制药中间体废水处理工艺工程设计

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1 引言

1.1 课题来源

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制药中间体作为医药生产过程中重要的基础原料和下游产品，在化学制药的生产和发展过程中起着十分重要的作用。社会的发展使得药品的研发生产量大大提高，因此对制药中间体的需求也不断增加。

随着西方发达国家环境保护意识和环境压力的不断增大，一些高污染项目逐渐的向发展中国家转移。而近年来，形成了以我国为核心的制药中间体生产贸易区。我国制药行业每年所需的化工配套原料和制药中间体物质大约2000多种，需求量高达250万吨。我国的中间体生产技术趋于成熟，一定程度上带动了区域经济发展，但是与此同时也产生了严重的环境问题。经过国家加大环保力度，环境污染问题已经成为制约我国中间体生产的主要因素。尽管中间体废水污染问题的根本处理方法在于清洁生产，但是由于技术和资金投入等原因，大部分生产工艺还是会产生大量的高污染废水。因此制药中间体废水处理显得尤为重要。

1.2 制药中间体废水的来源和特性

1.2.1 废水的主要来源

所谓制药中间体，是指一些用于药品合成工艺过程中的一些化工原料或化工产品。在药品的生产过程中，制药中间体在离心分离、常压蒸馏、减压精馏、压滤分离等工序中均产生少量的工艺污水。但这些废水对环境有着极大的影响。 1.2.2 中间体废水的主要特点

制药中间体产品品种很多，化工制药中间体的废水成分复杂，有机物含量高，溶解性和胶体性固体浓度大，含有难降解物质和有抑菌作用的抗生素等总体特点。其水质特征主要表现为pH值经常变化、温度较高、带有颜色和气味、悬浮物含量高易产生泡沫、毒性大、可生化性差等[1]。 1.2.3 制药中间体废水的主要危害

中间体废水中主要污染因素是COD、氨氮以及无机盐等物质，制药中间体废水的污染情况主要表现在以下几个方面：（1）有机污染物

废水中有机污染物主要为发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程中的萃余液、经

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溶媒回收后排出的蒸馏釜残液、离水交换过程排出的吸附废液、水中不溶性抗生素的发酵滤液以及染菌倒灌废液等。这些有机污染物使得废水中CODCr浓度高达3000mg/L~10000mg/L[2]。（2）悬浮物

中间体中悬浮物的浓度一般为300mg/L～800mg/L，主要为发酵的残余培养基质和发酵的微生物菌体。（3）毒性物质

废水中存在的有毒物质主要是废水中残留的抗生素，硫酸盐及化工原料，这些物质对好氧污泥的活性有抑制作用[4,5]。

1.3 国内外制药中间体废水处理技术现状

制药中间体废水属于高浓度有机废水。目前，从国内外对制药中间体废水治理的研究及应用情况上来看，多采用以生物法为主，生化与物化相结合的处理工艺。其处理方法主要有：UASB+生物接触氧化工艺、水解酸化+CASS处理工艺、SBR处理工艺、厌好氧吸附处理工艺、接触氧化处理工艺等[6]。好氧工艺脱氮除磷效果好，能有效处理厌氧出水中剩余有机物，出水水质好。好氧法多采用生物接触氧化法，该法净化效率高，抗抑制能力强，污泥产生量小，无污泥膨胀现象，应用较为广泛；厌氧处理能耗低，处理负荷高，耐冲击能力强，可大量降低有机污染物含量，并可产生可利用的沼气，同时把一部分难降解的大分子物质转化为易生化的小分子物质,具有较高的容积负荷和较短的水力停留时间，处理效率高的特点；但通常单纯采用好氧或厌氧处理法很难达到排放的标准要求[7-9]。为达到较好的出水水质，实际应用中需要进行各种工艺结合处理，构成组合工艺。 1.3.1 SBR工艺

SBR的全称是序批式活性污泥法，这种污水处理技术是运用间歇式曝气的方法来运行活性污泥。工艺的主要在SBR反应器中主要完成进水、反应、沉淀、排水和闲置等。SBR工艺与传统的活性污泥法相比的不同之处在于：在一个构筑物中完成生物降解和沉淀分离两个过程[10]。反应器采用缺氧混合和曝气反应反复交替进行运行使得该工艺具有良好的脱氮除磷性能。

SBR工艺的主要优点如下：

（a）构造简单，节约基建和运行费用：同池进行曝气沉淀，省去二沉池等；

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（c）处理效果好，对不同水质有较强的适应性；（d）反应器中底物浓度高，产泥量低； SBR工艺的主要缺点如下：（a）容积利用率低；

（b）设备复杂使得运行费用较高；

（c）反应器内流量不稳定，有较大的水头损失。 1.3.2 厌氧水解酸化工艺

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（b）多种运行方式，满足不同处理需求：运行过程中各阶段可自由调节；

