生物制药企业废水处理与中水回用研究

生物制药企业废水处理与中水回用研究

随着我国医药行业的不断发展，制药企业的废水问题日益严重。生物制药企业的废水主要包括抗生素^[、合成药物以及中成药等，具有较大的毒性、成分复杂多样且可生化性较差，属于较难处理的废水类型。因此，需要采用科学合理的方法处理制药废水，并利用中水处理系统，为生产过程处理下水，回收可再生利用的部分，进而解决废水污染的问题，同时实现废水处理的效益最大化。

一、项目案例背景

本文研究项目案例为上海某生物医药有限公司污水及中水新建工程，位于上海市松江区。项目中主要涉及科研实验与生产过程中的废水处理以及中水回用处理（两者处理能力均为约1 000 t/d）。其中，废水来源主要由低浓度废水、工艺废水、生活用水等组成，经过综合评价，该项目所产生的废水水质如表1所示。项目主要内容是为生产过程清下水，包括纯水制作中的浓水、软水器再生废水、循环冷却水排水、锅炉排水等，并在中水处理后进行排水，使其可用于冷却塔补水、绿化、清洗等，顺利通过环保验收。

表 1 污水源水水质分析

二、废水及中水处理系统

1.废水处理系统

（1）处理工艺：由于废水的水质参数差异较大，因此采取了独立收集、分质处理的工艺方法，如图1所示。根据相关排放标准，项目中需要处理的污染因子包括COD_cr、BOD5、NH3-N、TN、TP等。

上述污染因子在废水中的浓度相对较低，因此项目污水处理时主要以 AO 生化处理工艺为主，A 段采取组合填料填充的形式，并利用搅拌机适当搅拌，将废水中的总氮去除，进而提高可生化性；而 O 段则采用完全混合型活性污泥法，并通过滤膜分离水质，将废水中的有机物去除，同时将转化过的硝酸盐氮，利用混合液回流至 A 段，使其与氨氮生成氮气，最终进行安全排放。

另外，废水处理时极易产生有害、刺激气体，会对厂区及其周围环境产生不利影响。根据上海市环保局的要求，生化废气必须经由废气处理后才能排放。故项目中根据废气处理的实际情况，采用洗涤塔喷淋吸收废气中的有害物质，并通过低温等离子工艺，对废气进行净化处理，从而达到预期处理效果。

（2）进水 / 出水

项目中属于精细化工废水，具有盐分高、有机物浓度高、氨氮浓度高、总磷浓度低等特点，以致水质指标的变化范围较大，难以降解的有机物含量多，且水量相对较少。故在废水系统中，采用 pH 调节加药装置，通过生化与膜过滤处理工艺，对水质进行预处理。同时，项目的水质变化较大，需经过大容量调节池处理进水流程，对不同时段加以综合调节，把控进水的速度与方式。废水处理系统利用了长停留时间的技术手段，使得调节池、生化池的容积量足以装入一个生产周期的进水，进而维护生化系统进水时的稳定性与合理性。

废水处理时包括循环冷却水、锅炉排水及离子交换产生的下水，因此水体温度相对较高，以致排水过程中常有蒸气排放。为此，出水时采用了 MBR 的方式，以确保在污泥性能较差时，水中也不会出现悬浮物所产生的 COD_cr。在出水处理的过程中，还应当结合污水排放的实际情况，适时加入碳源等，以便确保微生物活性及反硝化过程，加快难以降解的有机物的处理效率，降低水质中的微生物综合指标，从而满足排水标准^[。

2.中水处理系统

（1）主体工艺：产生的清净下水包括锅炉定期排水、循环冷却塔排水、纯水制备浓水、软水制备浓水等，由于水质特性简单，且拥有一定的回用价值，因此项目采用中水回用装置，使生产过程中的污水经过中水回用处理后，可用作循环冷却水塔补水、绿化、清洁等方面的使用，并将中水处理时产生的浓水进行污水处理，如图 2 所示。

图 2 中水处理工艺流程示意

按照每日计算，中水回用装置的水约为 1 000 t，平均流量约为 50 t/h；同时，考虑到系统处理安全系数，设计处理量为 60 t/h。该项目水量稳定，可与其它水共同进入地下式调节池，并在水位到达指定高度时，再进入中水预处理系统。而后，经由超滤膜过滤，系统反洗水与 RO 设备浓水一起排至污水处理站。需注意的是，由于进水硬度较高，不可直接通过RO 膜处理；而是应当采取软化器、生石灰法等方式，化解水体的硬度，让水体总硬度＜250 mg/L，并用絮凝剂过滤软化后的水，将水中的悬浮物、铁离子等加以去除，再通过砂滤、碳滤后进入超滤膜过滤，最后再用 RO 膜处理，进而提高系统产水率，实现综合效益的最大化。

