劉睿倩，曲艷慧，呂丹丹，楊永凱，孫召強(qiáng)

（中持水務(wù)股份有限公司，北京 100192）

厭氧/好氧組合工藝處理PTA生產(chǎn)廢水

劉睿倩，曲艷慧，呂丹丹，楊永凱，孫召強(qiáng)

（中持水務(wù)股份有限公司，北京 100192）

采用新研制的上旋流厭氧反應(yīng)器/兩級好氧組合工藝處理PTA廢水，調(diào)試運(yùn)行效果表明，當(dāng)原水CODCr濃度在8000～14,000mg/L時，處理后出水CODCr在80～100mg/L。調(diào)試期間，上旋流厭氧反應(yīng)器的處理效率可穩(wěn)定達(dá)到80%以上。

PTA廢水；上旋流厭氧反應(yīng)器；兩級好氧

精對苯二甲酸（PTA）是重要的大宗有機(jī)原料，廣泛用于化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等國民經(jīng)濟(jì)各個方面[1]。世界上90%以上的PTA用于生產(chǎn)聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET，簡稱聚酯），其余的作為聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）和聚對苯二甲酸丁二醇酯（PET）及其他產(chǎn)品的原料。隨著國際上對PTA需求量的不斷增加，國內(nèi)新建和擴(kuò)建PTA項(xiàng)目也越來越多。厭氧＋好氧工藝[2、3]組合處理工藝以其能耗低、占地小、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸成為PTA廢水的主流處理工藝之一。其中上旋流厭氧反應(yīng)器在處理高濃度有機(jī)廢水方面展示了更大的優(yōu)勢，但由于反應(yīng)器內(nèi)部的布水布?xì)庀到y(tǒng)、三相分離器等方面不夠完善，造成在實(shí)際運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定等問題。為此，國內(nèi)企業(yè)對傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器的布水布?xì)庀到y(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，并形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的上旋流厭氧反應(yīng)器。

本文通過對南方某石化公司PTA三期擴(kuò)建工程廢水生化處理系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行，探討了上旋流厭氧反應(yīng)器和兩級好氧組合工藝對PTA廢水的處理效果。

1 PTA廢水特性

南方某化工有限公司生產(chǎn)PTA，共分三期建設(shè)，其中三期擴(kuò)建工程PTA設(shè)計(jì)處理能力125t/a。該廠三期PTA污水處理裝置主要處理以下污水：三期裝置主工藝廢水、停車廢水、檢修廢水、三期裝置雨水、廢水區(qū)雨水。進(jìn)水水量在150～220m3/h內(nèi)變化。該廠PTA生產(chǎn)廢水的水質(zhì)特性如下：

（1）有機(jī)污染濃度高，CODCr波動范圍為4000～21,000mg/L。

（2）成分復(fù)雜，PTA生產(chǎn)廢水的主要成分為乙酸、苯甲酸、對苯二甲酸及其異構(gòu)物、甲基苯甲酸等，其中，乙酸和苯甲酸容易被生物降解；苯二甲酸異構(gòu)體可以通過馴化微生物適應(yīng)性后降解；對甲基苯甲酸和苯三甲酸難生物降解，生物適應(yīng)期較長。

（3）廢水水溫較高且波動范圍較大，廢水排出生產(chǎn)裝置的溫度在30℃～95℃，需冷卻后再進(jìn)入生化處理工藝。

（4）pH值波動大，正常生產(chǎn)排水pH = 4～10。

（5）廢水水質(zhì)水量波動較大，來水沖擊負(fù)荷大，須設(shè)緩沖調(diào)節(jié)池將沖擊負(fù)荷削減至最低，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

（6）進(jìn)水中的氮、磷元素濃度較低，不能滿足生化反應(yīng)對營養(yǎng)鹽的需求，需要補(bǔ)充氮磷營養(yǎng)鹽。

2 工藝流程

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，生化處理系統(tǒng)二級出水主要污染物應(yīng)滿足CODCr≤110mg/L、BOD5≤30mg/L、SS≤100 mg/L，處理后出水進(jìn)入三沉池和后續(xù)的深度處理單元經(jīng)進(jìn)一步處理后排海或廠內(nèi)回用，國內(nèi)某公司負(fù)責(zé)生化處理系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行。該廠PTA生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)全部工藝流程如圖1。

