李振峰
（天津石化公司，天津 300271）

　　摘 要：介紹了天津石化公司利用原有接觸氧化沉淀池改造為厭氧UASB+AF預處理裝置，進行處理PTA廢水的生產性試驗，裝置運行穩定可靠。成功的培養馴化了厭氧顆粒污泥，形成的污泥床顆粒化程度高。試驗中采用的新型填料較好地克服了填料堵塞的問題，且使掛膜厚而均勻。
　　關鍵詞：厭氧；UASB+AF工藝；PTA廢水

1 前言

　　厭氧處理污水是利用厭氧微生物的代謝特征，在無須提供外源能量的條件下，以被還原有機物作為受氫體，產生具有能源價值的甲烷。它具有水解能力強、容積負荷高、去除率高、節約能源、產泥量低等特點，是現代廢水處理先進的工藝之一。
　　國內在處理PTA廢水采用比較廣泛的厭氧UASB工藝與國外厭氧UASB+AF技術亦存在很大差距。主要差別見表1。

表1國內厭氧工藝與國外厭氧工藝的區別

　　鑒于以上分析，為節約能耗、物料，大幅降低污水處理成本，我們決定開始進行UASB+AF處理污水工藝的試驗性研究及開發工作。
　　厭氧反應器是厭氧工藝的核心裝置。為節約資金，我們決定利用現有條件，將原有的接觸氧化沉淀池改造為厭氧反應器。將進水方式改為從底部進水，出水經出水堰溢流。污泥床初步形成后，向反應器中投入梅花形懸浮填料。由于填料為懸浮狀態，我們用鋼筋網子將其封在液面以下。工藝流程圖如圖1。

圖1　 厭氧實驗工藝流程圖

2 UASB+AF反應器的啟動

　　PTA是制造聚酯纖維、薄膜、絕緣漆的重要原料。由于PTA生產的特點，使得排出廢水在流量、COD、pH值及含固體量等方面都有大幅波動。其BOD/COD比在0.5左右，可生化性較好。廢水的氨氮、油含量低。水質偏酸性。其水量、水質及主要成分見表2和表3。

表2　 PTA廢水的水量、水質

表3　 PTA廢水的主要成分

　　從國內外運行的經驗來看：PTA來水水質、水量變化較大，對裝置沖擊大；TA含量高，占COD成分大，而TA難于降解，這就加大了處理難度。
　　總結以往運行的經驗，我們認為，利用好氧污泥的活性直接進行厭氧培養，其過程緩慢，污泥較易流失。因此，我們利用閑置氧曝系統首先進行污泥消化，儲備消化污泥。
　　全部改造完成后，開始向反應器內調泥。為防止污泥流失，初期在池中投加了聚合氯化鋁及聚丙烯酰胺，以促進污泥床的形成。將消化污泥投入反應器后，試驗初期采用較小水力負荷，并采用間歇進水的運行方式，這樣就較好地保證了污泥床的形成。待污泥逐步適應廢水的特性后，加大負荷，采用連續運行方式，并開始部分回流。同時向進水投入NaOH調節pH值。由于pH的提高和采用高水力負荷的攪拌方式，反應器中輕質污泥被大量的帶走，在促進污泥顆粒化的同時又改善了產氣菌的生存環境，促進其生長。反應器中存在的大量懸浮填料在高水力負荷的條件下，起到了截流污泥的作用，防止了污泥過度流失，同時還起到了三相分離器的作用，使污泥與水、氣在填料層可部分分離。3個月后，污泥床開始變黑，池中開始部分產氣。
　　隨著輕質污泥的不斷洗出，池中污泥量減小，而系統的自我平衡能力不強，因此我們從氧曝裝置又多次調入厭氧消化污泥，以保證池中污泥的濃度，并促進顆粒污泥的逐步形成。經過一段時間的運行，取污泥樣可見直徑2 ～ 3 mm的顆粒污泥，其表面光滑，可沉降性能良好。在此過程中產氣量不斷增大，去除率不斷提高，啟動基本結束。