厌氧水解酸化可有效防止生化过程中产生的污泥膨胀，缓冲调节进水水质和水量的冲击负荷，使中间体废水中某些难降解物和有色物质转化，从而提高处理系统的COD去除率及脱色率。好氧处理产生的污泥全部回流到厌氧生化段，使污泥进行厌氧消化，减少系统的剩余污泥量。为了保持池内有一定的生物量，需内挂弹性立体填料[11]。

1.3.3 生物膜法

在相同运行条件下，生物膜系统处理效果优于活性污泥系统，其CODcr，BOD5

和油脂去除率分别可达97%，99%和82％，出水水质可达废水综合排放二级标准。曝气生物滤池（BAF）用于污水二级处理后的深度处理，与传统的活性污泥法相比，曝气生物滤池中活性微生物浓度高，反应器体积小，抗冲击负荷强，耐高温，不发生污泥膨胀，出水水质高；但是水头损失大，对进水SS的要求高，产泥量略大，污泥稳定性较差。

1.3.4 厌氧生物滤池

厌氧生物处理法主要用于处理高浓度有机废水。在制药中间体废水的处理中使用

很多种改进了的方法，针对废水的各种处理工艺的特点不同、处理对象的特点不同，各种厌氧法的处理效果也有所不同。与好氧法相比，厌氧法在获得同样高的BOD5去除率条件下具有成本低，产生的淤泥少、稳定、易脱水，占地面积小，操作方便，且产生的甲烷可作为燃料再利用等优点[12]。但废水中含有的氨氮浓度较高，再加上厌氧分解有机物过程产生的氨氮较多。 1.3.5 生物接触氧化—混凝沉淀组合工艺

该工艺适合处理中浓度的制药中间体废水，试验结果表明，生物反应器压力平均

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为300kPa，进水CODCr约为1100mg/L~1700mg/L，BOD5约为600mg/L~900mg/L，平均容积负荷7.6kg(BOD5)/(m3·d)，出水先经过生物接触氧化处理后，提高废水中的溶解氧和有机物的降解速率，再经混凝沉淀后可达到现有企业的二级排放标准。该工艺处理中浓度废水效率较高，但处理成本高，难于维护与管理[12]。 1.3.6 上流式厌氧污泥床(UASB)—序批式活性污泥（SBR）法

该工艺适用于水质波动较大、COD含量高的废水处理。有机物先经过UASB厌氧

消化后，分解生成的氨氮经过SBR后去除率达68.6％。其中上流式厌氧反应器、SBR在池内按进水、反应、沉淀、排水分阶段的周期进行，耐水力冲击。该工艺具有工艺流程简单、耐冲击负荷、运行管理简便、工程造价省和运行费用低等特点，适合于制药厂的中间体废水处理工程[13,14]。 1.3.7 水解酸化—好氧接触氧化工艺

该工艺特别适合于处理高浓度、水质水量变化较大的废水。在进水CODCr为1500mg/L~4000mg/L的条件下，CODcr去除率可达95％以上。组合工艺负荷高，污泥絮体具有较强的吸附能力和沉降性能，抗冲击负荷能力很强，对有毒物质的影响具有很大的缓冲作用，但是污泥量较高，需采取相应的污泥处理措施1.3.8 超滤—反渗透装置

废水中还含有无机盐类污染物，一般生物法无法将其去除。超滤工艺属于驱动型膜工艺，对应的去除孔径为1nm~0.05nm。此制药中间体废水中含有大量的氯离子（3000mg/L），而反渗透工艺则可将有机物无机物一并去除。超滤-反渗透装置简单，操作容易且易控制。但进水须保证其物理化学稳定性。

[15，16]

。

1.4 论文研究主要内容

本文在充分分析制药中间体废水水质水量的基础上，设计了药厂内废水处理工艺设备。主要工作如下：

（a）对制药中间体废水中的主要污染因素如CODCr、SS、NH3-N、色度等参数进行分析，确定设计规模，选择适宜的制药中间体废水处理工艺。

（b）设计废水处理工艺的工艺流程和选择主要工艺参数，并对该工艺进行工程投资估算和技术经济分析。

（c）给出废水处理整体工艺的平面图、高程图、构（建）筑物施工图。

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2 制药中间体废水处理工艺的确定

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制药中间体废水主要包括生产过程中的发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程中的萃取液、经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液、离水交换过程排出的吸附废液、水中不溶性抗生素的发酵滤液以及染菌倒灌废液等。其成分相对较稳定，主要污染物是有机物、氯离子和氨氮，其水质特征是水质稳定但CODCr浓度高、氨氮含量高，呈微酸性。含有大量的有毒物质。目前对制药中间体废水处理常用的工艺方法有SBR污水处理工艺、UASB污水处理工艺、曝气生物滤池法、生物接触氧化法等。

2.1 设计原则

本设计仅对制药中间体生产废水的处理系统进行设计。

2.2 设计处理水量

根据厂方提供的资料，制药中间体废水处理量为360m3/d，即15m3/h。

2.3 设计进水水质

根据厂方提供资料及同类废水特性，设计进水主要水质指标如下表1。

表1 设计进水主要水质指标

COD

项目

（mg/L）（mg/L）（mg/L）

进水水质

8000