植物提取物是指以天然植物为原料,经过物理化学方法提取植物中的某一种或多种有效成分所形成的产品,是植物药制剂的主要原料,并广泛应用于保健食品､植物药和化妆品等行业,是天然医药保健品市场的核心产品[1]｡植物提取物行业是典型的高耗水､高污染行业,生产废水成分复杂,含有大量提取质和提取剂,包括醇类､糖类､苷类､生物碱､木质素纤维､色素等物质及其水解产物,COD､SS含量较高,废水基本呈酸性｡本工程对某植物提取物产业园废水进行针对性处理,出水回用作城市杂用水,以期为该行业的废水回用处理提供借鉴｡

1、工程概况

某产业园以植物提取物产品为核心开发方向,典型产品原料包括黄芩､人参茎叶等,主要的生产工艺流程为:除杂质及沙土(挑选､清洗等)→粉碎→提取(加乙醇或水作为提取溶媒)→过滤→浓缩→干燥→粉碎→混合→检验､包装等｡该植物提取物产业园产生的废水分为高浓度生产废水和低浓度污水两类,高浓度生产废水主要为产品提取废水,是污染物的主要来源,含有大量提取质和提取剂;低浓度污水主要为园区办公､生活产生的污水,可生化性较好｡废水处理采用混凝沉淀-水解酸化-两级IC厌氧塔为主的分质预处理工艺,两级AO接触氧化生化工艺以及Fenton氧化-深度AO接触氧化-砂滤-炭滤的深度处理工艺,出水作为城市杂用水回用｡

2、设计水质及水量

该工程一期设计处理规模为500m3/d,包括高浓度生产废水350m3/d,低浓度污水150m3/d;二期预留500m3/d的处理规模｡处理出水达到GB/T18920—2020《城市污水再生利用城市杂用水水质》表1中城市绿化､道路清扫､消防､建筑施工标准后,全部回用｡GB/T18920—2020未对COD､TN和TP作出要求,故本工程设计出水COD执行GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,TN､TP根据当地生活污水水平确定｡设计进出水水质见表1｡

表1设计进出水水质

3、废水处理工艺

3.1工艺选择

(1)该项目的高浓度生产废水COD含量高,直接采用好氧生物处理不经济,因此考虑对其进行分质预处理｡IC厌氧塔因其独特的双层反应室结构和内循环系统,具有较高的抗冲击负荷能力､节省占地等优点,而被广泛应用于高COD废水的厌氧处理[2-3]｡此外,鉴于高浓度生产废水SS含量较高,采用混凝沉淀去除SS;同时为给厌氧反应提供良好的水质条件,采用水解酸化进行适度的预酸化｡因此,分质预处理工艺由混凝沉淀-水解酸化-两级IC厌氧塔组成｡

(2)高浓度生产废水预处理后与低浓度污水混合形成综合废水,相较于生活污水,该综合废水仍然具有较高浓度的COD和TN｡为兼顾碳化和除氮,采用两级AO联合工艺,同时在池体内增加固体填料以增加抗冲击负荷能力[4]｡因此,生化处理采用两级AO接触氧化工艺｡

(3)经生化处理后,废水中剩余的COD多为难降解有机物｡Fenton氧化因其较强的氧化能力,被广泛应用于造纸､化工等难降解废水的处理｡因此,深度处理首先采用Fenton氧化进行难降解有机物的深度降解,同时采用深度AO接触氧化进一步进行COD､TN的去除｡最后,采用砂滤和炭滤进行过滤､吸附,以保障尾水各项指标达标[5]｡因此,深度处理工艺由Fenton氧化-深度AO接触氧化-砂滤-炭滤组成｡

