厭氧生物流化床處理PTA廢水的研究

臧傳利 ，黃 超 ，桑 琳 ，丁月玲 ，許 強

（1.江蘇南大環保科技有限公司；2.國家有機毒物污染控制與資源化工程技術研究中心，南京 210046）

PTA是產量居于全球前五十位的重要石油化工產品，它是生產聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的主要原料，被廣泛應用于纖維滌綸、聚酯薄膜和包裝瓶等生產領域。PTA的生產過程會產生大量廢水，該廢水具有污染物種類多、濃度高等特點，主要污染物有對PX、TA、4-甲基苯甲酸（PT酸）、4-羧基苯甲醛（4-CBA）、醋酸、鈷錳催化劑和揮發酸等[1]。另外，PTA廢水還來源于事故停車檢修排放廢水和裝置不定期清洗廢水，廢水的排放量不穩定也會影響工藝的處理效果[2]。總的來說，PTA廢水的特點如下：較高的COD濃度，一般范圍在4 500～9 000 mg/L。廢水pH值交變頻繁，通常情況下維持在3～6，遇裝置停車或事故清潔時，pH可以達到11～14；PTA生產廢水溫度較高，廢水進入處理廠的溫度一般在45℃。

厭氧生物流化床是一種將厭氧生物處理技術、膜生物處理技術和化工流態化技術結合起來的高效廢水處理裝置。厭氧微生物附著在載體上實現固定化，通過水力循環實現微生物與廢水中有機物的快速傳質，而且較高液體流速能夠使載體表面衰老微生物及時脫落、更新，維持載體表面較高的微生物活性，大大提高廢水的處理效率。厭氧生物流化床反應器不僅具有生物膜法處理效率高、污泥量小等特點，還克服了生物膜法存在的易堵塞、不易脫膜等缺點。與其他廢水處理生物處理裝置相比，厭氧生物流化床反應器以其微生物濃度高、占地面積小、傳質快、微生物活性強、抗負荷沖擊等諸多優點成為國內外研究和報道的熱點。

本文采用PP有機填料作為厭氧生物流化床小試裝置的微生物載體，以PTA廢水作為處理對象進行小試試驗。其目的是考察并掌握厭氧生物流化床裝置運行規律和工藝控制參數，以此為基礎進行結構優化、放大厭氧生物流化床反應器，掌握放大后反應器的操作規律和方法，為進一步的工業放大提供有效參考。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

圖1 試驗裝置

試驗裝置及流程如圖1所示。反應器利用無色透光的有機玻璃制作而成，反應器總體積5.0 L，有效流化體積2.7 L。反應器主體主要由升流區、降流區和三相分離器三部分組成，升流區和降流區由內導流筒隔開。裝置運行過程中，微生物載體在循環水流的推動下由內導流筒上升，當載體溢出內導流筒后經過上部緩沖區到達三相分離器，在其自身重力和水流因素的作用下沿著內外筒之間的間隙下沉到反應器底部重新參與流化。

1.2 試驗污泥、廢水來源和微生物載體

1.2.1 試驗污泥

取自某石化水廠凈二車間AF反應器內的厭氧污泥。

1.2.2 廢水來源

PTA廢水取自某石化水廠凈二車間AF反應器進水，主要水質指標：COD濃度為5 000～6 000 mg/L，TA濃度為1 200～1 800 mg/L，pH為 4.5～5.5。

1.2.3 微生物載體

試驗選用有機PP有機填料為微生物載體，該載體的主要物理參數如表1所示。這種載體具有凹凸不平的物理表面和發達的孔隙結構，可以為微生物的生長繁殖提供良好的場所，常用作微生物載體運用在污水處理中。

