中药制药厂每天300吨制药废水处理工程设计
1 项目概况
随着制药工业的发展，制药废水已成为重要的污染源之一。其成分复杂、毒性大、色度深，而且废水水质、水量波动较大，是处理难度较大的工业废水。
中药废水是在中药生产过程中产生的成分复杂的高浓度有机废水。废水主要来源于原材料的洗涤水，浸泡废水，各工段的冲洗废水，其他废水来源于生产办公生活污水。其中，水溶性污染物为单宁、生物碱、有机酸、糖类、甙类、木质素、色素、蒽醌类物质及其它水解产物等；水不溶性污染物来自清洗、煎煮等工序,主要是泥沙、植物类悬浮物等。
此设计项目处理能力为300m3/d，根据该制药厂废水有机物浓度高，毒性大，间歇性排放等特点，采用“水解酸化-生物氧化”工艺对其处理，处理后出水水质要求符合《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906-2008）新建企业水污染排放限值。废水进出水水质见表1
表1-1 进出水水质指标
Table 1-1 Indicators of access to water table
项目COD(mg/l) BOD(mg/l) PH SS(mg/l) 进水水质1480 200 6-7 350
出水水质100 20 6-9 50
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
2 项目设计依据、原则
2.1项目设计设计依据
1)《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906-2008）
2)《生物接触氧化法设计规程》（CECS128:2001）
3）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
4）《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）
5)《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）
6)《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
7)《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）
8)《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
9)《构筑物抗震设计规范》（GBJ50191-93）
2.2项目设计原则
1) 工艺可靠、灵活、卫生、安全、节能、综合运行成本低廉，操作管理方便、节省投资且能保证长期稳定运行的原则。
2) 电气设备尽可能采用简易半自动化控制、最大限度减轻劳动强度。
3) 在设计中充分考虑二次污染的简易控制，采用简易隔噪防振脱臭等措施，保持良好的环境卫生。
3 工艺流程设计
3.1处理工艺选择
3.1.1预处理工艺选择
预处理阶段的主要作用是将来水中的植物悬浮物和泥沙等去除，为后续生化处理创造条件。其中，去除来水中的固体物是预处理阶段的最重要任务。
对预处理工艺选择如下：格栅+调节池。
格栅的作用是格栅的作用是去除废水中的大粒径固体物质，如悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止管道阻塞。
调节池的作用是调节水量和水质，调节污水pH值。设置调节池的目的是调节水量、均衡水质、预水解酸化。企业生产过程产生的废水具有一定的波动幅度，为保证后续处理单元的稳态连续进行，必须设置调节池，将波峰时大量来水存储起来，波谷时供给后续处理单元，以避免水量波动对处理系统的影响。生产过程产生的废水水质同样存在波动幅度，调节池的另一个作用是将不同时间来水水质进行均质调节。调节池的水力停留时间应根据处理水量、水质和波动幅度确定。在处理过程中，废水进水ph在6-7之间，出水ph为6-9。在水解酸化阶段会产生大量有机酸导致ph降低，为使系统稳定运行，故在调节池设加碱液装置，以保证后续处理废水ph。
沉砂池的作用是去除药材清洗水中的泥沙，保证后续处理单元正常运行，沉砂池分离出的泥沙单独运出。
3.1.2主处理工艺选择
