UASB處理PTA廢水的影響因素與對策

林昌偉

（廈門翔鷺化纖股份有限公司，福建廈門 361026）

PTA 廢水具有產(chǎn)生量大、成分復雜、COD 濃度高、pH 交替變化大、溫度高等特點，尤其在生產(chǎn)非正常停車時，排放的大量有毒有害物質會對廢水處理系統(tǒng)造成沖擊。使厭氧系統(tǒng)酸化、甲烷氣產(chǎn)量下降、出水COD 大幅上升，進而影響后續(xù)工藝：好氧系統(tǒng)產(chǎn)生大量泡沫、活性污泥膨脹、流失，COD去除效率降低，造成處理成本升高，甚至排水超標污染環(huán)境。

某PTA 化工廠廢水采用厭氧+兩段好氧的AO 處理工藝，其中厭氧處理采用UASB 上流式厭氧反應器，前期運行遭遇多種生化處理沖擊，在系統(tǒng)調理后COD 去除率穩(wěn)定在85%～89%。本文綜合該PTA 化工廠廢水處理的運行情況，找出引起UASB 系統(tǒng)生化受沖擊的主要因素，并采取相應措施。

1 生化處理沖擊因素

1.1 pH的沖擊

pH 是厭氧處理重要影響因素之一。UASB 的pH 一般控制在6.8～7.2，超出范圍將影響厭氧菌的活性，降低COD 的去除率。一旦遇PTA 生產(chǎn)裝置故障大量排放酸水，對UASB 系統(tǒng)造成pH 的沖擊，通常采取加大堿液用量的措施。但因廢水內(nèi)含大量醋酸，甲烷菌將選擇易分解的醋酸根，而非難降解的高分子有機物。此時UASB 的COD 去除率和甲烷氣產(chǎn)量大幅提高，但隨著水質恢復正常，系統(tǒng)內(nèi)甲烷菌一時無法適應，TA、P-TOL 酸去除率隨之下降，期間增加了好氧處理負擔。

1.2 高溫的沖擊

中溫厭氧消化的最適宜溫度36～38℃，若低于32℃或高于40℃厭氧去除效率將明顯降低。水溫高出生長溫度上限、則導致細菌死亡；當溫度恢復后細菌活性也不能恢復。而當溫度降低時、細菌則會逐漸停止或減弱其代謝活動并處于休眠狀態(tài)。其生命力可維持相當長時間，當溫度上升至其原來溫度時，細菌活性很快恢復。因而厭氧反應器在實際運行中應避免溫度超過生長溫度上限。建議在廢水預處理系統(tǒng)配置充分的溫度調節(jié)設施，不僅能夠降溫，還要保證冬天預熱，使UASB 系統(tǒng)的進水溫度在適宜的范圍內(nèi)。如圖1所示。

1.3 高濃度有機負荷的沖擊

厭氧處理系統(tǒng)正常運轉取決于產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷反應速率的相對平衡。PTA 生產(chǎn)裝置堿洗或停車檢修時，將排放大量的高濃度有機廢水，COD 濃度高達10 000～40 000mg/l。高濃度有機負荷沖擊將使UASB 中產(chǎn)酸率大于用酸率（產(chǎn)甲烷率）、揮發(fā)酸積累而使pH 下降、破壞產(chǎn)甲烷階段的正常運行，嚴重時產(chǎn)甲烷菌停頓、系統(tǒng)酸敗并難以恢復。此時應最大化發(fā)揮 預處理系統(tǒng)的儲存及均質功能，增加UASB 自身循環(huán)量，控制進水COD負荷、上升流速（出水SS濃度≤400×10-6為準）、保證營養(yǎng)鹽、投加小蘇打、購買消化污泥等方法，使UASB系統(tǒng)盡快恢復。

圖1 溫度對甲烷菌活性影響

1.4 有毒有害物質的沖擊

PTA 廢水水質組成較簡單，適應了簡單成分的厭氧菌對有毒有害物質反應尤其敏感，即使含量不高也可能造成厭氧菌中毒。生化受到?jīng)_擊的表現(xiàn)為UASB 去除率下降、甲烷氣產(chǎn)量下降、出水總堿度低、曝氣池溶解氧迅速上升，而后污泥膨脹流失。主要的有毒有害物質為熱媒、Co、Mn、Cl 等。

