乙肝疫苗生产废水处理工艺设计及运行控制研究

'■誦：Ｘ７０３密级中图分类号：公开ＵＤＣ：５０２学校代码：麵２＂…＂＊；ｍ：＇．对＇．Ｉ皆為■＾、净ＨＥＢＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕±学位论文Ｃ同等学力人员）乙肝疫苗生产废水处理工艺设计及运行控制研究论文作者：析娜指导教师：杨景亮教授副指导教师：申请学位类别：工学硕击学科、领域：环境科学与工程所在单位；环境科学与工程学院答辩日期：２０１５年１２月 河北科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；，巧妍指导教师签名：屬，若布／ｙ■年１日／么月日年。月＾５河北科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北科技大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可抖采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。口保巧，在＿＿年解密后适用本授权书。本学位论文属于／保密。（请在Ｗ上方框内打＂Ｖ＂）学位论文作如者签年名：指导教师签名：／３月＾曰年＂月；曰 ClassifiedIndex：X703SecrecyRate：PubiziedUDC：502UniversityCode：10082HebeiUniversityofScienceandTechnologyDissertationfortheMasterDegreeDesignandOperationControlofWastewaterTreatmentforHepatitisBVaccineProductionCandidate：XinNaSupervisor:Prof.YangJingliangAssociateSupervisor：AcademicDegreeApppliedfor：MasterofScineceSpeciality：EnvironmentalScience＆EngineeringEmployer：SchoolofEnvironmentalScienceandEngineeringDateofOralExamination:Dec,2015 摘要摘要乙肝疫苗生产废水属高氨氮、高磷酸盐、高有机物废水，是难处理的工业废水之一。本课题以乙肝疫苗生产废水为研究对象，开展了废水处理工艺设计、主要处理设施的启动及运行控制进行了研究，取得研究成果如下：针对该废水的特点，设计采用“化学沉淀（MAP）-接触氧化”组合工艺进行处理。其中化学沉淀采用的反应器为间歇操作，依次完成混合、反应、沉淀分离等单元过程，设计的接触氧化池采用半软性组合填料，HRT为48h，处理后废水水质达到pH6~9、COD≤300mg/L、氨氮≤30mg/L、TP≤3mg/L。采用化学沉淀法和混凝沉淀法去除废水中的氨氮和磷酸盐，根据废水水质，化学沉淀（MAP）控制pH=9，药剂投加比例n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.44:1.2:1，化学沉淀反应后采用混凝沉淀进行进一步处理。优化确定的最佳混凝剂为PAC，投加量25L/m3。在上述条件下，化学沉淀阶段运行结果表明，当进水水质为COD均值3818mg/L、氨氮均值2074mg/L、总磷69.7mg/L时，出水污染物平均浓度为COD为2516mg/L、氨氮为57mg/L、总磷2.3mg/L时，系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到34.5%、97.2%、96.7%。采用接触氧化法对废水进行进一步处理。接触氧化池依次经过启动和负荷提高进入稳定运行，取得了较好的运行效果。当进水COD均值为2801mg/L，氨氮均值为53mg/L时，DO控制在3~4mg/L，HRT为48h，出水COD均值为158mg/L，去除率94.4%，氨氮均值为27mg/L，去除率47.7%。采用“化学沉淀(MAP)-生物接触氧化”处理工艺处理乙肝疫苗生产废水。经调控运行，系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到96.3%、98.9%、96.7%，处理后水质满足企业与下游污水处理厂的协议标准要求。处理设施的的设计规模为5m3/d，总投资65万元，废水运行处理费为88元/m3，处理设施占地面积小，处理效率高，符合企业的实际需要。关键词乙肝疫苗生产废水；MAP法；脱氮除磷；接触氧化；工艺设计；运行调试；I AbstractAbstractThehepatitisBvaccineproductionwastewatercontainshighconcentrationofNH3-N,TPandCOD,whichmakesitdifficulttobetreated.Inthisresearch,thiskindofwastewaterwaschosenasatarget,anditstreatmentprocessdesign,thestart-upandoperationalcontrolofthemaintreatmentunitswereinvestigated.Theresultsobtainedareasfollows:Thetreatmentprocessof“MAP-contactoxidation”wasutilizedtotreatthewastewater,consideringitscharacteristics.Thebatchoperationwasappliedinthereactorusedforthechemicalprecipitation,andoneoperationperiodincludedmixing,reaction,precipitationandseparationinturn.AkindofsoftcombinationpackingwasfilledinthecontactoxidationpoolwithHRTof48h.Thewastewaterqualitiesaftertreatmentwere:pH6~9,COD≤300mg/L,NH3-N≤30mg/LandTP≤3mg/L.TheoptimalMAPreactionconditionsweredeterminedaspHof9andthereagentproportionofn(Mg2+)/n(PO3-4+4)/n(NH)of1.44/1.2/1.AfterMAPreaction,PACwasaddedforcoagulationprocessing.WhenaverageCOD,NH3-NandTPvaluesintheinfluentwere3818mg/L,2074mg/Land69.7mg/L,respectively,theaverageCOD,NH3-NandTPvaluesintheeffluentafterMAPreactionwere2516mg/L,57mg/Land2.3mg/L,respectively.ThecorrespondingremovalratesofCOD,NH3-NandTPwere34.5%,97.2%and96.7%,respectively.ThecontactoxidationpoolwasusedtotreattheeffluentofMAPreactionfurther.Afterinitialstart-upandloadincreasingperiod,thesystemoperationbecamestableandefficient.WhenDOwascontrolledas3~4mg/LandHRTwas48h,averageCODandNH3-Nvaluesintheinfluentwere2801mg/Land53mg/L,respectively,theaverageCODandNH3-Nvaluesintheeffluentaftercontactoxidationtreatmentwere158mg/Land27mg/L,respectively.ThecorrespondingremovalratesofCODandNH3-Nwere94.4%and47.7%,respectively.Whentreatmentprocessof“MAP-biologicalcontactoxidation”wasusedtotreathepatitisbvaccineproductionwastewater,theaverageremovalratesofCOD,NH3-N,TPwereachievedas96.3%,98.9%and97.5%,respectively.Theeffluentqualitycouldmeetthestandardrequirementofthedownstreamwastewatertreatmentplant.Theenvironmentalbenefitwassignificant.ThetotalinvestmentofthetreatmentsystemwasIII 河北科技大学硕士学位论文650,000yuan,andthetreatmentcostwas88yuan/m3.Thefloorareawasrelativelysmallandthetreatmentefficiencywashigh,whichweretheactualneedsoftheenterprise.KeywordsThehepatitisBvaccineproductionwastewater;MAPreaction;Nitrogenandphosphorusremoval;Contactoxidation;Processdesign;DebuggingonrunningIV 