3.2工艺流程

该废水处理工程工艺流程如图1所示｡高浓度生产废水经生产企业泵提至生产废水收集调节池进行均质､均量,出水进入混凝沉淀池去除部分有机物､SS和TP[6]｡混凝沉淀池出水进入水解酸化池,部分难降解大分子有机物在水解酸化作用下转化成小分子易降解挥发性脂肪酸[7]｡水解酸化池出水进入加热池,调节温度和pH值后提升至两级IC厌氧塔,经过水解､酸化､产酸､产甲烷4个阶段,大部分有机物被降解生成CH4､CO2[8]｡两级IC厌氧塔出水进入综合调节池,同时低浓度污水由收集管网收集进入格栅及提升井,去除大颗粒SS和漂浮物后提升至综合调节池｡高浓度生产废水和低浓度污水经综合调节池均质､均量后,提升至两级AO接触氧化池,一级A池对原水及回流硝化液中硝态氮进行反硝化,出水进入一级O池进行硝化反应,同时去除绝大部分有机物;二级A池对一级O池出水中硝态氮进行反硝化,出水进入二级O池保证剩余氨氮硝化以及有机物碳化[9]｡出水进入二沉池进行泥水分离,剩余污泥排入污泥浓缩池,回流污泥至好氧池｡二沉池出水进入Fenton氧化池,进行难降解COD的断链､开环,进一步提高废水的可生化性[5]｡出水进入深度AO接触氧化池,进一步去除有机物和脱氮;出水进入三沉池进行泥水分离,剩余污泥排入污泥浓缩池,回流污泥至好氧池｡三沉池出水进入中间水池,提升至砂滤-炭滤系统,保障COD､SS的去除效果;出水进入接触消毒池,进行消毒､监测水质,达标后进入清水池进行回用｡

图1废水处理工艺流程

3.3设计特点

(1)高浓度生产废水分质预处理采用两级IC厌氧塔能实现高浓度COD的有效降解｡同时,两级IC厌氧塔可根据进水水质进行串联､并联运行切换,以增加运行的灵活性｡当实际进水COD质量浓度小于10000mg/L时并联运行,同时可降低单座循环流量,减少运行能耗｡

(2)生化处理采用两级AO接触氧化池,能够减少内回流量｡进水采用多点配水补充后缺氧段碳源(一级A池与二级A池的进水量之比为2∶1),促进反硝化,节省碳源投加｡

(3)深度处理采用Fenton氧化-深度AO接触氧化工艺,运行简单稳定,能有效实现难降解有机物的氧化分解,显著提高系统深度处理可生化性和处理效果｡

4、主要构筑物及设备参数

(1)混凝沉淀池｡成套设备,1座,设计规模为350m3/d｡混合区尺寸为1.5m×1.5m×3.5m,絮凝区尺寸为1.5m×1.5m×3.5m,沉淀区尺寸为3.0m×3.0m×3.5m,有效水深为1.7m,混合时间为15min,絮凝时间为15min,沉淀区表面负荷为1.6m3/(m2·h),PAC投加量为200mg/L(以Al2O3计),PAM投加量为4mg/L｡配置搅拌机2台,N=1.1kW;剩余污泥泵2台(1用1备),Q=10m3/h,H=20m,N=1.5kW｡

(2)水解酸化池｡半地下钢砼结构,1座,设计规模为350m3/d｡水解酸化区尺寸为8.0m×6.0m×6.0m,沉淀区尺寸为4.0m×4.0m×6.0m,有效水深为5.5m,水解酸化区停留时间为18.1h,容积负荷为19.8kg[COD]/(m3·d),平均污泥浓度为4g/L,沉淀区表面负荷为0.9m3/(m2·h),污泥回流比为100%｡配置潜水搅拌机2台,φ260mm,N=1.5kW;组合填料120m3,聚丙烯材质,单根长3m,直径为150mm,间距为200mm;污泥泵2台(1用1备),Q=15m3/h,H=20m,N=2.2kW｡

(3)加热池｡半地下钢砼结构,1座,设计规模为350m3/d｡尺寸为4.0m×3.6m×6.0m,有效水深为5.2m,停留时间为5.1h,蒸汽用量为500kg/h,温度为35℃｡配置立式离心泵2台(1用1备),Q=15m3/h,H=26m,N=3.0kW｡

(4)两级IC厌氧塔｡成套设备,设计规模为350m3/d｡一级IC厌氧塔1台,φ6.5m×15.0m,有效容积为480m3;二级IC厌氧塔1台,φ6.5m×12.0m,有效容积为380m3｡总停留时间为59h,平均容积负荷为5kg[COD]/(m3·d),平均污泥浓度为10g/L,上升流速为2.2m/h,循环比为400%｡配置一级IC循环泵2台(1用1备),Q=60m3/h,H=8m,N=4kW;二级IC循环泵2台(1用1备),Q=60m3/h,H=8m,N=4kW;水封罐2台,φ0.8m×1.2m,碳钢防腐;进/排泥螺杆泵1套,Q=30m3/h,H=60m,N=11kW｡

(5)综合调节池｡半地下钢砼结构,1座,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置)｡尺寸为15.0m×8.0m×5.0m,有效水深为4.5m,停留时间为13.0h｡配置潜水搅拌机3台,φ320mm,N=2.2kW;潜污泵2台(1用1备),Q=21m3/h,H=10m,N=1.1kW｡