中药废水的处理一般有以下几种工艺：气浮+UASB+MBR ABR+SBR，两相厌氧+好氧，水解酸化＋接触氧化法等各种处理工艺。这些处理方法与工艺各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经验。
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
表3-1 各工艺比较
Table 3-1 Comparison of the various processes
主工艺名称工艺特征投资运行费用适用范围
气浮+UASB+MBR 适宜建于地下，能够连
续出水且便于回用；运
行稳定投资居中，占地面积
小，运行费用较高
适用于CODcr、BOD5
含量较高的有机废水
ABR+SBR 容积负荷率较好；运行
管理比较简单；需要时
沼气可回收利用。不宜
建成地埋式。投资居中；占地面积较
大；运行费用低。
适用于CODcr、BOD5
含量高的有机废水
两相厌氧+好氧可达很高的容积负荷；
比传统厌氧工艺有明
显高的有机物去除率；
工艺流程长，运行稳
定。投资较高；占地面积较
大；运行费用高。
适用于CODcr、BOD5
含量比较高的有机废
水
水解酸化＋接触氧化
法容积负荷率较高；工艺
流程较短；运行稳定，
脱氮效果差，运行管理
简单。
投资居中；占地面积较
小；运行费用较低。
适用于CODcr、BOD5
含量比较高的有机废
水
综合以上处理工艺特点，并结合本工程污水处理的要求，将主处理工艺设计成水解酸化＋接触氧化法，以实现降解有机物的设计目标。
即水解酸化+接触氧化的基本生化处理工艺。
综合以上常用的处理工艺，本设计所采用的处理工艺有以下方面优点：
（1）该厂废水可生化性较差，故用水解酸化提高可生化性
（2）生物接触氧化工艺有机负荷高，耐冲击负荷能力强，采用剩余污泥量少，处理出水水质稳定。
（4）不需要密闭的池，搅拌器，三相分离器，降低了造价和便于维护。
（5）出水无厌氧发酵的不良气味，改善处理厂的环境。
（6）水解池体积小，与初次沉淀池相当，节省基建投资。
（7）不需要污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理简单
3.2水解酸化接触氧化工艺简介
水解酸化是兼氧厌氧技术，兼性菌（主要是产酸菌）在缺氧或厌氧条件下，将废水中诸如单宁、甙类、蒽醌、生物碱等结构比较复杂的大分子有机物分解成小分子中间产物。同时，部分有毒物质及一些带色基团的分子键被打开，降低了废水中有毒物质的浓度。
厌氧生物反应分为水解、酸化、产乙酸、产甲烷四个阶段，完成整个厌氧过程需时很长，但其中水解、酸化阶段反应条件温和、速率快，本方案即将厌氧过程控制在此阶段，作为一种预处理手段，水解酸化并没有很大程度降低废水中的COD Cr 和BOD5，而是使废水中结构复杂的大分子有机物，在生物催化剂作用下降解转变为结构简单的小分子有机物，即废水中的不溶性的复杂大分子有机物降解成小分子溶解性底物，溶解性有机物再转化为有机酸、醇、二氧化碳、各种低级有机酸及氢等，废水的毒性得以降低，可生化性得以提高，为后续生物接触氧化反应器提供了优质底物，给好氧过程创造了条件。对固体有机物的降解可减少污泥量，其功能与消化池一样。工艺仅产生很少的难厌氧降解的生物活性污泥，故实现污水、污泥一次性处理，不需要经常加热的中温消化池。
此工艺有三个显著的特点：其一，水解池取代了传统的初沉池，水解池对有机物的去除率远远高于传统的初沉池，更为重要的是经过水解处理，污水中的有机物不但在数量上发生了很大变化，而且在理化性质上发生了更大变化，使污水更适宜后继的好氧处理，可以用较少的气量在较短的停留时间内完成净化，且有较好的抗有机负荷冲击能力；其二，在低温条件下仍有较好的去除效果；其三，这种工艺在处理污水的同时，完成了对污泥的处理，使污水、污泥处理一元化，达到对剩余污泥的稳定，可以从传统的工艺过程种取消消化池。作为一种替代的处理工艺，在总的停留时间和能耗等方面比传统的活性污泥要有很大的优势。
生物接触氧化法的特点：
①生物接触氧化池内的生物固体浓度（10-20g/l）高于活性污泥法和生物滤池，具有较高的容积负荷；
②污泥产量略低于活性污泥法
③对水量水质的波动有较强的适应能力。
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3.3工艺流程设计