目录目录摘要··································································································IAbstract······························································································III第1章绪论······················································································11.1废水的来源及特征·········································································11.1.1生产过程及废水产生情况··························································11.1.2废水的水质特征······································································21.2含氨氮废水的处理技术现状·····························································21.2.1低浓度氨氮废水处理技术··························································21.2.2高浓度氨氮废水处理技术··························································51.3含磷废水的处理技术现状································································61.3.1化学凝聚沉淀法······································································71.3.2生物除磷技术·········································································81.4废水脱氮除磷技术现状···································································91.4.1生物脱氮除磷·········································································91.4.2化学脱氮除磷·········································································91.5研究目的及内容···········································································101.5.1研究目的··············································································101.5.2研究内容··············································································10第2章废水处理工艺设计······································································112.1废水的产生情况···········································································112.2设计依据及原则···········································································112.2.1设计依据··············································································112.2.2设计原则··············································································112.3设计参数····················································································122.3.1设计规模··············································································122.3.2设计水质··············································································122.4处理工艺的确定···········································································122.5工艺流程的描述···········································································132.5.1工艺流程··············································································132.5.2预期处理效果········································································142.6主要设备和构筑物工艺设计····························································14V 河北科技大学硕士学位论文2.7平面布置····················································································162.8小结··························································································16第3章化学沉淀的运行控制技术·····························································173.1化学沉淀最佳运行条件的选择·························································173.1.1条件与方法···········································································173.1.2影响沉淀效果的因素确定·························································183.2最佳混凝条件的选择·····································································213.2.1条件与方法···········································································213.2.2最佳混凝剂选择·····································································223.3设施启动运行及过程优化·······························································243.3.1药剂的配置与准备··································································243.3.2系统的启动与运行··································································253.3.3设施运行过程优化··································································263.4小结··························································································27第4章生物接触氧化池运行效能研究·······················································294.1运行条件与方法···········································································294.2生物接触氧化池的启动与运行·························································294.2.1生物接触氧化池的启动····························································294.2.3生物接触氧化池的负荷运行······················································314.3污泥特性及生物相的变化·······························································334.3.1污泥增长及特性变化·······························································334.3.2污泥的物理特性及生物相·························································334.4小结··························································································34第5章技术、经济效益可行性分析··························································355.1工艺技术可行性分析·····································································355.1.1工艺技术路线可行性分析··························································355.1.2主体设备装置的功能和作用·······················································355.1.3系统运行控制技术···································································365.2经济效益分析··············································································365.2.1工程投资··············································································365.2.2运行费用··············································································375.3环境效益分析··············································································385.4小结··························································································38结论································································································39VI 