1.4.1 熱媒的沖擊

熱媒是聚酯生產(chǎn)裝置所用導熱油，是聯(lián)苯與聯(lián)苯醚的混合物，具有特殊刺激性氣味的危險可燃物（毒性LD50：3 370mg/kg 口服-大鼠），對厭氧菌有抑制及毒害作用，在微量的情況下也導致厭氧菌中毒，顆粒污泥破碎及流失。熱媒?jīng)_擊多發(fā)生在聚酯生產(chǎn)裝置汽提故障或熱媒設備泄漏時。該廠曾接收少量聚酯廢水進入UASB，短期內(nèi)出現(xiàn)UASB 大量污泥流出，出水伴隨大量氣泡。停止接收聚酯廢水一段時間后異常情況消失。后對該股聚酯廢水進行分析，發(fā)現(xiàn)其中含有“Dowtherm RP”，對厭氧菌產(chǎn)生明顯抑制毒害作用。建議引入其他廢水前，首先做好定性定量分析，進行污泥的再馴化。

1.4.2 鈷、錳的沖擊

PTA 生產(chǎn)中將醋酸鈷、醋酸錳作為對二甲苯（PX）氧化反應時的催化劑，在PTA 氧化工段開、停車或發(fā)生異常時，排出的廢水可能含有較高的鈷和錳。少量的鈷和錳對UASB系統(tǒng)厭氧菌活性有提升作用，但含量過高時會抑制厭氧菌活性。有實驗數(shù)據(jù)表明，鈷、錳質量濃度分別大于200mg/L 和100mg/L 時，厭氧菌對有機物的降解能力降低，甲烷氣產(chǎn)量下降。所以在UASB 運行過程中需對進水的鈷、錳含量加以控制，必要時對進水進行稀釋或加入適量草酸，將鈷、錳沉淀去除。

1.4.3 氯離子的影響

氯離子對于甲烷菌具有一定的毒害抑制作用，當氯離子濃度大于2 000mg/L 時，細菌的活性將受到抑制，COD 去除率明顯下降。該廠前期使用HCl 中和pH，但UASB 的效率一直無法提升，改用H2SO4后情況得到改善，效率提升很快。

2 控制沖擊的對策

2.1 提高預處理的調節(jié)功能

正常情況下，預留預處理存放空間，以備生產(chǎn)異常的排放，充分發(fā)揮預處理調節(jié)作用；自來水中TA 能夠在預處理部分最大限度地回收，降低后續(xù)處理的負荷；將可能影響生化處理的因素，如異常停車的堿洗水、有毒有害物質等隔離儲存，分批處理；選擇合適的換熱設備，并經(jīng)常對其進行清洗以保證UASB 進水溫度。必要時增設事故池擴大存放容積，增加對自來水的緩沖能力以保證廢水的均質效果，使預處理出水保持相對穩(wěn)定。

2.2 嚴格控制UASB工藝參數(shù)

控制UASB 系統(tǒng)進水負荷，COD 濃度一般在5 000mg/L以下，進水溫度控制在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、實時監(jiān)控出水的pH、懸浮物、總堿度與揮發(fā)酸比值大于8為宜。

上述參數(shù)應根據(jù)實際運行情況進行調整，以找出最佳運行參數(shù)，穩(wěn)定運行。

2.3 放流水回流

經(jīng)生化處理后的放流水具有有機物濃度低，堿度高、溫度較穩(wěn)定的特點。使用放流水回流對UASB 的進水進行水質調節(jié)，具有以下優(yōu)點：①有機物濃度低，可稀釋進水有機物濃度，減少高負荷沖擊概率；②較高的堿度可中和酸性水，調節(jié)進水pH，節(jié)省了大量堿，并極大地增加厭氧反應器緩沖能力，防止UASB 酸化；③較高的堿度有助于污泥顆粒化進程及顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性提高；④放流水的溫度較穩(wěn)定，一般較進水溫度低，可起到進水降溫的作用，避免投加其他水源，節(jié)省大量水資源。

