李振峰
（天津石化公司，天津 300271） 摘 要：介紹了天津石化公司利用原有接觸氧化沉淀池改造為厭氧UASB+AF預(yù)處理裝置，進(jìn)行處理PTA廢水的生產(chǎn)性試驗(yàn)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠。成功的培養(yǎng)馴化了厭氧顆粒污泥，形成的污泥床顆粒化程度高。試驗(yàn)中采用的新型填料較好地克服了填料堵塞的問(wèn)題，且使掛膜厚而均勻。
關(guān)鍵詞：厭氧；UASB+AF工藝；PTA廢水 1 前言 厭氧處理污水是利用厭氧微生物的代謝特征，在無(wú)須提供外源能量的條件下，以被還原有機(jī)物作為受氫體，產(chǎn)生具有能源價(jià)值的甲烷。它具有水解能力強(qiáng)、容積負(fù)荷高、去除率高、節(jié)約能源、產(chǎn)泥量低等特點(diǎn)，是現(xiàn)代廢水處理先進(jìn)的工藝之一。
國(guó)內(nèi)在處理PTA廢水采用比較廣泛的厭氧UASB工藝與國(guó)外厭氧UASB+AF技術(shù)亦存在很大差距。主要差別見表1。 表1國(guó)內(nèi)厭氧工藝與國(guó)外厭氧工藝的區(qū)別 | 國(guó)內(nèi)厭氧 | 國(guó)外厭氧 | | 1. 要求進(jìn)水TA≤1000 mg/L。 2. 不能承受Co、Mn的沖擊。 3.污泥易流失。 4. 不耐沖擊負(fù)荷。 5.容積負(fù)荷較低為2～3 kgCODCr/(m3·d)。 6.去除率較低僅為40%～50%。 7.采用懸掛填料，使用壽命短，約5年需更換。 | 1.進(jìn)水TA可達(dá)4000～5000 mg/L。 2. 抗毒性能好，可承受Co、Mn的沖擊。 3. 污泥顆粒化好，不易流失。 4. 承受沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。 5.容積負(fù)荷≥5 kgCODCr/(m3·d)。 6.去除率較高可達(dá)70%～80%。 7. 填料壽命長(zhǎng)，可達(dá)15年以上。 8. 各生物膜有不同的降解特點(diǎn)。 |
鑒于以上分析，為節(jié)約能耗、物料，大幅降低污水處理成本，我們決定開始進(jìn)行UASB+AF處理污水工藝的試驗(yàn)性研究及開發(fā)工作。
厭氧反應(yīng)器是厭氧工藝的核心裝置。為節(jié)約資金，我們決定利用現(xiàn)有條件，將原有的接觸氧化沉淀池改造為厭氧反應(yīng)器。將進(jìn)水方式改為從底部進(jìn)水，出水經(jīng)出水堰溢流。污泥床初步形成后，向反應(yīng)器中投入梅花形懸浮填料。由于填料為懸浮狀態(tài)，我們用鋼筋網(wǎng)子將其封在液面以下。工藝流程圖如圖1。 
圖1 厭氧實(shí)驗(yàn)工藝流程圖 2 UASB+AF反應(yīng)器的啟動(dòng) PTA是制造聚酯纖維、薄膜、絕緣漆的重要原料。由于PTA生產(chǎn)的特點(diǎn)，使得排出廢水在流量、COD、pH值及含固體量等方面都有大幅波動(dòng)。其BOD/COD比在0.5左右，可生化性較好。廢水的氨氮、油含量低。水質(zhì)偏酸性。其水量、水質(zhì)及主要成分見表2和表3。 表2 PTA廢水的水量、水質(zhì) | 名稱 | 流量（m3/h） | CODCr（mg/L） | pH值 | | PTA廢水 | 185 | 4000 | 4～5 |
表3 PTA廢水的主要成分 | 名稱 | 重量百分?jǐn)?shù)（%） | 名稱 | 重量百分?jǐn)?shù)（%） | | 對(duì)二甲苯 | 0.007 | 苯甲酸 | 0.007 | | 甲基苯甲酸 | 0.076 | 鄰苯二甲酸 | 0.003 | | 對(duì)苯二甲酸 | 0.251 | 4-CBA | 0.003 | | 醋酸甲酯 | 0.125 | 醋酸 | 0.1～0.2 |
從國(guó)內(nèi)外運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看：PTA來(lái)水水質(zhì)、水量變化較大，對(duì)裝置沖擊大；TA含量高，占COD成分大，而TA難于降解，這就加大了處理難度。
