如何使醫(yī)藥廢水處理達(dá)到地表ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì)深圳國(guó)家生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)醫(yī)藥企業(yè)廢水特點(diǎn)進(jìn)行提標(biāo)處理，設(shè)計(jì)了3種深度處理方案對(duì)其進(jìn)行中試研究比選。結(jié)果表明，以強(qiáng)化除磷脫氮生化處理系統(tǒng)為核心，臭氧氧化-生物活性炭為深度處理的組合工藝對(duì)該類(lèi)廢水具有較好的處理效果，其中cod、氨氮、總氮、總磷的平均出水濃度為8mg/l、0.1mg/l、3.8mg/l、0.2mg/l，可穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(其中總氮≤5mg/l)。
深圳國(guó)家生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園區(qū)醫(yī)藥企業(yè)排放的廢水成分主要以化學(xué)合成類(lèi)、混裝制劑類(lèi)為主，輔以中藥類(lèi)、提取類(lèi)、生物工程類(lèi)、發(fā)酵類(lèi)。該類(lèi)廢水通過(guò)城市生活污水處理廠(chǎng)無(wú)法直接處理，為了保護(hù)環(huán)境安全，促進(jìn)園區(qū)內(nèi)生物醫(yī)藥企業(yè)的發(fā)展和潛在生物醫(yī)藥企業(yè)的入駐，擬在園區(qū)內(nèi)建設(shè)統(tǒng)一的醫(yī)藥廢水處理廠(chǎng)，將園區(qū)內(nèi)自行處理至接管標(biāo)準(zhǔn)的各類(lèi)廢水收集后作進(jìn)一步深度處理。對(duì)于成分復(fù)雜、可生化性差的醫(yī)藥廢水來(lái)說(shuō)，仍是目前國(guó)內(nèi)外水處理的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。目前，在醫(yī)藥廢水的處理上，國(guó)內(nèi)外研究者針對(duì)低濃度cod廢水，采用cass、sbr、mbr、unitank以及氧化溝等好氧工藝處理方式進(jìn)行研究，對(duì)于高濃度cod廢水通過(guò)厭氧法進(jìn)行處理。本研究在確定工藝時(shí)采用生化處理與深度處理相結(jié)合的方式，尋求穩(wěn)定可靠的工藝流程及參數(shù)，出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(其中tn≤5mg/l)。
1材料和方法
1.1原水水質(zhì)
選取醫(yī)藥園區(qū)內(nèi)具有代表性的醫(yī)藥企業(yè)1#(化學(xué)合成類(lèi))、2#(混裝制劑類(lèi))作為取水企業(yè)，通過(guò)園區(qū)廢水導(dǎo)入和遠(yuǎn)程運(yùn)輸調(diào)水相結(jié)合的模式，提供中試研究用水。
取水方案為采用罐車(chē)按3車(chē)次/d，每車(chē)次7m3的水量將醫(yī)藥企業(yè)1#廢水運(yùn)送至中試基地內(nèi)調(diào)蓄池;采用管道導(dǎo)入按80～90m3/d將醫(yī)藥企業(yè)2#廢水泵送至中試基地內(nèi)調(diào)節(jié)池，按企業(yè)1#廢水0.4m3/h和企業(yè)2#廢水3.8m3/h混合成試驗(yàn)用水。
1.2工藝流程方案
本中試研究設(shè)計(jì)處理水量為100m3/d，系統(tǒng)采用強(qiáng)化除磷脫氮工藝作為主體生物處理工藝，具體工藝流程根據(jù)深度處理單元的不同共設(shè)計(jì)以下3種比選方案。
工藝方案比選試驗(yàn)研究中，各工藝單元試驗(yàn)條件為：調(diào)節(jié)池和水解酸化池的水力停留時(shí)間(hrt)分別為10h、4.7h，當(dāng)系統(tǒng)可生化性較好時(shí)，可超越預(yù)處理單元。強(qiáng)化除磷脫氮工藝為a2n工藝變形(工藝流程見(jiàn)圖2)，硝化池設(shè)置辮帶式纖維填料，hrt總為18.3h，其中厭氧段∶缺氧段∶硝化段∶好氧段=2.0∶3.1∶9.8∶3.4，混合液懸浮固體濃度(mlss)為4000～6000mg/l，曝氣量為23.46m3/h，回流比r為。深度處理單元中臭氧接觸柱接觸時(shí)間為10min，臭氧投加量為10～20mg/l;活性炭柱濾速為10.5m/h，填料為zj-15型3～5mm活性炭;曝氣生物濾池停留時(shí)間為15min，填料為3～5mm陶粒;自養(yǎng)反硝化濾池停留時(shí)間為60min，填料為10mm硫粒;混凝沉淀池混凝時(shí)間為30min，投加混凝劑為*，沉淀時(shí)間為60min;反滲透設(shè)備采用pp棉進(jìn)行預(yù)處理，操作壓力4.1mpa，有效膜面積7.9m2，大水通量1.316m3/(m2˙d)。
如何使醫(yī)藥廢水處理達(dá)到地表ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)
醫(yī)藥廢水通過(guò)預(yù)處理單元后進(jìn)入強(qiáng)化除磷脫氮工藝的厭氧池，與回流污泥在厭氧池中混合，然后混合液進(jìn)入泥水分離池，在泥水分離池進(jìn)行分離，上清液的20%～30%進(jìn)入除磷沉淀池進(jìn)行化學(xué)除磷，其余上清液泵送進(jìn)入硝化池，污泥與硝化池的硝化液在缺氧池混合，之后泥水混合液進(jìn)入好氧池(后曝氣池)，經(jīng)二沉池沉淀后出水進(jìn)入深度處理單元。
