生物流化床处理乙二醇废水的工业试验研究

史丹妮

( 中国石化上海石油化工股份有限公司环保水务部，200540)

乙二醇是化纤企业生产聚酯的重要原料。由于乙二醇生产过程中排放大量高浓度有机污水，单独采用好氧法处理很难直接达到排放标准，因此目前企业大多采用活性污泥曝气或氧化沟预处理后，再进入总的污水处理厂处理。但此种方法的缺点是占地面积较大。

中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)在2003 年将产能180 kt/a 的乙二醇装置扩建到220 kt/a，同时新建产能380 kt/a 乙二醇装置。原装置污水处理能力要求为50 t/h，处理后的污水化学需氧量(COD)不超过500 mg/L。改、扩建后污水处理量为80 t/h，预处理的污水COD 达到800 mg/L 左右。为了缓解超标污水对后续深度处理流程可能产生的影响，必须要扩建污水处理厂或采用新的工艺以确保污水中COD 不超过500 mg/L。而采用原有技术进行扩建的方案，因受到占地面积大的条件限制而难以实施，因此采用新技术对原污水处理装置进行工艺改造成为唯一的选择。

生物流化床反应器是一种气、液、固并存，且处于高速内循环流化状态下的反应器形式。其中流化床内的悬浮物，既有附着生物膜的固体颗粒，又有活性污泥菌胶团，是一种活性污泥和生物膜的结合形式［1］。为了使处理后乙二醇废水COD不超过500 mg/L，本次工业试验选择了生物流化床反应器。

1 废水来源及水质要求

乙二醇装置污水中主要含有钠盐、乙二醇、微量乙醛及碱等污染物。其水质特征及来源见表1。

表1 乙二醇污水特征与来源

乙二醇污水的水量为55 ～80 m3/h，其主要污染物是COD，5 日生物化学需氧量(BOD5)与COD 比值在0.4 ～0.6 之间，可生化性较好。根据乙二醇污水水质情况，确定试验装置进水COD为1 000 ～4 000 mg/L，处理后的污水COD 不超过500 mg/L，具体数值见表2。

表2 污水处理实验装置进、出水水质

2 工艺介绍

2.1 乙二醇污水处理系统试验流程

乙二醇生产装置排放的污水首先进入水解酸化池，然后进入预曝气池，再进入氧化沟，处理后 的污水送至下游总污水处理场(见图1)。

图1 乙二醇污水现有处理/试验流程

乙二醇污水处理试验系统及流程见图1 虚线部分，从水解酸化池引出一部分污水进入试验系统，污水首先进入均质水解罐，然后进入生物流化床反应器，经生化处理后，排至氧化沟出水管线。

2.2 流化床工艺流程

大型生物流化床处理乙二醇污水工业试验装置主要包括均质水解罐、生物流化床、加药罐和空气压缩机，工艺流程如图2 所示。来自水解酸化池的乙二醇污水，由污水泵提升到均质罐，经酸化水解反应后，污水溢流至生物流化床进行生化降解，处理后的水排至氧化沟出水管线。加药罐中按要求配制的营养液，由加药泵送入生物流化床反应器。反应需要的空气由空气压缩机从底部风线输入反应器。

图2 试验工艺流程

3 试验情况

3.1 运行情况

试验开始前先进行2 天连续运行，对流化床的进出水、进气、内部流化状态以及加药系统、水泵及流量计、计量表进行调试，使其满足试验要求。

生物流化床启动阶段是通过培养生物膜，使反应器达到一定的有机物去除率。首先向反应器中投加载体及一定量取自总污水处理场的污泥，另外投加营养液和特种菌，然后通入污水和空气进行闷曝培养，3 天后连续进水，水停留时间(HRT)为10 ～15 h。在启动运行约15 d 后，可发现多数载体的表面附着了生物膜，此外还发现了钟虫、累枝虫等原生动物附着在生物膜表面。随着载体表面生物膜的逐渐形成，生物数量也逐渐增加，在运行20 d 后，载体上生物膜已成熟，在宏观上表现为生物流化床去除有机物的效率达到较高水平。