圖1 PTA生產(chǎn)廢水處理工藝流程

三期污水處理廠區(qū)內(nèi)設(shè)集水池，主要用于收集污水處理廠區(qū)內(nèi)各單體地溝排水、蒸汽冷凝水等。集水池出水排入緩沖罐，管路上進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。均質(zhì)罐主要接收由緩沖罐提升過來的廢水。均質(zhì)罐出水被泵送至換熱器，換熱器主要用于對厭氧反應(yīng)器進(jìn)水進(jìn)行溫度調(diào)控，將水溫控制在37℃左右，換熱器出水進(jìn)入?yún)捬跆幚硐到y(tǒng)，廢水在進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)之前還需投加N/P/其他營養(yǎng)鹽。厭氧系統(tǒng)出水進(jìn)入配水罐，配水罐內(nèi)投加N/P/其他營養(yǎng)鹽。出水泵送至兩級好氧系統(tǒng)進(jìn)行處理，厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣收集后與一期、二期產(chǎn)生的沼氣在廠內(nèi)集中利用。好氧系統(tǒng)出水進(jìn)入后續(xù)單元繼續(xù)處理達(dá)標(biāo)后排?；蚧赜?。

3 上旋流厭氧反應(yīng)器/兩級好氧組合工藝的特點(diǎn)

3.1 上旋流厭氧反應(yīng)器的工藝特點(diǎn)

該廠三期厭氧系統(tǒng)的主體裝置為上旋流厭氧反應(yīng)器，其基本結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 上旋流厭氧反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)圖

該項(xiàng)目采用了新研制的上旋流厭氧反應(yīng)器，與傳統(tǒng)IC厭氧反應(yīng)器相比，該裝置在以下方面進(jìn)行了優(yōu)化：

（1）采用了新型布水器，布水器采取倒錐形上旋流布水形式，反應(yīng)器進(jìn)水沿倒錐形布水盤片進(jìn)入后形成旋流與回流液充分混合，高比重污泥沉積在錐形底部，通過排泥管及時排出，可杜絕高比重污泥在反應(yīng)器內(nèi)部沉積，保證布水均勻，上旋流布水器采用不銹鋼制作，沿罐底均勻分布，保證配水均勻性，布水器底部與反應(yīng)器罐底焊接固定，底部設(shè)置加固支撐。

（2）優(yōu)化了內(nèi)循環(huán)沼氣提升系統(tǒng)，具體包括增加提升管直徑、改變提升管分配位置、加強(qiáng)沼氣提升管在氣體收集系統(tǒng)的埋深等。增加沼氣收集系統(tǒng)服務(wù)面積，提高沼氣提升量，使沼氣收集、分離液回流量增加，既保證沼氣產(chǎn)量，又增加厭氧反應(yīng)器的水力負(fù)荷。

（3）改進(jìn)了三相分離器。增加了上三相分離器覆蓋面積、氣水接觸面積和改變?nèi)喾蛛x器擋泥板角度、增加沼氣通道管徑，減小沼氣輸出阻力。

通過上述改進(jìn)，增加了沼氣與混合液的接觸面積、沼氣的釋放量和收集面積，保證了沼氣的收集更充分；通過擋泥板角度增加了顆粒污泥的回流量，能更充分地實(shí)現(xiàn)泥水、氣水、泥氣的三相分離，提高了沼氣產(chǎn)量，增加了顆粒污泥產(chǎn)量。

3.2 兩級好氧串聯(lián)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)

經(jīng)厭氧處理后，大部分有機(jī)物被降解去除，但仍有一定數(shù)量的有機(jī)物需要進(jìn)一步降解。結(jié)合該項(xiàng)目中廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及對二級出水水質(zhì)的要求（CODCr≤110mg/L），采用了兩級好氧系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行，每級好氧處理工藝均采用傳統(tǒng)活性污泥法，分別由推流式曝氣池與平流沉淀池組成。