图3-1 污水处理工艺流程图
Figure 3-1 Wastewater Treatment Process Flow Diagram
3.4工艺流程描述
混合废水经格栅后进入调节池，节水量和水质。根据进水水质情况通过投加碱液控制进水pH值。水解酸化池内设置专用水解填料。通过厌氧菌、水解细菌、产酸菌等兼性菌的协同作用，降解有机物，有效去除部分COD。水解酸化池出水自流进入生化池。生化池内设置专用填料和高效专用曝气装置，提高氧的利用率。有效降低运行成本。生化池出水自流进入二沉池进行固液分离。清水溢流排放。采用的工艺流程如图3-1所示。
3.5 各阶段主要污染物去除率
表3-1水解酸化池进出水水质指标
Table 3-1 Indicators of hydrolytic acidification table
水质指标COD BOD SS 进水水质(mg/l) 1480 200 350
去除率（%）54 45 80
出水水质(mg/l) 666 110 70
表3-2接触氧化池进出水水质指标
Table 3-2 Indicators of contact oxidation table
水质指标COD BOD SS 进水水质(mg/l) 666 110 70
去除率（%）84 86 15
出水水质(mg/l) 106.56 15.4 59.5
表3-3二沉池进出水水质指标
Table 3-3 Indicators of precipitation table
水质指标COD BOD SS 进水水质(mg/l) 106.56 15.4 59.5
去除率（%）10 0 50
出水水质(mg/l) 96 15.4 29.75
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4 工艺参数设计计算
4.1 基本设计参数
（1）最大设计小时水流量：Q=12.5 m3/h
（2）设计进出水指标：
表4-1 进出水水质指标
Table 4-1 Indicators of access to water table
项目COD(mg/g) BOD(mg/g) PH SS(mg/g)
进水水质1480 200 6-7 350
出水水质100 20 6-9 50
4.2 处理工艺参数设计及计算
4.2.1 格栅间
（1）功能：用于安装格栅，拦截水中大的悬浮物质。并防止冬季格栅机结冰，影响运行。
（2）结构：地下钢砼结构
（3）尺寸：2.7m×0.8m×1.2m
（4）数量：1座
4.2.2 不锈钢机械细格栅
（1）设计说明
设备与水平面呈60°安装在水渠中，污水通过栅网的栅缝流出，固体垃圾被过滤在栅网垃圾筐内。格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。
（2）主要特点
① 全部零件有不锈钢制成，具有足够的耐腐蚀性和强度，即使在恶劣的环境中也能够长期使用
②采用栅杆固定，耙齿在栅杆中间运转，避免因垃圾粘在栅杆上而堵塞栅格 ③栅杆尾部采用相对固定的结构，栅杆既能有一定的活动余地，又不会脱离开耙齿之间，使格栅运行更加可靠
④采用防水电机，电机绝缘性能好 ⑤工作性能稳定，运转平稳，噪声小 ⑥结构简单，操作方便，便于维护保养
⑦所有滑动轴承均采用尼龙材料，耐磨损，耐腐蚀，且无油润滑 （3）详细参数 格栅型号 BG4820-2
有效垂直高度 485mm 有效宽度 200mm 栅杆间距 2mm 安装角度°60o 耙齿速度 5.5 m/min 电机功率 250 W 电压 380 V 最大处理量 20 m 3/h 水槽宽B 315-475 mm 水槽深H 400 mm (4)设计计算
取细格栅；栅条间隙b=2mm ；
栅前水深 h=0.15m ；过栅流速v=0.2m/s ；
安装倾角α=60°；设计流量Q=300m 3/d =0.00347m 3
/s ①栅条间隙数
(n)
n =
式中： Q ------------- 设计流量，m 3/s α------------- 格栅倾角，度 b ------------- 栅条间隙，m h ------------- 栅前水深，m v ------------- 过栅流速，m/s n=0.00347×0.93÷0.002÷0.15÷0.2=53.8=54 ②栅槽有效宽度(B)