(6)两级AO接触氧化池｡半地下钢砼结构,1座2格,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置)｡单格尺寸为40.6m×8.0m×6.6m,有效水深为6.1m,停留时间为87h(其中:一级A池9h,一级O池40h,二级A池20h,二级O池18h),A池溶解氧质量浓度为0.3mg/L,O池溶解氧质量浓度为3mg/L,曝气量为12m3/min｡污泥浓度为4g/L,内回流比为300%(二级O池至一级A池),污泥回流比为150%,脱氮速率为0.03kg[NO3--N]/(kg[MLSS]·d),总产泥系数为0.6kg[MLSS]/kg[BOD5]｡配置一级A池潜水搅拌机2台,φ260mm,N=1.5kW;二级A池潜水搅拌机2台,φ320mm,N=2.2kW;内回流泵2台(1用1备),Q=62.5m3/h,H=7m,N=4.0kW;微孔曝气盘416套;罗茨风机2台(1用1备),Q=14m3/min,H=7.0m,N=30kW,变频;组合填料728m3,聚丙烯材质,单根长3m,直径为150mm,间距为200mm｡

(7)二沉池｡半地下钢砼结构,1座2格,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置)｡单格尺寸为6.0m×6.0m×6.6m,池内水深为5.9m,表面负荷为0.58m3/(m2·h)｡配置中心筒1台,φ600mm,L=2800mm;污泥泵2台(1用1备),Q=32m3/h,H=7m,N=2.2kW｡

(8)Fenton氧化池｡半地下钢砼结构,1座2格,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置)｡单格尺寸为16.4m×6.0m×4.5m,有效水深为4.1m,调酸池停留时间为11.5min,催化剂混合池停留时间为11.5min,反应池停留时间为3h,中和池停留时间为11.5min,PAC混合池停留时间为11.5min,PAM絮凝反应池停留时间为1h,沉淀池表面负荷为0.58m3/(m2·h),调酸池控制pH=3,中和池控制pH=7｡配置浆叶式机械混合搅拌机4台,φ800mm,n=125r/min,N=1.5kW;框式机械絮凝搅拌机4台,φ1600mm,n=8r/min,N=1.1kW;反应回流泵2台(1用1备),Q=21m3/h,H=10m,N=1.1kW;污泥泵2台(1用1备),Q=15m3/h,H=20m,N=1.5kW;PAC投加系统1套,投加量为150mg/L(以Al2O3计);PAM投加系统1套,投加量为3mg/L;H2O2投加系统1套,投加量为200mg/L;FeSO4投加系统1套,投加量为100mg/L;NaOH投加系统1套;H2SO4投加系统1套｡

(9)深度AO接触氧化池｡半地下钢砼结构,1座2格,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置)｡单格尺寸为12.3m×6.0m×6.5m,有效水深为5.6m,停留时间为19.2h(其中:A池9.6h,O池9.6h),A池溶解氧质量浓度为0.3mg/L,O池溶解氧质量浓度为3mg/L,污泥浓度为4g/L,内回流比为300%,污泥回流比为150%,脱氮速率为0.03kg[NO3--N]/(kg[MLSS]·d),总产泥系数为0.6kg[MLSS]/kg[BOD5],曝气量为4m3/min｡配置潜水搅拌机2台,φ260mm,N=1.5kW;内回流泵2台(1用1备),Q=60m3/h,H=8m,N=2.2kW;微孔曝气盘100套;罗茨风机2台(1用1备),Q=5m3/min,H=7.0m,N=11kW,变频;组合填料108m3,聚丙烯材质,单根长3m,直径为150mm,间距为200mm｡

(10)三沉池｡半地下钢砼结构,1座2格,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置),单格尺寸为6.0m×6.0m×5.8m,池内水深为5.4m,表面负荷为0.58m3/(m2·h)｡配置中心筒1台,φ600mm,L=3350mm;污泥泵2台(1用1备),Q=21m3//h,H=8m,N=1.1kW｡

(11)砂滤+炭滤系统｡成套设备,各1座,单座直径为1.8m,高度为3m,设计规模为500m3/d｡砂滤石英砂装填量为5.49t,粒径为0.5~1.2mm,设计流速为8.2m/h;炭滤颗粒活性炭装填量为2.14t,碘值为1000mg/g,设计流速为8.2m/h,饱和吸附量为0.1~0.2kg[COD]/kg[炭]｡配置反洗水泵2台(1用1备),Q=102m3/h,H=28m,N=15kW｡

