厌氧UASB+AF工艺处理PTA废水试验研究

李振峰
（天津石化公司，天津 300271）

　　摘 要：介绍了天津石化公司利用原有接触氧化沉淀池改造为厌氧UASB+AF预处理装置，进行处理PTA废水的生产性试验，装置运行稳定可靠。成功的培养驯化了厌氧颗粒污泥，形成的污泥床颗粒化程度高。试验中采用的新型填料较好地克服了填料堵塞的问题，且使挂膜厚而均匀。
　　关键词：厌氧；UASB+AF工艺；PTA废水

1 前言

　　厌氧处理污水是利用厌氧微生物的代谢特征，在无须提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，产生具有能源价值的甲烷。它具有水解能力强、容积负荷高、去除率高、节约能源、产泥量低等特点，是现代废水处理先进的工艺之一。
　　国内在处理PTA废水采用比较广泛的厌氧UASB工艺与国外厌氧UASB+AF技术亦存在很大差距。主要差别见表1。

表1国内厌氧工艺与国外厌氧工艺的区别

　　鉴于以上分析，为节约能耗、物料，大幅降低污水处理成本，我们决定开始进行UASB+AF处理污水工艺的试验性研究及开发工作。
　　厌氧反应器是厌氧工艺的核心装置。为节约资金，我们决定利用现有条件，将原有的接触氧化沉淀池改造为厌氧反应器。将进水方式改为从底部进水，出水经出水堰溢流。污泥床初步形成后，向反应器中投入梅花形悬浮填料。由于填料为悬浮状态，我们用钢筋网子将其封在液面以下。工艺流程图如图1。

图1　 厌氧实验工艺流程图

2 UASB+AF反应器的启动

　　PTA是制造聚酯纤维、薄膜、绝缘漆的重要原料。由于PTA生产的特点，使得排出废水在流量、COD、pH值及含固体量等方面都有大幅波动。其BOD/COD比在0.5左右，可生化性较好。废水的氨氮、油含量低。水质偏酸性。其水量、水质及主要成分见表2和表3。

表2　 PTA废水的水量、水质

表3　 PTA废水的主要成分

　　从国内外运行的经验来看：PTA来水水质、水量变化较大，对装置冲击大；TA含量高，占COD成分大，而TA难于降解，这就加大了处理难度。
　　总结以往运行的经验，我们认为，利用好氧污泥的活性直接进行厌氧培养，其过程缓慢，污泥较易流失。因此，我们利用闲置氧曝系统首先进行污泥消化，储备消化污泥。
　　全部改造完成后，开始向反应器内调泥。为防止污泥流失，初期在池中投加了聚合氯化铝及聚丙烯酰胺，以促进污泥床的形成。将消化污泥投入反应器后，试验初期采用较小水力负荷，并采用间歇进水的运行方式，这样就较好地保证了污泥床的形成。待污泥逐步适应废水的特性后，加大负荷，采用连续运行方式，并开始部分回流。同时向进水投入NaOH调节pH值。由于pH的提高和采用高水力负荷的搅拌方式，反应器中轻质污泥被大量的带走，在促进污泥颗粒化的同时又改善了产气菌的生存环境，促进其生长。反应器中存在的大量悬浮填料在高水力负荷的条件下，起到了截流污泥的作用，防止了污泥过度流失，同时还起到了三相分离器的作用，使污泥与水、气在填料层可部分分离。3个月后，污泥床开始变黑，池中开始部分产气。
　　随着轻质污泥的不断洗出，池中污泥量减小，而系统的自我平衡能力不强，因此我们从氧曝装置又多次调入厌氧消化污泥，以保证池中污泥的浓度，并促进颗粒污泥的逐步形成。经过一段时间的运行，取污泥样可见直径2 ～ 3 mm的颗粒污泥，其表面光滑，可沉降性能良好。在此过程中产气量不断增大，去除率不断提高，启动基本结束。

