遼寧某原料藥企業主要生產左旋肉堿、抗壞血酸棕櫚酸酯等十余種原料藥和醫藥中間體，生產廢水成分復雜。建廠初期配套建設的廢水處理站已廢棄拆除，需根據實際廢水水質、水量重新設計并建設以滿足達標排放要求。通過4個月的現場調研及小試，基本掌握了原水特點，確認了以調節+厭氧+兩級AO+MBR為核心的技術方案的可行性及主要工藝參數，在此基礎上開展工程設計。
1、設計處理規模、水質及排放標準
該廠生產線共排放10大類共21股廢水，全廠滿負荷生產狀態下生產廢水排放量約1200m3/d，全廠生活污水量約50m3/d，取兩者之和并考慮一定安全余量及未來發展等因素，最終確定設計規模為1500m3/d。在方案研究階段多次取樣并分析了全部21種廢水的主要污染物情況，見表1。表1中第6種廢水溶解性總固體（TDS）高達231000mg/L，占每日TDS總質量的35%，而水量僅占0.83%，與建設單位協商后決定將其單獨外委處理以降低廢水TDS總量，表1中計算理論混合值時已將其排除。由表1可知，21種廢水中有4種廢水pH≤1，呈強酸性；有3種廢水TDS≥10000mg/L，有10種廢水COD≥5000mg/L。理論混合值是基于24h總水量的理想平均值，但某一時刻的實際進水水質取決于生產線的排水情況，與理論混合值相去甚遠。
由表1可知，原水主要污染物指標為COD、氨氮、總氮和pH四項，設計進水水質及排放標準如表2所示。
出水水質執行遼寧省《污水綜合排放標準》（DB21/1627—2008）中排入污水處理廠的水污染物最高允許排放濃度。
2、方案研究及小試成果
①通過厭氧工藝可將原水COD濃度降低15%~20%，同時將B/C值從0.25~0.30提高至0.35~0.40；厭氧過程有沼氣產生，厭氧段最優HRT為18h。厭氧對COD去除率較低的原因是：a.為控制運行費用，并出于兼顧COD去除及后續反硝化碳源等兩方面考慮，未將水溫提升到中溫厭氧消化范圍（30~40℃），而在20~25℃的常溫厭氧消化范圍內運行，厭氧系統的COD處理負荷是中溫條件的16.6%~26.6%；b.原水TDS較高，因pH調節而投加NaOH進一步提高了TDS，對厭氧微生物有一定的抑制作用。根據小試數據，TDS超過4000mg/L以后，COD去除率開始較快下降，TDS達到5000mg/L后的COD去除率相對于4000mg/L時下降了約80%。由B/C值升高可知，廢水生化性有所提高，推測由于水解酸化在常溫下反應較好，而產甲烷菌因水溫及TDS等受到一定程度抑制，加之本工程原料藥廢水所含多種復雜物質的特點而未能較充分完成甲烷化過程，因此從整體上看COD去除率不高（但有沼氣產生），而B/C值有所提高。
②通過AO工藝可將除總氮之外的污染物指標降至排放標準，剩余總氮需外加碳源進行后置反硝化處理。設計兩級AO工藝，在第二級A池投加碳源以提高碳源利用率；利用本廠制藥副產物——約20%甲醇稀溶液作碳源；兩級AO工藝最優HRT為88h，其中第一級77h，第二級11h。硝化過程需補充堿度。
③小試第一階段污泥沉降性始終不好，SVI值為180~200mL/g，沉淀后出水常夾帶碎泥，因此小試第二階段改為MBR工藝，加之現場用地緊張，因此確定采用MBR工藝。小試MBR采用中空纖維簾式膜，膜孔徑0.1μm，設計膜通量12L/（m2·h），平均15~20d出現一次跨膜壓差（TMP）快速升高現象，升至25kPa后進行化學清洗，清洗后恢復至5kPa。改為MBR工藝后解決了沉淀槽漂泥、跑泥、出水渾濁等問題，而且延長了泥齡，有利于硝化菌培養和富集。小試MBR出水水質穩定達標，COD、氨氮和總氮分別為178、15和48mg/L。
3、工程設計
3.1 工藝流程
根據本工程特點和水質情況，通過方案研究及小試確定工藝流程：pH調節+緩沖調節+UASB+兩級AO+MBR（見圖1）。