(12)接触消毒池｡半地下钢砼结构,1座,设计规模为1000m3/d(土建一次建成,设备分期配置)｡尺寸为4.7m×3.4m×4.5m,池内水深为4.1m,停留时间为1.5h｡配置次氯酸钠投加系统1套,投加量为10mg/L(按有效成分计)｡

5、工程运行效果

该项目于2023年4月完成主体验收,并进入调试运行｡受园区招商引资影响,废水处理站初期高浓度废水量约为290m3/d,低浓度污水量约为80m3/d｡调试运行期间处理效果稳定,整个系统出水水质满足回用要求,各工艺单元处理效果见表2｡

表2各工艺单元的处理效果

通过表2可知,高浓度生产废水经过混凝沉淀-水解酸化-两级IC厌氧塔的分质预处理后,COD质量浓度由14580mg/L降低至1944mg/L,BOD5质量浓度由3748mg/L降低至821mg/L,COD的去除率达到86.7%,B/C值由0.26提高至0.42,可见该分质预处理工艺对高浓度生产废水有较好的预处理效果｡综合废水经生化处理和深度处理后,可使出水COD质量浓度降至49mg/L,BOD5质量浓度降至8mg/L,氨氮质量浓度降低至8mg/L,TN质量浓度降低至38mg/L,TP质量浓度降低至4mg/L,浊度降低至7NTU,处理出水满足回用要求｡

6、技术经济分析

该项目工程投资为2738.58万元,其中土建费用1327.36万元,设备费用1128.56万元,安装和调试费用282.66万元｡运行成本为209.52万元/a,包括人工费36万元/a,动力费78.31万元/a,药剂费用94.86万元/a,水费0.35万元/a｡折合吨水成本约为11.48元｡

7、结语

(1)采用混凝沉淀-水解酸化-两级IC厌氧塔为主的分质预处理工艺,两级AO接触氧化生化工艺以及芬顿-深度AO接触氧化-砂滤-炭滤的深度处理工艺,对于植物提取物生产废水的处理效果良好,进水COD质量浓度由14580mg/L降至49mg/L,BOD5质量浓度由3748mg/L降至8mg/L,氨氮质量浓度由142mg/L降至8mg/L,TN质量浓度由186mg/L降至38mg/L,TP质量浓度由58mg/L降至4mg/L,浊度由896NTU降至7NTU,各指标均能满足GB/T18920—2020表1中城市绿化､道路清扫､消防､建筑施工水质标准｡

(2)该植物提取产业园废水处理后全部回用,既解决了园区企业的废水排放问题,又提供了城市杂用补水,同时该工程运行费用适中｡该工程具有较好的社会效益､环境效益和经济效益,可以为类似企业废水处理提供借鉴｡

参考文献:

[1]钟根秀,任琰,于志斌,等.我国植物提取物产业发展状况及建议[J].中国现代中药,2015,17(10):1087-1090.

[2]张丽.IC厌氧反应器处理技术的应用研究及发展[J].四川化工,2024,27(3):19-23.

[3]任盼林,凡俊虎,张淑珊.铁碳微电解-IC-AO工艺处理中药制药废水工程实例[J].工业用水与废水,2024,55(5):8387.

[4]刘昕松,万统军.气浮-EGSB-生物接触氧化工艺处理中药制药废水[J].工业用水与废水,2020,51(4):65-67.

[5]韩俊丽,金立建,邱琪,等.Fenton氧化耦合吸附工艺深度处理电镀废水二级生化出水[J].工业用水与废水,2022,53(2):16-22.

[6]谢永新.高浓度中药提取物生产废水处理工程实例[J].工业用水与废水,2012,43(4):75-76.

[7]蒋超,陈欢欢,陈传勇,等.再生造纸废水处理系统的优化[J].工业用水与废水,2019,50(4):65-69.

[8]汪林,罗轶群,张炜铭,等.高效厌氧反应器处理中药提取废水中试研究[J].工业水处理,2017,37(2):56-59.

[9]张鑫,慕杨,邓凤铭,等.医药化工废水处理工程实例[J].工业用水与废水,2023,54(4):73-76.

文章来源:於仲清,薛攀,王忠敏,等.某植物提取物产业园废水处理与回用工程设计实例[J].工业用水与废水,2025,56(01):91-95.