对苯二甲酸污水好氧生物流化床预处理试验研究

何庆生，刘献玲，张建成，曹玉红，王贵宾，范景福，田小峰

(中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003)

近年来随着世界经济的高速发展，对苯二甲酸(PTA)作为大宗有机化工原料之一，其需求量激增，PTA生产装置被不断扩建[1-2]。在PTA生产过程中会产生大量污水，PTA污水属于有机物含量高、成分复杂的化工废水，其COD高达4 000～10 000 mg/L，污水的生化性能(BOD/COD)仅为0.1～0.2(一般大于0.3才有好的生化性能)，属于难生物降解的污水，处理难度较大。

国内外PTA污水处理工艺主要有两种：一种是采用两级好氧生化处理；另一种是采用厌氧与好氧相结合的处理工艺。而厌氧与好氧相结合的处理工艺因其具有水力停留时间短、占地面积小、能耗低的特点而越来越受到重视[3]。某石化厂处理PTA污水的装置采用内循环(IC)厌氧反应器[4]。现有的好氧生化装置由曝气池和氧化沟两级工艺组成，但已不能满足生产需要，受制于占地面积，急需寻求一种占地面积小、处理效率高的好氧污水处理工艺替代现有的好氧装置[5]。因此，针对PTA污水特性研究开发低能耗、高效率的好氧生物流化床水处理工艺意义重大。

1 试验水质、水量与来源

1.1 污水来源与主要污染物

试验地点位于某石化厂PTA污水处理站内，污水主要来自涤纶部氧化装置和聚酯装置，所含主要污染物如表1所示。侧线试验用水采用IC厌氧反应器出水，处理后的水与氧化沟出水一起送至下游污水处理场。

表1 污水来源与主要污染物

1.2 污水水质

PTA污水COD高达4 000～9 000 mg/L，氨氮质量浓度一般为40 mg/L左右，经过IC厌氧反应器处理后，COD可降到1 000～4 600 mg/L，水质指标如表2所示。

表2 IC厌氧反应器出水水质

1.3 处理后的水质要求

在生物流化床进水COD为1 000～4 600 mg/L情况下，要求生物流化床处理后的污水水质达到COD不大于500 mg/L的企业标准，具体指标见表3。

表3 生物流化床出水水质要求

2 工艺流程

侧线试验工艺流程示意如图1所示。来自IC厌氧反应器的PTA污水，由增压泵输送到生物流化床，进行生化反应。加药罐中的营养液，由加药泵送入流化床。反应需要的空气由底部风线进入流化床。生化处理后的污水，溢流进入沉降罐，进行泥水沉降分离，清水从沉降罐顶部排出，沉降罐底部污泥一部分外排，一部分由回流泵返回流化床，完成一个循环。

图1 侧线试验工艺流程示意

3 结果与讨论

3.1 运行参数考察

3.1.1 反应温度对COD去除效果的影响通常情况下，温度越高反应速率越大，温度对生化反应也有较大影响。在进水COD为1 500～3 600 mg/L、pH为7左右、水力停留时间为7～8 h、溶解氧(DO)质量浓度为4.0 mg/L的操作条件下，考察温度对生物流化床COD去除效果的影响，结果见图2。

图2 反应温度对COD去除效果的影响■—出水COD； ◆—COD去除率。图3、图4同

从图2可以看出，当生物流化床温度在26～41 ℃之间波动时，随着温度升高，COD去除率呈现先升高后降低的趋势，当温度为35.4 ℃时，COD去除率最高。这是由于当温度小于35.4 ℃时，温度升高微生物活性也随之增加，COD去除率随之增加；当温度大于35.4 ℃时，温度升高微生物逐步呈现不适应情况，生物活性也随之降低。温度在26～41 ℃之间波动时，出水COD较为稳定，出水COD保持在300 mg/L之下，表明生物流化床对26～41 ℃之间温度波动有较好的适应能力[3]。

3.1.2 水力停留时间(HRT)对COD去除效果的影响通常情况下，停留时间越长，有机物被降解的比例越大，停留时间对COD去除有较大影响。在进水COD为1 100～2 600 mg/L、生物流化床内温度为35 ℃左右、pH为7左右、溶解氧(DO)质量浓度为4.0 mg/L的操作条件下，考察水力停留时间对生物流化床COD去除效果的影响，结果见图3。

