聯合反應器處理精對苯二甲酸廢水的研究

精對苯二甲酸(PTA)是化學工業中應用較多的原料之一，能溶于熱乙醇，微溶于水。目前，PTA 廢水的處理方法有很多，包括物理化學處理法和生物處理法，最初有學者開發研究利用離子交換法、滲透和反滲透技術進行廢水處理，但后期由于成本太高而不被采用。物理化學法中酸析、絮凝、過濾等主要應用到預處理當中，由于好氧處理法存在不能夠處理較高濃度的廢水和污泥膨脹等問題，故不能單獨使用。有研究者認為，厭氧法聯合好氧法能夠高效處理PTA 廢水，由厭氧法降低廢水中各個物質的濃度，再由活性污泥對廢水成分進行深度去除。且厭氧聯合好氧技術不僅應用于處理PTA 廢水，氨氮廢水、制藥廢水以及生活污水也常應用該種方法。本實驗中厭氧反應器選擇上流式厭氧污泥床（UASB），好氧反應器選擇序批式活性污泥法（SBR），主要考慮到兩種反應器分別具有處理效果明顯，應用率高且成本低等優勢。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

三相分離器是整個UASB 反應器的關鍵位置，處理過程為PTA 廢水經過底部進入填料區和反應區，被活性污泥和微生物降解。UASB 反應器的整體高度是600mm，反應區占整個高度的一半，設置溫度通過外部連接水浴鍋進行控制，水力停留時間設定為18h。厭氧出水連接好氧反應器SBR，好氧容積為5L，好氧污泥量為23%，可根據實際情況進行調整。

1.2 實驗水質

本實驗用水為模擬自配廢水，通過調節TA、PT、BA 以及其他物質含量，以芳香族化合物作為碳源，來改變PTA 廢水COD 濃度，適當加入KH2PO4和NH4Cl，始終保持C∶N∶P之比為(350～400)∶5∶1，其他重要微量元素含量見表1，實驗進水將pH 控制在7.0 左右，并保持適當堿度。

表1 試驗廢水微量元素成分

1.3 實驗方法

實驗中比較常用的是高效液相色譜法和氣相色譜法，TA、PT 等芳香族化合物含量測定都是通過高效液相色譜儀實現，利用梯度洗脫法的流動相選為甲醇、水和乙酸，流速設定1mL·min－1，柱溫保持35℃，甲烷含量和揮發性脂肪酸（VFA）則是通過氣相色譜法測定。其他實驗檢測指標和方法見表2。

表2 實驗檢測指標和方法

2 結果與討論

2.1 UASB、SBR出水物質的去除情況

試驗最終PTA 廢水水質COD 濃度預達到6000mg/L，分為三個階段逐級倍加對苯二甲酸、苯甲酸等成分含量，以實現第一階段0～60dPTA 廢水COD 濃度為2000mg/L，第二階段60～120d 廢水COD 濃度為4000mg/L，以及第三階段120～180天廢水COD 濃度達到6000mg/L，一方面逐漸馴化反應器污泥，另一方面對廢水成分變化反應器處理情況進行研究。

第一階段當系統運行到20d 左右出水各物質含量基本保持不變，UASB 出水COD 濃度為300mg/L、TA 濃度為15mg/L、Pt 酸濃度為35mg/L 以及BA 濃度為1.5mg/L；第二階段當系統運行到80d 時，厭氧出水各物質含量達到穩定狀態，UASB出水COD、TA、Pt 酸、BA 濃度分別為為500mg/L、18mg/L、45mg/L、1.5mg/L；第三階段當系統運行到150d 時，厭氧出水各物質含量逐漸趨于穩定，UASB 出水COD、TA、Pt 酸、BA濃度分別為為550mg/L、23mg/L、48mg/L、1.8mg/L，PTA廢水成分中TA 和Pt 酸屬于較難去除的物質，此時SBR 出水COD、TA、Pt 酸濃度分別為為39mg/L、1.6mg/L、28mg/L，BA 出水幾乎為0。

進水COD 濃度達到6000mg/L 后，系統出水能夠達到國家標準，說明聯合反應器能夠實現一定負荷下的PTA 廢水的去除。

傳統的厭氧反應器多采用中溫條件處理廢水，針對不同成分的廢水處理效果有很大差異，本實驗中改變厭氧反應器水浴溫度為37℃運行190～250 天和42℃運行250～320d，對比出水各項指標，尋找反應器最佳的工作溫度。由圖1～4 可知，改變系統溫度為37℃后，穩定后各指標去除效果相比之前更好一些，UASB 出水COD、TA、Pt 酸、BA 濃度分別為為450mg/L、15mg/L、40mg/L、1.0mg/L，出水COD 濃度去除率為92.5%，SBR 出水指標也略低于35℃；而溫度繼續升高到42℃后，處理效果不是很理想，UASB 出水COD 去除率由92.5%降為88.3%，這些數據表明，太高溫度環境下不適合反應器處理PTA 廢水，37℃條件下系統能夠具有較大的處理能力，出水各項指標都能達到國家排放標準。

圖1 190～320d UASB 出水COD、TA 去除情況

圖2 190～320d UASB 出水Pt、BA 去除情況

圖3 190～320d SBR 出水COD、TA 去除情況

圖4 190～320d SBR 出水Pt、BA 去除情況

2.2 污泥粒徑分析

激光粒度分析是生物處理法中比較常見的分析方法，根據不同時期的污泥粒徑的不同，結合各項指標的變化趨勢，確定污泥處理能力。取自三個溫度下穩定狀態下的污泥，進行激光粒度分析。由表3 可知，溫度為37℃時，污泥的表面積和體積平均粒徑較其他兩個溫度條件翻倍增長，d（0.9）最高，說明此時厭氧反應器內已經形成顆粒污泥，污泥馴化比較成功，而溫度升高為42℃，d（0.5）值較高，存在某種沖擊力使得污泥被打碎，說明高溫不適合污泥的顆粒形成，導致去除率降低。綜上所述，當溫度為37℃時，污泥馴化效果好，處理效果明顯。

表3 污泥粒徑的具體參數分析

3 結語

在本實驗中，經過逐漸增加PTA 廢水負荷，使反應器能夠處理COD 濃度為6000mg/L 的PTA 廢水，最佳UASB 出水COD、TA、Pt 酸、BA 濃度分別為為550mg/L、23mg/L、48mg/L、1.8mg/L，此時SBR 出水COD、TA、Pt 酸濃度分別為為30mg/L、1.6mg/L、28mg/L，BA 出水幾乎為0。后改變反應溫度，通過對廢水中各項指標檢測，得出當厭氧反應器溫度為37℃時，聯合反應器對PTA 廢水處理效果最好，厭氧出水COD、TA、Pt 酸、BA 去除率分別為92.5%、99.3%、96%和99.8%，SBR 出水COD、TA、Pt 酸濃度分別為為25mg/L、0.5mg/L、25mg/L，BA 出水也為0，而此時甲烷、揮發酸和污泥粒徑所體現出的數值都能夠印證37℃條件下聯合反應器的處理能力是最優的。