3 UASB+AF反應器的運行

　　在初期，系統采用較低負荷，以利于厭氧菌的形成。系統啟動成功后，開始提高負荷。
　　顆粒污泥的形成過程稱之為顆粒污泥化，是UASB+AF反應器啟動成功的重要標志之一。顆粒污泥具有很好的沉降性能，在產氣量和上流速度較高的條件下仍能保留在UASB+AF反應器內，使反應器能夠保持高濃度的厭氧污泥。
　　為保證厭氧污泥的顆粒化，在啟動階段投入大量的消化污泥，初始階段平均達15 g/L。之后又多次向池中調入消化污泥。
　　污泥床形成后，在運行期間，大量的輕質污泥在水利攪拌的作用下隨出水水流溢出，而在留下的污泥中開始產生了顆粒污泥。取8米污泥樣可以看到，隨著時間的推移顆粒污泥的含量不斷增加，通過實物放大鏡看到密實程度也不斷加大。接近液面淺層的污泥量不斷減少，而深層的顆粒污泥變化幅度較小。
　　觀察反應器液面可見：在此負荷下，產氣量很大，氣體的釋放強度和頻率很大，液面就象水在沸騰狀態，氣體的向上升不時帶動水中顆粒污泥向上運動，由于顆粒污泥的沉降性能良好，其又不斷沉入池中。這些都充分證明了UASB+AF反應器已達到成熟階段，系統運行良好。由于原水的濃度和預想的有一定的差距，因此在一定的水力負荷下，提高容積負荷難度較大。
　　實驗初期，由于反應器負荷較低，從氧曝裝置調入的消化污泥已對原水有了較強的適應性，在污泥床上形成了活性絮狀污泥層。廢水流經填料層時，由于填料具有較大的比表面積和空隙率（比表面積接近100 m²/m³，空隙率接近95%），微生物很快就附著在填料表面生長，填料掛膜迅速。反應器高度達8米，沿反應器深度COD_Cr濃度呈現梯度變化，因此微生物膜的降解特性各自不同。
　　填料的選擇對UASB+AF工藝的運行具有至關重要的影響。在填料層底部靠近進水一端，由于廢水濃度大，微生物增殖較快，因此污泥濃度大。濃度大的廢水在反應器內沿高度有較大的濃度梯度，從而使污泥的增殖更加不平衡。另外，PTA廢水中含有大量TA渣，如果濾床的空隙率小則更易造成堵塞。試驗中我們采用了專利產品—梅花形多孔面盤狀懸浮填料，很好地克服了濃度差異和TA渣造成的堵塞問題。試驗中填料層沒有出現短流現象，而且填料掛膜迅速，污泥含量均勻。
　　從濾床取得的填料看，整個填料掛膜厚而均勻，生物膜經鏡檢含有大量絲狀菌。

4 試驗數據分析及主要參數的控制。

　　穩定階段的運行數據見表4。
　　從試驗數據可以看出：運行的平均容積負荷3.9 kgCOD_Cr/(m³·d)，平均去除率40%。受試驗進水濃度偏低的限制，在穩定運行階段只能靠提高進水水量的方式提高負荷，運行時的最高負荷已接近5.3 kgCOD_Cr/(m³·d)，在停留時間僅為22.9小時的情況下，去除率還保持在40%以上。
　　溫度是影響微生物厭氧反應的重要因素之一。一般來講，溫度每上升10度反應速度就大約增加2 ～ 4倍。大多厭氧采用中溫發酵。由于前方廠來水的溫度在25℃左右（夏季偏高一些）而中溫在35℃比較適宜，來水與之相比偏低，所以我們在泵的集水井處通入蒸汽進行加熱，使溫度控制在35℃左右。
　　試驗初期，由于沒有蒸汽加熱，因此溫度在22℃左右，產氣量明顯偏低。試驗運行中我們又進行了比較，溫度在32℃與在37℃相比，產氣量還有明顯的區別。如果產甲烷氣體能得到收集，其所產生的熱量完全可以等同于蒸汽的熱量。
　　經過多次的驗證，pH值對厭氧運行的成功與否起至關重要的作用。原水不加堿，產氣菌很難生成，因此也就無去除率而言。試驗證明，產氣菌對pH值的最佳活性范圍在6.8～7.5之間。
　　產酸菌的過量繁殖也易造成pH的過度下降，從而抑制產氣菌的生長，因而在系統沒穩定運行之前過高的提高負荷是不宜的。從運行的經驗分析，采用回流是必要的。回流可以起到緩沖pH的作用，也可以在相同負荷時加大水力負荷，利于污泥顆粒化。

5 結論

　　厭氧UASB+AF工藝與接觸氧化預處理工藝相比，在處理高濃度廢水方面的效益十分顯著。而從實際運行情況來看，和接觸氧化預處理相比，厭氧處理法具有占地面積小（約為接觸氧化法的1/3）、能耗低、設備少、工藝運行簡單等優點，而且基本沒有剩余污泥產生，管理方便。
　　從污水處理系統工藝運行優化的角度考慮，如果采用厭氧預處理工藝代替現行接觸氧化法，可節約大量運行費用。由于沒有剩余污泥產生，每年還可減少污泥處理費用近100萬元。而且，采用厭氧預處理工藝可以提高有機廢水的可生化性，增強系統的抗沖擊性，更利于二級純氧曝氣處理的正常運行，使二沉池出水水質穩定，完全達到國家排放標準。

表4　 試驗穩定階段數據

參考文獻

[1] 賀延齡編. 廢水的厭氧生物處理. 北京: 中國輕工業出版社, 1998.
四、 唐受印編. 水處理工程師手冊. 北京: 化學工業出版社, 2000.