UASB处理PTA废水的影响因素与对策

林昌伟

（厦门翔鹭化纤股份有限公司，福建厦门 361026）

PTA 废水具有产生量大、成分复杂、COD 浓度高、pH 交替变化大、温度高等特点，尤其在生产非正常停车时，排放的大量有毒有害物质会对废水处理系统造成冲击。使厌氧系统酸化、甲烷气产量下降、出水COD 大幅上升，进而影响后续工艺：好氧系统产生大量泡沫、活性污泥膨胀、流失，COD去除效率降低，造成处理成本升高，甚至排水超标污染环境。

某PTA 化工厂废水采用厌氧+两段好氧的AO 处理工艺，其中厌氧处理采用UASB 上流式厌氧反应器，前期运行遭遇多种生化处理冲击，在系统调理后COD 去除率稳定在85%～89%。本文综合该PTA 化工厂废水处理的运行情况，找出引起UASB 系统生化受冲击的主要因素，并采取相应措施。

1 生化处理冲击因素

1.1 pH的冲击

pH 是厌氧处理重要影响因素之一。UASB 的pH 一般控制在6.8～7.2，超出范围将影响厌氧菌的活性，降低COD 的去除率。一旦遇PTA 生产装置故障大量排放酸水，对UASB 系统造成pH 的冲击，通常采取加大碱液用量的措施。但因废水内含大量醋酸，甲烷菌将选择易分解的醋酸根，而非难降解的高分子有机物。此时UASB 的COD 去除率和甲烷气产量大幅提高，但随着水质恢复正常，系统内甲烷菌一时无法适应，TA、P-TOL 酸去除率随之下降，期间增加了好氧处理负担。

1.2 高温的冲击

中温厌氧消化的最适宜温度36～38℃，若低于32℃或高于40℃厌氧去除效率将明显降低。水温高出生长温度上限、则导致细菌死亡；当温度恢复后细菌活性也不能恢复。而当温度降低时、细菌则会逐渐停止或减弱其代谢活动并处于休眠状态。其生命力可维持相当长时间，当温度上升至其原来温度时，细菌活性很快恢复。因而厌氧反应器在实际运行中应避免温度超过生长温度上限。建议在废水预处理系统配置充分的温度调节设施，不仅能够降温，还要保证冬天预热，使UASB 系统的进水温度在适宜的范围内。如图1所示。

1.3 高浓度有机负荷的冲击

厌氧处理系统正常运转取决于产酸与产甲烷反应速率的相对平衡。PTA 生产装置碱洗或停车检修时，将排放大量的高浓度有机废水，COD 浓度高达10 000～40 000mg/l。高浓度有机负荷冲击将使UASB 中产酸率大于用酸率（产甲烷率）、挥发酸积累而使pH 下降、破坏产甲烷阶段的正常运行，严重时产甲烷菌停顿、系统酸败并难以恢复。此时应最大化发挥 预处理系统的储存及均质功能，增加UASB 自身循环量，控制进水COD负荷、上升流速（出水SS浓度≤400×10-6为准）、保证营养盐、投加小苏打、购买消化污泥等方法，使UASB系统尽快恢复。

图1 温度对甲烷菌活性影响

1.4 有毒有害物质的冲击

PTA 废水水质组成较简单，适应了简单成分的厌氧菌对有毒有害物质反应尤其敏感，即使含量不高也可能造成厌氧菌中毒。生化受到冲击的表现为UASB 去除率下降、甲烷气产量下降、出水总碱度低、曝气池溶解氧迅速上升，而后污泥膨胀流失。主要的有毒有害物质为热媒、Co、Mn、Cl 等。

1.4.1 热媒的冲击

热媒是聚酯生产装置所用导热油，是联苯与联苯醚的混合物，具有特殊刺激性气味的危险可燃物（毒性LD50：3 370mg/kg 口服-大鼠），对厌氧菌有抑制及毒害作用，在微量的情况下也导致厌氧菌中毒，颗粒污泥破碎及流失。热媒冲击多发生在聚酯生产装置汽提故障或热媒设备泄漏时。该厂曾接收少量聚酯废水进入UASB，短期内出现UASB 大量污泥流出，出水伴随大量气泡。停止接收聚酯废水一段时间后异常情况消失。后对该股聚酯废水进行分析，发现其中含有“Dowtherm RP”，对厌氧菌产生明显抑制毒害作用。建议引入其他废水前，首先做好定性定量分析，进行污泥的再驯化。

1.4.2 钴、锰的冲击

PTA 生产中将醋酸钴、醋酸锰作为对二甲苯（PX）氧化反应时的催化剂，在PTA 氧化工段开、停车或发生异常时，排出的废水可能含有较高的钴和锰。少量的钴和锰对UASB系统厌氧菌活性有提升作用，但含量过高时会抑制厌氧菌活性。有实验数据表明，钴、锰质量浓度分别大于200mg/L 和100mg/L 时，厌氧菌对有机物的降解能力降低，甲烷气产量下降。所以在UASB 运行过程中需对进水的钴、锰含量加以控制，必要时对进水进行稀释或加入适量草酸，将钴、锰沉淀去除。

1.4.3 氯离子的影响

氯离子对于甲烷菌具有一定的毒害抑制作用，当氯离子浓度大于2 000mg/L 时，细菌的活性将受到抑制，COD 去除率明显下降。该厂前期使用HCl 中和pH，但UASB 的效率一直无法提升，改用H2SO4后情况得到改善，效率提升很快。