總結(jié)以往運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為，利用好氧污泥的活性直接進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，其過(guò)程緩慢，污泥較易流失。因此，我們利用閑置氧曝系統(tǒng)首先進(jìn)行污泥消化，儲(chǔ)備消化污泥。
全部改造完成后，開始向反應(yīng)器內(nèi)調(diào)泥。為防止污泥流失，初期在池中投加了聚合氯化鋁及聚丙烯酰胺，以促進(jìn)污泥床的形成。將消化污泥投入反應(yīng)器后，試驗(yàn)初期采用較小水力負(fù)荷，并采用間歇進(jìn)水的運(yùn)行方式，這樣就較好地保證了污泥床的形成。待污泥逐步適應(yīng)廢水的特性后，加大負(fù)荷，采用連續(xù)運(yùn)行方式，并開始部分回流。同時(shí)向進(jìn)水投入NaOH調(diào)節(jié)pH值。由于pH的提高和采用高水力負(fù)荷的攪拌方式，反應(yīng)器中輕質(zhì)污泥被大量的帶走，在促進(jìn)污泥顆?；耐瑫r(shí)又改善了產(chǎn)氣菌的生存環(huán)境，促進(jìn)其生長(zhǎng)。反應(yīng)器中存在的大量懸浮填料在高水力負(fù)荷的條件下，起到了截流污泥的作用，防止了污泥過(guò)度流失，同時(shí)還起到了三相分離器的作用，使污泥與水、氣在填料層可部分分離。3個(gè)月后，污泥床開始變黑，池中開始部分產(chǎn)氣。
隨著輕質(zhì)污泥的不斷洗出，池中污泥量減小，而系統(tǒng)的自我平衡能力不強(qiáng)，因此我們從氧曝裝置又多次調(diào)入?yún)捬跸勰?，以保證池中污泥的濃度，并促進(jìn)顆粒污泥的逐步形成。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，取污泥樣可見直徑2 ～ 3 mm的顆粒污泥，其表面光滑，可沉降性能良好。在此過(guò)程中產(chǎn)氣量不斷增大，去除率不斷提高，啟動(dòng)基本結(jié)束。 3 UASB+AF反應(yīng)器的運(yùn)行 在初期，系統(tǒng)采用較低負(fù)荷，以利于厭氧菌的形成。系統(tǒng)啟動(dòng)成功后，開始提高負(fù)荷。
顆粒污泥的形成過(guò)程稱之為顆粒污泥化，是UASB+AF反應(yīng)器啟動(dòng)成功的重要標(biāo)志之一。顆粒污泥具有很好的沉降性能，在產(chǎn)氣量和上流速度較高的條件下仍能保留在UASB+AF反應(yīng)器內(nèi)，使反應(yīng)器能夠保持高濃度的厭氧污泥。
為保證厭氧污泥的顆粒化，在啟動(dòng)階段投入大量的消化污泥，初始階段平均達(dá)15 g/L。之后又多次向池中調(diào)入消化污泥。
污泥床形成后，在運(yùn)行期間，大量的輕質(zhì)污泥在水利攪拌的作用下隨出水水流溢出，而在留下的污泥中開始產(chǎn)生了顆粒污泥。取8米污泥樣可以看到，隨著時(shí)間的推移顆粒污泥的含量不斷增加，通過(guò)實(shí)物放大鏡看到密實(shí)程度也不斷加大。接近液面淺層的污泥量不斷減少，而深層的顆粒污泥變化幅度較小。
觀察反應(yīng)器液面可見：在此負(fù)荷下，產(chǎn)氣量很大，氣體的釋放強(qiáng)度和頻率很大，液面就象水在沸騰狀態(tài)，氣體的向上升不時(shí)帶動(dòng)水中顆粒污泥向上運(yùn)動(dòng)，由于顆粒污泥的沉降性能良好，其又不斷沉入池中。這些都充分證明了UASB+AF反應(yīng)器已達(dá)到成熟階段，系統(tǒng)運(yùn)行良好。由于原水的濃度和預(yù)想的有一定的差距，因此在一定的水力負(fù)荷下，提高容積負(fù)荷難度較大。
實(shí)驗(yàn)初期，由于反應(yīng)器負(fù)荷較低，從氧曝裝置調(diào)入的消化污泥已對(duì)原水有了較強(qiáng)的適應(yīng)性，在污泥床上形成了活性絮狀污泥層。廢水流經(jīng)填料層時(shí)，由于填料具有較大的比表面積和空隙率（比表面積接近100 m2/m3，空隙率接近95%），微生物很快就附著在填料表面生長(zhǎng)，填料掛膜迅速。反應(yīng)器高度達(dá)8米，沿反應(yīng)器深度CODCr濃度呈現(xiàn)梯度變化，因此微生物膜的降解特性各自不同。