（2）温控系统

在中水处理时，主体工艺中包括反渗透（RO）装置，其在高于溶液渗透压的作用下，将无法透过半透膜中的物质与水分有效分离，具有操作便捷、工艺简单等优点。然而，当水温＞40 ℃时，会对 RO 膜造成不利影响；并且，在高温情况下，水中的 Cl- 会严重腐蚀泵的过流部分、管道、阀门等。因此，在中水系统运行前，应当先利用风冷冷却塔，进行适宜的降温处理；同时，还要在中水综合调节过程中进行循环降温，合理掌控温控系统，确保进水温度＜40 ℃，从而为 RO 设备提供安全保障，以保证良好的过滤效果，使得过滤后的水质符合环保验收。

三、面临问题及技术措施

1.水质综合指标控制

项目废水处理包括工艺废水、生活废水、低浓度废水等，根据水量平衡评估，污水量约为 1 000 t/d，具体如表 2 所示。

表 2 设计水量

其中，工艺废水是项目的处理重点，主要涉及原液生产、清洗废水等。这部分废水占比最大，且污染物浓度较高，经处理后需严格符合相关水质标准，如表 3所示。

表3 综合废水处理效果

 

因此，废水处理和中水回用过程中，面临着较大的技术挑战。针对上述情况，项目中采用 MBR 处理技术，作为一种将活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术，能够有效避免污泥膨胀现象，防止水中出现悬浮固体而影响水质。此项技术可以有效分离污泥停留时间与水力停留时间，使得固液分离效率得以大幅提升；同时，还能加大曝气池中活性污泥的浓度，激活污泥中的特效菌，有助于提升水质的可生化性。在膜的高效分离作用下，微生物得以被完全截流在生物反应器内，且悬浮物与浊度基本没有，保证了良好的出水水质，使其可以直接用于非饮用市政杂用水。

2.系统设施设备防腐

废水处理时含有循环冷却水、锅炉排水及离子交换产生的下水，以致水体温度较高，排水时易产生一定的蒸汽，且水中 Cl^- 盐分较高。因此，如若操作不当，则易造成系统设施设备的腐蚀，从而导致出水水质不符合相关标准。

针对此项问题，项目中主要采取了以下防腐措施：一是采用化工离心自吸泵、PE 材质管道，砂炭滤则采用衬塑处理工艺，同时管道、阀门等均使用 UPVC材质，且 RO 膜壳选择玻璃钢材质，以此增强设施设备的防腐性。二是由于高压泵后的管道需承受较大压力，应当采用不锈钢衬塑管道材质，进而加强管道的耐力；而 RO 产水及排浓阀后的管道承受的压力较小，可直接采用 PE 材质。三是因排水水质较为复杂，集水井应当做好防腐措施。四是工艺废水中含有大量污染物，易对设施设备造成严重腐蚀，工艺废水的调节池应当做好防腐措施，且污泥浓缩池也需进行相应的防腐处理，通过“三布五涂”的方式，选择 197 型耐酸碱树脂的玻璃钢树脂以及玻纤布，并加入灰色涂料，涂满整个池体。

此外，例如生活废水或低浓度废水的水质不具有腐蚀性，所以无需对这类水池进行防腐措施。基于上述内容实施合理的防腐措施，不仅可以保证系统设施、设备的耐用性与可靠性，还能有效提升出水水质的质量。

3.RO 膜堵塞问题消除

生物药物制剂在现代医药领域发挥着关键作用，为去除水中的杂质，系统主要利用反渗透（RO）装置，反渗透膜的孔径较小，可有效分离水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等污染物，使得出水水质得以保证，具有耗能低、无污染等优点。然而，由于中水系统在运行时适宜的水温会加快水中的微生物生长，且膜的孔径过小，会严重影响各级过滤效率，以致出水率随之降低，造成 RO 膜的堵塞。于是，项目在实施过程中，及时采用了臭氧进行消毒，从而避免水中剩下的 Cl^- 盐分对 RO 膜产生不利影响；同时，臭氧选择时应当选择金钢砂微孔曝气盘，并且避免使用普通微孔膜片曝气，以免在臭氧条件下出现氧化或老化，影响消毒效果。因此，通过合理的消毒方式，及时消除水中的微生物，避免 RO 膜出现堵塞，进而实现中水回用。

四、总结

综上所述，本文研究的项目案例在废水处理与中水回用方面取得了值得肯定的成绩，项目完成后，不仅顺利通过环保验收，还进一步促进了企业的高效生产。同时，对于项目实施过程中存在的水质综合指标控制、系统设施设备防腐、RO 膜堵塞问题消除等诸多挑战，经过科学合理的废水处理及中水处理的系统工艺，严格实施工艺流程，应用温控系统，并做好设备设施防腐以及臭氧消毒，最终取得符合预期要求的水质效果。而且，通过项目开展，积累了丰富的废水处理与中水回用的技术经验，希望能够为同类型项目提供可靠性参考依据。