目录附录·······························································································41附录1工艺流程图·············································································41附录2反应罐结构图··········································································42附录3配液罐结构图··········································································43附录4碱罐结构图·············································································44附录5接触氧化池、沉淀池结构图·························································45附录6中间水池、污泥池结构图····························································46附录7平面布置图·············································································47参考文献·····························································································48致谢································································································55个人简历·····························································································57VII 第1章绪论第1章绪论1.1废水的来源及特征1.1.1生产过程及废水产生情况本文所研究的富含氮磷的制药废水来源于某生物制药企业。该企业生产CHO乙型肝炎疫苗的过程是采用中华仓鼠卵巢细胞，通过传代、旋转法贴壁培养，获取培养上清液。培养上清液通过离子交换层析、疏水层析、分子筛层析，去除杂质后，最终获得含精提抗原的疫苗原液。该疫苗原液再经过制剂分装、包装，最终形成注射剂产品。在该疫苗的生产过程中，浓缩、换盐、超滤过程均会有生产废水产生，由于该种疫苗的不采用活菌生产，所以生产废水不需要灭活或者杀菌处理。废水中除了含有较高浓度的有机物外，按照工艺要求加入硫酸铵和磷酸盐（主要成分为NaH2PO4和Na2HPO4），并不进入到最终产品中，而是进入生产废水排出。简要生产工艺及其排污节点见图1-1：细胞培养硫酸铵培养上清液疏水层析排放磷酸盐离子交换层析含硫酸铵、磷酸盐废水分子筛层析疫苗原液制剂分包装图1-1生产工艺及排污节点图1 河北科技大学硕士学位论文1.1.2废水的水质特征本文所研究的制药废水的水质特性如下：1）COD浓度较高，3500~4300mg/L；2）氨氮浓度较高，1500~2400mg/L；3）含有较高浓度磷酸盐，60~80mg/L；4）废水偏酸性，pH为5.6~6.8；5）间歇性排放。1.2含氨氮废水的处理技术现状自然界中富含氨氮的地方很多，人类发展和植物生长都离不开氨氮。氨氮在水中有两种主要存在形式，包括游离氨（NH+3）形式和铵离子（NH4）形式，比如硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、有机氮、氨氮等[1]。以上存在形式也可按照自然来源和人为来源进行区分。氨氮的自然来源是指存在于水体和土壤之中的氮元素，主要包括有机氮和硝酸盐。氨氮的人为来源是指存在于与人类活动相关的各种废水中，比如工业废水、生活废水，而废水中的氨氮主要源自农药化肥的使用[2]。人类文明发展，科技不断进步大大促进了工业和农业的快速发展，伴随着人类生产生活水平的提高，氨氮排放量也呈现逐渐增长的趋势。水体中氨氮含量超过其承载能力，会导致一系列严重后果。首先会使水体呈现出富营养化现象，进而导致微生物和各种藻类植物的迅速大量生长，微生物及藻类繁殖大量摄取水中的氧气，最后会致使水中鱼类等生物因缺氧而死亡。饮用水氨氮含量增高，会使饮用水产生异味，影响自来水厂的正常运行[3]。含氨氮废水的处理方法有很多种，其中在实践中应用较为广泛的主要有以下几种：生物法、吹脱法、MAP法、折点氯法、反渗透膜法、离子交换法等等。通常以500mg/L为界，氨氮含量低于500mg/L为低氨氮废水，氨氮含量高于500mg/L为高氨氮废水。低氨氮废水的处理方法主要有生物法和物化法，而高氨氮废水的处理方法目前主要采用的是吹脱法和化学沉淀法（即MAP法）。1.2.1低浓度氨氮废水处理技术目前处理低浓度氨氮废水，普遍采用的主要有生物法和物化法两种。(1)生物法生物法的处理氨氮的方法就是利用多种微生物与废水中所含有的氨氮进行硝化、反硝化反应，随着反应过程的进行，水中的氨氮被转化成N2排进空气中。生物法适用于BOD与COD之比大于0.3的可生化性好的废水，其水中富含的低浓度氨氮可通过此法脱出。生物法多用于处理水质特点为有机物含量高而氨氮浓度低的废2 第1章绪论水，这主要是因为过高的氨氮浓度对硝化反应过程有很强的抑制作用。所以，生物法不适宜处理高浓度氨氮废水[4]。目前在国内，生物法处理低浓度氨氮废水，A/O、A2/O等工艺使用较为普遍，此两种方法都属于传统的前置反硝化生物脱氮法，在去除废水氨氮上有一定的效果。A/O工艺和A2/O工艺都是基于传统活性污泥法但又优于传统活性污泥法，A2/O工艺是在A/O工艺的基础上增加了厌氧阶段[5]。此两种方法相比于传统活性污泥法，既可以处理BOD，同时也可以处理水中的COD和NH3-N。生物法脱氮途径见图1-2。NO3-①①②NO2-②NH4+N2③①硝化反硝化②短程硝化反硝化③厌氧氨氧化图1-2生物法脱氮图①传统硝化反硝化传统生物硝化反硝化法分为硝化段、反硝化段两个过程。在好氧条件下，氨氮在硝酸盐以及亚硝酸盐菌的作用下被氧化成NO3-N和NO2-N，此谓硝化过程；之后又在缺氧条件下，NO3-N和NO2-N被反硝化菌还原成N2，从而达到脱氮的目的，此谓反硝化过程[6]。②短程硝化反硝化技术短程硝化反硝化技术是指废水在同一个反应池里，好氧情况下，氨氮硝化，被—氨氧化细菌氧化成NO2。接下来建立缺氧环境，通过有机物、外加的碳源提供电子，—进行反硝化反应，使NO2转变为N2而脱出。③厌氧氨氧化技术+——厌氧氨氧化技术是指建立缺氧或厌氧情况后，将以NH4、NO2或NO3等形式——存在的氮反应后生成氮气而脱出的过程。该反应中，电子由NO2或NO3提供，而NH+4为电子受体。Kim等[7]研究处理美国俄亥俄州某污水处理厂废水中的氨氮，主要采用小球藻。所得的研究结果是：反应前24小时为小球藻的反应迟缓期，在接下来的48小时中，废水的氨氮去除率开始升高，最终可达到50％左右。杨小俊[8]则使用A/O法处理某炼油厂气浮池排出的含氨氮废水。其研究结果得出结论，在氨氮容积负荷介于0.04-0.08kg/(m3·d)、COD容积负荷介于0.3-0.84kg/(m3·d)时，经处理的废水其氨氮<53 河北科技大学硕士学位论文mg/L。邹联沛等[9]研究了膜生物反应器中的同时硝化反硝化现象。其研究表明，在溶解氧1mg/L，碳氮比30，pH=7.2条件下，该装置的COD、NH4-N、TN去除率分别达到96％、95％、92％。并发现反应条件在一定的变化范围内，降低或升高反应器内溶解氧浓度，反应装置的总氮的去除率都会呈现下降趋势。采用生物法去除废水中的低浓度氨氮有利有弊，有利的是此种方法操作相对简单、处理效果好、没有对环境的二次污染、处理成本相对较低。弊端则是反应装置需要比较大的占地面积。由于其参与反应的微生物易受温度和某些有毒物质等的影响，所以对运行管理要求较其他处理方法要高。此外，由于高浓度的氨氮会抑制硝化过程，故不能处理高浓度氨氮废水[10]。(2)物化法①折点氯法折点氯化法是指在氨氮废水中通入氯气，当氯气含量达到临界值时，利用氯气的氧化性，水中的氨氮被氯气氧化成N2而脱出的反应过程。折点则是指在往废水里通入氯气的过程中，废水中的氨氮会随着氯气通入量的增加而很快被氧化减少，当氨氮被氧化完全，浓度降为零时，水中的游离Cl-最少，此时的点即称为折点[11]。反应方程式如下：2NH++-4+3HClO→N2+3H2O+5H+3Cl折点氯法多用于氨氮废水的深度处理，氨氮去除率可达100％，效率高，效果好，操作简便，对原水的盐含量要求低，对环境温度要求低，无污泥产生，投资低。但主要且明显的弊端就是反应消耗大量液氯导致运行成本较高。而且液氯具有一定的毒性，其贮存和使用都要做好必要的安全措施，反应过程中会产生副产物氯胺和氯代有机物，如不进行处理则会存在对环境的二次污染。②反渗透膜分离法反渗透技术是利用半透膜对溶质具有选择性透过的特性，通过对半透膜施加高于溶液渗透压的压力，将溶质与溶剂分离。该方法使用范围极广，海水淡化、制作纯水，也可以用于处理废水。该方法设施投资较高，但运行过程中耗能低，污染小，操作简单。该方法实施过程中，原水氨氮浓度越高，所需要施加的压力就越高，能耗也会随之增加。利用该方法处理氨氮废水，水透过半透膜，氨氮留在浓水中，作为浓缩液排出再次处理[12,13]。徐永平等[14]以山东省某化肥厂K2CO3生产车间产生的氯化铵的废水为对象，进行研究实验。该厂拟采用反渗透技术处理该废水，装置采用反渗透膜过滤设备。研究结果表明，在用反渗透膜技术处理氨氮废水的过程中，氯化铵质量浓度应控制在小于60g/L条件下，设备氨氮去除效率较高，能够大于97％，出水各项技术指标达标。4 第1章绪论③离子交换法离子交换法是指在含氨氮废水中施加直流电场，由于离子交换膜具有选择透过性这一特点，从而在电解质溶液中分离出离子。离子交换法的优点前期投资较小，处理过程能耗和药剂的消耗小，氨氮分离效率较高，操作简便，没有副产物不会造成二次污染。唐艳等[15]采用自制电渗析设备处理氨氮废水。原水主要技术指标氨氮浓度为534.59mg/L，电导率2920μs/cm。通过实验得出了脱氮效果最好操作条件，即在电渗析电压为55V，原水进水流量控制在为24L/h。在此条件下处理废水，出水氨氮可降低至为13mg/L以下，氨氮去除率达到97.60%。1.2.2高浓度氨氮废水处理技术(1)吹脱法吹脱法主要包括空气吹脱与蒸汽气提。吹脱法所依据的是气液相平衡和传质速度原理。在碱性条件下，NH+4转化为NH3，接着将再蒸汽或空气通入水中，使蒸汽或空气与液体充分接触。废水中溶解的NH3气体和挥发性氨分子此时就会随空气或蒸汽穿过气液界面，转至气相脱出。由于在吹脱过程中气相中该条件下的平衡浓度始终大于氨气浓度，所以废水中溶解的NH3可通过气液界面转为气相而脱出，从而去除了废水中的氨氮。空气脱除称为吹脱法，蒸汽脱除称为气提法[16,17]。吹脱法的工艺流程见图1-3。废水pH调节池沉淀池吹脱塔排水氨气回收图1-3吹脱法流程图刘文龙等[18]利用空气吹脱法处理高氨氮废水，通过实验得出在pH值11.5，吹脱时间控制在120min，吹脱温度80℃，气液体积比大于300，废水中的氨氮脱除率达到99.2%，可将废水的氨氮浓度从4300mg/L降低到60mg/L。傅金祥等[19]“采用吹脱法处理垃圾渗滤液，在进水氨氮浓度1800mg/L、废水pH为11、气液比(体积比)为360、空气量为3L/min、吹脱时间为lh时，氨氮脱除率达到88.75％。蒸汽气提法常应用于化肥、石油化工、冶炼等行业产生的高氨氮废水。吹脱出的氨需要经吸收转化为氨水，一般回收后的含量在30%以上。此种方法因使用蒸汽，导致其成本较高。蒸汽气提法与空气吹脱法相比，成本较高，能耗高，设备较复杂，，5 河北科技大学硕士学位论文但效率相对较高，适合处理高浓度氨氮废水。