设计采用φ5圆钢为栅条,即s=0.01m
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
B=S(n-1)+bn
式中：S -------------- 栅条宽度，m n -------------- 格栅间隙数 b -------------- 栅条间隙，m B=0.01×(54-1)+0.002×13=0.556m ③进水渠道渐宽部分长度(l 1)
设进水渠道内流速为0.2m/s,则进水渠道宽B 1=0.256m, 渐宽部分展开角取为20° 则l 1=
1
1
2B B tg a -′
式中：B -------------- 栅槽宽度，m B 1 -------------- 进水渠道宽度，m 1a -------------- 进水渠展开角，度
=0.41m
④栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l 2） l 2= l 1/2=0.41/2 =0.205m ⑤过栅水头损失（h 1）
取k=3,b=1.79(栅条断面为圆形)，v=0.6m/s
h 1 = 2
4/3()sin 2s v k d g
b a
式中：k -------- 系数，水头损失增大倍数 b -------- 系数，与断面形状有关 s -------- 格条宽度，m d -------- 栅条净隙，mm v -------- 过栅流速，m/s α-------- 格栅倾角，度
=3×1.79×8.55×0.04÷19.6×0.866=0.08m ⑥栅槽总高度(H) 取栅前渠道超高h 2=0.3m
栅前槽高H 1=h+h 2=0.15+0.072=0.222m
则总高度H=h+h 1+h 2=0.15+0.08+0.3=0.53m ⑦栅槽总长度(L)
L=l 1+l 2+0.5+1.0+
1
20H tg °
=0.401+0.205+0.5+1.0+0.222÷0.364
=1.86m ⑧每日栅渣量(W)
取W 1=0.1m 3/103m 3 K 2=1
则W=
1286400
1000
Q W K ???
式中：Q ----------- 设计流量，m 3/s
W 1 ---------- 栅渣量(m 3/103m 3污水)，取0.1
W=0.0460.186400
11000
???
=0.0299808 m 3
/d(可采用人工清渣) 4.2.3调节池
（1）设计说明
根据生产废水排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留时间取4h ，由于调节池内不安装工艺设备或管道，考虑考虑土建结构可靠性高时，故障少，只设一个调节池。
（2）材质：钢砼结构 （3）尺寸：5.0m ×4.0m ×3.0m
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
（4）有效高度：2.5m
（5）有效容积：50m3
（6）水力停留时间：4h
（7）设计计算
①池子的实际容积
设废水在池内停留时间为 T=4h
=Q/24×T=300/24×4=50 m3
则池内废水量 Q
1
得出池的有效容积为 50 m3
=1.2×50=60 m3
设计用调节池的实际容积为V=1.2V
有效
②取池子的有效水深为h=2.5m
则调节池的平面面积是S=V/h=70=20m2
取宽为 B=4m，则长L=5m
取调节池超高为h=0.5m
4.2.4水解酸化池
（1）设计说明
主要是将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。
（2）结构：钢砼结构
（3）尺寸：5.0m×2.5m×4.5m
（4）有效高度：4.0m
（5）水力停留时间：4h
（6）设计计算
①池表面积：
采用一个，则表面积A=q
/=12.5÷1×1=12.5m2
N
Q?
②有效水深：
设停留时间t=4h
有效水深h=t
q?=4.0m.
③有效容积：
m.
V=Ah=502
④长度的确定：
设池长L为B的2倍
B=A/L=SQRT（f/2）=2.5
尺寸确定L?B=5m?2.5m.