3.2 运行结果

3.2.1 COD 处理效果

生物流化床在进水量达到负荷后，连续稳定运行2 个多月，在pH 为5.0 ～13.0，反应温度为20 ～38 ℃操作条件下，在进水COD 为1 000 ～3 000 mg/L 的情况下，处理后污水的COD 小于500 mg/L，COD 去除率达到89%，且对COD 波动冲击具有很好的适应性。生物流化床连续运行处理COD 的效果如图3 所示。

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图3 COD 去除效果

3.2.2 容积负荷

容积负荷即为每立方米池容积每日负担的有机物量，去除容积负荷即为每立方米池容积每日去除的有机物量。生物流化床中，若S1、S2分别表示为进、出水COD 值，Q 为装置处理量，V 为装置体积，则生物流化床的COD 投配容积负荷(N′V)=Q×S1/V，去除容积负荷(NV)=Q ×(S1-S2)/V。本次实验的生物流化床NV 试验情况如图4 所示。

图4 COD 去除容积负荷

由图4 可见:生物流化床的平均COD NV 为3.1 kg/(m3·d)。装置运行时的最大COD N′V可达6.0 kg/(m3·d)，表明它对COD 有较高的容纳和抗冲击能力。

生物流化床N′V 和NV 的关系如图5。

图5 N′V 与NV 关系

NV 随N′V 的增大而增大，且NV 与N′V 之间大致成正比关系，根据试验结果采取回归的方法得出其正比例关系为:NV =0.829N′V，NV 与N′V之间呈线性关系，表明在此负荷范围内，反应器尚有潜力。

3.2.3 生物流化床与传统活性污泥法比较

根据试验数据对比生物流化床与传统活性污泥法运行数据见表3。

表3 生物流化床与传统活性污泥法工艺比较

4 技术经济分析

生物流化床反应器在运行时反应器内部的气-液-固三相处于高速均匀流化状态，这不仅使系统的传热、传质、动量传递效率增强，而且使生物膜表面不断更新，保持与溶解氧及营养介质的充分接触，使微生物活性及代谢功能大大增强，是一种反应效率较高的反应器形式。这种反应器可实现污水处理的装置化、集成化，占地面积少，投资省、操作费用低等特点，与传统的氧化沟法相比具有一定的优势［2］。氧化沟法与生物流化床2 种工艺预处理乙二醇污水的工业试验成本对比见表4。

表4 氧化沟工艺与生物流化床污水处理成本对比

现有氧化沟工艺乙二醇污水预处理成本(人工成本除外)为0.88 元/t，生物流化床乙二醇污水工业试验预处理成本为0.71 元/t(人工成本除外)。生物流化床比传统工艺方法氧化沟运行处理费用节约0.17 元/t。

5 结论

(1)试验确定了生物流化床处理乙二醇污水工艺最佳运行参数为pH 5.5 ～10.5，温度25 ～30℃。在进水COD 为1 000 ～3 000 mg/L，处理后的污水COD 低于500 mg/L，COD 去除率可达到89%。

(2)生物流化床运行时的平均COD NV 为3.1 kg/(m3·d)，是传统活性污泥法平均NV 的4 倍。该装置最大COD NV 达6.0 kg/(m3·d)，充分表明该反应器较高的处理效率。

(3)试验表明采用生物流化床处理乙二醇污水效率高、能耗少，并且产泥量少，减少了固体废弃物的二次污染。

(4)生物流化床实现了污水处理的装置化、集成化、占地面积小，操作费用低，处理效果好，抗冲击能力强。

［1］ 刘献玲，张建成，曹玉红，等.炼油废水生物流化床处理工业应用研究［J］.现代化工，2005(3):53 -55.

［2］ 李春华，张洪林. 生物流化床法处理废水的研究与应用进展.环境技术，2002，(4):27 -32.