图3 水力停留时间对COD去除效果的影响

从图3可以看出，当生物流化床停留时间在6～13 h之间波动时，随着停留时间延长，COD去除率呈现先升高后稳定的趋势，当停留时间为7 h时，COD去除率为转折点。这是由于当停留时间小于7 h时，停留时间延长微生物降解的有机物量增加，COD去除率随之增加；当停留时间大于7 h时，微生物难以降解污水中剩余的难生化的有机物，COD去除率逐渐稳定。侧线试验结果表明，当停留时间低于6.5 h时，出水COD高于500 mg/L，不能满足企业标准。因此，选择最佳水力停留时间为7～8 h。

3.1.3 COD波动对其去除效果的影响污水COD的波动可能会对微生物菌群稳定性造成冲击，从而影响COD处理效果。在进水COD为1 300～3 600 mg/L、生物流化床内温度为35 ℃左右、pH为7左右、水力停留时间为7～8 h、溶解氧(DO)质量浓度为4.0 mg/L的操作条件下，考察进水COD波动对生物流化床COD去除效果的影响，结果见图4。

图4 进水COD波动对处理效果的影响

从图4可以看出，当进水COD在1 300～3 800 mg/L之间波动时，随着进水COD增大，COD呈现先升高后稳定的趋势，总体上进水COD的波动不会对生物流化床处理效果造成影响，表明生物流化床对COD波动有较好的抗冲击能力。

3.2 连续运行效果考察

通过为期25天的稳定运行，在处理量为300～400 L/h、进水COD为1 000～3 600 mg/L、pH为7左右，反应温度为26～41 ℃、水力停留时间为7～8 h、进气量为5～7 m3/h的操作条件下，考察生物流化床连续运行条件下的COD去除效果、BOD去除效果及BOD去除容积负荷，结果分别见图5～图7。

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

从图5可以看出，进水COD为1 000～3 600 mg/L，平均进水COD为2 146 mg/L，出水COD为94～363 mg/L，平均出水COD为218 mg/L，可以满足COD为500 mg/L的企业标准，COD平均去除率为91%，表明生物流化床对COD值波动冲击具有很好的适应性。

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

从图6可以看出，进水BOD为534～2 120 mg/L，平均进水BOD为952 mg/L，出水BOD为35～131 mg/L，出水BOD平均值为81 mg/L，BOD平均去除率为91%，表明生物流化床对去除污水中的有机物具有较高效率。

图7 生物流化床BOD去除容积负荷

从图7可以看出：生物流化床处理PTA污水的容积负荷为2.1～7.2 kg/(m3·d)，平均容积负荷为3.82 kg/(m3·d)，表明该装置对有机物有较高的容纳和抗冲击能力。

3.3 生物流化床直接预处理PTA污水效果考察

为进一步研究生物流化床反应器处理高浓度PTA污水的效果，将IC厌氧反应器进水直接引入生物流化床反应器，开展生物流化床工艺与(IC厌氧反应器+好氧氧化沟)工艺的对比研究[5]。通常IC厌氧反应器的进水COD为4 000～6 000 mg/L，出水COD为1 000～3 000 mg/L。生物流化床的操作条件为：pH为7左右，反应温度为26～41 ℃，水力停留时间为7～8 h，进气量为5～7 m3/h，其处理效果见图8。

图8 生物流化床直接预处理PTA污水的处理效果◆—进水COD; ▲—出水COD; ■—COD去除率

由图8可以看出，生物流化床进水COD为3 000～4 810 mg/L，出水COD为289 mg/L，经计算得到COD容积负荷为12.7 kg/(m3·d)，COD平均去除率为92%。比较表明，生物流化床处理效率高于IC厌氧反应器，出水COD也远低于IC厌氧反应器，充分体现生物流化床处理该污水的技术优势。

4 结 论

(1)生物流化床处理PTA污水，适宜的反应条件为：温度为26～41 ℃，COD为1 000～4 810 mg/L，水力停留时间为7～8 h。

(2)生物流化床替代传统好氧工艺处理PTA污水，其BOD容积负荷为2.1～7.2 kg/(m3·d)，平均容积负荷为3.82 kg/(m3·d)，BOD去除率为91%，处理后的污水COD小于500 mg/L，达到企业标准。

(3)生物流化床可以替代(厌氧反应器+好氧氧化沟)工艺，直接预处理PTA污水，生物流化床COD容积负荷高达12.7 kg/(m3·d)，COD平均去除率为92%。