吹脱法存在的弊端，一是大规模气提时容易产生水垢且不易去除，二是游离的氨控制不当可能对大气造成二次污染。(2)化学沉淀法化学沉淀法也叫MAP法或鸟粪石法。鸟粪石的主要成分为六水合磷酸铵镁（MgNH4PO4·6H2O）。鸟粪石法的研究兴起于20世纪60年代，到20世纪90年代，开始逐步兴起和应用[20]。因该方法较其他方法工艺更为简单，化学反应迅速、形成沉淀时间较短，干扰因素较少，可用于处理各种氨氮浓度的废水，尤其适用于高浓度氨氮废水的处理。处理生成鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)沉淀，而鸟粪石是一种缓释复合肥料，将废水中的氨氮转移固定其中，也有益于资源转化，避免了资源浪费，十分符合当下可持续发展和循环经济理念[21,22]。化学沉淀法就是在高氨氮废水中添加Mg2+和PO3-4,反应生成鸟粪石（MgNH4PO4·6H2O）沉淀，从而将废水中的氨氮脱除。该反应主要由以下三个反应式构成[23-26]。Mg2++PO3-+4+NH4+6H2OMgNH4PO4·6H2O(1)2++HPO2-++Mg4+NH4+6H2OMgNH4PO4·6H2O+H(2)Mg2++H-++2PO4+NH4+6H2OMgNH4PO4·6H2O+2H(3)杨雪等[27]等对剩余污泥所产生的碱性发酵液进行了研究，得出了利用MAP法即化学沉淀法除氮脱磷的最佳控制条件以及反应对碱性发酵液中有机物的影响。所得研究结果：研究以氮磷的回收率为考察标准，确定了四个反应条件，即氮磷比、镁磷比、酸碱度、反应时间。经实验分析确定最佳的回收条件为为pH=10、nMg:nP=1.8、nP:nN=1.6、反应时间为5min，此时氮和的磷回收率分别为62.3％与94.1％。刘大鹏等[28]研究了焦化废水的脱氮技术，也采用化学沉淀法，在废水中投加Na2HPO4·12H2O和MgCl2·12H2O，生成磷酸铵镁即鸟粪石沉淀来脱除焦化废水中的高浓度氨氮，研究重点是pH值在整个化学沉淀反应中所起的作用。所得研究结果为nMg:nN:nP=1.3:1:0.9，pH值控制在8.5~10为最佳反应条件。在此条件下原废水中的氨氮从2380mg/L下降至100mg/L以下，氨氮去除率达到95.8%，生成的鸟粪石晶体纯度较高。该方法不吸附废水中的有毒有害物质，且沉降性良好。化学沉淀法的主要局限性在于：原料方面由于其药剂添加量较大，从而导致原料成本较高；污泥即沉淀产物鸟粪石的用途还不够广泛，有待于进一步推广[29-31]。1.3含磷废水的处理技术现状磷广泛存在于自然界中，是组成各种生物，以及生物生长所需的重要元素之一。6 第1章绪论而磷也是一种自然资源，且在自然界储量有限，世界各国都比较重视磷的回收技术的开发与利用[32]。但是如果环境中尤其是水环境中磷含量超过其承载能力，则同样也会引起水环境的富营养化，导致一系列环境问题。目前，含磷废水的主要处理技术有化学凝聚沉淀法和生物法[33-35]。1.3.1化学凝聚沉淀法化学凝聚沉淀法是利用盐、Al3+盐和Fe3+盐等与废水中的磷酸基团反应生成无晶形的磷酸盐沉淀[36]。(1)钙盐法在含磷废水中加入石灰即CaCO2+3，Ca与废水中的磷酸盐反应生成HAP沉淀（羟基磷酸钙）。此反应会受pH值的影响。当pH=8时，磷酸钙的形成会受到CaCO3的抑制，但当pH=9时，这种抑制作用则逐渐消退。但当pH在9~10.5时，随着CaCO3沉淀量的增加，除磷效果会随之降低，同时钙盐消耗量增加。钙盐除磷能力受到抑制从而降低了磷的去除率。(2)铝盐法采用铝盐进行化学除磷主要采用Al2(SO4)3、NaAlO2或聚合铝。反应原理即铝盐与废水中的磷酸盐反应，生成A1PO4沉淀；或者在活性污泥法的曝气阶段，向其投加聚合铝絮凝剂，使其与正磷酸离子结合，生成沉淀[37,38]。采用铝盐进行化学除磷其产生的沉淀的主要成分为A1PO3-4和Al(OH)3。由于Al(OH)3对PO4有较强的吸附能力，致使形成A1PO4沉淀的反应速度也比较迅速，但废水中的有机物会影响铝盐的除磷效率。(3)铁盐法铁盐法除磷主要是采用Fe3+盐和Fe2+盐，包括氯化亚铁、氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁和聚合铁等。另外，为了降低除磷的费用，也可利用钢铁制造过程中产生的酸洗废水，该废水中富含硫酸亚铁和氯化铁[39,40]。使用此种废水，需要铁盐达到一定的浓度，如此一方面可以降低除磷成本，另一方面也可以使资源得到二次利用，减少污染。利用铁盐除磷受到pH值影响，在pH为7.5~8.5时，Fe2+盐不易反应产生沉淀。所以，为了能够提高亚铁盐除磷的效果，一般采用将亚铁盐投加到曝气池先氧化成三价铁盐后再进行除磷。(4)鸟粪石法鸟粪石法是指通过控制反应pH值和氮磷比、镁磷比、反应时间等条件，反应生成磷酸铵镁（MgNH4PO4·6H2O）或者羟基磷酸钙(Ca5(PO4)3OH、HAP)。此两种物质可用作缓释肥料，此方法可对含磷废水中的磷加以资源化利用[41-43]。在该方法中磷结晶后析出，被固定于鸟粪石中，可作为肥料二次利用，没有副产物，反应过程及7 河北科技大学硕士学位论文产物均不会在对环境造成污染，但单位废水的运行费用较高。1.3.2生物除磷技术生物除磷技术一般由厌氧释磷和好氧摄磷两个过程组成。其处理过程属于生物化学过程，而不是物理化学过程。生物除磷需要配套建设厌氧池和好氧池，工艺主要有A/O工艺和A2/O工艺[44-46]。(1)A/O工艺A/O工艺是最基本的除磷工艺。1975年，美国学者Spector在采用厌氧-好氧工艺控制活性污泥膨胀问题的研究过程中发现，该工艺除了具有抑制污泥丝状菌膨胀的作用外，在除磷方面也有很好的效果，通过进一步开发而形成了A/O工艺[47,48]。该工艺的基本流程如图1-4所示。进水厌氧池好氧池沉淀池出水剩余污泥污泥回流图1-4A/O工艺流程A/O工艺是利用微生物对磷过量吸收的能力把高含磷污泥转变为剩余污泥排出的过程。即含磷废水先进入厌氧池，厌氧条件下，其中的微生物释放出磷。随后进入好氧池，在好氧条件下，微生物再摄取磷，此阶段摄取的磷较前阶段释放的磷更多，以此方法降低系统出水的磷含量。此工艺想要取得较好的处理效果，必须在磷和生化需氧量比值较低的前提下进行。反之，如果废水中磷和生化需氧量之比较高，即生化需氧量浓度较低，则剩余污泥量较少，就不会有稳定的除磷效果[49]。(2)A2/O工艺A2/O工艺是对A/O工艺进行了改进，在原A/O工艺的厌氧段和好氧段之间增加一个缺氧区，缺氧区的设置主要是为了将好氧区出水回流到该区进行反硝化脱氮，所以A2/O工艺不但可以除磷还可以脱氮。工艺流程见图1-5。混合液回流进水厌氧池缺氧池好氧池沉淀池出水污泥回流剩余污泥图1-5A2/O工艺流程8 第1章绪论由工艺流程图可知，废水先流入厌氧池，在此处理阶段主要是利用兼性厌氧发酵细菌分解转化可生物降解的大分子有机物，将大分子转变为小分子，得到中间发酵产物VFA，即挥发性脂肪酸类物质。之后再进入缺氧池，从好氧池回流到缺氧池的回流混合液中还有部分硝酸盐和有机碳源，反硝化细菌在此阶段将硝酸盐和有机碳源进行反硝化，起到脱氮和降低生化需氧量的作用。最后进入好氧池，在此处理阶段，水中残留的有机质和溶解态磷被聚磷菌吸收贮存体内，达到除磷作用[51-52]。1.4废水脱氮除磷技术现状1.4.1生物脱氮除磷(1)A2/O工艺A2/O污水处理工艺是将厌氧/耗氧脱磷与缺氧/好氧脱氮相结合的处理工艺，含氮磷废水经过厌氧、缺氧、好氧进行生物处理，可去除水中的磷、氮和BOD。A2/O工艺系统为推流式活性污泥系统。废水先在厌氧池由聚磷细菌释放多聚正磷酸盐，之后进入缺氧池，由脱氮菌进行反硝化除氮。最后进入好氧池，水中残留的有机质和溶解态磷被聚磷菌吸收贮存体内，达到除磷作用。由于A2/O工艺属于推流式活性污泥系统，污泥完全混合，因此一般的标准推流式活性污泥系统都比较易改建成A2/O系统,比较适合我国的国情[53-56]。(2)SBR工艺当前,随着科技进步、自动化水平的提高以及计算机控制技术应用广泛普及，SBR工艺的应用日益广泛用于各类废水的处理，尤其是该工艺具有良好的脱氮除磷效果[57-59]。SBR工艺主要处理过程分为进水、反应、沉淀、出水、闲置五个处理阶段。该方法将初沉、反应、再沉淀等各工序组合在同一反应器中，具有构筑物简便，初期投资少，运行管理较为灵活简便的特点。在SBR工艺利于除氮脱磷，主要是由于其具有高污泥活性,较高的污泥质量浓度以及系统内缺氧、厌氧、好氧状态交替出现的情况。1.4.2化学脱氮除磷化学脱氮除磷主要为MAP法（即鸟粪石法）。根据废水中的氮磷比，控制反应pH为碱性（8～9左右），通过计算再适当投加Mg2+、NH+3-4、PO4搅拌沉淀后反应生成MgNH4PO4·6H2O沉淀，从而达到除氮脱磷的目的。虽然该法存在投料量较大，成本较高的缺点，但生成的鸟粪石为一种缓释肥料，不存在二次污染问题，同时设备简单，占地面积小，操作简便[60]。9 河北科技大学硕士学位论文1.5研究目的及内容1.5.1研究目的本文的研究对象为某生物制药企业生产某疫苗时产生的生产废水。该废水的特点为高氨氮、高磷、高COD。COD3500~4300mg/L，氨氮1500~2400mg/L；总磷60~80mg/L，pH5.6~6.8。该企业位于商住混合区，占地面积较小，紧邻城市主干道，四周有商业和居民区，对废水处理设施的设计要求较为苛刻。本文的研究目的就在于要结合废水性质和企业的实际情况，设计合理的废水处理设施并稳定运行，出水标准达到NH+4-N<30mg/L，COD<300mg/L，总磷<3mg/L，pH6~9。废水处理设施整体要求占地面积小、无异味、噪声低、可适应间歇生产。1.5.2研究内容该废水有机物浓度适中，且可生化性较好，一般采用好氧生物法或厌氧生物法进行处理。但是，废水中氨氮浓度高，高浓度的氨氮对废水的生物处理会产生较强的抑制作用，因此，该废水不能用单一的生物法进行处理，氨氮的去除是实现该废水有效净化的关键。拟首先采用化学沉淀法依次去除废水中的氨氮和磷酸盐，在此基础上采用好氧法对废水进行处理，实现废水的达标排放。拟采取的处理工艺技术路线为“化学沉淀-接触氧化”。主要研究内容如下：(1)废水处理工艺设计；(2)MAP法脱氮除磷运行控制条件的确定及优化；(3)接触氧化池运行控制技术；(4)处理工艺技术的环境、经济效益的可行性分析。10 第2章废水处理工艺设计第2章废水处理工艺设计2.1废水的产生情况本文所研究的废水来源于某生物制药企业在制造某疫苗的生产过程中，从其分步层析过程中产生的废水。该废水含有较高浓度的硫酸铵和磷酸盐，偏酸性。废水为间歇式排放。2.2设计依据及原则2.2.1设计依据(1)《建设项目环境保护设计规定》(2)《环境工程手册》（水污染防治卷）(3)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011(4)《建筑结构荷载规范》GB50009-2012(5)《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(6)《室外排水设计规范》GB50014-2006(7)《建筑设计防火规范》GB50016-2014(8)《低压配电设计规范》GB50054-2011(9)《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001(10)《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002(11)《给水排水构筑物施工及验收规范》GB50141-2008(12)《地下防水工程施工质量验收规范》GB50208-2011(13)《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008(14)该废水产生企业提供的污水接纳协议标准，即pH6~9、COD≤300mg/L、氨氮≤30mg/L、TP≤3mg/L。