厌氧生物流化床处理PTA废水的研究

臧传利 ，黄 超 ，桑 琳 ，丁月玲 ，许 强

（1.江苏南大环保科技有限公司；2.国家有机毒物污染控制与资源化工程技术研究中心，南京 210046）

PTA是产量居于全球前五十位的重要石油化工产品，它是生产聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的主要原料，被广泛应用于纤维涤纶、聚酯薄膜和包装瓶等生产领域。PTA的生产过程会产生大量废水，该废水具有污染物种类多、浓度高等特点，主要污染物有对PX、TA、4-甲基苯甲酸（PT酸）、4-羧基苯甲醛（4-CBA）、醋酸、钴锰催化剂和挥发酸等[1]。另外，PTA废水还来源于事故停车检修排放废水和装置不定期清洗废水，废水的排放量不稳定也会影响工艺的处理效果[2]。总的来说，PTA废水的特点如下：较高的COD浓度，一般范围在4 500～9 000 mg/L。废水pH值交变频繁，通常情况下维持在3～6，遇装置停车或事故清洁时，pH可以达到11～14；PTA生产废水温度较高，废水进入处理厂的温度一般在45℃。

厌氧生物流化床是一种将厌氧生物处理技术、膜生物处理技术和化工流态化技术结合起来的高效废水处理装置。厌氧微生物附着在载体上实现固定化，通过水力循环实现微生物与废水中有机物的快速传质，而且较高液体流速能够使载体表面衰老微生物及时脱落、更新，维持载体表面较高的微生物活性，大大提高废水的处理效率。厌氧生物流化床反应器不仅具有生物膜法处理效率高、污泥量小等特点，还克服了生物膜法存在的易堵塞、不易脱膜等缺点。与其他废水处理生物处理装置相比，厌氧生物流化床反应器以其微生物浓度高、占地面积小、传质快、微生物活性强、抗负荷冲击等诸多优点成为国内外研究和报道的热点。

本文采用PP有机填料作为厌氧生物流化床小试装置的微生物载体，以PTA废水作为处理对象进行小试试验。其目的是考察并掌握厌氧生物流化床装置运行规律和工艺控制参数，以此为基础进行结构优化、放大厌氧生物流化床反应器，掌握放大后反应器的操作规律和方法，为进一步的工业放大提供有效参考。

1 材料与方法

1.1 试验装置

图1 试验装置

试验装置及流程如图1所示。反应器利用无色透光的有机玻璃制作而成，反应器总体积5.0 L，有效流化体积2.7 L。反应器主体主要由升流区、降流区和三相分离器三部分组成，升流区和降流区由内导流筒隔开。装置运行过程中，微生物载体在循环水流的推动下由内导流筒上升，当载体溢出内导流筒后经过上部缓冲区到达三相分离器，在其自身重力和水流因素的作用下沿着内外筒之间的间隙下沉到反应器底部重新参与流化。

1.2 试验污泥、废水来源和微生物载体

1.2.1 试验污泥

取自某石化水厂净二车间AF反应器内的厌氧污泥。

1.2.2 废水来源

PTA废水取自某石化水厂净二车间AF反应器进水，主要水质指标：COD浓度为5 000～6 000 mg/L，TA浓度为1 200～1 800 mg/L，pH为 4.5～5.5。

1.2.3 微生物载体

试验选用有机PP有机填料为微生物载体，该载体的主要物理参数如表1所示。这种载体具有凹凸不平的物理表面和发达的孔隙结构，可以为微生物的生长繁殖提供良好的场所，常用作微生物载体运用在污水处理中。

1.3 试验检测项目及分析方法

本试验主要检测项目有COD、TA、pH等，其中COD采用重铬酸钾法测定，TA采用紫外分光光度计法，pH用pH计测定。其他检测项目采用文献中方法进行[3]。

表1 载体的主要物理参数

1.3.1 COD采用标准重铬酸钾滴定法

COD浓度计算公式为：

式中，C为（NH4）2Fe（SO4）2标准液浓度，mg/L；V0为（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的用量，mL；V1为测定时（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的用量，mL；V为水样体积，mL。

1.3.2 TA采用紫外分光光度法

TA储备液：准确称取0.100 0 g TA于100 mL烧杯中，加入5 mL 1.0 mol/L NaOH溶液使TA溶解后置于50 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。此储备液每1.00 mL含有1.00 mg TA。

TA使用液：按参考文献要求配制TA使用液，并绘制标准曲线[4]。

2 结果与讨论

2.1 反应器启动与挂膜

首先向反应器内加入微生物载体，以PP填料为载体时装填量为有效流化体的50%。然后向反应器内加入厌氧污泥，污泥的加入量为反应器有效体积的50%，污泥的加入分三次进行，每次加入的厌氧污泥体积相等。反应器启动挂膜初期，调节循环泵流量使生物载体实现微小扰动，之后视情况调节循环泵流量来改变载体流化速度。试验过程中维持温度在30～35℃，进水pH在6.5～7.5。反应器启动初期，需要添加适量营养物质以保证厌氧反应器的成功启动，添加成分如表2所示。通过稀释调整进水COD低于1 000 mg/L，同时在进水中加入适量的酵母粉和甲醇促进厌氧微生物的生长和繁殖，待进水COD浓度提高到1 000 mg/L时停止补加。

表2 营养物质

启动阶段控制HRT为35 h。以PP有机填料为载体，反应器启动挂膜时间为25 d时，反应器出水S（S悬浮物）显著降低，进水COD浓度达到1 000 mg/L，TA浓度在300 mg/L，相应的去除率分别达到45%和40%，反应器出水水质稳定，可以认为系统启动挂膜已经完成。

2.2 以PP有机填料为载体时反应器的去除性能

在反应器启动挂膜结束后，将进水COD浓度由1 000 mg/L提升到原水COD浓度5 500 mg/L，对应的TA浓度从300 mg/L提升到1 700 mg/L，考察以PP有机填料为生物载体的厌氧反应器对污染物的降解情况。反应器挂膜成功后，系统稳定运行60 d，图2与图3分别为运行期间的COD和TA变化趋势图。

图2 试验运行期间COD变化情况

图3 试验运行期间TA变化情况

由图2、图3可知，以PP有机填料为生物载体的厌氧生物流化床对PTA废水表现良好的去除能力。试验时保持HRT为35 h，逐渐增加进水中的污染物浓度直至原水浓度。前20 d内，进水COD和TA浓度分别增至2 200 mg/L和600 mg/L，其去除率分别升至52%、48%。第21 d到第50 d，COD提升至3 500 mg/L，去除率为68%，对应的TA浓度提升至1 200 mg/L，去除率提升至63%；第51 d到60 d内，进水COD提升至原水浓度5 500 mg/L，TA浓度约为1 700 mg/L，对应的COD和TA去除率分别达到70%和65%。随着进水污染物浓度不断增加，反应器对COD和TA的去除率稳步提升，表现出优异的降解效能。

3 结论

本试验PP有机填料作为微生物载体，利用厌氧生物流化床反应器进行PTA废水处理的小试试验研究。通过逐渐增加进水COD和TA浓度的方式，笔者研究了反应器在不同进水负荷条件下对污染物的降解效能。研究表明，以PP有机填料为载体的厌氧生物流化床反应器启动挂膜在25 d内完成，当进水污染物浓度提升至原水浓度时，COD和TA去除率分别为70%和65%。反应器在装填PP有机填料的情况下显示出良好的污染物降解效能。