一种PTA生产污水处理工艺的介绍

陈健

（中怡化工〔漳州〕有限公司，福建 厦门 361026）

PTA（精对苯二甲酸）被广泛应用于纤维涤纶、聚酯瓶片和聚酯薄膜等生产领域。我国PTA生产工艺主要以对二甲苯为原料，以钴锰为催化剂，在醋酸介质中进行氧化，生成粗对苯二甲酸，经钯碳催化剂固定床上加氢精制，将氧化反应不完全物对甲醛苯甲酸转化为对甲基苯甲酸，再经结晶离心分离干燥后得到精对苯二甲酸。PTA精制过程中需要大量的除盐水作为溶剂来去除对甲基苯甲酸，除盐水量用量高达2.3 t/t.PTA以上，这些生产工艺导致了PTA生产污水成分呈现多样性的特点。

1 PTA生产污水特点

⑴成分复杂，主要含有对苯二甲酸、对甲基苯甲酸、苯甲酸、醋酸等污染物，CODCr浓度范围5000～9000 mg/L，有机酸含量高。污水中对苯二甲酸浓度范围500～1200 mg/L；对甲基苯甲酸400～800 mg/L；苯甲酸300～500 mg/L；醋酸500～1000 mg/L；

⑵水质水量波动大，生产检修或事故时排放大量碱洗污水；

⑶水温较高，一般高于45 ℃；

⑷污水中重金属含量较高。

2 PTA污水处理工艺介绍

2.1 PTA污水处理工艺流程

根据PTA污水特点，结合工程实际运行情况，下面介绍一种PTA生产污水的处理工艺，主要流程如下：

装置污水→平流沉淀池→调节匀质池→UASB反应器→厌氧沉淀池→2段好氧生化处理系统→流砂过滤器→放流水监测池→达标排放（GB 8978-1996一级标准）

2.2 PTA污水处理主要工艺选择简介

2.2.1 预处理工艺选择——平流沉淀池

精制单元固液分离过程排放的污水中含有约0.2%的对苯二甲酸及约0.2%的对甲基苯甲酸。PTA装置的排放污水中对苯二甲酸主要由精制单元排放污水产生，而对苯二甲酸是采用生物处理方法较难处理的成份，其厌氧降解受污水中乙酸、苯甲酸等抑制[1]。

本方案利用氧化单元排放污水呈酸性特点，与精制单元污水混合后，进入平流沉淀池，使部分对苯二甲酸酸析沉淀，再利用机械抓斗取出，可去除污水中20%以上的对苯二甲酸。近年来，随着PTA行业竞争加剧，企业在节能减排上进行创新和相关技术改进，某些企业采用以多孔金属烧结过滤器为核心的过滤系统，在PTA精制工段中对这部分悬浮固体进行回收[2]，回收率达60%以上。在提高原料利用率的同时，也有效降低了污水处理装置的负荷，起到良好的节能减排作用。

2.2.2 厌氧生物处理工艺的选择

在过去的十几年中，厌氧工艺已证实为处理高浓度有机污水最经济的方法，目前有3种型式的厌氧反应器被广泛使用，为固定床-厌氧滤床、带生物载体的流化床-厌氧流化床和流化污泥床（UASB、ESGB、IC）。

但基于节省造价及运行动力，流化污泥床已成目前运用的主流。升流式厌氧生物反应器（UASB）为一种高效率的厌氧处理反应器，自1978年出现以来逐步占有了半数以上厌氧反应器的市场，并衍生出数种不同形状的反应器，其中以厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）较为人知。

⑴升流式厌氧生物反应器（UASB）

20世纪70年代后期，荷兰瓦罕宁恩大学的Gatze Lettinga博士和他的同事首先开发了UASB 工艺，污水从UASB反应器底部布水进入，向上通过一个厌氧污泥区，污泥中的微生物在此区中与污水基质混合。厌氧降解过程产生的沼气气泡向上流动所引起的水力搅动，为反应器提供足够的搅拌作用，节省了混合所需的机械设备[3]。

UASB反应器顶部设置三相分离器使污水、微生物固体、沼气分离，三相分离器由隔板及三角形气罩所构成，上方设置溢流堰形成一污泥沉降区。三相分离器所收集的沼气在排气管会产生气升作用，而将污泥随沼气带出，故一般均会设置气/水(泡沫)分离装置，将污泥液由沼气中分离并反送回反应器中。

⑵厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、内循环反应器（IC）

厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）的构造与改良式UASB 相类似，但EGSB反应器高度和直径比例较大(通常在4～5之间)成为高瘦的形状。EGSB的特点是增大循环量，并利用较小的断面提高污水上升流速度，流量的增加使污泥床的完全膨胀，激烈的搅拌促进了污水和污泥的接触因而提高有机负荷率，并增加惰性悬浮小颗粒从泥床上的分离。

IC反应器外形与EGSB类似，延伸双层气罩UASB的构造形成上下两层反应器，一个是下部的高负荷部分，一个是上部的低负荷部分；顶部设置气水分离器将沼气上升作用所带出的下层污泥液分离后送返反应器，也称内循环反应器。与EGSB相比，IC处理器的2层气罩设计减低了上部的气体流速，较EGSB减低了污泥流失的风险；下层气罩的气升作用产生额外的循环搅拌效果，较EGSB相对减少循环搅拌所需的动力。

⑶厌氧反应器选择

UASB、EGSB和IC的主要设计差异在于所针对的污泥种类的不同，因而导致器体形状及上升流速的差异，三种反应器上升流速度比较归纳如表1。

表1 UASB、EGSB和IC三种反应器上升流速度比较

对于易生物分解的有机物，其去除速率主要受限于有机物传送到生物膜表面的速率。EGSB、IC反应器中高密度的颗粒污泥与高速上升流产生的激烈混合作用，促进污水和污泥接触，增加有机物传送到生物膜表面的速率因而提高反应速率，导致单位反应器体积内的COD负荷可达到UASB的2～3倍。

