联合反应器处理精对苯二甲酸废水的研究

精对苯二甲酸(PTA)是化学工业中应用较多的原料之一，能溶于热乙醇，微溶于水。目前，PTA 废水的处理方法有很多，包括物理化学处理法和生物处理法，最初有学者开发研究利用离子交换法、渗透和反渗透技术进行废水处理，但后期由于成本太高而不被采用。物理化学法中酸析、絮凝、过滤等主要应用到预处理当中，由于好氧处理法存在不能够处理较高浓度的废水和污泥膨胀等问题，故不能单独使用。有研究者认为，厌氧法联合好氧法能够高效处理PTA 废水，由厌氧法降低废水中各个物质的浓度，再由活性污泥对废水成分进行深度去除。且厌氧联合好氧技术不仅应用于处理PTA 废水，氨氮废水、制药废水以及生活污水也常应用该种方法。本实验中厌氧反应器选择上流式厌氧污泥床（UASB），好氧反应器选择序批式活性污泥法（SBR），主要考虑到两种反应器分别具有处理效果明显，应用率高且成本低等优势。

1 实验部分

1.1 实验装置

三相分离器是整个UASB 反应器的关键位置，处理过程为PTA 废水经过底部进入填料区和反应区，被活性污泥和微生物降解。UASB 反应器的整体高度是600mm，反应区占整个高度的一半，设置温度通过外部连接水浴锅进行控制，水力停留时间设定为18h。厌氧出水连接好氧反应器SBR，好氧容积为5L，好氧污泥量为23%，可根据实际情况进行调整。

1.2 实验水质

本实验用水为模拟自配废水，通过调节TA、PT、BA 以及其他物质含量，以芳香族化合物作为碳源，来改变PTA 废水COD 浓度，适当加入KH2PO4和NH4Cl，始终保持C∶N∶P之比为(350～400)∶5∶1，其他重要微量元素含量见表1，实验进水将pH 控制在7.0 左右，并保持适当碱度。

表1 试验废水微量元素成分

1.3 实验方法

实验中比较常用的是高效液相色谱法和气相色谱法，TA、PT 等芳香族化合物含量测定都是通过高效液相色谱仪实现，利用梯度洗脱法的流动相选为甲醇、水和乙酸，流速设定1mL·min－1，柱温保持35℃，甲烷含量和挥发性脂肪酸（VFA）则是通过气相色谱法测定。其他实验检测指标和方法见表2。

表2 实验检测指标和方法

2 结果与讨论

2.1 UASB、SBR出水物质的去除情况

试验最终PTA 废水水质COD 浓度预达到6000mg/L，分为三个阶段逐级倍加对苯二甲酸、苯甲酸等成分含量，以实现第一阶段0～60dPTA 废水COD 浓度为2000mg/L，第二阶段60～120d 废水COD 浓度为4000mg/L，以及第三阶段120～180天废水COD 浓度达到6000mg/L，一方面逐渐驯化反应器污泥，另一方面对废水成分变化反应器处理情况进行研究。

第一阶段当系统运行到20d 左右出水各物质含量基本保持不变，UASB 出水COD 浓度为300mg/L、TA 浓度为15mg/L、Pt 酸浓度为35mg/L 以及BA 浓度为1.5mg/L；第二阶段当系统运行到80d 时，厌氧出水各物质含量达到稳定状态，UASB出水COD、TA、Pt 酸、BA 浓度分别为为500mg/L、18mg/L、45mg/L、1.5mg/L；第三阶段当系统运行到150d 时，厌氧出水各物质含量逐渐趋于稳定，UASB 出水COD、TA、Pt 酸、BA浓度分别为为550mg/L、23mg/L、48mg/L、1.8mg/L，PTA废水成分中TA 和Pt 酸属于较难去除的物质，此时SBR 出水COD、TA、Pt 酸浓度分别为为39mg/L、1.6mg/L、28mg/L，BA 出水几乎为0。

进水COD 浓度达到6000mg/L 后，系统出水能够达到国家标准，说明联合反应器能够实现一定负荷下的PTA 废水的去除。

传统的厌氧反应器多采用中温条件处理废水，针对不同成分的废水处理效果有很大差异，本实验中改变厌氧反应器水浴温度为37℃运行190～250 天和42℃运行250～320d，对比出水各项指标，寻找反应器最佳的工作温度。由图1～4 可知，改变系统温度为37℃后，稳定后各指标去除效果相比之前更好一些，UASB 出水COD、TA、Pt 酸、BA 浓度分别为为450mg/L、15mg/L、40mg/L、1.0mg/L，出水COD 浓度去除率为92.5%，SBR 出水指标也略低于35℃；而温度继续升高到42℃后，处理效果不是很理想，UASB 出水COD 去除率由92.5%降为88.3%，这些数据表明，太高温度环境下不适合反应器处理PTA 废水，37℃条件下系统能够具有较大的处理能力，出水各项指标都能达到国家排放标准。

图1 190～320d UASB 出水COD、TA 去除情况

图2 190～320d UASB 出水Pt、BA 去除情况

图3 190～320d SBR 出水COD、TA 去除情况

图4 190～320d SBR 出水Pt、BA 去除情况

2.2 污泥粒径分析

激光粒度分析是生物处理法中比较常见的分析方法，根据不同时期的污泥粒径的不同，结合各项指标的变化趋势，确定污泥处理能力。取自三个温度下稳定状态下的污泥，进行激光粒度分析。由表3 可知，温度为37℃时，污泥的表面积和体积平均粒径较其他两个温度条件翻倍增长，d（0.9）最高，说明此时厌氧反应器内已经形成颗粒污泥，污泥驯化比较成功，而温度升高为42℃，d（0.5）值较高，存在某种冲击力使得污泥被打碎，说明高温不适合污泥的颗粒形成，导致去除率降低。综上所述，当温度为37℃时，污泥驯化效果好，处理效果明显。

表3 污泥粒径的具体参数分析

3 结语

在本实验中，经过逐渐增加PTA 废水负荷，使反应器能够处理COD 浓度为6000mg/L 的PTA 废水，最佳UASB 出水COD、TA、Pt 酸、BA 浓度分别为为550mg/L、23mg/L、48mg/L、1.8mg/L，此时SBR 出水COD、TA、Pt 酸浓度分别为为30mg/L、1.6mg/L、28mg/L，BA 出水几乎为0。后改变反应温度，通过对废水中各项指标检测，得出当厌氧反应器温度为37℃时，联合反应器对PTA 废水处理效果最好，厌氧出水COD、TA、Pt 酸、BA 去除率分别为92.5%、99.3%、96%和99.8%，SBR 出水COD、TA、Pt 酸浓度分别为为25mg/L、0.5mg/L、25mg/L，BA 出水也为0，而此时甲烷、挥发酸和污泥粒径所体现出的数值都能够印证37℃条件下联合反应器的处理能力是最优的。