UASB工艺在PTA废水处理的应用论文
摘要：介绍了UASB工艺处理PTA废水的操作要点，针对UASB工艺处理PTA废水时遇到的问题，提出了具体的解决方法。
关键词：PTA废水处理；UASB；颗粒污泥
厦门某PTA厂废水处理采用了UASB（上流式厌氧反应器）处理技术，其COD去除量75吨以上，去除效率稳定在87%-89%，甲烷气月产量100万立方米左右，污水处理装置的电耗、物耗极低，销售CH4的收入抵扣能物耗的费用后实现盈余。本文就初期启动、工艺参数的控制、操作过程中遇到的问题及对策进行介绍，为PTA废水的厌氧生物处理提供一个成功的案例。
1UASB初期启动
1.1污泥接种
接种污泥的选择是关键，首选同类水质的颗粒污泥，此种污泥驯化时间短，启动快。其次选用其它水质的颗粒污泥。若无颗粒污泥，可用污水处理厂的厌氧消化污泥或养猪场发酵底泥，鸡场的鸡粪亦可，甲烷菌活性高为宜。接种污泥浓度至少不低于10kg/m3反应器容积。在驯化过程中，需间歇补充消化污泥，有条件的建议自建污泥消化池，即可减少剩余污泥的处理量，也可随时为UASB提供厌氧消化污泥，补充产酸化菌、甲烷菌，且该投资回收周期短。
1.2初次启动
1.2.1污泥驯化由于厌氧污泥生长缓慢，驯化时间长。经尝试，在池内投加种泥，并间断投加营养源的驯化方法效果不佳。因此，对于新建工厂，建议厌氧反应器最早开始施工，在主体装置投产前三个月建成，并按实际生产操作模式在厌氧反应器内进行污泥驯化，大大缩短厌氧启动周期。污泥驯化过程中，部分污泥流失是正常现象，但过度的流失会导致系统污泥负荷增加，系统提升进程慢。在驯化过程中不间断地向系统投加厌氧化消化污泥，保证系统的泥量，能极大地提升系统驯化进程。因PTA废水中的TA、p-Tol酸等为厌氧生物难分解性化合物，即污泥需经驯养才能有效分解，驯养的菌种主要以培养具TA分解能力的厌氧菌种为主，同时也培养分解其它基质能力的厌氧菌。
1.2.2启动操作方式初次启动的厌氧反应器，容积负荷不应太高，0.5~2kgCOD/(m3.d)为宜，污泥负荷在0.05~1.0kgCOD/(kgMLSS.d)。随着UASB效率的提升，容积负荷逐渐提升，每次提升0.5kgCOD/(m3.d)为宜。在此期间，增加主要工艺参数的监测频率。上升流速不宜过大，可根据出水中的SS来作调节，以免污泥大量洗出。这一阶段出水的VFA比较高，甚至可达到2000mg/l。要注意进水PH及池内的碱度的控制，PH应保持在7~7.5之间，碱度在800mg/l以上。为防止污泥“酸化”，可对污泥反应区的PH进行监控，当PH<6.5时，立即停止进水，同时加大循环水量。
1.2.3洗泥“洗泥”是污泥驯化的手段、也是最终完成污泥颗粒化的先决条件。接种污泥中含有大量的絮状污泥和分散的细小的解体污泥，既不具备降解有机物的能力，又阻碍污泥颗粒化进程，因此通过“洗泥”来达到去除它们的目的。在启动初期，“洗泥”过程应是缓慢而逐步的，过度的洗出会导致大量活性污泥流失，池内污泥量不足，从而导致启动失败。
1.2.4反应器内水的上升流速的调节方式反应器内水的上升流速是通过改变反应器的进水水量来实现的。为避免增加进水负荷，出水循环是调整进水量较好的方法，同时也可提高进水缓冲能力。另外，在实际运行中，将放流水引入反应器是一个更具吸引力的方法。放流水具有有机物浓度低，碱度高、温度较稳定的特点。生产装置在异常情况或停产检修时排水浓度往往是平时的数倍（COD高达40000mg/l）以上，这时使用放流水对厌氧反应器的进水进行水质调节，可节省大量水资源；另外由于放流水中含有较高的碱度，可极大地增加厌氧反应器缓冲能力，从而防止UASB酸化；由于其碱度高，可中和酸性水，调节进水PH，节省了大量碱；由于其温度较稳定，还可起到调节进水温度的作用。将放流水引进厌氧反应器的实际应用中，不但优化了工艺，同时取得了可观的经济效益。
2UASB工艺参数的控制
2.1PH值的控制
厌氧反应器的PH值以控制在6.8~7.2为宜，过高或过低，都会影响厌氧菌的活性，从而降低COD的去除率。在启动初期，由于池内碱度小，系统缓冲能力差，PH可稍高，但不宜超过7.5。PH值的调整主要通过投加NaOH来实现，出水循环及引入放流水均可稳定地控制反应器内PH值，从而有效防止系统“酸化”，节省碱的消耗。
2.2温度的控制
厌氧反应器采用中温消化，温度为36~38℃，厌氧反应器的温度通过控制进水温度调整。由于生产装置排放的污水温度波动大，而该污水调节系统热交换器能力不足，导致厌氧反应器进水温度偶尔超过40℃。实践表明，当温度超过39℃时，厌气系统产甲烷能力明显下降(如图1)。当进水温度超过40℃，通过加大系统循环或用其它低温水（如放流水）来降低进水温度，以保证消化池内的温度控制在38℃以内。由于季节变化（特别是北方），厌气反应器进水温度有时低于35℃，此时通过蒸汽对进水加热，以保证温度达到36℃以上。建议在设计厌气系统时，一定要配置足够的温度调节系统，保证对厌气系统的进水有足够的调节能力，不但能够降温，同时要保证预热。