將放流水回流引入UASB 在實際應用中，不但優(yōu)化了系統(tǒng)工藝，同時能取得較為可觀的經(jīng)濟效益。

2.4 及時補充消化污泥

UASB 系統(tǒng)內(nèi)自身污泥增殖速度緩慢，在發(fā)生高溫、高負荷、毒性物質等生化沖擊時，顆粒污泥會大量分解、隨出水流失，系統(tǒng)往往需要很長時間才能恢復。此時，若能補充厭氧污泥或消化污泥將有助于UASB 系統(tǒng)盡快恢復，如生活污水廠的消化污泥、啤酒廠等厭氧污泥，及時提高污泥濃度，進行有步驟馴化，盡快恢復其處理能力。有條件可自行設計污泥消化系統(tǒng)，對好氧剩余污泥進行消化處理，不但解決UASB補泥問題，又節(jié)約污泥處理成本。

2.5 顆粒污泥馴化

顆粒污泥是UASB 反應器運行的基礎，其高效穩(wěn)定運行取決于顆粒污泥的數(shù)量、沉降效果，菌群種類、活性等因素。具有良好沉降性的顆粒污泥不易流失；顆粒污泥的數(shù)量、菌群種類及其產(chǎn)甲烷活性決定了UASB 的處理效率和對生化沖擊的抵抗能力。選擇正確的接種污泥及泥量有助于污泥顆?；M程，一般不低于10kgVSS/m3反應器容積。

顆粒污泥的形成離不開尿素、磷酸、以及微量元素等營養(yǎng)成分，N/P 投加量與進水負荷成正比（投加量通常以放流水出水達到排放標準即可）。微量元素的補充選擇主要組分為鉀、硫、鐵、鋅、鈣、鎂、鉬、銅、鎳等的微營養(yǎng)劑，比例約為：CODcr∶ N∶P∶K∶S∶Fe∶Zn∶Ni=100∶1∶0.15∶0.12∶0.12∶ 0.03 ∶0.0015 ∶0.0015。此外，厭氧污泥對鈷、錳也有一定的需求，但PTA 氧化反應產(chǎn)生的廢水中含有一定量的鈷、錳，因此，微營養(yǎng)劑中無須加入該種物質。

硫對顆粒污泥的形成有著重要作用，但過量的S 與H 結合產(chǎn)生H2S，是易燃、劇毒、酸性氣體，有腐蝕設備和易燃易爆的安全隱患，同時對人體健康造成影響。因此在實際操作中，應合理控制S 的投加量。在設計過程中，確保氣體管線及儲氣槽的氣密性、設置氣體報警儀是避免上述問題的有效措施。

該廠經(jīng)過長期摸索、系統(tǒng)調試馴化，UASB 處理效率穩(wěn)定在85%至89%，容積負荷達到6kg/（m3·d），日處理COD 75t以上，最大達120t，甲烷氣產(chǎn)量1 000～1 500m3/h。取UASB 底部污泥觀察，已形成顆粒污泥，粒徑1～1.5mm，呈不規(guī)則的橢圓形，剛取出時污泥產(chǎn)生大量CH4氣泡。

3 結論

PTA 廠廢水處理所受的沖擊因素多，恢復時間長，但對其沖擊是可預防的、可控的。充分發(fā)揮預處理緩沖及均質功能，控制好系統(tǒng)進水濃度及各種工藝參數(shù)，波動幅度不宜過大，必要時增加水質監(jiān)測分析；投加必需的微量元素，特別是硫的投加可促使污泥顆粒化；引放流水回流至厭氧系統(tǒng)，可起到調節(jié)水質、水溫、pH、增加系統(tǒng)緩沖能力的作用，節(jié)約堿和水資源。自建污泥消化池，不但減少剩余污泥量，還可向UASB 系統(tǒng)持續(xù)提供厭氧消化污泥，保持并提高UASB 處理效率。不但要有控制沖擊的對策，而且要完善日常設備的巡檢及維護保養(yǎng)制度，加強員工培訓，提高突發(fā)事故的應急處理措施。通過以上要求操作，可滿足工藝穩(wěn)定運行，處理水達標排放。