何慶生，劉獻玲，張建成，曹玉紅，王貴賓，范景福，田小峰

(中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽 471003)

近年來隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，對苯二甲酸(PTA)作為大宗有機化工原料之一，其需求量激增，PTA生產(chǎn)裝置被不斷擴建[1-2]。在PTA生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量污水，PTA污水屬于有機物含量高、成分復(fù)雜的化工廢水，其COD高達4 000～10 000 mg/L，污水的生化性能(BOD/COD)僅為0.1～0.2(一般大于0.3才有好的生化性能)，屬于難生物降解的污水，處理難度較大。

國內(nèi)外PTA污水處理工藝主要有兩種：一種是采用兩級好氧生化處理；另一種是采用厭氧與好氧相結(jié)合的處理工藝。而厭氧與好氧相結(jié)合的處理工藝因其具有水力停留時間短、占地面積小、能耗低的特點而越來越受到重視[3]。某石化廠處理PTA污水的裝置采用內(nèi)循環(huán)(IC)厭氧反應(yīng)器[4]?，F(xiàn)有的好氧生化裝置由曝氣池和氧化溝兩級工藝組成，但已不能滿足生產(chǎn)需要，受制于占地面積，急需尋求一種占地面積小、處理效率高的好氧污水處理工藝替代現(xiàn)有的好氧裝置[5]。因此，針對PTA污水特性研究開發(fā)低能耗、高效率的好氧生物流化床水處理工藝意義重大。

1 試驗水質(zhì)、水量與來源

1.1 污水來源與主要污染物

試驗地點位于某石化廠PTA污水處理站內(nèi)，污水主要來自滌綸部氧化裝置和聚酯裝置，所含主要污染物如表1所示。側(cè)線試驗用水采用IC厭氧反應(yīng)器出水，處理后的水與氧化溝出水一起送至下游污水處理場。

表1 污水來源與主要污染物

1.2 污水水質(zhì)

PTA污水COD高達4 000～9 000 mg/L，氨氮質(zhì)量濃度一般為40 mg/L左右，經(jīng)過IC厭氧反應(yīng)器處理后，COD可降到1 000～4 600 mg/L，水質(zhì)指標如表2所示。

表2 IC厭氧反應(yīng)器出水水質(zhì)

1.3 處理后的水質(zhì)要求

在生物流化床進水COD為1 000～4 600 mg/L情況下，要求生物流化床處理后的污水水質(zhì)達到COD不大于500 mg/L的企業(yè)標準，具體指標見表3。

表3 生物流化床出水水質(zhì)要求

2 工藝流程

側(cè)線試驗工藝流程示意如圖1所示。來自IC厭氧反應(yīng)器的PTA污水，由增壓泵輸送到生物流化床，進行生化反應(yīng)。加藥罐中的營養(yǎng)液，由加藥泵送入流化床。反應(yīng)需要的空氣由底部風(fēng)線進入流化床。生化處理后的污水，溢流進入沉降罐，進行泥水沉降分離，清水從沉降罐頂部排出，沉降罐底部污泥一部分外排，一部分由回流泵返回流化床，完成一個循環(huán)。

圖1 側(cè)線試驗工藝流程示意

3 結(jié)果與討論

3.1 運行參數(shù)考察

3.1.1 反應(yīng)溫度對COD去除效果的影響通常情況下，溫度越高反應(yīng)速率越大，溫度對生化反應(yīng)也有較大影響。在進水COD為1 500～3 600 mg/L、pH為7左右、水力停留時間為7～8 h、溶解氧(DO)質(zhì)量濃度為4.0 mg/L的操作條件下，考察溫度對生物流化床COD去除效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 反應(yīng)溫度對COD去除效果的影響■—出水COD； ◆—COD去除率。圖3、圖4同

從圖2可以看出，當(dāng)生物流化床溫度在26～41 ℃之間波動時，隨著溫度升高，COD去除率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)溫度為35.4 ℃時，COD去除率最高。這是由于當(dāng)溫度小于35.4 ℃時，溫度升高微生物活性也隨之增加，COD去除率隨之增加；當(dāng)溫度大于35.4 ℃時，溫度升高微生物逐步呈現(xiàn)不適應(yīng)情況，生物活性也隨之降低。溫度在26～41 ℃之間波動時，出水COD較為穩(wěn)定，出水COD保持在300 mg/L之下，表明生物流化床對26～41 ℃之間溫度波動有較好的適應(yīng)能力[3]。

3.1.2 水力停留時間(HRT)對COD去除效果的影響通常情況下，停留時間越長，有機物被降解的比例越大，停留時間對COD去除有較大影響。在進水COD為1 100～2 600 mg/L、生物流化床內(nèi)溫度為35 ℃左右、pH為7左右、溶解氧(DO)質(zhì)量濃度為4.0 mg/L的操作條件下，考察水力停留時間對生物流化床COD去除效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 水力停留時間對COD去除效果的影響

