沈鸿 论文

毕 业 设 计 （论 文） 福清丽珠制药厂污水治理设计

学 生： 沈鸿 学 号： 100723143 专 业：环境监测与治理技术 班 级： 10级（1）班 指导教师： 陈莹老师

安全技术与环境工程系

一.毕业设计（论文）选题的目的及意义

水是人类的生命之源，它孕育和滋养了地球上的一切生物。与我们人类密切相关的是淡水。但是，水环境中的淡水资源却很少，仅占总量的2.53%。因此，保护和珍惜水资源，是整个社会的共同职责。在我国，淡水资源人均不超过2545立方米，不到世界人均的1/4，因此我们更应该保护和珍惜水资源。

20世纪以来，医药工业的迅速发展，给人类文明带来了飞跃。与此同时，在其生产过程中所排放出来的废水对环境的污染也日益加剧，给人类健康带来了严重的威胁。据文献报道，医药废水成分复杂、浓度和盐分高、色度和毒性大，往往含有种类繁多的有机污染物质，这些物质中有不少属于难生化降解的物质，可在相当长的时间内存留于环境中。采用传统的处理工艺很难达标排放。对于这些种类繁多、成分复杂的有机废水的处理，仍然是目前国内外水处理的难点和热点。

理论是用于实践的，将自己在课堂上所学的知识，尤其是专业知识用于本次毕业设计之中，以提高自己的工程设计能力，为自己走上工作岗位进行工程设计打下坚固的实践基础。通过毕业设计，能够熟悉并掌握污水处理工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根据原始设计资料正确地地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。

二．目前国内外研究现状及发展趋势

目前，国内外城市污水处理厂厂采用的工艺有普通活性污泥法、A/O生物脱氮活性污泥法、A/A/O生物脱氮除磷工艺、AB工艺、氧化沟法（循环混合式活性污泥法）、SBR间歇时活性污泥法等工艺。 1．关于活性污泥法

当前流行的二级处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。

① AB法(Adsorption—Biooxidation)

该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)

以上，池容积负荷6kgBOD/(m3·d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。

② SBR法(Sequencing Batch Reactor)

SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂 。

③ A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)

由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，故国内10年前开发此厌氧—缺氧—好氧组成的工艺。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO<0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DO<0.7 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的盐及亚盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。为有效脱氮除磷，对一般的城市污水，COD/TKN为3.5～7.0(完全脱氮COD/TKN>12.5)，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40(一般应＞20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O 工艺。有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大水体深水排放或灌溉农田，可将脱氮除 磷放在下一步改扩建时考虑，以节省近期投资。

④ 普通曝气法及其变法

本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。 近几年在工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普曝池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在池型上有多种形式(如下文所述的氧化沟)，工程上称为普通曝气法的变法，亦可统称为普通曝气法。 ⑤ 氧化沟法

本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：A：卡罗塞式；B：奥巴尔型；C：交替工作式氧化沟；D：曝气—沉淀一体化氧化沟

氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。此技术已广泛应用于大中型城市污水处理厂，其规模从每日几百立方米至几万立方米，工艺日趋完善，其构造型式也越来越多。氧化沟曝气效果较好，处理效果也很好，不但可以达到95%以上的BOD去除率，还可同时达到部分脱氮除磷的目的。 2. 生物处理法的新进展

生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法， 无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用， 以污染物质为食料， 将其代谢成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子， 它的二次污染小， 对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展，随着人们生活水平的日益提高， 生活污水中的成也日益复杂， 因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意， 处理时

间也较慢， 所以未引起人们的重视， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧张， 厌氧生物处理由于能产生能源物质—甲烷而越来越引起人们的青睐， 由此也出现了许多新的工艺。

(1) 活性污泥法的新发展

到目前为止， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破， 往往所作的是一些局部的改进， 但在曝气方式上确取得了较大的成果， 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器， 气泡直径50Lm， 氧吸收率达90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进， 把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展， 采用的方法有： 培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭—活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附着的表面， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等， 使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果， 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。

(2) 生物膜处理法的新进展

生物膜法最早出现的工艺是13年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的

生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明： 该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同， 生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等， 甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等， 因此可以用来脱氮等。

(3) 厌氧生物处理法的新发展

厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理， 它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视， 一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生， 为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法， 它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为150mgöL 的人工配水， TOC 的去除率可达95% 以上。在厌氧处理中, 甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物， 出现了利用膜的固液分离法， 如柏分等人1988 年利用超滤膜(UF) 进行甲烷发酵试验， 结果表明： 提高了反应器内甲烷的浓度，其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用， 如厌氧—好氧复合工艺等， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。

3. 活性污泥工艺的发展趋势

通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学方面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。 (1) 膜分离技术的应用

用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化： ①不再存在污泥膨胀问题。在活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化；

②曝气池的污泥浓度将大大提高(MLSS可以大于20000mg/L)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要；