填料的選擇對(duì)UASB+AF工藝的運(yùn)行具有至關(guān)重要的影響。在填料層底部靠近進(jìn)水一端，由于廢水濃度大，微生物增殖較快，因此污泥濃度大。濃度大的廢水在反應(yīng)器內(nèi)沿高度有較大的濃度梯度，從而使污泥的增殖更加不平衡。另外，PTA廢水中含有大量TA渣，如果濾床的空隙率小則更易造成堵塞。試驗(yàn)中我們采用了專利產(chǎn)品—梅花形多孔面盤狀懸浮填料，很好地克服了濃度差異和TA渣造成的堵塞問(wèn)題。試驗(yàn)中填料層沒有出現(xiàn)短流現(xiàn)象，而且填料掛膜迅速，污泥含量均勻。
從濾床取得的填料看，整個(gè)填料掛膜厚而均勻，生物膜經(jīng)鏡檢含有大量絲狀菌。 4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及主要參數(shù)的控制。 穩(wěn)定階段的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表4。
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：運(yùn)行的平均容積負(fù)荷3.9 kgCODCr/(m3·d)，平均去除率40%。受試驗(yàn)進(jìn)水濃度偏低的限制，在穩(wěn)定運(yùn)行階段只能靠提高進(jìn)水水量的方式提高負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)的最高負(fù)荷已接近5.3 kgCODCr/(m3·d)，在停留時(shí)間僅為22.9小時(shí)的情況下，去除率還保持在40%以上。
溫度是影響微生物厭氧反應(yīng)的重要因素之一。一般來(lái)講，溫度每上升10度反應(yīng)速度就大約增加2 ～ 4倍。大多厭氧采用中溫發(fā)酵。由于前方廠來(lái)水的溫度在25℃左右（夏季偏高一些）而中溫在35℃比較適宜，來(lái)水與之相比偏低，所以我們?cè)诒玫募幫ㄈ胝羝M(jìn)行加熱，使溫度控制在35℃左右。
試驗(yàn)初期，由于沒有蒸汽加熱，因此溫度在22℃左右，產(chǎn)氣量明顯偏低。試驗(yàn)運(yùn)行中我們又進(jìn)行了比較，溫度在32℃與在37℃相比，產(chǎn)氣量還有明顯的區(qū)別。如果產(chǎn)甲烷氣體能得到收集，其所產(chǎn)生的熱量完全可以等同于蒸汽的熱量。
經(jīng)過(guò)多次的驗(yàn)證，pH值對(duì)厭氧運(yùn)行的成功與否起至關(guān)重要的作用。原水不加堿，產(chǎn)氣菌很難生成，因此也就無(wú)去除率而言。試驗(yàn)證明，產(chǎn)氣菌對(duì)pH值的最佳活性范圍在6.8～7.5之間。
產(chǎn)酸菌的過(guò)量繁殖也易造成pH的過(guò)度下降，從而抑制產(chǎn)氣菌的生長(zhǎng)，因而在系統(tǒng)沒穩(wěn)定運(yùn)行之前過(guò)高的提高負(fù)荷是不宜的。從運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)分析，采用回流是必要的?；亓骺梢云鸬骄彌_pH的作用，也可以在相同負(fù)荷時(shí)加大水力負(fù)荷，利于污泥顆?；?。 5 結(jié)論 厭氧UASB+AF工藝與接觸氧化預(yù)處理工藝相比，在處理高濃度廢水方面的效益十分顯著。而從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，和接觸氧化預(yù)處理相比，厭氧處理法具有占地面積?。s為接觸氧化法的1/3）、能耗低、設(shè)備少、工藝運(yùn)行簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且基本沒有剩余污泥產(chǎn)生，管理方便。