2.2.2设计原则(1)认真贯彻国家有关环境保护的各项方针政策，严格执行国家及地方环境保护标准和规定；(2)根据企业所排放废水的水质特点、排放标准等要求，采用成熟可靠的工艺技术、设备，力求最大程度地发挥工程效益；(3)采用高效节能、简便易行的废水综合治理措施，改善企业及周边环境，达到环境的协调统一；(4)全面系统地解决企业废水处理问题，在确保出水质量的前提下尽量降低能11 河北科技大学硕士学位论文耗，节省投资；（5）结合各方面的要求和现有处理设施状况，因地制宜，合理布局，在满足工艺流程的条件下，力求布置紧凑合理，联系方便，与厂区环境协调统一；（6）认真考虑运行成本的问题，尽量选用能耗较低的设备，降低运行费用，减少处理成本。2.3设计参数2.3.1设计规模根据公司提供的资料，废水处理规模为5m3/d。2.3.2设计水质进水水质：pH5~6、COD4300mg/L、氨氮2400mg/L、TP80mg/L。出水水质：满足该企业与其下游污水处理厂签订的协议标准，即pH6~9、COD≤300mg/L、氨氮≤30mg/L、TP≤3mg/L。2.4处理工艺的确定由公司所排废水水质情况看，废水在的有机物浓度适中，且可生化性较好，一般采用好氧生物法或厌氧生物法进行处理。但是，废水中氨氮浓度高，高浓度的氨氮对废水的生物处理会产生较强的抑制作用，因此，该废水不能用单一的生物法进行处理，氨氮的去除是实现该废水有效净化的关键。对于含高氨氮废水，处理方法主要有物理法和化学法。物理法主要包括蒸氨法、吹脱法，但两种方法都要对从废水中释放出的氨进行回收，本项目水量较小，回收的量较小，利用困难。否则，会造成污染转移，形成二次污染。化学法主要包括化学氧化法和化学沉淀法。由于氨氮浓度高，采用氧化还原法药剂投加量较大，另废水中的有机物也应消耗大量的化学药剂。针对高氨氮废水，化学沉淀法是目前研究及应用较多的处理方法，该方法利用溶度积原理，生成的磷酸铵镁沉淀可作为缓释肥料进行利用，该方法具有易调控，反应速度快，净化效果好等优点，并可同时去除废水中的磷酸盐，剩余的磷酸盐也可采用沉淀法进行处理。综上所述，针对公司废水的水质特点，拟首先采用化学沉淀法依次去除废水中的氨氮和磷酸盐，在此基础上采用好氧法对废水进行处理，实现废水的达标排放。在好氧法中，接触氧化法运行稳定可靠，污泥产生量小，无污泥膨胀现象。因此，拟采取的处理工艺技术路线为“化学沉淀-接触氧化”。12 第2章废水处理工艺设计2.5工艺流程的描述2.5.1工艺流程生产过程中产生的废水首先进入贮水池，然后由泵入化学沉淀反应罐搅拌加碱调节pH值至9，并根据废水中氨氮的浓度定量加入氯化镁和磷酸氢二钠，反应生成磷酸铵镁沉淀，反应完成后，加入聚合氯化铝，所起作用表现在：去可除废水中残存的磷酸盐，其絮凝作用可去除废水中的大分子有机物、细小悬浮物和胶体物质，并可加快化学沉淀物与废水分离。此后，经过静置沉降使沉淀物、絮凝体与废水分离排入污泥浓缩池，澄清水排入集水池。以上过程依次在化学沉淀反应罐内进行，且属于间歇操作。集水池中的水经水泵进入接触氧化池，在好氧条件下，接触氧化池填料表面的微生物，将废水中的有机物降解为CO2和H2O，并可部分去除废水中残存的氨氮。接触氧化池出水经沉淀池分离废水挟带的脱落的微生物膜，处理后废水排放，污泥排入污泥浓缩池浓缩后做农肥。处理工艺流程如图2-1工艺流程简图和附录1工艺流程图所示：废水贮水池液碱泵磷酸二氢钠泵化学沉淀反应罐氯化镁聚合氯化铝中间水池泵风机接触氧化池泵沉淀池污泥池出水图2-1工艺流程简图13 河北科技大学硕士学位论文2.5.2预期处理效果采用以上工艺预期达到的处理效果见表2-1。表2-1处理工艺预期达到的净化效果COD氨氮TPpH浓度mg/L去除率%浓度mg/L去除率%浓度mg/L去除率%系统进水5.54300240080化学沉淀出水8290032.56097.5297.5接触氧化出水7.420093.12558.320系统出水7.420095.32599297.5排放标准6~9≤300≤30≤32.6主要设备和构筑物工艺设计(1)贮水池功能：收集各生产过程产生的废水；数量：1座；有效容积：10m3。(2)化学沉淀反应罐化学沉淀反应罐结构图见附录2。功能：实现药剂和废水的快速、均匀混合反应；数量：1台；有效容积:5m3；结构形式：钢结构；搅拌方式：机械搅拌；污泥泵：1台，型号螺杆泵G30-2Q=5m3/hH=120mW=3kw。(3)配液罐配液罐结构图见附录3。功能：用于配置MgCl2溶液、絮凝剂；数量:2台；结构形式：钢结构；搅拌方式：机械搅拌；计量泵：每罐配一个，共2台，型号:GB0600Q=583L/h。(4)碱罐14 第2章废水处理工艺设计碱罐结构图见附录4；功能：用于配置碱液；数量:1台；结构形式：钢结构；计量泵：1台，型号:GB0600Q=583L/h。(5)组合生化池组合生化池集生物接触氧氧化与沉淀分离于一体，是以高效生物处理装置；接触氧化池、沉淀池结构图见附录5。结构形式：钢结构。①接触氧化池反应池容积：10m3;曝气装置：为曝气软管，敷设于池底；曝气软管性能参数：Φ=45mm；填料：半软性组合填料；参数：φ150，2.0米。风机：数量：2台，一备一用；型号：JFSR50；性能参数H=49kpaQ=1.2m3/minN=2.2kw。回流泵：数量：1台，一备一用；型号：螺杆泵G30-2；性能参数：Q=5m3/hH=120mN=3kw。计量泵：数量：1台；型号：GB0600；性能参数：583L/h7.0bar。②沉淀池功能：沉降分离接触氧化出水挟带的脱落生物膜；形式：竖流式；数量：1座；结构形式：钢结构；设计参数：表面负荷：1.0m3/m2·h；有效水深：3.0m。(6)中间水池与污泥池中间水池、污泥池结构图见附录6。①中间水池15 河北科技大学硕士学位论文功能：作为流程的中间环节，起着承前启后作用，即储存反应罐出水，为接触氧化池的蓄水池；结构形式：钢筋混凝土；数量：1座；容积：10m3。②污泥池功能：储存污泥；结构形式：钢筋混凝土；数量：1座；容积：10m3。2.7平面布置根据该企业实际情况，全厂区下水管网自西向东排入市政管网，故将该废水处理设施设置在靠近东厂界的空置厂房内。整个处理设施位于厂区排水末端，处理完毕的达标废水直接流入该企业总排放口。在厂房内，整个设施按照工艺由南向北设置，设施平面布置图见附录7。2.8小结1）根据废水的水质情况及预计达到的效果，废水处理的工艺流程为“化学沉淀-接触氧化”，设计处理规模为5m3/d。2）化学沉淀阶段设计化学沉淀反应罐一个容积5m3，为间歇式反应器，配液罐2个，碱罐1个，运行过程依次完成混合、反应、混凝、沉淀、分离等操作；接触氧化阶段设计组合生化池1个，集接触氧化和沉淀于一体，接触氧化池水力停留时间为48h；沉淀池的表面负荷为1.0m3/m2·h。土建部分设计中间水池1座，污泥池1座。3）从企业实际出发，将该设施设置于全厂区下水管网末端东厂界处，污水处理达标后直接流入企业总排污口。16 第3章化学沉淀的运行控制技术第3章化学沉淀的运行控制技术化学沉淀法即MAP的主要影响因素有：溶液pH值、物质摩尔配比、反应时间、反应温度等。通过实验，确定最佳的反应pH值、物质摩尔配比等运行条件，为投入生产提供工艺参数。3.1化学沉淀最佳运行条件的选择3.1.1条件与方法(1)实验用水实验用水取自石家庄市某制药企业的疫苗制药废水，其具体水质见表3-1。表3-1实验用水水质水质指标COD(mg/L)氨氮（mg/L）总磷（mg/L）pH浓度范围3500~43001500~240060~805.6~6.8(2)实验药品实验中使用的主要药品情况见表3-2。表3-2实验中所用的主要药品试剂名称规格生产厂家重铬酸钾分析纯天津永大化学试剂硫酸银分析纯天津市天感化工硫酸汞分析纯天津市永大化学试剂硫酸亚铁铵分析纯天津市博迪化工氢氧化钠分析纯天津市永大化学试剂碳酸氢钠分析纯天津博迪化工磷酸二氢钠分析纯天津市永大化学试剂氯化镁分析纯天津市永大化学试剂聚合氯化铝分析纯天津市永大化学试剂聚合硫酸铁分析纯天津市永大化学试剂聚合氯化铝铁分析纯天津市永大化学试剂硫酸分析纯天津市永大化学试剂17 河北科技大学硕士学位论文(3)实验装置与方法室温下取富含氨氮、磷的高有机废水400mL，置于500mL烧杯中，用10mol/L氢氧化钠和10%的硫酸调节初始反应pH值，然后向废水中按一定比例依次投加PO3-4盐和Mg2+盐，通过六联搅拌器控制搅拌速度为200r/min，反应一定时间静置后取上清液测定氨氮、COD和总磷。(4)监测项目与方法实验分析项目主要包括：氨氮、总磷、化学需氧量，其中氮和磷测定参考国家标准，废水水质监测中的标准方法，氨氮采用纳氏试剂分光光度法；磷采用钼锑抗分光光度法。3.1.2影响沉淀效果的因素确定(1)初始反应pH值对去除效果的影响控制n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)的摩尔量投配比为1:1:1、反应时间30min，将反应的pH值分别控制在7.0、8.0、9.0、10.0和11.0，考察反应pH值对氨氮和磷酸盐的去除效果的影响，实验结果见图3-1。15010012080残磷量%mg/L90氨氮去除率60去除率COD去除率6040总磷浓度3020007891011初始反应pH值图3-1pH值对反应指标的影响由图3-1可以看出，氨氮的去除率随反应pH值的增大，先升高，在pH值为9时去除率最高为80.6%，之后随着pH值进一步增加，则呈现下降趋势。总磷浓度随着pH值的增大，急剧降低，到pH值为9时将至最低，之后又大大幅回升。COD的去除率随pH值的增大变化不是很明显，基本保持在20%左右。由以上数据可以确定，在反应控制pH值为9其氨氮、总磷的去除效果最好，所以确定该反应的最佳pH值为9。(2)n(Mg2+)/n(NH4+)投配比确定在最佳初始反应pH值为9.0、n(Mg2+)/n(NH4+)投配比=1.0:1的条件下，调整18 第3章化学沉淀的运行控制技术n(Mg2+)/n(NH+4)投配比分别为0.6:1、0.8:1、1.0:1、1.2:1和1.4:1，反应时间30min，考察废水氨氮和磷酸盐的去除效果，实验结果见图3-2。15010012080残磷量mg/L氨氮去除率%9060COD去除率去除率6040总磷浓度3020000.8:11:11.2:11.4:11.6:12++n（Mg）/n(NH4)投配比图3-2n(Mg2+)/n(NH+4)投配比对反应指标的影响由上图可以看出，随着n(Mg2+)/n(NH+2+4)投配比增大，也就是随着Mg投加量的增加，氨氮去除率先升高后降低，但变化趋势不明显，基本维持在80%左右，由此可说明过量投加Mg2+对氨氮的去除率无明显影响。随着n(Mg2+)/n(NH+4)投配比增加，残磷量呈现先下降后上升的趋势，当n(Mg2+)/n(NH+4)投配比为1.2:1时残磷量最低。COD去除率随反应环境变化不大在20%以下。由此确定最佳n(Mg2+)/n(NH+4)投配比为1.2:1。(3)n(PO3-+4)∶n(NH4)投配比确定在最佳初始反应pH值为9.0、n(Mg2+)/n(NH+4)投配比=1.0:1的条件下，调整3-)∶n(NH+n(PO44)投配比分别为0.6:1、0.8:1、1.0:1、1.2:1和1.4:1，反应时间30min，考察废水氨氮和磷酸盐的去除效果，实验结果见图3-3。