③在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积； ④污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。

(2) 分子生物技术的应用

目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。

分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。

三．本课题研究内容

制药工业纯属精细化学工业，包括原料药生产和制剂加工。其原料药生产采

用生物法的称之为生物制药；利用化学合成的称作化学制药。对含有抗生素类的制药废水由于浓度较高，要达到标准要求，一般需采用一级或二级生物处理方法。高浓度抗生素废水可采用开流式厌氧污泥床处理，也可从抗生素废液中回收有用物质，提高抗生素提取率，减少污染物排放量。在城市或市区下水道的地方，尽量考虑污水集中处理，工厂内部需要加强管理，搞好预处理。排入设有集中处理

厂的下水道废水，其标准可放宽到COD 1000mg/L , BOD 600mg/L,从而可大大降低投资和治理费用。

原水出水水质CODcr 1800 mg/L，BOD5 1000mg/L，SS 800 mg/L，pH 8～10，要求经过处理后水质达到国家《污水综合排放标准》（GB78—1996）中二级标准（BOD5≤30mg/L，SS≤150mg/L，CODcr≤300mg/L，pH 6.0-9.0）。按制药废水均采用清污分流和生物处理估算，治理水量2.5亿m3 投资5.0亿元，则污染物消减量为BOD 4万t/a，COD 12t/a。

四．本课题研究方案

（一）、原始资料

(1)污水水质

CODcr (mg/L) 1800 ≤ 300 BOD5 (mg/L) 1000 ≤ 30 SS (mg/L) 800 ≤ 150

(2)水量：设计流量 （平均日）2000m3/d

要求经过处理后水质达到国家《污水综合排放标准》（GB78—1996）中二级标准（BOD5≤30mg/L，SS≤150mg/L，CODcr≤300mg/L）。 (3)城市地质资料：

厂区土层由上到下依次为：粘土层，砂质粘土和砾石层 (4)年平均气温 20℃ ，该城市夏季主导风：东南风 （二）、备选方案的提出 1.传统活性污泥法

传统活性污泥系统多采用矩形廊道式曝气池，污水和回流污泥从池首进入，混合液以活塞流的流态逐渐向池尾流动，从池末端出水堰流出，进入二沉池，在二沉池中完成泥水分离后处理水排放，沉淀池污泥回流到曝气池，进入下一个循环。此方法的污水和回流污泥均有曝气池池首流入，处理效果好，对BOD5和SS的总处理效率均为90%～95%，但曝气池前段供氧不足，后段供氧过剩，同时

处理前 处理后 pH 8.0～10.0 6.0～9.0 击负荷能力弱，曝气时间较长，一般在6～8h,适于大中型城市污水厂，其曝气方法有推流式和完全混合式。 原水 格栅 泵房 沉砂池 初沉池

二沉池 消毒 排水

污泥回流

曝气池 2.氧化沟活性污泥法（循环混合式活性污泥法）

按污水流态分，又叫循环混合式活性污泥法，氧化沟一般采用延时曝气，并增加了脱氮功能，所以同时具有去除BOD5和脱氮的功能,它采用机械曝气，一般不设初沉池和污泥消化池。氧化沟处理效率为：BOD5和SS均为95%以上，总氮为70%～80%，所以氧化沟工艺具有工艺流程短，处理效率高，出水水质稳定，运行处理简单等优点，对于小型污水厂，还具有基建费用和运行费比普通活性污泥法低的优点。它的缺点是对于中、大型污水厂，基建费和运行费比普通活性污泥法高，同时无法得到生物能源。

进水 转刷 二沉池 出水 回流污泥 污泥泵房 干化设备 图2 氧化沟工艺流程

3.间歇式活性污泥法（SBR活性污泥法）

也称为序批式活性污泥法。污水流入到间歇式曝气池，按时间顺序一次实现进水—反应—沉淀—出水—闲置等五个基本过程组成的处理周期，并周而复始反复进行。SBR工艺同时具有均匀水量水质、曝气氧化、沉淀排水等三种功能。

该工艺不设二沉池和污泥回流设备，且曝气池容积也小于连续式，所以它的工艺流程简单，氧利用率高，基建费用和运行费用均较低，不易产生污泥膨胀。同时通过对运行方式的调节，具有脱氮除磷的功能，且处理水水质优于连续式。

但该工艺要求程序控制，自动化水平较高。

（三）、工艺流程的确定

含有抗生素制的药废水为高浓度的有机废水，成分复杂，处理难度大。目前采用的方法大多以生物处理为主。本课题废水处理量不是很大，在达到污水处理要求的前提下，应着重考虑工程占地面积和污水处理费用的节省。

再结合美国EPA在对SBR技术评估的基础上，比较分析了传统活性污泥法、SBR工艺、氧化沟工艺的基建投资和运行费用，见表（以相对值表示）。比较结果说明在一定的流量范围内，当污水处理厂的规模增加时，单位造价降低。