1.3分析項(xiàng)目及方法
cod：重鉻酸鉀法;nh3-n：納氏試劑光度法;tn：堿性過(guò)硫酸鉀消解—紫外分光光度法;tp：過(guò)硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法;ss：重量法。
2結(jié)果與討論
2.1不同工藝組合方案對(duì)污染物的去除效果
2.1.1不同工藝方案對(duì)cod的去除效果
醫(yī)藥廢水中難降解有機(jī)物含量較高，要將其降解到30mg/l以下，cod的去除為研究的重點(diǎn)。中試期間不同組合工藝對(duì)cod的去除效果。
可以看出，中試研究分別模擬了高、低負(fù)荷下強(qiáng)化除磷脫氮工藝對(duì)于有機(jī)物的去除情況。進(jìn)水cod在200～450mg/l，系統(tǒng)出水cod基本穩(wěn)定在30～38mg/l，平均出水濃度為33.9mg/l，平均去除率為87.2%。針對(duì)地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)中cod排放限值要求，為保障總出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，減小排放風(fēng)險(xiǎn)，需增加深度處理方案對(duì)有機(jī)物及其他污染物進(jìn)一步處理。
方案一中二級(jí)出水經(jīng)臭氧氧化后降至24～28mg/l，其中臭氧氧化塔對(duì)cod的平均去除率為27.4%，由于臭氧能將部分有機(jī)物氧化成co2，因此去除率較高;再經(jīng)生物活性炭濾池處理，利用物理吸附、化學(xué)吸附和生物降解綜合作用，出水cod進(jìn)一步降至5～15mg/l，平均為8.0mg/l，生物活性炭濾池的平均cod去除率為49.5%;系統(tǒng)總平均cod去除率為76.6%。系統(tǒng)運(yùn)行期間，出水cod可以穩(wěn)定達(dá)到地表水環(huán)境iv類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。
方案二中出水cod為15～30mg/l，平均去除率為32.8%，其中cod的去除主要依靠曝氣生物濾池部分硝化作用消耗。
方案三中二級(jí)出水經(jīng)過(guò)預(yù)處理單元進(jìn)入反滲透裝置后，出水cod測(cè)定低于檢測(cè)限，該方案可以保障出水安全穩(wěn)定，出水標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.2不同工藝方案對(duì)氨氮及總氮的去除效果
由圖4可以看出，由于醫(yī)藥廢水混合后中氮的濃度較低，在運(yùn)行期間會(huì)投加10～15mg/l的氯化銨來(lái)調(diào)整進(jìn)水nh3-n濃度并控制在30～40mg/l。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，平均出水nh3-n低于0.1mg/l，對(duì)于nh3-n的平均去除率已達(dá)到99%以上。由于強(qiáng)化除磷脫氮工藝具有較優(yōu)的硝化效果，nh3-n主要在前端的生物處理單元去除，出水nh3-n濃度較低在0～0.8mg/l，方案一～方案三出水nh3-n濃度均低于0.1mg/l。出水滿(mǎn)足iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限值要求(nh3-n≤1.5mg/l)。
可以看出，在穩(wěn)定運(yùn)行階段，強(qiáng)化除磷脫氮工藝出水tn濃度在2.1～5.0mg/l，平均出水tn為3.8mg/l，平均去除率為88.4%。強(qiáng)化除磷脫氮工藝采用反硝化除磷過(guò)程進(jìn)行脫氮，脫氮效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)工藝，在出水具有較低nh3-n濃度的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿(mǎn)足tn出水低于地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限值要求(tn≤5mg/l)。
方案一中二級(jí)出水經(jīng)臭氧氧化+生物活性炭濾池處理后出水tn為1.7～4.7mg/l，平均出水濃度為3.5mg/l，平均去除率為18.4%，系統(tǒng)對(duì)tn的去除效果并不明顯。這可能是由于臭氧出水中含有較高的溶解氧導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溶解氧比較充足，不具備反硝化菌生長(zhǎng)的條件，因此幾乎未發(fā)生反硝化，僅靠同化作用去除了少量tn。
方案二中硫自養(yǎng)反硝化池的反硝化效果較優(yōu)，可觀察到填料表面有黃褐色微生物和氣泡產(chǎn)生?？偝鏊畉n濃度在0.6～2.2mg/l，平均濃度為0.9mg/l，平均去除率為78.1%。
方案三通過(guò)反滲透處理后出水tn濃度為1.7～2.1mg/l，平均出水濃度為1.8mg/l，tn的平均去除率為52.6%，tn出水水質(zhì)遠(yuǎn)高于地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限制要求。