1.3 試驗檢測項目及分析方法

本試驗主要檢測項目有COD、TA、pH等，其中COD采用重鉻酸鉀法測定，TA采用紫外分光光度計法，pH用pH計測定。其他檢測項目采用文獻中方法進行[3]。

表1 載體的主要物理參數

1.3.1 COD采用標準重鉻酸鉀滴定法

COD濃度計算公式為：

式中，C為（NH4）2Fe（SO4）2標準液濃度，mg/L；V0為（NH4）2Fe（SO4）2標準溶液的用量，mL；V1為測定時（NH4）2Fe（SO4）2標準溶液的用量，mL；V為水樣體積，mL。

1.3.2 TA采用紫外分光光度法

TA儲備液：準確稱取0.100 0 g TA于100 mL燒杯中，加入5 mL 1.0 mol/L NaOH溶液使TA溶解后置于50 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度。此儲備液每1.00 mL含有1.00 mg TA。

TA使用液：按參考文獻要求配制TA使用液，并繪制標準曲線[4]。

2 結果與討論

2.1 反應器啟動與掛膜

首先向反應器內加入微生物載體，以PP填料為載體時裝填量為有效流化體的50%。然后向反應器內加入厭氧污泥，污泥的加入量為反應器有效體積的50%，污泥的加入分三次進行，每次加入的厭氧污泥體積相等。反應器啟動掛膜初期，調節循環泵流量使生物載體實現微小擾動，之后視情況調節循環泵流量來改變載體流化速度。試驗過程中維持溫度在30～35℃，進水pH在6.5～7.5。反應器啟動初期，需要添加適量營養物質以保證厭氧反應器的成功啟動，添加成分如表2所示。通過稀釋調整進水COD低于1 000 mg/L，同時在進水中加入適量的酵母粉和甲醇促進厭氧微生物的生長和繁殖，待進水COD濃度提高到1 000 mg/L時停止補加。

表2 營養物質

啟動階段控制HRT為35 h。以PP有機填料為載體，反應器啟動掛膜時間為25 d時，反應器出水S（S懸浮物）顯著降低，進水COD濃度達到1 000 mg/L，TA濃度在300 mg/L，相應的去除率分別達到45%和40%，反應器出水水質穩定，可以認為系統啟動掛膜已經完成。

2.2 以PP有機填料為載體時反應器的去除性能

在反應器啟動掛膜結束后，將進水COD濃度由1 000 mg/L提升到原水COD濃度5 500 mg/L，對應的TA濃度從300 mg/L提升到1 700 mg/L，考察以PP有機填料為生物載體的厭氧反應器對污染物的降解情況。反應器掛膜成功后，系統穩定運行60 d，圖2與圖3分別為運行期間的COD和TA變化趨勢圖。

圖2 試驗運行期間COD變化情況

圖3 試驗運行期間TA變化情況

由圖2、圖3可知，以PP有機填料為生物載體的厭氧生物流化床對PTA廢水表現良好的去除能力。試驗時保持HRT為35 h，逐漸增加進水中的污染物濃度直至原水濃度。前20 d內，進水COD和TA濃度分別增至2 200 mg/L和600 mg/L，其去除率分別升至52%、48%。第21 d到第50 d，COD提升至3 500 mg/L，去除率為68%，對應的TA濃度提升至1 200 mg/L，去除率提升至63%；第51 d到60 d內，進水COD提升至原水濃度5 500 mg/L，TA濃度約為1 700 mg/L，對應的COD和TA去除率分別達到70%和65%。隨著進水污染物濃度不斷增加，反應器對COD和TA的去除率穩步提升，表現出優異的降解效能。

3 結論

本試驗PP有機填料作為微生物載體，利用厭氧生物流化床反應器進行PTA廢水處理的小試試驗研究。通過逐漸增加進水COD和TA濃度的方式，筆者研究了反應器在不同進水負荷條件下對污染物的降解效能。研究表明，以PP有機填料為載體的厭氧生物流化床反應器啟動掛膜在25 d內完成，當進水污染物濃度提升至原水濃度時，COD和TA去除率分別為70%和65%。反應器在裝填PP有機填料的情況下顯示出良好的污染物降解效能。