19 河北科技大学硕士学位论文20010016080mg/L%残磷量120氨氮去除率60去除率COD去除率总磷浓度80404020000.6:10.8:11:11.2:11.4:13-+n(PO4)/n(NH4)投配比图3-3n(PO3-+4)/n(NH4)投配比对反应指标的影响从上图可以看出，随着n(PO3-+4)∶n(NH4)投配比的增加，氨氮去除率成上升趋势；当n(PO3-+4)∶n(NH4)投配比增加时，残磷量先降低后升高，在1:1时残磷量最低，反应较完全，投配比>1时，磷过量投加导致残磷量上升；n(PO3-+4)∶n(NH4)投配比对COD的去除率影响不大，在20%以下。由此可见，过量投加磷可以提高氨氮的去除效果，但同时也会带来残磷量升高的问题，后续的接触氧化法并不能去除磷，综合考虑后确定n(PO3-+4)∶n(NH4)投配比为1:1。(4)n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)投配比确定在以上pH值、n(Mg2+)/n(NH+3-+4)投配比、n(PO4)∶n(NH4)投配比影响因素研究中发现当n(PO3-+4)∶n(NH4)>1:1即磷酸盐过量时氨氮去除率相对较高，所以考虑保持2+)/n(NH+3-+n(Mg4)=1.2:1不变，逐步提高n(PO4)∶n(NH4)投配比做了三组实验研究n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.2:1:1、1.44:1.2:1、1.68:1.4:1。控制反应pH值9.0和反应时间30min，调整n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)投配比为1.2:1:1、1.44:1.2:1、1.68:1.4:1，考察废水氨氮和磷的去除效果，实验结果如图3-4。20 第3章化学沉淀的运行控制技术75100残磷量60氨氮去除率80mg/LCOD去除率%4560去除率3040总磷浓度1520001.2:1:11.44:1.2:11.68:1.4:12+3-+n(Mg)/n(PO4)/n(NH4)投配比图3-4n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)投配比对反应指标的影响从上图看出，当保证镁盐相对磷酸盐过量保持比例n(Mg2+)/n(NH+4)=1.2:1时氨氮去除率提高到90%以上，但是当n(PO3-+4)∶n(NH4)>1.2:1时，废水出水的残磷量剧烈增加。综合考虑NH4+-N去除率和残磷量两个指标，调高磷酸盐投配比，最佳比例n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.44:1.2:1。3.2最佳混凝条件的选择3.2.1条件与方法(1)实验用水实验用MAP法预处理的废水出水，其具体水质如表3-3所示。表3-3废水水质情况水质指标COD（mg/L）氨氮（mg/L）残磷量（mg/L）浓度范围2800～330075～8515～20(2)实验方法室温下取实验废水经MAP法在最佳反应条件下进行预处理，然后取400mL，置于六联搅拌反应器，用10mol/L氢氧化钠和10%的硫酸调节初始反应pH值，然后按比例依次向废水中投加混凝剂，控制搅拌速度150r/min转速下快速搅拌1min后，在控制搅拌速度为60r/min慢速搅拌一定时间，反应一定时间后进行固液分离并对上清液进行分析测定其COD和总磷。(3)实验药剂实验使用的主要药品情况见表3-4。21 河北科技大学硕士学位论文表3-4实验中所用的主要药品试剂名称规格生产厂家聚合氯化铝分析纯天津永大化学试剂聚合硫酸铁分析纯天津永大化学试剂聚合氯化铝铁分析纯天津永大化学试剂3.2.2最佳混凝剂选择(1)不同混凝剂对净化效果的影响在混凝实验中考虑到实际应用性，主要挑选了三种常见的混凝剂，分别是PAC（聚合氯化铝）、PFS（聚合硫酸铁）、PAFC（聚合氯化铝铁）。同一废水样品分别在三种混凝剂的作用下发生混凝反应，考察了废水反应后的COD、总磷水质指标，实验结果如图3-5。22 第3章化学沉淀的运行控制技术2050残磷量16COD去除率%401230820去除率（%）410出水总磷浓度（mg/L）001012141618PAC投加量/ml2040残磷量16COD去除率%321224816去除率（%）48出水总磷浓度（mg/L）001012141618PFS投加量/ml20残磷量40COD去除率%16321224816去除率（%）48出水总磷浓度（mg/L）001012141618PAFC投加量/ml图3-5不同混凝剂的去除效果由图3-5可知，选择PAC作为混凝剂的反应效果，比PAFC和PFS要好，形成絮体较好。同时通过数据监测和汇总分析，采用PAC作为混凝剂，对废水的COD、总磷的去除率也较其他两种混凝剂效果好。通过以上条件参数的比较，最后确认采23 河北科技大学硕士学位论文用PAC作为混凝剂来处理化学沉淀阶段的上清液出水。由图3-5可知，PAC的质量浓度为10%、投加量控制在12ml左右时混凝效果较好，COD去除率可达到32.5%，之后随着投药量的逐渐增加，由于水中的带电胶体颗粒及悬浮颗粒已经得到充分的脱稳凝聚，COD去除率没有发生明显的变化趋势。从图3-5可知，以PFS为混凝剂时，COD去除率最高为31.8%，以PAFC为混凝剂时，COD去除率最高分别20.4%。采用此两种混凝剂反应时处理废水后出水颜色发红棕色，并伴有些许刺鼻味道，去除效果没有PAC为混凝剂时好。经过对实验数据的汇总结合反应情况观察记录综合分析，选择PAC聚合氯化铝作为混凝剂做实验研究。(2)最佳投药量的确定控制最佳初始反应pH值9条件下，反应时间25min，考察混凝剂PAC投加量对废水去除效果的影响，实验结果如图3-6所示。15残磷量50COD去除率%1240930620去除率（%）310出水总磷浓度（mg/L）00910111213PAC投加量/ml图3-6PAC为混凝剂投加量对去除效果的影响由图3-6可知，PAC浓度为10%，当投加量为10~11ml，COD去除率从19.8%上升为32.2%。但随后再继续增加投加量COD的去除率无明显变化。当投加量为10~11ml，残磷量降为2mg/L已达到污水排放标准。随后增加投加量，残磷量迅速增加，说明继续投加过量的PAC不仅没有增加去除效果，反而使得残磷量迅猛增加，为了达到废水出水指标以及节约原料，最终确定PAC的投加的最佳剂量为10ml。由此可知，在实际处理过程中PAC配制浓度为10%，投加两位25L·m3废水-1。3.3设施启动运行及过程优化3.3.1药剂的配置与准备(1)MgCl2·6H2O溶液的配置24 第3章化学沉淀的运行控制技术在氯化镁溶解槽中加入水1m3，缓慢加入740kgMgCl2•6H2O，溶解后备用。(2)聚合氯化铝(PAC)溶液的配置在聚合氯化铝溶解槽中加入水1m3，缓慢加入100kg聚合氯化铝，溶解后备用。(3)NaOH溶液的准备在碱槽中准备30%NaOH溶液1m3，备用。(4)NaH2PO4·2H2O的准备购置工业级NaH2PO4·2H2O即可，储备待用。3.3.2系统的启动与运行处理过程为间歇操作，具体方法如下：(1)向反应罐内加废水5m3，取水样测定废水中的氨氮和磷酸盐(以P计)，同时开启搅拌加碱调节废水的pH值至9.0。(2)根据氨氮和磷酸盐的监测结果，考虑废水中的氨氮和磷酸盐含量，根据实验所得出的最佳投料比例n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.44:1.2:1。实验室实验所使用的试剂为分析纯级别，而在设施的实际运行过程中，所使用的原料为工业级的磷酸二氢钠和氯化镁。由于工业级原料的纯度低于分析纯级别，所以在实际生产中计算投料量时必须考虑原料的纯度问题。①磷酸盐(NaH2PO4·2H2O)的投加量W：[NH3-N][P]m1.2120V/n(3-1)1831式中：m—磷酸盐(NaH2PO4·2H2O)的投加量（kg）；[NH3-N]—废水中氨氮的浓度（mg/L）；[P]—废水中磷酸盐（以P计）的浓度（mg/L）；V—废水体积（m3）；n—NaH2PO4·2H2O工业盐的含量（%）。②氯化镁(MgCl2·6H2O)溶液的投加量：NHN2031.4431000V(3-2)VMgCl2·6H2O18740式中：VMgCl2·6H2O—氯化镁(MgCl2•6H2O)溶液的投加量（L）；[NH3-N]—废水中氨氮的浓度（mg/L）；V—废水体积（m3）；具体方法为，在搅拌状态下，首先缓慢投加磷酸盐，搅拌10min后，投加氯化25 河北科技大学硕士学位论文镁溶液，搅拌10min反应完全后，投加PAC溶液25L/m3，搅拌10min静置沉降30min，排上清液于中间水池，污泥用污泥泵打入污泥池。(3)为及时了解净化效果，运行初期，对每一批次的上清液进行分析，分析项目包括：pH、COD、氨氮、磷酸盐(以P计)4项。按照以上步骤处理三批，具体数据结果见表3-5。表3-5设施运行结果表COD氨氮总磷序号进水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率（mg/L）（mg/L）(%)（mg/L）（mg/L）(%)（mg/L）（mg/L）(%)14205279033.625408596.67539623320216735.919905297.46629733930259034.116923997.768297均值3818251634.520745797.269.72.396.7通过实际运行处理三批废水，整体运行较为顺利，从运行数据可以看出，当进水COD均值3818mg/L、氨氮均值2074mg/L，总磷均值69.7mg/L，反应pH=9，n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.44:1.2:1时，出水COD为2516mg/L，去除率为34.5%。出水氨氮57mg/L，去除率为97.2%。出水总磷均值2.3mg/L，去除率96.7%。在化学沉淀阶段出水残磷量偏高，导致残磷量偏高的主要原因首先是反应投加的磷酸二氢钠本身为过量投加，反应后必然会存在磷的残留；其次工业原料含量不稳定，以及设施设备无法达到实验室的精准计量和控制也在一定程度上增加了上清液的残磷量。通过投加PAC，对上清液的残磷量和COD进行了进一步的去除，从而使混凝沉淀后的出水指标效果达到了预期效果。3.3.3设施运行过程优化(1)pH值调节步骤调整根据实验结果，整个反应的pH值应控制在9左右，按照实验过程应为先调节废水pH值到9，在投加磷酸二氢钠和氯化镁进行搅拌，搅拌过程中pH值会有一定程度的下降，为了创造最优的反应条件，需要再加入碱调节pH值到9。在现场操作过程中发现，碱罐的计量泵选型流量较小，导致反应前及加料后两次调节pH值都会消耗较长的时间，不利于实际生产。同时，从节省原材料角度考虑，岗位人员提出先配料再调碱的建议。根据此建议，制定了实验方案：取三个废水水样各400ml，每个水样分为两份各200ml，分成两组，A组采用原实验室方法，在加料前和加料后均要调节pH值到9；B组按照建议方法，先在废水中加入磷酸二氢钠和氯化镁，搅拌后再调节pH26 第3章化学沉淀的运行控制技术值到9，实验数据见表3-6和3-7。表3-6A组处理效果表COD氨氮残磷量序号进水（mg/L）出水（mg/L）去除率(%)进水（mg/L）出水（mg/L）去除率(%)（mg/L）13787289723.523205197.824.224150327421.128806397.822.533994299924.924486297.519.2均值3977305723.225495997.722.0表3-7B组处理效果表COD氨氮残磷量序号(mg/L)进水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)进水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)13787290823.223205497.625.324150320922.728806097.923.833994310822.22448120.297.520.0均值3977307522.725497897.723.0通过实验数据可以看出，A组和B组对比，COD去除率A组为23.2%，B组为22.7%，A组高于B组0.5个百分点。