從污水處理系統(tǒng)工藝運(yùn)行優(yōu)化的角度考慮，如果采用厭氧預(yù)處理工藝代替現(xiàn)行接觸氧化法，可節(jié)約大量運(yùn)行費(fèi)用。由于沒有剩余污泥產(chǎn)生，每年還可減少污泥處理費(fèi)用近100萬(wàn)元。而且，采用厭氧預(yù)處理工藝可以提高有機(jī)廢水的可生化性，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗沖擊性，更利于二級(jí)純氧曝氣處理的正常運(yùn)行，使二沉池出水水質(zhì)穩(wěn)定，完全達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。 表4 試驗(yàn)穩(wěn)定階段數(shù)據(jù) | 日期 | 原水時(shí)進(jìn)水量 | 容積負(fù)荷 | 進(jìn)水濃度 | 出水濃度 | 去除率 | 溫度 | | 6月1日 | 45.3 | 3.53 | 3893 | 1843 | 52.7% | 36 | | 6月2日 | 48.6 | 4.64 | 4773 | 2063 | 56.8% | 36 | | 6月3日 | 42.6 | 3.76 | 4413 | 2497 | 43.4% | 34 | | 6月4日 | 44.5 | 3.94 | 4430 | 2607 | 41.2% | 34 | | 6月5日 | 49.3 | 4.13 | 4190 | 2280 | 45.6% | 35 | | 6月6日 | 46.3 | 3.65 | 3937 | 2107 | 46.5% | 35 | | 6月7日 | 47.7 | 3.92 | 4113 | 2360 | 42.6% | 35 | | 6月8日 | 49.2 | 3.81 | 3873 | 2320 | 40.1% | 35 | | 6月9日 | 48.5 | 3.73 | 3847 | 2243 | 41.7% | 34 | | 6月10日 | 51.3 | 3.82 | 3717 | 2140 | 42.4% | 34 | | 6月11日 | 48.3 | 3.23 | 3343 | 1957 | 41.5% | 35 | | 6月12日 | 48.0 | 3.40 | 3537 | 2040 | 42.3% | 35 | | 6月13日 | 49.4 | 3.42 | 3463 | 1900 | 45.1% | 35 | | 6月14日 | 50.8 | 3.86 | 3803 | 1867 | 50.9% | 36 | | 6月15日 | 42.8 | 3.14 | 3660 | 2057 | 43.8% | 34 | | 6月16日 | 48.4 | 3.79 | 3920 | 2047 | 47.8% | 35 | | 6月17日 | 47.7 | 3.60 | 3770 | 2007 | 46.8% | 37 | | 6月18日 | 52.5 | 3.97 | 3787 | 1990 | 47.4% | 37 | | 6月19日 | 51.5 | 4.61 | 4480 | 2140 | 52.2% | 37* | | 6月20日 | 42.8 | 3.21 | 3753 | 1877 | 50.0% | 36* | | 6月21日 | 58.3 | 3.83 | 3280 | 2033 | 38.0% | 33 | | 6月22日 | 60.0 | 4.40 | 3670 | 1883 | 48.7% | 34 | | 6月23日 | 55.4 | 3.62 | 3270 | 1883 | 42.4% | 34 | | 6月24日 | 60.8 | 4.34 | 3567 | 1990 | 44.2% | 34 | | 6月25日 | 62.6 | 4.81 | 3843 | 2323 | 39.5% | 34 | | 6月26日 | 69.9 | 5.30 | 3790 | 2577 | 32.0% | 35 | | 6月27日 | 64.2 | 4.72 | 3677 | 2580 | 29.8% | 36 | | 6月28日 | 63.7 | 4.12 | 3233 | 1803 | 44.2% | 37 | | 6月29日 | 67.0 | 3.54 | 2647 | 1613 | 39.0% | 36 | | 6月30日 | 53.4 | 3.39 | 3173 | 1623 | 48.8% | 37 | | 平均 | 52.4 | 3.9 | 3761.8 | 2088.3 | 40% | 35.1 |
參考文獻(xiàn) [1] 賀延齡編. 廢水的厭氧生物處理. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 1998.
四、 唐受印編. 水處理工程師手冊(cè). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000. | 