一級曝氣池分為三個區(qū)域，依次為脫氣區(qū)、泥水混合區(qū)和主曝氣區(qū)。厭氧系統(tǒng)的出水經(jīng)配水槽后進(jìn)入脫氣區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)通過強(qiáng)烈曝氣將水中殘留的甲烷、二氧化碳等氣體從水中脫出，并迅速提高水中的溶解氧，利于后續(xù)生物反應(yīng)。經(jīng)脫氣預(yù)曝氣后的污水在泥水混合區(qū)與回流污泥通過水力作用充分混合后進(jìn)入主曝氣區(qū)。主曝氣區(qū)劃分為三個廊道，使水流接近推流，提高處理效率。一級曝氣池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：CODCr污泥負(fù)荷0.26kgCODCr/kgMLSS·d，污泥濃度4.5g/L，污泥回流比100%。

二級曝氣池為長方形推流式反應(yīng)器，包括生物選擇器和主曝氣區(qū)兩個區(qū)域。二沉池的污泥部分回流進(jìn)入生物選擇器，與一沉池的出水混合，提高活污泥的絮體負(fù)荷梯度，抑制絲狀細(xì)菌的過度繁殖，從而防止污泥膨脹，生物選擇器的水力停留時間為1h，占曝氣池總?cè)莘e的20%，泥水混合停留時間為0.83h。其余的回流污泥直接進(jìn)入主曝氣區(qū)。二級曝氣池設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷仍取0.26kgCODCr/kgMLSS·d，污泥濃度2.0g/L。

4 生化系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行情況

4.1 上旋流厭氧反應(yīng)器調(diào)試運(yùn)行情況

厭氧接種污泥：厭氧反應(yīng)器的啟動是指通過污泥接種和培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的過程[4、5]。該試驗(yàn)采用廠內(nèi)二期PTA生產(chǎn)廢水UASB罐中的厭氧顆粒污泥作為接種污泥，污泥接種量為700m3（TSS為9%，VSS為70%），占反應(yīng)器總?cè)莘e的40%。

在為期65天的調(diào)試?yán)?，完成了上旋流厭氧反?yīng)器的調(diào)試運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)出水CODCr變化及去除率如圖3所示；上旋流厭氧IC反應(yīng)器調(diào)試期間容積負(fù)荷變化如圖4所示；上旋流厭氧反應(yīng)罐中VFA的變化如圖5所示。

圖3 上旋流厭氧反應(yīng)罐調(diào)試期間進(jìn)出水CODCr變化

圖4 上旋流厭氧IC反應(yīng)器調(diào)試期間容積負(fù)荷變化

圖5 上旋流厭氧反應(yīng)罐中VFA的變化

由圖3可以看出，調(diào)試過程中，由于所用的污泥顆粒對PTA廢水已經(jīng)有很好的適應(yīng)性，因此系統(tǒng)啟動很快，18天去除率達(dá)到70%，40天后去除率基本穩(wěn)定在80%以上。

從圖4中可以看出，調(diào)試期間，容積負(fù)荷從5kgCODCr/m3·d逐步增加到17kgCODCr/m3·d，上旋流厭氧反應(yīng)器CODCr始終保持較高的去除效率，且整個試驗(yàn)期運(yùn)行基本穩(wěn)定。調(diào)試期間，PTA廢水的進(jìn)水CODCr一般在8000～14,000mg/L，經(jīng)過厭氧上旋流厭氧應(yīng)器處理后，出水CODCr穩(wěn)定在2000mg/L左右，CODCr去除率可達(dá)到80%～86%，大大減輕了后續(xù)好氧處理單元的負(fù)荷。調(diào)試期間，對照該廠一期和二期UASB系統(tǒng)進(jìn)出水監(jiān)測數(shù)據(jù)，UASB系統(tǒng)對CODCr去除率通常在74%～81%?？梢?，該上旋流厭氧反應(yīng)器的去除效率更高[6]。

