生物流化床處理乙二醇廢水的工業(yè)試驗研究

史丹妮

( 中國石化上海石油化工股份有限公司環(huán)保水務部，200540)

乙二醇是化纖企業(yè)生產(chǎn)聚酯的重要原料。由于乙二醇生產(chǎn)過程中排放大量高濃度有機污水，單獨采用好氧法處理很難直接達到排放標準，因此目前企業(yè)大多采用活性污泥曝氣或氧化溝預處理后，再進入總的污水處理廠處理。但此種方法的缺點是占地面積較大。

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)在2003 年將產(chǎn)能180 kt/a 的乙二醇裝置擴建到220 kt/a，同時新建產(chǎn)能380 kt/a 乙二醇裝置。原裝置污水處理能力要求為50 t/h，處理后的污水化學需氧量(COD)不超過500 mg/L。改、擴建后污水處理量為80 t/h，預處理的污水COD 達到800 mg/L 左右。為了緩解超標污水對后續(xù)深度處理流程可能產(chǎn)生的影響，必須要擴建污水處理廠或采用新的工藝以確保污水中COD 不超過500 mg/L。而采用原有技術(shù)進行擴建的方案，因受到占地面積大的條件限制而難以實施，因此采用新技術(shù)對原污水處理裝置進行工藝改造成為唯一的選擇。

生物流化床反應器是一種氣、液、固并存，且處于高速內(nèi)循環(huán)流化狀態(tài)下的反應器形式。其中流化床內(nèi)的懸浮物，既有附著生物膜的固體顆粒，又有活性污泥菌膠團，是一種活性污泥和生物膜的結(jié)合形式［1］。為了使處理后乙二醇廢水COD不超過500 mg/L，本次工業(yè)試驗選擇了生物流化床反應器。

1 廢水來源及水質(zhì)要求

乙二醇裝置污水中主要含有鈉鹽、乙二醇、微量乙醛及堿等污染物。其水質(zhì)特征及來源見表1。

表1 乙二醇污水特征與來源

乙二醇污水的水量為55 ～80 m3/h，其主要污染物是COD，5 日生物化學需氧量(BOD5)與COD 比值在0.4 ～0.6 之間，可生化性較好。根據(jù)乙二醇污水水質(zhì)情況，確定試驗裝置進水COD為1 000 ～4 000 mg/L，處理后的污水COD 不超過500 mg/L，具體數(shù)值見表2。

表2 污水處理實驗裝置進、出水水質(zhì)

2 工藝介紹

2.1 乙二醇污水處理系統(tǒng)試驗流程

乙二醇生產(chǎn)裝置排放的污水首先進入水解酸化池，然后進入預曝氣池，再進入氧化溝，處理后 的污水送至下游總污水處理場(見圖1)。

圖1 乙二醇污水現(xiàn)有處理/試驗流程

乙二醇污水處理試驗系統(tǒng)及流程見圖1 虛線部分，從水解酸化池引出一部分污水進入試驗系統(tǒng)，污水首先進入均質(zhì)水解罐，然后進入生物流化床反應器，經(jīng)生化處理后，排至氧化溝出水管線。

2.2 流化床工藝流程

大型生物流化床處理乙二醇污水工業(yè)試驗裝置主要包括均質(zhì)水解罐、生物流化床、加藥罐和空氣壓縮機，工藝流程如圖2 所示。來自水解酸化池的乙二醇污水，由污水泵提升到均質(zhì)罐，經(jīng)酸化水解反應后，污水溢流至生物流化床進行生化降解，處理后的水排至氧化溝出水管線。加藥罐中按要求配制的營養(yǎng)液，由加藥泵送入生物流化床反應器。反應需要的空氣由空氣壓縮機從底部風線輸入反應器。

圖2 試驗工藝流程

3 試驗情況

3.1 運行情況

試驗開始前先進行2 天連續(xù)運行，對流化床的進出水、進氣、內(nèi)部流化狀態(tài)以及加藥系統(tǒng)、水泵及流量計、計量表進行調(diào)試，使其滿足試驗要求。

生物流化床啟動階段是通過培養(yǎng)生物膜，使反應器達到一定的有機物去除率。首先向反應器中投加載體及一定量取自總污水處理場的污泥，另外投加營養(yǎng)液和特種菌，然后通入污水和空氣進行悶曝培養(yǎng)，3 天后連續(xù)進水，水停留時間(HRT)為10 ～15 h。在啟動運行約15 d 后，可發(fā)現(xiàn)多數(shù)載體的表面附著了生物膜，此外還發(fā)現(xiàn)了鐘蟲、累枝蟲等原生動物附著在生物膜表面。隨著載體表面生物膜的逐漸形成，生物數(shù)量也逐漸增加，在運行20 d 后，載體上生物膜已成熟，在宏觀上表現(xiàn)為生物流化床去除有機物的效率達到較高水平。