2 控制冲击的对策

2.1 提高预处理的调节功能

正常情况下，预留预处理存放空间，以备生产异常的排放，充分发挥预处理调节作用；自来水中TA 能够在预处理部分最大限度地回收，降低后续处理的负荷；将可能影响生化处理的因素，如异常停车的碱洗水、有毒有害物质等隔离储存，分批处理；选择合适的换热设备，并经常对其进行清洗以保证UASB 进水温度。必要时增设事故池扩大存放容积，增加对自来水的缓冲能力以保证废水的均质效果，使预处理出水保持相对稳定。

2.2 严格控制UASB工艺参数

控制UASB 系统进水负荷，COD 浓度一般在5 000mg/L以下，进水温度控制在35～38℃，pH 控制6.8～7.2，上升流速一般不大于0.7m/h，防止污泥流失、实时监控出水的pH、悬浮物、总碱度与挥发酸比值大于8为宜。

上述参数应根据实际运行情况进行调整，以找出最佳运行参数，稳定运行。

2.3 放流水回流

经生化处理后的放流水具有有机物浓度低，碱度高、温度较稳定的特点。使用放流水回流对UASB 的进水进行水质调节，具有以下优点：①有机物浓度低，可稀释进水有机物浓度，减少高负荷冲击概率；②较高的碱度可中和酸性水，调节进水pH，节省了大量碱，并极大地增加厌氧反应器缓冲能力，防止UASB 酸化；③较高的碱度有助于污泥颗粒化进程及颗粒污泥产甲烷活性提高；④放流水的温度较稳定，一般较进水温度低，可起到进水降温的作用，避免投加其他水源，节省大量水资源。

将放流水回流引入UASB 在实际应用中，不但优化了系统工艺，同时能取得较为可观的经济效益。

2.4 及时补充消化污泥

UASB 系统内自身污泥增殖速度缓慢，在发生高温、高负荷、毒性物质等生化冲击时，颗粒污泥会大量分解、随出水流失，系统往往需要很长时间才能恢复。此时，若能补充厌氧污泥或消化污泥将有助于UASB 系统尽快恢复，如生活污水厂的消化污泥、啤酒厂等厌氧污泥，及时提高污泥浓度，进行有步骤驯化，尽快恢复其处理能力。有条件可自行设计污泥消化系统，对好氧剩余污泥进行消化处理，不但解决UASB补泥问题，又节约污泥处理成本。

2.5 颗粒污泥驯化

颗粒污泥是UASB 反应器运行的基础，其高效稳定运行取决于颗粒污泥的数量、沉降效果，菌群种类、活性等因素。具有良好沉降性的颗粒污泥不易流失；颗粒污泥的数量、菌群种类及其产甲烷活性决定了UASB 的处理效率和对生化冲击的抵抗能力。选择正确的接种污泥及泥量有助于污泥颗粒化进程，一般不低于10kgVSS/m3反应器容积。

颗粒污泥的形成离不开尿素、磷酸、以及微量元素等营养成分，N/P 投加量与进水负荷成正比（投加量通常以放流水出水达到排放标准即可）。微量元素的补充选择主要组分为钾、硫、铁、锌、钙、镁、钼、铜、镍等的微营养剂，比例约为：CODcr∶ N∶P∶K∶S∶Fe∶Zn∶Ni=100∶1∶0.15∶0.12∶0.12∶ 0.03 ∶0.0015 ∶0.0015。此外，厌氧污泥对钴、锰也有一定的需求，但PTA 氧化反应产生的废水中含有一定量的钴、锰，因此，微营养剂中无须加入该种物质。

硫对颗粒污泥的形成有着重要作用，但过量的S 与H 结合产生H2S，是易燃、剧毒、酸性气体，有腐蚀设备和易燃易爆的安全隐患，同时对人体健康造成影响。因此在实际操作中，应合理控制S 的投加量。在设计过程中，确保气体管线及储气槽的气密性、设置气体报警仪是避免上述问题的有效措施。

该厂经过长期摸索、系统调试驯化，UASB 处理效率稳定在85%至89%，容积负荷达到6kg/（m3·d），日处理COD 75t以上，最大达120t，甲烷气产量1 000～1 500m3/h。取UASB 底部污泥观察，已形成颗粒污泥，粒径1～1.5mm，呈不规则的椭圆形，刚取出时污泥产生大量CH4气泡。

3 结论

PTA 厂废水处理所受的冲击因素多，恢复时间长，但对其冲击是可预防的、可控的。充分发挥预处理缓冲及均质功能，控制好系统进水浓度及各种工艺参数，波动幅度不宜过大，必要时增加水质监测分析；投加必需的微量元素，特别是硫的投加可促使污泥颗粒化；引放流水回流至厌氧系统，可起到调节水质、水温、pH、增加系统缓冲能力的作用，节约碱和水资源。自建污泥消化池，不但减少剩余污泥量，还可向UASB 系统持续提供厌氧消化污泥，保持并提高UASB 处理效率。不但要有控制冲击的对策，而且要完善日常设备的巡检及维护保养制度，加强员工培训，提高突发事故的应急处理措施。通过以上要求操作，可满足工艺稳定运行，处理水达标排放。