從圖3可以看出，當(dāng)生物流化床停留時間在6～13 h之間波動時，隨著停留時間延長，COD去除率呈現(xiàn)先升高后穩(wěn)定的趨勢，當(dāng)停留時間為7 h時，COD去除率為轉(zhuǎn)折點。這是由于當(dāng)停留時間小于7 h時，停留時間延長微生物降解的有機物量增加，COD去除率隨之增加；當(dāng)停留時間大于7 h時，微生物難以降解污水中剩余的難生化的有機物，COD去除率逐漸穩(wěn)定。側(cè)線試驗結(jié)果表明，當(dāng)停留時間低于6.5 h時，出水COD高于500 mg/L，不能滿足企業(yè)標準。因此，選擇最佳水力停留時間為7～8 h。

3.1.3 COD波動對其去除效果的影響污水COD的波動可能會對微生物菌群穩(wěn)定性造成沖擊，從而影響COD處理效果。在進水COD為1 300～3 600 mg/L、生物流化床內(nèi)溫度為35 ℃左右、pH為7左右、水力停留時間為7～8 h、溶解氧(DO)質(zhì)量濃度為4.0 mg/L的操作條件下，考察進水COD波動對生物流化床COD去除效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 進水COD波動對處理效果的影響

從圖4可以看出，當(dāng)進水COD在1 300～3 800 mg/L之間波動時，隨著進水COD增大，COD呈現(xiàn)先升高后穩(wěn)定的趨勢，總體上進水COD的波動不會對生物流化床處理效果造成影響，表明生物流化床對COD波動有較好的抗沖擊能力。

3.2 連續(xù)運行效果考察

通過為期25天的穩(wěn)定運行，在處理量為300～400 L/h、進水COD為1 000～3 600 mg/L、pH為7左右，反應(yīng)溫度為26～41 ℃、水力停留時間為7～8 h、進氣量為5～7 m3/h的操作條件下，考察生物流化床連續(xù)運行條件下的COD去除效果、BOD去除效果及BOD去除容積負荷，結(jié)果分別見圖5～圖7。

圖5 生物流化床COD去除效果◆—進水COD； ▲—出水COD； ■—COD去除率

從圖5可以看出，進水COD為1 000～3 600 mg/L，平均進水COD為2 146 mg/L，出水COD為94～363 mg/L，平均出水COD為218 mg/L，可以滿足COD為500 mg/L的企業(yè)標準，COD平均去除率為91%，表明生物流化床對COD值波動沖擊具有很好的適應(yīng)性。

圖6 生物流化床BOD去除效果◆—進水BOD； ▲—出水BOD； ■—BOD去除率

從圖6可以看出，進水BOD為534～2 120 mg/L，平均進水BOD為952 mg/L，出水BOD為35～131 mg/L，出水BOD平均值為81 mg/L，BOD平均去除率為91%，表明生物流化床對去除污水中的有機物具有較高效率。

圖7 生物流化床BOD去除容積負荷

從圖7可以看出：生物流化床處理PTA污水的容積負荷為2.1～7.2 kg/(m3·d)，平均容積負荷為3.82 kg/(m3·d)，表明該裝置對有機物有較高的容納和抗沖擊能力。

3.3 生物流化床直接預(yù)處理PTA污水效果考察

為進一步研究生物流化床反應(yīng)器處理高濃度PTA污水的效果，將IC厭氧反應(yīng)器進水直接引入生物流化床反應(yīng)器，開展生物流化床工藝與(IC厭氧反應(yīng)器+好氧氧化溝)工藝的對比研究[5]。通常IC厭氧反應(yīng)器的進水COD為4 000～6 000 mg/L，出水COD為1 000～3 000 mg/L。生物流化床的操作條件為：pH為7左右，反應(yīng)溫度為26～41 ℃，水力停留時間為7～8 h，進氣量為5～7 m3/h，其處理效果見圖8。

圖8 生物流化床直接預(yù)處理PTA污水的處理效果◆—進水COD; ▲—出水COD; ■—COD去除率

由圖8可以看出，生物流化床進水COD為3 000～4 810 mg/L，出水COD為289 mg/L，經(jīng)計算得到COD容積負荷為12.7 kg/(m3·d)，COD平均去除率為92%。比較表明，生物流化床處理效率高于IC厭氧反應(yīng)器，出水COD也遠低于IC厭氧反應(yīng)器，充分體現(xiàn)生物流化床處理該污水的技術(shù)優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

(1)生物流化床處理PTA污水，適宜的反應(yīng)條件為：溫度為26～41 ℃，COD為1 000～4 810 mg/L，水力停留時間為7～8 h。

(2)生物流化床替代傳統(tǒng)好氧工藝處理PTA污水，其BOD容積負荷為2.1～7.2 kg/(m3·d)，平均容積負荷為3.82 kg/(m3·d)，BOD去除率為91%，處理后的污水COD小于500 mg/L，達到企業(yè)標準。

(3)生物流化床可以替代(厭氧反應(yīng)器+好氧氧化溝)工藝，直接預(yù)處理PTA污水，生物流化床COD容積負荷高達12.7 kg/(m3·d)，COD平均去除率為92%。