3.2 運行結(jié)果

3.2.1 COD 處理效果

生物流化床在進水量達到負荷后，連續(xù)穩(wěn)定運行2 個多月，在pH 為5.0 ～13.0，反應溫度為20 ～38 ℃操作條件下，在進水COD 為1 000 ～3 000 mg/L 的情況下，處理后污水的COD 小于500 mg/L，COD 去除率達到89%，且對COD 波動沖擊具有很好的適應性。生物流化床連續(xù)運行處理COD 的效果如圖3 所示。

分析至此，我們發(fā)現(xiàn)整個文章根本就是一個悖論的集合體：騎桶者非借煤不可，但他實際上內(nèi)心深處不想借煤；騎桶者強烈地需要溫暖，但他實際上好像更渴望寒冷；騎桶者明明對世界充滿了恐懼與無力感，但他對世界與內(nèi)心的敘述與認識卻又干脆有力?？纯唇Y(jié)尾吧，表面上看，他說自己是被老板娘用圍裙給扇飛的，而且對老板娘充滿了憤怒，但最后一句話卻是這樣說的：就這樣，我浮升到冰山區(qū)域，永遠消失，不復再見。這句話說得鏗鏘有力，分明流露出如釋重負的輕松與絕決：他再也不用和他人見面了，他終于獲得了徹底的輕盈！他無所依附的尊嚴終于擺脫了一切源于沉重肉身的牽累，他從惡夢一般無所不在的屈辱與恐懼中走出來獲得了完全的尊嚴。

圖3 COD 去除效果

3.2.2 容積負荷

容積負荷即為每立方米池容積每日負擔的有機物量，去除容積負荷即為每立方米池容積每日去除的有機物量。生物流化床中，若S1、S2分別表示為進、出水COD 值，Q 為裝置處理量，V 為裝置體積，則生物流化床的COD 投配容積負荷(N′V)=Q×S1/V，去除容積負荷(NV)=Q ×(S1-S2)/V。本次實驗的生物流化床NV 試驗情況如圖4 所示。

圖4 COD 去除容積負荷

由圖4 可見:生物流化床的平均COD NV 為3.1 kg/(m3·d)。裝置運行時的最大COD N′V可達6.0 kg/(m3·d)，表明它對COD 有較高的容納和抗沖擊能力。

生物流化床N′V 和NV 的關(guān)系如圖5。

圖5 N′V 與NV 關(guān)系

NV 隨N′V 的增大而增大，且NV 與N′V 之間大致成正比關(guān)系，根據(jù)試驗結(jié)果采取回歸的方法得出其正比例關(guān)系為:NV =0.829N′V，NV 與N′V之間呈線性關(guān)系，表明在此負荷范圍內(nèi)，反應器尚有潛力。

3.2.3 生物流化床與傳統(tǒng)活性污泥法比較

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對比生物流化床與傳統(tǒng)活性污泥法運行數(shù)據(jù)見表3。

表3 生物流化床與傳統(tǒng)活性污泥法工藝比較

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

生物流化床反應器在運行時反應器內(nèi)部的氣-液-固三相處于高速均勻流化狀態(tài)，這不僅使系統(tǒng)的傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞效率增強，而且使生物膜表面不斷更新，保持與溶解氧及營養(yǎng)介質(zhì)的充分接觸，使微生物活性及代謝功能大大增強，是一種反應效率較高的反應器形式。這種反應器可實現(xiàn)污水處理的裝置化、集成化，占地面積少，投資省、操作費用低等特點，與傳統(tǒng)的氧化溝法相比具有一定的優(yōu)勢［2］。氧化溝法與生物流化床2 種工藝預處理乙二醇污水的工業(yè)試驗成本對比見表4。

表4 氧化溝工藝與生物流化床污水處理成本對比

現(xiàn)有氧化溝工藝乙二醇污水預處理成本(人工成本除外)為0.88 元/t，生物流化床乙二醇污水工業(yè)試驗預處理成本為0.71 元/t(人工成本除外)。生物流化床比傳統(tǒng)工藝方法氧化溝運行處理費用節(jié)約0.17 元/t。

5 結(jié)論

(1)試驗確定了生物流化床處理乙二醇污水工藝最佳運行參數(shù)為pH 5.5 ～10.5，溫度25 ～30℃。在進水COD 為1 000 ～3 000 mg/L，處理后的污水COD 低于500 mg/L，COD 去除率可達到89%。

(2)生物流化床運行時的平均COD NV 為3.1 kg/(m3·d)，是傳統(tǒng)活性污泥法平均NV 的4 倍。該裝置最大COD NV 達6.0 kg/(m3·d)，充分表明該反應器較高的處理效率。

(3)試驗表明采用生物流化床處理乙二醇污水效率高、能耗少，并且產(chǎn)泥量少，減少了固體廢棄物的二次污染。

(4)生物流化床實現(xiàn)了污水處理的裝置化、集成化、占地面積小，操作費用低，處理效果好，抗沖擊能力強。

［1］ 劉獻玲，張建成，曹玉紅，等.煉油廢水生物流化床處理工業(yè)應用研究［J］.現(xiàn)代化工，2005(3):53 -55.

［2］ 李春華，張洪林. 生物流化床法處理廢水的研究與應用進展.環(huán)境技術(shù)，2002，(4):27 -32.