3.2 處理單元設計
受現場可用地限制，廢水處理站設計構筑物與建筑物合建，為反L型半地下結構，地下最深6m，地上高9m，平面尺寸為41.3m×14.8m+14.4m×44.1m，占地面積1345m2，建筑面積773m2。廢水處理站下部為構筑物，即各單元池體，鋼筋混凝土結構，池內壁均為玻璃鋼防腐。池體上方大部分區域為建筑物，并劃分為配電間、控制室、加藥間、風機房、設備間等，上方無建筑物的池體均為有蓋池體或以玻璃鋼拱形蓋板覆蓋。
①預處理
預處理單元將原水依次進行粗格柵攔污、提升、細格柵攔污、pH調節及緩沖調節。廢水首先進入粗格柵渠，粗格柵由PE板材制成，之后進入提升泵池。設廢水提升泵2臺，并聯運行，采用耐腐蝕離心泵，內襯HDPE，參數：80m3/h-110kPa-11kW。提升泵將廢水提升入位于pH池頂板上方特制的細格柵槽進行精過濾，濾液流入pH調節池。pH調節池共2座，并聯運行，單組尺寸（B×L×H）=5.7m×5.7m×6.7m，HRT=6.4h，每池設槳式攪拌機1臺，參數：60r/min-5.5kW。pH調節池出水溢流入緩沖調節池，其功能是均化水量及水質，2座并聯運行，單組尺寸（B×L×H）=8.1m×7.0m×10.0m，安全超高0.5m，HRT=17.2h，每池設潛水攪拌機1臺，參數：740r/min-3.7kW；每池設調節水泵（潛污泵）2臺，1用1備，參數：38m3/h-190kPa-5.5kW。
預處理單元池體上方的儲藥間及加藥間用于儲存、溶解及投加氫氧化鈉和碳酸鈉。氫氧化鈉第一投加點是pH調節池，用于將原水pH由酸性調至7.0~7.5；第二投加點是好氧池，氫氧化鈉配合碳酸鈉用于補充高濃度氨氮硝化反應而快速消耗的堿度。氫氧化鈉及碳酸鈉加藥泵參數：500L/h0.5MPa-0.55kW，分別為4用1備和2用1備，采用機械隔膜計量泵，由PLC依據pH在線儀表反饋值控制加藥泵啟停，由于pH調節池HRT較長，緩沖能力較強，因此計量泵加藥量較穩定，氫氧化鈉和碳酸鈉溶液濃度均為10%，pH調節加藥量設定值為150L/h，補充堿度加藥量設定值為300L/h。從廠區引蒸汽管接入緩沖調節池為廢水升溫，冬季可將廢水水溫由約15℃提高至20~25℃。
②UASB
調節水泵出水進入UASB池，主要功能是通過水解、酸化、乙酸化、甲烷化等復雜的反應分解有機物，提高廢水可生化性，并將一部分有機物分解為甲烷、氫氣等可燃氣體。UASB池2座，并聯運行，單座凈尺寸為11.4m×7.0m×9.2m，有效水深7.7m，總有效容積1229m3，HRT=19.67h，上升流速0.39m/h，容積負荷1.1kgCOD/（m3·d）。池底設有環狀布水器，上部為三相分離器及出水堰等，頂部設有水封罐，產生的沼氣送至內燃式自動火炬進行燃燒。
UASB出水進入中沉池，其功能是攔截UASB池流失的污泥，在UASB系統啟動及運行異常時防止厭氧污泥流失尤為重要。中沉池2座，并聯運行，單座凈尺寸為4.5m×7.0m×5.2m，采用斜管沉淀形式，表面負荷1.0m3（/m2·h），池底設錐形泥斗，配污泥回流泵，設計回流比為100%，可根據實際運行情況進行調節。
③兩級AO+MBR
兩級AO+MBR單元處理構筑物依次為前置缺氧池、好氧池、后置缺氧池、MBR膜池（兼作后置好氧池），共計4部分，HRT分別為17.2、60.3、6.4和4.8h，總HRT為88.7h。設計MLSS為8000mg/L，泥齡25d，內回流比300%，外回流比100%，內、外回流均采用變頻調節。第一級AO對COD、氨氮和總氮的去除率分別為95%、93.3%和66%，即通過第一級AO處理，COD和氨氮已經達標，而受碳源及回流比限制，總氮未能降至50mg/L，需要在第二級AO再處理。