厌氧微生物降解对苯二甲酸、对甲基苯甲酸等物质时需长期驯养，时间达6个月以上，并且醋酸、苯甲酸、对苯二甲酸等物质对微生物产生基质竞争和相互抑制作用〔1〕，进一步干扰各成分的厌氧降解速率。EGSB或IC的激烈混合作用对于污泥驯养并无太大帮助，更重要在于采用升流式厌氧反应器处理PTA污水时，普遍发生污泥颗粒形成缓慢及成形颗粒水解的现象。EGSB及IC处理器中的上升流速一般在3～15 m/h的范围内，这很容易将未颗粒化的污泥冲出反应器。

UASB按照絮状污泥床设计，在启动运行时不需要颗粒污泥作为接种，可直接使用厌氧消化污泥。厌氧消化污泥容易取得，价格远低于颗粒污泥，可大幅节省接种费用。另一方面，UASB较低的上升流速及较低的反应池高度也相对节省输送泵的动力需求。

同时，能否在厌氧反应器内保持足够数量的高活性甲烷微生物，也是关键要素，因此在UASB之后设置厌氧沉淀池，以减少污泥流失。通过跟踪PTA企业UASB厌氧反应器运行数据表明，在厌氧污泥颗粒化驯养成功后，COD去除率由原来的60%上升到75%以上。

综上所述，考虑各种因素，本污水处理工艺选择升流式厌氧生物反应器（UASB）。

2.2.3 好氧微生物处理工艺的确定

因为厌氧处理不能达到污水排放要求，所以必须采用好氧微生物处理系统进行后段处理，但是厌氧处理单元启动时间长，并且对进水COD负荷冲击较为敏感，故好氧系统实际上关系整个污水处理工艺的成败，尤其在厌氧反应器驯养期间或厌氧系统出现问题时，好氧系统需负担60%以上的COD负荷。

PTA污水的BOD/COD比值约为1/2，与一般造纸、食品污水类似，属于极易经好氧微生物分解的污水，本工艺选择两段好氧射流曝气串联处理方案，两段各设置沉淀池及污泥回流。曝气器采用射流混合曝气器。这种曝气器设有射流喷嘴，当液体从喷嘴以高速喷射时，产生一定的负压和极强的剪切力，抽吸空气并与水流激烈混合形成微细气泡。这种曝气器不但充氧能力强，而且氧利用率也很高，从而获得较高的容积负荷，达到良好的COD去除效果。

与某些PTA厂的污水处理操作经验对比中发现，当PTA制程排水正常、厌氧系统驯养完成后，二段好氧系统进水COD浓度降低导致负荷偏低，容易发生污泥老化、脱硝、污泥上浮等异常现象而影响处理水质。因而在低负荷期间可关掉部分供气系统只进行水力搅拌，产生局部缺氧区，这样在低负荷的工况下能进行反硝化反应，避免过量的溶氧造成污泥自身解体而影响放流水质。

2.2.4 深度处理及排放工艺

深度处理采用自清洗流砂过滤处理装置，自清洗流砂过滤处理装置设备简单，操作方便，对固体悬浮物的去除效果好，SS的去除同时会使出水COD和BOD降低，并且投资省、运行费用低、操作简单。在必要的时候投加微量化学药剂以及重金属捕捉剂，由微絮凝技术结合砂滤技术可对钴、锰及固体悬浮物有很好的去除作用，确保处理后出水的稳定达标。

表2 污水处理各工段COD降解情况 单位：mg/L

2.2.5 中水回用工艺及经济效益

经以上工艺处理后的出水，可根据企业用水要求采用UF+RO工艺进行回收，回收率可达60%。某PTA企业经改造，在原污水排放末端建设一套2×104t/d（进水量）中水回用装置，成功回收中水约1.2×104t/d。经测算，中水回用装置投资及运行成本约为1.8 元/t（产水），当地工业水价为2.5 元/t，实现经济收益为8.4×103元/d，达到了良好的节能减排目的。

2.3 污水处理工艺运行情况

2.3.1 污水处理各工段COD降解情况

选取2018年7月～9月共3个月的各工段进出水COD运行监测数据，数据显示达到了相应要求，见表2。

2.3.2 污水处理工艺稳定性情况

将2018年7月运行数据进行统计，结果见图1、图2、图3、图4。

图1 2018年7月厌氧进水COD变化曲线

图2 2018年厌氧出水COD变化曲线

图3 2018年好氧出水COD变化曲线

图4 2018年放流水COD变化曲线

从以上各图看出，采用本PTA污水处理工艺方案，取得了较稳定的处理效果，处理后排放水质达到GB 8978-1996《国家污水综合排放标准》一级标准的相关要求。

3 结论

⑴上述PTA生产污水处理工艺方案已经成熟运行5年，处理效果稳定，UASB厌氧反应器及2段好氧的生化处理工艺充分保证了污水系统运行的稳定性，处理后水质达到GB 8978-1996《国家污水综合排放标准》一级标准的相关要求。

⑵UASB反应器起到了COD去除的主要作用，要充分考虑三相分离器的选型及设计，才能保证日后运行时厌氧系统内有足够的厌氧菌种存在。厌氧反应器的启动驯养时间，应至少在PTA装置投产前三个月开始进行。厌氧系统驯化的成功可极大降低PTA污水的处理费用。

⑶深度处理作为达标排放的进一步保障措施，同时可根据企业用水需求，配套建设中水回用装置，进一步实现节能减排。