在調(diào)試期間，由于在進(jìn)入IC旋流反應(yīng)器前增設(shè)了pH值調(diào)節(jié)裝置，使進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)的pH穩(wěn)定在7.5左右，并通過換熱器，溫度穩(wěn)定在37℃，所以系統(tǒng)中的VFA值始終穩(wěn)定在1.5～2.8mmol/L，確保了顆粒污泥充分發(fā)揮作用。

4.2 兩級好氧系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行情況

PTA廢水經(jīng)過厭氧處理后，進(jìn)入二級好氧系統(tǒng)。好氧池的活性污泥來自二期好氧系統(tǒng)沉淀池的活性污泥，由于微生物對廢水已經(jīng)非常適應(yīng)，馴化期大大縮短，所以調(diào)試周期也相對減少。調(diào)試20天后，整個好氧系統(tǒng)的CODCr去除率可達(dá)到90%以上，35天后好氧系統(tǒng)出水穩(wěn)定，CODCr≤110mg/L。兩級好氧系統(tǒng)調(diào)試期間的進(jìn)出水CODCr變化如圖6所示。

圖6 兩級好氧系統(tǒng)調(diào)試期間進(jìn)出水CODCr變化

5 結(jié)論及建議

（1）以顆粒污泥為接種污泥，采用上旋流厭氧反應(yīng)器處理PTA廢水，可實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器的快速啟動。

（2）新研制的上旋流厭氧反應(yīng)器在容積負(fù)荷在15kgCODCr/m3·d左右時，去除率可達(dá)到85%，負(fù)荷達(dá)17.5kg CODCr/m3·d時，CODCr去除率仍可保持在80%以上。

（3）新研制的高效上旋流厭氧反應(yīng)器和兩級好氧組合工藝處理PTA廢水，去除效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)生的沼氣可在廠內(nèi)綜合利用，為減排提供了有力保障。

（4）對于新研制的上旋流厭氧反應(yīng)器，需從技術(shù)方面進(jìn)一步考察反應(yīng)器中污泥沉積、顆粒污泥產(chǎn)量和沼氣產(chǎn)量，并從經(jīng)濟(jì)方面核算運(yùn)行費(fèi)用和收益并進(jìn)行相應(yīng)的分析。

[1] 肖志明. PTA污水處理技術(shù)綜述[J].聚酯工業(yè)，2005，18（5）：15-17．

[2] 曾波. PTA廢水厭氧處理工程實(shí)例類比研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2014，39（9）：130-133.

[3] 楊淑霞.高效厭氧反應(yīng)器在PTA廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2012，30增刊：181-182.

[4] 應(yīng)一梅，賈曉鳳，劉麗格，等.內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的啟動研究[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，28（1）：97-99.

[5] 吳靜，黃建東，陸正禹，等.內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的快速啟動策略[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，50（3）：400-402.

[6] 魏銳，王素蘭，崔燕平，等.新型厭氧反應(yīng)器COD去除影響因素研究[J].水處理技術(shù)，2012，38（1）：66-68.

PTA Production Wastewater Treated by Combined Technology of Anaerobe/Aerobe

LIU Rui-qian, QU Yan-hui, LV Dan-dan, YANG Yong-kai, SUN Zhao-qiang
(CSD Water Service Co., Ltd, Beijing 100192, China)

PTA wastewaters are treated by the combined technology of up-revolving flow anaerobic reactor/two-grade aerobe which are newly adopted. The debugging operation result shows that when the original water CODCrconcentration is at 8000～14,000mg/L, water-out CODCris at 80～100mg/L after treatment. The treatment efficiency of up-revolving flow anaerobic reactor could be stabilized at over 80% during the debugging period.

PTA wastewater; up-revolving flow anaerobic reactor; two-grade aerobe

X703

A

1006-5377（2015）04-0021-04

北京市科技計(jì)劃“上旋流新型厭氧反應(yīng)器裝備研發(fā)與工程 應(yīng)用”課題資助（D13110000391300（2））。