第一級AO設計硝化速率和反硝化速率分別為0.022kgNH3-N/（kgMLSS·d）和0.065kgTN/（kgMLSS·d）。前置反硝化設計參數綜合考慮了AO工藝內回流比300%的理論脫氮率為75%及小試數據，控制第一級AO出水總氮約125mg/L。在第二級AO的A段投加約20%甲醇稀溶液作為反硝化碳源，按前一級AO出水總氮220mg/L設計（即在前一級TN理論出水125mg/L基礎上增加約75%安全余量），設計反硝化速率0.080kgTN/（kgMLSS·d）。MBR膜采用PVDF中空纖維簾式膜，膜孔徑0.1μm，1000m2/組，共6組，設計膜通量12L/（m2·h），由PLC控制按產水7min+停止1min自動變頻恒流量運行。好氧池DO通過在線溶氧儀數據反饋至PLC后對風機進行變頻控制，好氧池DO控制在1.5~2.0mg/L，缺氧池進水處DO控制在0.5mg/L以內。兩組膜池之間設計為儲泥池、離線洗膜池和清水池。
池體頂部為MBR設備間，主要有MBR抽吸泵、CIP（原位清洗）泵、次氯酸鈉和檸檬酸加藥系統等，其中MBR抽吸泵參數：12m3/h-120kPa-2.2kW，6用1備；CIP泵參數：10m3/h-105kPa-0.75kW，1用1備。MBR反洗系統包括在線化學清洗和離線化學清洗兩種模式，前者受TMP和運行時間控制，由PLC控制自動進行清洗，后者通常在每周自動在線清洗超2次或連續運行超12個月后將膜組件吊入清洗池進行清洗。
④鼓風機房系統
受用地限制，好氧池設計池深10.1m，有效水深9.3m，采用1臺空氣懸浮鼓風機，參數：35m3/min100kPa-75kW，同時配備2臺高壓羅茨風機備用，參數：15.7m3/min-100kPa-55kW。
⑤污泥脫水系統
采用全封閉帶式污泥濃縮脫水一體機，參數：B=1.0m，Q=15m3/h。由于MBR系統本身泥齡較長，系統對泥齡變化不敏感，可認為污泥脫水系統短時間因故障停機不會對生化系統造成較大沖擊，因此為節省設備購置費，脫水機暫按1臺配備，并預留1臺機位。
4、運行情況及經濟分析
4.1 運行情況
本工程施工完畢后進行設備調試和工藝調試，厭氧系統和兩級AO系統分別調試約42和21d后進入穩定狀態。經當地環保部門檢測，出水水質達到設計排放標準。實際運行平均水質見表3。
4.2 經濟分析
本工程總投資1700萬元，折合單位投資為1.13萬元/m3。藥品總消耗及直接運行成本見表4。噸水運行成本約為7.42元/m（3按實際運行水量約1000m3/d計），其中電費占比最大，占34.05%，其次是碳酸鈉和氫氧化鈉，各占26.67%和20.88%，三者合計占總成本的81.60%。蒸汽費用因季節性波動較大且難以準確計算，暫不計入成本。
5、結論
①采用pH調節+緩沖調節+UASB+兩級AO+MBR工藝處理高濃度原料藥廢水，系統運行穩定達標，投資和運行費用較低。
②原水鹽度、pH、游離氨等的波動對處理系統沖擊較大，加之受生產任務調整等影響導致生產線排水很不規律，隨時可能出現某種沖擊，因此將pH調節池和緩沖調節池HRT分別設為6.4、17.2h，以保證后續生化處理系統穩定運行。
③UASB未設計在中溫厭氧消化范圍（30~40℃）運行，而在20~25℃的常溫厭氧消化范圍內運行，目的是在水質達標前提下合理控制運行成本。若采用電加熱將水溫再升高10℃則增加費用6.38元/m3，增加值將接近目前噸水處理總成本。
④第一級AO承擔了95%左右的COD和NH3-N處理負荷，但其脫氮率受制于內回流比及原水碳源，總氮需在第二級A段通過投加甲醇而去除。采用MBR工藝省去傳統沉淀池，提高污泥濃度，節省占地，且規避了污泥膨脹及沉降性差等問題，適用于小規模、高鹽度、高濃度廢水處理。（來源：大連市市政設計研究院有限責任公司，沈陽環境科學研究院）