则 5×2.5×4 = 50m3
⑤水解池上升流速核算
v=Q/A=H/t=4/4=1m/h
符合要求上升流速v=0.5-1.8m/h
⑥设计超高0.5m，酸化池的深度：
H = 4.0+0.5 = 4.5m
⑦设计水解池规格：5.0m×2.5m×4.5m(1座)
（7）水解池搅拌系统
①功能：定期搅拌池底污泥，使其与污水充分混合，高效分解污染物
②数量：1套
（8）水解池弹性填料
①功能：用于固定微生物，使其与污水充分混合，高效分解污染物，选用立体弹性填料，立体弹性填料与硬性类蜂窝填料相比，孔隙可变性大，不堵塞；与软性类填料相比，材质寿命长，不粘连结团；与半软性填料相比，表面积大、挂膜迅速、造价低廉。
②数量：25m3
4.2.5 生物接触氧化池
（1）功能：用于降解有机污染物和实现硝化反应的主体构筑物
（2）尺寸： 5.0m×3.0m×4.0m
（3）有效高度：3.5m；
（4）水力停留时间：4h
（5）材质：钢砼结构
（7）池数：1
（8）设计计算
①生物接触氧化池的填料容积按下式计算
V=24L
j Q/1000/F
r
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
=24 ×110 ×12.5 /1000 /1.78
=18.54 m3
式中：V ----------生物接触氧化池的填料体积 m3
L
j
----------生物接触氧化系统进水五日生化需氧量 mg/L Q ----------生物接触氧化池设计流量m3/h
F
r
----------生物接触氧化池BOD5填料容积负荷 kg/m3d 进入生物接触氧化系统的污水BOD5为60-180mg/L时，可按下列公式计算填料负荷
Fr=0.2881L0.7246
式中： L-------- 生物接触氧化系统出水BOD
5
Fr =0.2881 ×15.4 0.7246
=1.78 kg/m3d
②污水与填料的接触时间可按下列公式计算
t=24Lj / 1000/Fr
=24×88/1000/1.78
=1.19 h
③生物接触氧化池容积 V=Q
max
×t
Q
max
污水最大设计流量 12.5m3/h
T设计水力停留时间取4h
V =12.5×4= 60m3
④设计生物接触氧化池每座分为六格。填料层高度确定为2m
氧化池面积A’=V/H=60/4=15m2
⑤接触氧化池的长、宽
设计氧化池长L=5m 宽B=3m
⑥池深 H=h
1+h
2
+h
3
+h
4
式中： h
1
---------氧化池超高（0.5m-0.6m）取0.5m
h
2 -------------
稳定水层（0.4m-0.5m）取0.5m
h
3
---------填料高度 2m
h
4
---------底部构造层（0.5m-1.5m）取1m 则H= 0.5 + 0.5 + 2.5 + 1 = 4m
氧化池单池尺寸L×B×H＝5m×3m×4m
（9）需气量计算[17]
接触氧化池曝气采用在填料下方通过微孔管式曝气器鼓风曝气方式。根据试验，去除1公斤BOD需1.5公斤O
2
，
每小时BOD
5
去除量为:（110-15.4）×1000×300 /24=1.18kgBOD/h
需氧气:1.18×1.5=1.775kgO
2
空气中氧的重量为:0.233kg O
2
/kg空气,
则需空气量为:1.77kgO
2÷0.233 O
2
/kg空气=7.61kg空气
空气的密度为1.293 kg/m3
则空气体积为:7.61kg÷1.293 kg/m3=5.89 m3
微孔曝气器的氧利用率为5%—15%，本设计取7%，较符合实际情况
则实际需空气量为:5.89m3÷0.07=84.10m3/h=1.40m3/min，
微孔管式曝气器单个服务面积为1.0m2，曝气头数量：
n=A/f f 曝气器的单个服务面积 1.0m2/个
n= 12/1.0 = 12（个）
（10）接触氧化池弹性填料