氨氮去除率A、B组相等为97.7%。磷的去除率A组为22.0%，B组为23.0%，B组高于A组1个百分点。综合来看三个指标的去除率的偏差是实际处理可以接受的，所以先投料后调碱的方法是可行的。按照此调整对设备工艺规程进行修改。(2)PAC投加的优化PAC即聚合氯化铝也称碱式氯化铝，通常也称作净水剂或混凝剂，它是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物。按照设备设计容量，反应罐容积为5m3左右，一次反应PAC的最大投加量为125L。而用于配置PAC的配制罐容积为1.2m3，如一次配制PAC过多，PAC溶液在配置罐中停留时间过长，会严重降低PAC的絮凝效果。所以在实际操作中，采用现场配置方式，按需配置，用带计量的塑料桶即可完成。原PAC配置罐作为备用配制罐，按照生产需要存储所需要的物料。3.4小结1）采用化学沉淀法处理乙肝疫苗生产废水需要重点控制反应pH和药剂投加比例。为了设备运行能够达到预期效果，通过实验确定反应pH、药剂投加比例和絮凝27 河北科技大学硕士学位论文剂投加量。采用磷酸二氢钠和氯化镁作为药剂，实验确定控制反应pH=9，药剂投加比例n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.44:1.2:1，反应时间为30min,为最佳反应条件。投加混凝剂进行混凝沉淀，可进一步去除废水中的COD和磷。通过实验比较选择PAC聚合氯化铝作为絮凝剂，配置浓度10%,投加量控制在25L/m3。2）在化学沉淀（MAP）实际运行过程中，控制反应条件pH=9，药剂采用氯化镁和磷酸二氢钠，絮凝剂采用10%的聚合氯化铝（PAC），通过公式计算药剂量并按顺序投加。当进水水质均值为COD3977mg/L，氨氮均值为2549，总磷均值69.7mg/L时，出水水质COD均值为2516mg/L，氨氮均值为57mg/L，总磷均值为2.3mg/L，去除率分别为34.5%、97.2%、96.7%，达到了预期处理效果。3）在MAP反应的实际运行中，按照实验结论进行操作，配料过程要考虑工业盐含量，实际操作效果较好，从而进一步证明实验的正确性。但同时也对工艺进行了优化，将投料前后均要调节pH值，改为投料后调节pH值，节约了成本也减少了工时。对PAC的投加过程也进行了调整，改为按需少量配制。28 第4章生物接触氧化池运行效能研究第4章生物接触氧化池运行效能研究4.1运行条件与方法(1)运行试验用水运行试验用水为沉淀处理后的出水，数值见表4-1。表4-1实验用水水质进水指标COD(mg/L)氨氮（mg/L）总磷（mg/L）pH浓度范围2500~300040~701.5~2.78~9(2)工艺及设备经过化学沉淀处理后的废水，进入接触氧化池进一步处理，去除有机物和氨氮，接触氧化池连续运行，沉淀池污泥回流，生物膜和污泥强化生物处理，接触氧化池水利停留时间48h，配套风机型号：JFSR50，性能参数H=49kpaQ=1.2m3/minN=2.2kw。(3)接种污泥及接种量接触氧化池接种污泥取自相邻的某制药企业污水治理设施的污泥浓缩池，接种浓度为2000MLSS/L，污泥MLVSS/MLSS=0.69。(4)分析项目及方法分析项目与方法见3.1.1（4）。4.2生物接触氧化池的启动与运行4.2.1生物接触氧化池的启动生物接触氧化法利用生物处理工艺，在设备安装时应在设备中安装好填料。生物基础氧化池能够正常运行的前提就是需要再填料表面生成生长良好的生物膜。而填料的挂膜过程是否顺利直接关系到生物接触氧化的效果是否能够达到理想效果。挂膜的主要过程为污泥接种后，少量的菌胶团和细菌被填料截留从而附着于填料内部和表面的缝隙中，这些填料上的微生物通过摄取废水中的营养物质逐渐生长繁殖，慢慢形成胶装粘膜。再经过一段时间的培养驯化，微生物逐渐生长，由填料表面逐渐扩展，形成成熟生物膜。该污水处理设施的接触氧化池的接种污泥选自某制药厂污水处理设施的污泥浓缩池。活性污泥的培养方式应使污泥逐渐适应所处理废水的特点，一方面在初期应采取间歇进水的方式，另一方面进水的浓度也要采取由低到高直至正常的方式。所29 河北科技大学硕士学位论文以首先在接触氧化池中灌注3/4倍容积的清水（采用的工厂收集回用的二次水，COD<50mg/L,氨氮<5mg/L，总磷<0.5mg/L）。在初期，采用闷曝方式，每天进水3小时，通过调节进水计量泵，进水总量由200L至1t逐渐增加。通过10天左右的运行，接触氧化池内的污泥的颜色由最初的黑色渐渐转化为接近土色，同时观察填料，填料上附着了大量的污泥粘膜，此现象就表示污泥挂膜完成，系统开始出水。在接触氧化池启动初期，应强化污泥回流，每班回流时间3~4h，回流比100%。经过为期一个月的驯化，接触氧化池内的污泥粘膜逐渐适应了该废水的水质特性，COD的处理脱除率趋于稳定。接触氧化池启动运行后对COD的去除情况见图4-1、对氨氮的去除情况见图4-2。350010090300080250070%602000进水COD出水COD去除率501500去除率CODmg/L401000302050010001357911131517192123252729时间/天图4-1启动阶段反应器去除COD运行情况701009060805070%6040mg/L5030去除率氨氮4020进水氨氮出水氨氮去除率30201010001357911131517192123252729时间/天4-2启动阶段反应器去除氨氮运行情况30 第4章生物接触氧化池运行效能研究由图4-1可见，在初始运行的前30天中，进水COD在2536~2991mg/L，1~10天，由图可见COD去除率不能保持稳定，存在着上下波动，原因是刚开始时接触氧化池内的污泥刚刚接种，对该废水的水质还不适应，填料上的泥膜正在不断的生长增殖但还未达到理想状态。在11~20天中，填料上泥膜继续增殖扩展，逐渐适应新的水质环境，接触氧化池的COD去除率呈现逐渐、稳定增高的趋势。第21~30天，污泥完全适应了新的水质，接触氧化池的COD去除率稳定保持在93.0%以上，COD监测显示COD，接触氧化池出水COD可稳定降至150mg/L以下。由图4-2可见，在初始运行的前30天中，系统进水氨氮在40~65mg/L，氨氮的去除率呈现逐渐增高的趋势，从第26天开始，出水氨氮能够降低至30mg/L以下，去除率提高到42%，最高到45%。导致氨氮去除率升高较慢的主要原因一方面是刚开始时反应器内泥膜生长不是很理想，尚未完全适应该废水所以对氨氮的去除效果还未达到理想效果，需要进一步稳定。二是溶解氧控制不理想，通过溶解氧检测，前中期溶解氧值在5~7mg/L。在后期通过控制溶解氧值在3~4mg/L后，氨氮去除率逐渐升高。接触氧化池污泥接种后，经过启动初期30天的运行，通过监测COD和氨氮的进出水数据，计算COD和氨氮的去除率，形成图表，对初期运行的数据进行综合分析表明该接触氧化池的运行效果较好，能够达到预期的效果。由于该废水的可生化性较好，COD得到较好的净化效果，COD去除率可达95%。但氨氮的去除效果变化较慢，出水氨氮在后期才达到30mg/L以下，需要再进一步稳定。采用悬挂填料方式，整个启动过程污泥挂膜情况较为顺利，生长增殖情况良好。4.2.3生物接触氧化池的负荷运行接触氧化池启动运行后，下一步将进入负荷提高阶段。在此阶段，应控制接触氧化池进水pH7.0～8.0之间，COD2650～2940mg/L，氨氮40～65mg/L。运行过程中控制溶解氧(DO)为3～4mg/L。每日监测COD，计算去除率，根据数据情况慢慢增加废水的进入量，从而增加接触氧化池的处理负荷。经过20天的运行，反应器运行达到了设计要求，实现了反器的稳定运行。反应器运行过程中COD、氨氮的变化情况见图4-3和图4-4。31 河北科技大学硕士学位论文350010090300080250070%60200050进水COD出水COD去除率去除率CODmg/L1500401000302050010001234567891011121314151617181920时间/天图4-3反应器负荷运行阶段COD的净化效果701009060805070%6040mg/L5030去除率氨氮4020进水氨氮出水氨氮去除率30201010001234567891011121314151617181920时间/天图4-4反应器负荷运行阶段氨氮的净化效果通过图4-3和图4-4可知，在加大处理负荷即系统进水量的20天中，当进水COD均值为2801mg/L，氨氮均值为53mg/L时，DO控制在3~4mg/L，HRT为48h，出水COD均值为158mg/L，去除率94.4%，氨氮均值为27mg/L，去除率47.7%。接触氧化池出水的COD、氨氮均能够满足该制药厂与污水处理厂签订的协议标准要求，即COD<300mg/L，氨氮<30mg/L。32 第4章生物接触氧化池运行效能研究4.3污泥特性及生物相的变化4.3.1污泥增长及特性变化在接触氧化池中，微生物通过不断消化吸收水中的有机污染物而使自身生长繁殖，逐渐扩增，因此导致接触氧化池中的污泥浓度升高。但因为一部分污泥会随废水排出而流失，所以接触氧化池的污泥浓度基本可以保持在2000～5000mg/L之间。一般情况下，在设备启动阶段，由于曝气量大，进水负荷低，污泥会处于过氧化状态，导致污泥浓度降低。在负荷增加阶段，要进一步增加污泥浓度，需要增加进水量及进水浓度，控制曝气管进气量，其DO值要控制在3～4mg/L左右。在稳定运行阶段，由于接触氧化池负荷较高，保持各项运行参数控制稳定适合，接触氧化池内污泥浓度呈稳定增长趋势。4.3.2污泥的物理特性及生物相(1)污泥的物理特性在接触氧化池中的活性污泥的变化主要经历了由黑色逐渐变为灰褐色，最终变成黄褐色的过程。污泥的沉降性由最初的较差逐渐生成絮体，形成密实大颗粒絮凝体，使污泥变成黄褐色。运行初期污泥活性差，运行效果差，接触氧化池内由于营养物质多，细菌处于增殖期，运动性好，菌体不易结合。随着反应器运行效果提高，营养物质被消耗，含量降低，细菌繁殖速度降低，同时活性污泥中的微生物会分泌粘性物质，促进了互相结合形成絮状体。(2)生物相的变化在生物处理过程中，通过镜检检验污泥混合液生物相，判定所观察到的活性污泥中存在的原生动物和后生动物的种属，根据检测结果可以了解生物接触氧化池运行是否正常，效果是否良好，出水水质是否可以达到预期。在生物接触氧化池的启动、增加负荷、稳定运行全过程中，镜检是必不可少的检验项目。镜检是用于观察填料表面的生物相的变化，通过镜检可以了解生物接触氧化池的运行情况及优劣。接触氧化池污泥接种后的启动初期，填料上逐渐附着生物膜，生物膜由薄渐厚，颜色也由黑色逐渐变为土黄色。就其沉降性来看，接触氧化池启动后污泥悬浮在填料表面上，形成不透明的浊液，运行10~15天后逐渐由混浊变为清澈，污泥逐渐在填料表面沉积下来，形成生物膜。接触氧化池的负荷增加期，填料表面呈土黄色，进过镜检得出在混合液中含有大量的线虫，草履虫，钟虫和轮虫，这个结果表示接触氧化池还未达到理想的运行效果。接触氧化池运行稳定的标志是生物膜厚达到1～2mm，在出水取样中，水面上层漂浮一层肉眼可见蓝色浮游生物，其中含有有少量的线虫和大量的轮虫和钟虫，大量轮虫的出现表明接触氧化池的反应效果较好。