2.1.3不同工藝方案對(duì)總磷的去除效果
可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水tp為3.0～4.3mg/l，強(qiáng)化除磷脫氮工藝出水tp均在0.3mg/l以下，平均出水tp為0.18mg/l，平均去除率為95.4%。
由于強(qiáng)化除磷脫氮工藝出水tp已經(jīng)處理到較低的濃度范圍內(nèi)符合出水標(biāo)準(zhǔn)要求，因此方案一和方案二對(duì)tp的深度處理效果均不明顯;方案三對(duì)于tp來(lái)說(shuō)，通過(guò)反滲透處理后出水后tp低于檢測(cè)限，tp出水水質(zhì)遠(yuǎn)高于地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限制要求。
2.1.4不同工藝方案對(duì)ss的去除效果
由圖7可以看出，在整個(gè)調(diào)試及穩(wěn)定運(yùn)行階段，強(qiáng)化除磷脫氮工藝進(jìn)水ss濃度為42.1～82.3mg/l，由于強(qiáng)化除磷脫氮工藝出水經(jīng)二沉池沉淀后出水效果穩(wěn)定較優(yōu)，出水ss均在檢測(cè)限外。
2.2合適方案確定
通過(guò)上述3組深度處理方案對(duì)強(qiáng)化除磷脫氮工藝出水污染物的去除效果研究，下面將各污染指標(biāo)的處理情況進(jìn)行對(duì)比分析，
如何使醫(yī)藥廢水處理達(dá)到地表ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)
由于強(qiáng)化除磷脫氮出水nh3-n濃度較低，經(jīng)過(guò)以上3種深度處理方案后處理效果并不明顯。
以tp指標(biāo)來(lái)說(shuō)，方案一中臭氧+生物活性炭對(duì)tp的去除效果較差，幾乎沒(méi)有去除效果;而方案二中采用了三級(jí)除磷工藝，在強(qiáng)化除磷脫氮工藝出水tp已達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將tp降至0.1mg/l以下;方案三中反滲透出水tp的測(cè)定上低于檢測(cè)限，遠(yuǎn)高于地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限制要求。
在tn的處理上，方案二對(duì)tn的去除效果好，經(jīng)過(guò)硫自養(yǎng)反硝化單元出水tn濃度為1.7mg/l，去除率約為58.5%;方案三對(duì)tn的處理效果較優(yōu)，平均出水濃度為1.8mg/l;方案一中臭氧活性炭對(duì)tn的去除效果并不大，僅為活性炭吸附了部分tn，出水tn濃度為3.5mg/l，去除率為14.6%，但終出水tn指標(biāo)也*可以達(dá)到地表iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限制要求(≤5mg/l)。
方案一中臭氧活性炭對(duì)cod的去除效果較好，出水cod平均濃度為7.9mg/l，平均去除率為76.7%;方案二對(duì)cod的去除效果較差，由于后續(xù)深度處理中僅針對(duì)除磷脫氮設(shè)置了深度處理單元，在二級(jí)出水nh3-n較低的情況下，使得曝氣生物濾池在硝化作用中消耗碳源較少，所以對(duì)有機(jī)物去除效果較小;方案三對(duì)有機(jī)物的去除效果合適，出水濃度低于方法檢測(cè)限。
綜上所述，方案三雖然對(duì)各污染指標(biāo)均具有合適的處理效果，但因其投資成本和運(yùn)行費(fèi)用較高，不適宜大規(guī)模水量處理使用。方案一作為強(qiáng)化除磷脫氮工藝的后接深度處理單元，主要針對(duì)二級(jí)出水中的有機(jī)物進(jìn)行了強(qiáng)化去除，使得終出水中各污染物指標(biāo)均可穩(wěn)定到達(dá)地表水iv類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。
3結(jié)論
(1)強(qiáng)化除磷脫氮工藝對(duì)于基本控制指標(biāo)cod、nh3-n、tn、tp的去除率分別為：87.2%、98%、88.4%、95.4%，出水的平均濃度分別為：33.9mg/l、0.1mg/l、3.8mg/l、0.18mg/l，其中ss的出水濃度低于檢測(cè)限。除部分cod未達(dá)標(biāo)外，其余指標(biāo)均滿(mǎn)足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)iv類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限值要求。
(2)綜合考慮3個(gè)方案，方案一臭氧氧化-生物活性炭吸附對(duì)各指標(biāo)污染物的去除效果均較優(yōu)，其中cod、nh3-n、tn、tp的平均出水濃度分別為8.0mg/l、0.1mg/l、3.8mg/l、0.2mg/l。
(3)本項(xiàng)目確定的組合方案
工藝方案為采用強(qiáng)化除磷脫氮工藝為生物處理單元，深度處理單元采用臭氧氧化-生物活性炭工藝，在不投加相關(guān)藥品的前提下，系統(tǒng)出水已滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)iv類(lèi)水(tn≤5mg/l)要求。