①功能：用于固定微生物，使其与污水充分混合，高效分解污染物，选用立体弹性填料，立体弹性填料与硬性类蜂窝填料相比，孔隙可变性大，不堵塞；与软性类填料相比，材质寿命长，不粘连结团；与半软性填料相比，表面积大、挂膜迅速、造价低廉。
②数量：20m3
4.2.6曝气系统
（1）工作原理：空气由布气支管进入到曝气器主体中好，然后经主体上的通气孔进入到橡胶模与曝气器内支撑芯管之间的间隙中，在气压的作用下，曝气器的橡胶膜片微微鼓起，微孔张开，空气在克服阻力损失和水头之后，空气从橡胶膜上的微孔扩散到水中，形成细微的气泡，从而实现向水中充氧的功能；停止曝气时，气压消失，曝气膜片在自身的弹性和水压作用下使孔缝闭合，同时由于水压的作用，膜片压实在支撑芯管上，从而使曝气池中的污水不会通过微孔倒流入布气管中，避免孔缝堵塞现象的发生。配套溶解氧在线检测仪，用于控制曝气量。
（2）功能：接触氧化池的曝气
（3）形式：微孔管式曝气器
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
（4）数量：12套
4.2.7鼓风机
（1）功能：鼓风曝气，为接触氧化池内好氧微生物供氧，并使污泥与水混合，加强微生物与水中营养物的接触。
（2）风量：17.4m3/min
（3）型号：SR150-150A
（4）设备型号：罗茨鼓风机
（5）设备数量：2台(1用1备)
4.2.8污泥回流泵
（1）流量：Q＝25m3/h
（2）扬程：H＝20m
（3）电机功率：P＝4kW
（4）设备型号：65ZW25-20-4
（5）设备类型：自吸排污泵
（6）设备数量：2台(1用1备)
4.2.9 斜板沉淀池
（1）功能：氧化池出水在此完成固液分离
（2）结构：钢砼结构
（3）尺寸：2.70m×2.70m×3.00m
（4）池数：1池
（5）设计计算
①池水面面积
A 1=Q
max/
(n×q’× 0.91)
式中：Q
max----------------
最大设计流量 m3/h
n -------------- 池数，个
q’---------------设计表面负荷一般，m3/(m2h) 0.91-------------斜板区面积利用系数
A
1
=12.5/(1×2×0.91)=6.87m2
②方池边长
a=(A
1
)1/2=2.62m 取2.7m ③池内停留时间
t=(h
2+h
3
)/q’
式中：h
2-----------------斜板上部水深，m，h
2
=0.5-1.0m 取0.5m
h
3-----------------斜板高度，m，h
3
=0.866-1.0m 取0.9m
t=(0.5+0.9)/2=0.7h
（6）沉淀池斜板填料
①功能：用于增大沉淀面积，提高沉淀效率。
②数量：6.6m2
（7）理论上每日的污泥量
式中：Q ------------ 设计流量，m3/sf
C
------------ 进水悬浮物浓度，kg/m3
C
1
------------ 出水悬浮物浓度，kg/m3
P
------------ 污泥含水率，%
=0.22m3/d
（8）污泥斗尺寸
取斗底尺寸为400×400，污泥斗倾角取50°
则污泥斗的高度为：h
2
=(0.5625-0.2) ×tg50°
=0.45m
污泥斗的容积V
2=
1
3
h
2
（a
1
2+a
1
a
2
+a
2
2）
=1
3
×0.45×(2.622+2.62×0.4+0.42)
=0.9m3
V
2
>W符合设计要求，采用机械泵吸泥4.2.10污泥浓缩池
某中药制药厂300吨/天制药废水处理工程设计
采用连续式浓缩池
（1）功能：用于储存沉淀池、缺氧池排出的污泥 （2）结构：钢砼结构 （3）尺寸：D=2.6m H=2.46m （4）有效容积：2m 3 （5）池数：2池 （6）设计计算：
①按固体通量计算浓缩池表面积 A=Q w /q s =5÷1.5=3.33m 2 按水力负荷计算浓缩池表面积 A ’=Q w /q w =5÷1=5m 2