2.3营养盐的投加
厌氧菌对N、P的需求量远低于好氧菌，但对重金属的需求高于好氧菌。在实际操作中，我们在UASB入口投加微营养盐、尿素、磷酸，以补充废水中的营养成份。微营养剂的主要成份为：钾、硫、铁、锌、钙、镁、钼、铜等。此外，厌氧污泥对镍、钴也有一定的需求，但PTA工艺产生的废水中含有一定量的钴、镍，因此，微营养剂中不需加入该种物质。UASB进水中各种营养成份的投加比例约为：CODcr：N：P：K：S：Fe：Zn：Ni=100：1：0.15：0.12：0.12：0.03：0.0015：0.0015在实际操作中，可根据具体情况而定。S元素对污泥颗粒化的.实现起着重要作用，但过多的补充S，产生的H2S对设备、电缆会造成严重的腐蚀。同时对环境及人体健康影响很大。因此在实际操作过程中，要合理控制S的投加量。在建造过程中，确保气体管线及储气槽的气密性是避免上述问题的有效措施。
2.4上升流速的控制
不同时期UASB所控制的上升流速各不相同。启动初期，既要保证污泥呈悬浮状态，又要避免污泥流失，故上升流速控制在0.5m/h以下，出水SS以不超过200mg/l为宜。随着UASB的效率的提升，产气量加大，搅动逐渐加剧，此时，上升流速可适当降低，但要保证污泥呈悬浮状态，注意观察出水SS。启动进行到后期，颗粒污泥已形成，此时，颗粒污泥粒径较小，松散，易流失，因此上升流速不宜过高。整个过程，要注意两点：污泥在反应器中分布均匀，各层SS宜控制在5000~10000mg/l；出水SS<200mg/l，最大不宜超过300mg/l。
2.5进液浓度的控制
UASB进水COD浓度一般控制在5000mg/l以下，当浓度超过5000mg/l时，可通过出水循环来降低进液浓度。将放流水用来作稀释水是一个不错选择，由于放流水中有机物很少，可以对进水进行充分的稀释，节约了水资源。稀释水的投加量应考虑后段工序的水力负荷。
3操作过程中遇到的问题及对策
3.1高浓度COD废水的冲击
生产装置运行不稳定，或停产检修，均会排放大量高浓度的有机废水，COD通常达到10000~40000mg/l。将此种废水直接引入UASB，将对颗粒污泥造成极大冲击，颗粒污泥破碎并流失，从而导致UASB效率下降，使后序工艺负荷增加，剩余污泥量及电耗增加，运行费用上升，甚至导致排水超标。针对此问题，可采取以下措施：（1）利用现有预处理系统储存及均质，保持UASB进水负荷不变，增加循环水量。（2）若循环水污染物浓度较高，稀释作用不明显，可将放流水回用作稀释水。此种方式可节约水资源，补充碱度，防止系统“酸化”，不增加排放水量等。因此，本人建议使用放流水用来调节UASB的进水水质。
3.2异常毒性物质的冲击
厌氧菌对异常物质反应十分敏感，微量即可能造成厌氧菌中毒，颗粒污泥“碎化”及流失。PTA污水水质组成较简单，若引入其它废水，首先做好定性定量分析，进行污泥的再驯化。曾将少量聚酯废水引入UASB，发现厌氧池有大量污泥流出，并伴随大量气泡。后停止进聚酯废水后，经一段时间后，“症状消失”。后对聚酯废水进行分析，其中含有“DowthermRP”，对污泥产生抑制毒害作用。
3.3温度的变化
由于换热器的效率下降，工艺废水的温度上升，导致厌氧系统的进水温度超过40℃。此时，污泥的活性降低，产气量下降，整体效率降低，污泥死亡流失。选择合适的换热器，并经常对换热设备进行清洗以保证换热效率。污泥发生流失，除采取控制措施外，及时向反应器补充厌氧消化污泥，可保持及提升厌氧反应器的效率。3.4Cl-的影响氯化物对于甲烷菌具有相当的毒性，对细菌有极强的抑制作用。本案前期使用HCl进行中和，但UASB的效率较长时间内不能提升，后改用H2SO4，效率提升很快。
4UASB效率变化及颗粒化情况
厦门某PTA厂废水处理所调试的UASB系统，自正式启动后，经过八个月的调试驯化，系统效率由启动时的15%上升至70%左右，容积负荷达到6kgCOD/(m3.d)，日处理COD75吨以上，最大达120吨，甲烷气产量1000~1500m3/h。取UASB底部污泥观察，颗粒污泥已形成，粒径约1~1.5mm，呈不规则的椭圆形，颜色以灰黑色为主，少量呈灰白色。刚取出的污泥产生大量气泡。
5结论
控制进水浓度，是在UASB操作过程中，避免污泥流失，快速提高厌氧反应器效率的根本保证。投加必要的微量元素,特别是S的投加,可促进污泥颗粒化进程。各种工艺参数控制不宜波动过大，否则将影响厌氧污泥的活性及UASB的效率的提升。启动过程中要密切注意参数的变化，必要时，可增加监测分析频率。将放流水引入厌氧系统，可起到调节水质、水温、PH、增加系统缓冲能力的作用，节约碱、能源、水资源。自建污泥厌氧消化池，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的去除效率。
参考文献：
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