在稳定运行期，接触氧化池水面上还会有一层悬浮的生物33 河北科技大学硕士学位论文膜，悬浮生物膜增长较快，对有机物的处理效果加强。4.4小结1）启动初期接种污泥后采取闷曝方式，逐渐增加进水量和进水浓度，整个启动过程污泥挂膜情况较为顺利，生长增殖情况良好。增加处理负荷并运行20天，经监测当进水COD均值为2801mg/L，氨氮均值为53mg/L时，DO控制在3~4mg/L，HRT为48h，出水COD均值为158mg/L，去除率94.4%，氨氮均值为27mg/L，去除率47.7%。接触氧化池出水的COD、氨氮均能够满足该制药厂与污水处理厂签订的协议标准要求，即COD<300mg/L，氨氮<30mg/L。2）在接触氧化池的整个运行过程中，活性污泥从颜色上由黑色变为灰褐色最后变为土黄色。就其沉降性来看，反应器启动后污泥悬浮在填料表面上，形成不透明的浊液，运行15天后逐渐由混浊变为清澈，污泥逐渐在填料表面沉积下来，形成生物膜。34 第5章技术、经济效益可行性分析第5章技术、经济效益可行性分析5.1工艺技术可行性分析5.1.1工艺技术路线可行性分析根据疫苗生产废水的水质特点，综合考虑该企业的实际场地及其他因素，确定废水处理工程采用“化学沉淀(MAP)-生物接触氧化”处理工艺。经调控运行，系统稳定运行时，当进水水质为COD3500~4300mg/L、氨氮1500~2400mg/L、总磷60~80mg/L时，pH为5.6~6.8；系统出水情况、COD为120mg/L、氨氮为27mg/L、总磷2mg/L，系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到97.3%、99.1%、97.8%。处理后水质满足该企业与污水处理厂的协议标准要求，即COD≤300mg/L，氨氮≤30mg/L，总磷≤3mg/L，pH6~9。系统运行效果见表5-1。表5-1系统运行效果COD氨氮TP单元名称pH浓度mg/L去除率%浓度mg/L去除率%浓度mg/L去除率%系统进水6.84300240080化学沉淀、混凝出水8277035.65397.8297.5接触氧化出水7.415894.32749.020系统出水7.415896.32798.9297.5排放标准6~9≤300≤30≤35.1.2主体设备装置的功能和作用(1)化学沉淀（MAP）单元的功能和作用由于原水的氨氮含量高达2400mg/L，磷含量达到80mg/L，同时考虑到企业提供的可用场地有限以及企业周边存在商住区等情况，综合考虑选择该方法对高氨氮高磷废水进行处理，通过投加Mg2+和PO3-4，并调节反应阶段的pH，使其生成MgNH+3-4PO4即鸟粪石沉淀。此方法可同时脱除废水中的NH4和PO4，从而降低废水的氨氮和磷含量，生成的鸟粪石沉淀富含氮磷，本身就是一种比较好的缓释肥料。而且该方法反应过程简单，一步到位，不会对环境造成二次污染。占地面积较小，也符合企业的实际要求。35 河北科技大学硕士学位论文化学沉淀阶段运行结果表明，当进水水质为COD均值3818mg/L、氨氮均值2074mg/L、总磷69.7mg/L时，出水污染物平均浓度为COD为2516mg/L、氨氮为57mg/L、总磷2.3mg/L时，系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到34.5%、97.2%、96.7%。此外，该处理工艺占地面积小、操作简便、投资省、不存在二次污染。(2)生物接触氧化处理单元的功能和作用采用生物接触氧化处理工艺可大幅度去除废水中的机污染物，从而扩大处理单元的处理负荷。废水经化学沉淀处理后进入生物接触氧化池进一步处理，在好氧条件下，有机污染物被微生物进一步降解。为避免发生废水与微生物接触不均匀的问题而采用悬挂填料的方式，生物膜均匀连续的附着在填料上，能够使废水与生物膜充分接触和反应。由于成熟的生物膜含有大量的好氧微生物，微生物浓度远高于传统活性污泥法中的生物量，所以生物接触氧化法能够较普通活性污泥法承受更大的处理负荷，具备较强的耐冲击力，出水水质好且运行稳定。负荷运行结果表明：当进水水质平均浓度COD为2770mg/L、氨氮为53mg/L时，出水平均浓度COD为158mg/L、氨氮为27mg/L，COD、氨氮的平均去除率达到94.3%、49%。另处理工艺剩余污泥产生量较少，减少了污泥处置费用；且不存在污泥膨胀问题，易于管理。5.1.3系统运行控制技术(1)化学沉淀单元启动及原料配比化学沉淀单元启动前需要对使用的工业级二水磷酸二氢钠和六水氯化镁进行含量的测定，确定有效成分含量后，再依据原水的氨氮浓度和总磷浓度计算出处理单位体积废水所需要投加的原料量。为保证反应的有效进行，在启动前要取少量原水进行小试，用以对计算结果的验证。计算和验证完毕后，启动反应器，按照操作规程完成化学沉淀法全过程。(2)生物接触氧化反应器的启动及微生物的驯化通过对生物接触氧化池内的污泥浓度、有机负荷和溶解氧浓度等控制参数的不断调整，接触氧化池中的微生物渐渐适应本项目的废水性质，实现了生物接触氧化池顺利启动及稳定运行，基本达到了预期效果。5.2经济效益分析5.2.1工程投资本废水处理工程总投资65万元，其中直接工程投资50万元，间接工程投资15万元，投资情况见表5-2。36 第5章技术、经济效益可行性分析表5-2废水处理系统投资情况表序号项目投资费用/(万元)1主要设备投资292直接工程费土建费153工程安装费65设计费66间接工程费培训、调试费57不可预见费4合计655.2.2运行费用废水处理工程的运行费用主要包括：电费、工人工资以及设备和土建折旧费等。计算基准：废水处理站有工人3人，工人工资2000元·月-1计；本处理工程总功率22.55kwh，常用功率3.45kwh，电费按0.7元·kwh-1计；药剂按1000元·吨-1计，投加比例为2%；设备折旧期按15年计，土建折旧期按20年计。(1)药剂费-13-1药剂价格(元·吨)×投加比例(%)×日处理水量(m·d)×运行时间(d)=1000×2%×5×350=3.5万元·a-1(2)电费-1常用功率(kwh)×电费(元·kwh)×运行时间(h)=3.45×0.7×350×24=2万元·a-1(3)工资费用-1-1职工人数(人)×工资(元·月)×12个月=3×2000×12=7.2万元·a(4)设备折旧费设备投资(万元)÷折旧期(年)=29÷15=1.9万元·a-1(5)土建折旧费土建投资(元)÷折旧期(年)=15÷20=0.75万元·a-1(6)运行费用药剂费+电费+工人工资+设备折旧费+土建折旧费=3.5+2+7.2+1.9+0.75=15.35万元·a-1(7)运行处理费用运行费用(元)÷处理水量(m3·a-1)=153500÷(5×350)=88元/m3可见，废水运行处理费为88元/m3，结合企业实际为较为经济和有效的处置方法，37 河北科技大学硕士学位论文可以被企业所接受。5.3环境效益分析采用“化学沉淀（MAP）-接触氧化”工艺处理疫苗生产废水，系统处理能力为5m3·d-1，运行结果表明，当进水水质为COD3500~4300mg/L、氨氮1500~2400mg/L、总磷60~80mg/L，pH为5.6~6.8时，系统出水情况COD为158mg/L、氨氮为27mg/L、总磷2mg/L、pH为7.4，系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到96.3%、98.9%、97.5%。出水指标满足企业与下游污水处理厂签订的协议标准要求，主要指标COD<300mg/L，氨氮<30mg/L，TP<3mg/L，pH为6~9，环境效益显著。5.4小结1）从工程运行结果可见，采用“化学沉淀（MAP）-接触氧化”工艺处理疫苗生产废水，工艺技术路线合理，有较强的针对性；各处理装置(设备)运行高效、稳定；且先进的整体处理工艺及各处理单元的控制技术保证了整个处理系统的高效稳定运行。本废水处理工程总投资65万元，年运行费用为15.35万元，废水运行处理费为88元/m3，处理规模5t/d，结合企业实际为较为经济和有效的处置方法，可以被企业所接受。2）当进水水质为COD3500~4300mg/L、氨氮1500~2400mg/L、总磷60~80mg/L、pH为5~6时，系统出水情况为COD158mg/L、氨氮27mg/L、总磷2mg/L、pH为7.4。系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到96.3%、98.9%、97.5%。出水指标满足企业与下游污水处理厂签订的协议标准要求，主要指标COD≤300mg/L，氨氮≤30mg/L，TP≤3mg/L，pH为6~9，环境效益显著。38 结论结论本文的研究对象属高氨氮、高磷酸盐、高有机物废水，是难处理的工业废水之一。1)根据废水的水质特点，设计采用的处理工艺流程为“化学沉淀（MAP）-接触氧化”；设计的反应罐属间歇式反应器，该反应器依次进行混合、反应、絮凝、分离等操作；设计的组合生化池及接触氧化和沉淀于一体，设计水力停留时间48h。2)根据废水的水质特点，其处理难点为氨氮的去除。采用化学沉淀法处理废水中的氨氮。采用磷酸二氢钠和氯化镁作为药剂，通过实验确定控制反应pH=9，药剂投加比例n(Mg2+)/n(PO3-+4)/n(NH4)=1.44:1.2:1，反应时间为30min,投加絮凝剂10%PAC，投加量25L/m3为最佳反应条件。在上述反应条件下设施运行，当进水水质为COD均值3818mg/L、氨氮均值2074mg/L、总磷69.7mg/L时，出水污染物平均浓度为COD为2516mg/L、氨氮为57mg/L、总磷2.3mg/L时，系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到34.5%、97.2%、96.7%。3)接触氧化池启动初期接种污泥后采取闷曝方式，逐渐增加进水量和进水浓度，整个启动过程污泥挂膜情况较为顺利，生长增殖情况良好。增加处理负荷并运行20天，经监测当进水COD均值为2801mg/L，氨氮均值为53mg/L时，DO控制在3~4mg/L，HRT为48h，出水COD均值为158mg/L，去除率94.4%，氨氮均值为27mg/L，去除率47.7%。接触氧化池出水的COD、氨氮均能够满足该制药厂与污水处理厂签订的协议标准要求，即COD<300mg/L，氨氮<30mg/L。4)从工程运行结果可见，采用“化学沉淀（MAP）-接触氧化”工艺处理疫苗生产废水，工艺技术路线合理，有较强的针对性；各处理装置(设备)运行高效、稳定；且先进的整体处理工艺及各处理单元的控制技术保证了整个处理系统的高效稳定运行。本废水处理工程总投资65万元，年运行费用15.35万元，废水运行处理费为88元/m3，设施占地面积小，处理效率高，符合企业的实际需要。5)当进水水质为COD3500~4300mg/L、氨氮1500~2400mg/L、总磷60~80mg/L、pH为5~6时，系统出水均值为COD158mg/L、氨氮27mg/L、总磷2mg/L、pH为7.4。系统COD、氨氮、总磷平均去除率达到96.3%、98.9%、97.5%。出水指标满足企业与下游污水处理厂签订的协议标准要求，主要指标COD≤300mg/L，氨氮≤30mg/L，TP≤3mg/L，pH为6~9，环境效益显著。39 河北科技大学硕士学位论文40 附录附录附录1工艺流程图41 河北科技大学硕士学位论文附录2反应罐结构图42 附录附录3配液罐结构图43 河北科技大学硕士学位论文附录4碱罐结构图44 附录附录5接触氧化池、沉淀池结构图45 河北科技大学硕士学位论文附录6中间水池、污泥池结构图46 附录附录7平面布置图47 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