基建投资和运行费用

污水处理流程

基建投资/元 3785m3/d

传统活性法

SBR 氧化沟

100 78 83

125m3/d 100 75 81

运行费用/元 3785m3/d 100 83 83

175m3/d

100 93 93

以上两种规模的SBR污水处理厂的基建投资分别为传统活性污泥法的基建投资的78%和75%。而SBR工艺投资与氧化沟是相当的，略低于氧化沟，其两者的运行费用是一样的。当污水处理厂的规模较小时，与传统的活性污泥法工艺相比，SBR的运行费用也较省。如处理规模分别为3785 m3/d和125 m3/d，其年度运行费用约为传统活性污泥法污水厂的83%和93%，可见SBR在中、小规模的处理厂是有优越性的，所以本设计采用SBR工艺。SBR活性污泥法还可根据对污水的处理程度的不同要求，灵活调节其运行方式。

五、研究目标、主要特色及工作进度 a.研究目标：

改革开放以来，在我国的大中型城市中，建设了一批污水处理设施，对于保护大中型城市的环境，治理水污染起到了很大作用。目前全国共有1700O个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施，而且，由于二十几年来，乡镇企业的蓬 勃发展，造成一些中小城镇尤其是经济比较发达的中小城镇，污染严重，已经影响到人民的生活和健康。

已经开始实行的《污水排放综合标准》(GB78-1996)中对制药废水要求一般达到二级标准。

1．确定污水厂的处理工艺流程及处理构筑物（或设备）的类型和数量。 2．进行处理构筑物及设备的工艺设计计算。

3．进行污水厂各构筑物、建筑物以及各种管渠等总体布置。 4．设计图纸包括：

（1） 污水厂平面布置图；

（2） 污水厂的工艺流程、高程布置图； （3） 单体构筑物的工艺构图。

b.主要特色：

为了力求构筑物流程简单而不影响处理效果，在设计中采取中格栅和提升泵房合建一起。其污水主题处理构筑物——SBR法具有以下优点：工程简单，造价低；时间上有理想推流式反应器的特性；运行方式灵活，脱N除P效果好；良好的污泥沉降性能；对进水水质水量波动适应性好；易于维护管理。

通过毕业设计，使学生熟悉并掌握排水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根据设计原始设计资料正确地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。其设计深度为施工图阶段。 c.工作进度 设计阶段 撰写开题报告及外文资料翻译 确定设计方案、工艺流程 构筑物设计计算 污水水处理厂总平面布置 高程计算与布置 设计时间 4月4日到4月17日 4月17日到4月24日 设计事项 明确设计任务，查阅相关资料，进行工艺方案的对比及制定。撰写开题报告，查阅与拟定工艺相关的外文资料，并翻译成汉语。 根据所选课题确定切实可行有效的处理方案 按照污水处理工艺设计计算指导丛书，进行对拟定工艺有关的主体构筑物及附属建筑物的设计计算。 依据各设备及建筑物的设计尺寸、污水处理厂的占地面积、常年主导风向及气候等因素进行对污水处理厂总平面布置。 依据污水处理厂的地形状况、各建筑4月24日至5月1日 5月1日至5月8日 5月8日至5月15日 绘制图纸 设计说明书的编写及装订成册 毕业设计答辩 5月15日至5月22日 5月22日至5月29日 5月29日至6月初 物的设计高度、按照城市污水处理厂的高程布置原则进行对污水处理厂的高程布置。 熟悉AUTOCAD技术的使用及手工绘图的原则与要求，进行图纸绘制，包括污水处理厂总平面布置图、高程图等。 依据设计计算结果进行对设计说明书的编写，包括设计题目；摘要；目录和前言；正文；结论；心得体会；致谢。并装订成册。 作好对学院组织的毕业设计答辩的准备工作并进行答辩。 六. 参考文献

1. 麦文宁.生物化工废水处理技术及工程实例.第一版.北京：化学工业出版社、 环境科学与工程出版中心.2002

2. 于尔捷，张杰水.排水工程设计手册—2—排水工程. 第一版.北京：中国建筑 工业出版社，1995

3. 冯生华.城市中小型污水处理厂的建设与管理.北京：化学工业出版社，2001 4. 李亚峰.给水排水工程专业毕业设计指南.北京：化学工业出版社，2003 5. 张志刚.给水排水工程专业课程设计.北京：化学工业出版社，2004 6. 李海.城市污水处理技术及工程实例.北京：化学工业出版社，2002 7. 实用环境工程手册 污水处理设备

8. 丁亚兰.国内外废水处理工程设计实例. 第二版.北京：化学工业出版社，1998 9. 许泽美，唐建国，周彤.水工业工程设计手册废水处理及再用.第一版.北京： 中国建筑工业出版社，2002

10.于尔捷，张杰.给水排水工程快速设计手册2.第一版.北京：中国建筑工业出 版社，1996