何慶生，劉獻(xiàn)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(tuán))股份有限公司洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽(yáng) 471003)

近年來隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)苯二甲酸(PTA)作為大宗有機(jī)化工原料之一，其需求量激增，PTA生產(chǎn)裝置被不斷擴(kuò)建[1-2]。在PTA生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量污水，PTA污水屬于有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜的化工廢水，其COD高達(dá)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(guó)內(nèi)外PTA污水處理工藝主要有兩種：一種是采用兩級(jí)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(shí)間短、占地面積小、能耗低的特點(diǎn)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(jí)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(duì)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(yàn)水質(zhì)、水量與來源

1.1 污水來源與主要污染物

試驗(yàn)地點(diǎn)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(yàn)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(chǎng)。

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(dá)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(biāo)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(jìn)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(dá)到COD不大于500 mg/L的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)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(yàn)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(jìn)行生化反應(yīng)。加藥罐中的營(yíng)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(jìn)入流化床。生化處理后的污水，溢流進(jìn)入沉降罐，進(jìn)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(gè)循環(huán)。

圖1 側(cè)線試驗(yàn)工藝流程示意

3 結(jié)果與討論

3.1 運(yùn)行參數(shù)考察

3.1.1 反應(yīng)溫度對(duì)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(duì)生化反應(yīng)也有較大影響。在進(jìn)水COD為1 500～3 600 mg/L、pH為7左右、水力停留時(shí)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(duì)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(duì)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(dòng)時(shí)，隨著溫度升高，COD去除率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)溫度為35.4 ℃時(shí)，COD去除率最高。這是由于當(dāng)溫度小于35.4 ℃時(shí)，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(shí)，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(dòng)時(shí)，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(duì)26～41 ℃之間溫度波動(dòng)有較好的適應(yīng)能力[3]。

3.1.2 水力停留時(shí)間(HRT)對(duì)COD去除效果的影響通常情況下，停留時(shí)間越長(zhǎng)，有機(jī)物被降解的比例越大，停留時(shí)間對(duì)COD去除有較大影響。在進(jìn)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(shí)間對(duì)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(shí)間對(duì)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(shí)間在6～13 h之間波動(dòng)時(shí)，隨著停留時(shí)間延長(zhǎng)，COD去除率呈現(xiàn)先升高后穩(wěn)定的趨勢(shì)，當(dāng)停留時(shí)間為7 h時(shí)，COD去除率為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這是由于當(dāng)停留時(shí)間小于7 h時(shí)，停留時(shí)間延長(zhǎng)微生物降解的有機(jī)物量增加，COD去除率隨之增加；當(dāng)停留時(shí)間大于7 h時(shí)，微生物難以降解污水中剩余的難生化的有機(jī)物，COD去除率逐漸穩(wěn)定。側(cè)線試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)停留時(shí)間低于6.5 h時(shí)，出水COD高于500 mg/L，不能滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，選擇最佳水力停留時(shí)間為7～8 h。

3.1.3 COD波動(dòng)對(duì)其去除效果的影響污水COD的波動(dòng)可能會(huì)對(duì)微生物菌群穩(wěn)定性造成沖擊，從而影響COD處理效果。在進(jìn)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(shí)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(jìn)水COD波動(dòng)對(duì)生物流化床COD去除效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 進(jìn)水COD波動(dòng)對(duì)處理效果的影響

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

3.2 連續(xù)運(yùn)行效果考察

通過為期25天的穩(wěn)定運(yùn)行，在處理量為300～400 L/h、進(jìn)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(shí)間為7～8 h、進(jìn)氣量為5～7 m3/h的操作條件下，考察生物流化床連續(xù)運(yùn)行條件下的COD去除效果、BOD去除效果及BOD去除容積負(fù)荷，結(jié)果分別見圖5～圖7。

圖5 生物流化床COD去除效果◆—進(jìn)水COD； ▲—出水COD； ■—COD去除率

從圖5可以看出，進(jìn)水COD為1 000～3 600 mg/L，平均進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，COD平均去除率為91%，表明生物流化床對(duì)COD值波動(dòng)沖擊具有很好的適應(yīng)性。

圖6 生物流化床BOD去除效果◆—進(jìn)水BOD； ▲—出水BOD； ■—BOD去除率

從圖6可以看出，進(jìn)水BOD為534～2 120 mg/L，平均進(jìn)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(duì)去除污水中的有機(jī)物具有較高效率。

圖7 生物流化床BOD去除容積負(fù)荷

從圖7可以看出：生物流化床處理PTA污水的容積負(fù)荷為2.1～7.2 kg/(m3·d)，平均容積負(fù)荷為3.82 kg/(m3·d)，表明該裝置對(duì)有機(jī)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(jìn)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(jìn)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(duì)比研究[5]。通常IC厭氧反應(yīng)器的進(jìn)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(shí)間為7～8 h，進(jìn)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(jìn)水COD; ▲—出水COD; ■—COD去除率

由圖8可以看出，生物流化床進(jìn)水COD為3 000～4 810 mg/L，出水COD為289 mg/L，經(jīng)計(jì)算得到COD容積負(fù)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(yuǎn)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(shì)。

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(shí)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(fù)荷為2.1～7.2 kg/(m3·d)，平均容積負(fù)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(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

(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(fù)荷高達(dá)12.7 kg/(m3·d)，COD平均去除率為92%。