3 UASB+AF反应器的运行

　　在初期，系统采用较低负荷，以利于厌氧菌的形成。系统启动成功后，开始提高负荷。
　　颗粒污泥的形成过程称之为颗粒污泥化，是UASB+AF反应器启动成功的重要标志之一。颗粒污泥具有很好的沉降性能，在产气量和上流速度较高的条件下仍能保留在UASB+AF反应器内，使反应器能够保持高浓度的厌氧污泥。
　　为保证厌氧污泥的颗粒化，在启动阶段投入大量的消化污泥，初始阶段平均达15 g/L。之后又多次向池中调入消化污泥。
　　污泥床形成后，在运行期间，大量的轻质污泥在水利搅拌的作用下随出水水流溢出，而在留下的污泥中开始产生了颗粒污泥。取8米污泥样可以看到，随着时间的推移颗粒污泥的含量不断增加，通过实物放大镜看到密实程度也不断加大。接近液面浅层的污泥量不断减少，而深层的颗粒污泥变化幅度较小。
　　观察反应器液面可见：在此负荷下，产气量很大，气体的释放强度和频率很大，液面就象水在沸腾状态，气体的向上升不时带动水中颗粒污泥向上运动，由于颗粒污泥的沉降性能良好，其又不断沉入池中。这些都充分证明了UASB+AF反应器已达到成熟阶段，系统运行良好。由于原水的浓度和预想的有一定的差距，因此在一定的水力负荷下，提高容积负荷难度较大。
　　实验初期，由于反应器负荷较低，从氧曝装置调入的消化污泥已对原水有了较强的适应性，在污泥床上形成了活性絮状污泥层。废水流经填料层时，由于填料具有较大的比表面积和空隙率（比表面积接近100 m²/m³，空隙率接近95%），微生物很快就附着在填料表面生长，填料挂膜迅速。反应器高度达8米，沿反应器深度COD_Cr浓度呈现梯度变化，因此微生物膜的降解特性各自不同。
　　填料的选择对UASB+AF工艺的运行具有至关重要的影响。在填料层底部靠近进水一端，由于废水浓度大，微生物增殖较快，因此污泥浓度大。浓度大的废水在反应器内沿高度有较大的浓度梯度，从而使污泥的增殖更加不平衡。另外，PTA废水中含有大量TA渣，如果滤床的空隙率小则更易造成堵塞。试验中我们采用了专利产品—梅花形多孔面盘状悬浮填料，很好地克服了浓度差异和TA渣造成的堵塞问题。试验中填料层没有出现短流现象，而且填料挂膜迅速，污泥含量均匀。
　　从滤床取得的填料看，整个填料挂膜厚而均匀，生物膜经镜检含有大量丝状菌。

4 试验数据分析及主要参数的控制。

　　稳定阶段的运行数据见表4。
　　从试验数据可以看出：运行的平均容积负荷3.9 kgCOD_Cr/(m³·d)，平均去除率40%。受试验进水浓度偏低的限制，在稳定运行阶段只能靠提高进水水量的方式提高负荷，运行时的最高负荷已接近5.3 kgCOD_Cr/(m³·d)，在停留时间仅为22.9小时的情况下，去除率还保持在40%以上。
　　温度是影响微生物厌氧反应的重要因素之一。一般来讲，温度每上升10度反应速度就大约增加2 ～ 4倍。大多厌氧采用中温发酵。由于前方厂来水的温度在25℃左右（夏季偏高一些）而中温在35℃比较适宜，来水与之相比偏低，所以我们在泵的集水井处通入蒸汽进行加热，使温度控制在35℃左右。
　　试验初期，由于没有蒸汽加热，因此温度在22℃左右，产气量明显偏低。试验运行中我们又进行了比较，温度在32℃与在37℃相比，产气量还有明显的区别。如果产甲烷气体能得到收集，其所产生的热量完全可以等同于蒸汽的热量。
　　经过多次的验证，pH值对厌氧运行的成功与否起至关重要的作用。原水不加碱，产气菌很难生成，因此也就无去除率而言。试验证明，产气菌对pH值的最佳活性范围在6.8～7.5之间。
　　产酸菌的过量繁殖也易造成pH的过度下降，从而抑制产气菌的生长，因而在系统没稳定运行之前过高的提高负荷是不宜的。从运行的经验分析，采用回流是必要的。回流可以起到缓冲pH的作用，也可以在相同负荷时加大水力负荷，利于污泥颗粒化。

5 结论

　　厌氧UASB+AF工艺与接触氧化预处理工艺相比，在处理高浓度废水方面的效益十分显著。而从实际运行情况来看，和接触氧化预处理相比，厌氧处理法具有占地面积小（约为接触氧化法的1/3）、能耗低、设备少、工艺运行简单等优点，而且基本没有剩余污泥产生，管理方便。
　　从污水处理系统工艺运行优化的角度考虑，如果采用厌氧预处理工艺代替现行接触氧化法，可节约大量运行费用。由于没有剩余污泥产生，每年还可减少污泥处理费用近100万元。而且，采用厌氧预处理工艺可以提高有机废水的可生化性，增强系统的抗冲击性，更利于二级纯氧曝气处理的正常运行，使二沉池出水水质稳定，完全达到国家排放标准。

表4　 试验稳定阶段数据

参考文献

[1] 贺延龄编. 废水的厌氧生物处理. 北京: 中国轻工业出版社, 1998.
四、 唐受印编. 水处理工程师手册. 北京: 化学工业出版社, 2000.