4．1．2 CASS池
①当水中氨氮和磷含量比例失调时，CASS池会出现生化性差的情况，此时可通过定期向CASS池中投加尿素和磷肥，补充N和P，并适量降低负荷，以改善池内废水的可生化性。
② 当CASS池负荷过高时，系统会产生大量泡沫，并伴有污泥上浮，出水SS明显增加的现象，此时可通过投加少量的絮凝剂PAC、增加曝气量、调节C︰N︰P值、提高污泥浓度等措施，经2～3 d的调整，系统得到恢复。
4．2 工程验收
该处理工程于2009年4月通过当地环保部门的监测验收，实测结果见表4(3次实测值的平均值)。
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① 由调试阶段运行数据及表4可知，采用预处理／HDIC反应器／CASS工艺处理高浓度制药废水，处理效果良好，运行安全、稳定、可靠。
②该工艺充分发挥了厌氧处理的优势，耐冲击负荷能力强，产泥量少；并可根据进水水质的变化随时进行调整，适合在类似制药废水处理中应用。
③自控部分采用PLC监控系统，对工艺过程及设备进行控制和管理，保证了整个废水处理系统经济、安全的运行。
4．3效益分析
经核算，运行总成本(含动力费、药剂费、工资福利费等)合计为1．65元／m3，可回收沼气(540m3／d)及颗粒污泥。企业每年减排COD为682．1 t、BOD5为388．6 t、SS为72．93 t。
5 结语
采用预处理／HDIC反应器／CASS工艺处理高浓度制药废水，既发挥了厌氧处理的优势，降低了处理成本，又与好氧相结合，保证了处理出水水质满足行业排放标准；工程中采用了目前国内较为先进的设备，增加了节能措施；既重视处理技术的先进性，又重视系统运行的稳定可靠性，且有效降低了工程造价，同时保证了废水处理效果，真正做到经济效益、环境效益和社会效益的统一。
参考文献：
[1] 沈耀良，王宝贞．废水生物处理新技术理论与应用(第2版)[M]．北京：中国环境科学出版社，2006．
[2] 赵立军，滕登用，刘金玲，等．废水厌氧生物处理技术综述与研究进展[J]．环境污染治理技术与设备，2001，2(5)：59–66．
[3] 赵庆良，蔡萌萌，刘志刚，等．气浮—活性污泥工艺处理制药废水[J]．中国给水排水，2006，22(1)：77–79．
[4] 相会强，刘良军，胡字庭．水解酸化—两段生物接触氧化工艺处理制药废水[J]．环境科学与技术，2005，28(1)：92–93．
[5] 万兴，黄海燕，尚美彦．保健药制药废水处理工程设计 [J]．中国给水排水，2008，24(12)：57–59．
[6] 彭永臻．SBR法的五大优点[J]．中国给水排水，1993，9(2)：29–31．
[7] 王凯军，宋英豪．SBR工艺的发展类型及其应用特征[J]．中国给水排水，2002，18(7)：23–26．
[8] 任南琪，马放，杨基先，等．污染控制微生物学(第3版)[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006．
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