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UASB工藝在PTA廢水處理的應(yīng)用論文
摘要：介紹了UASB工藝處理PTA廢水的操作要點(diǎn)，針對(duì)UASB工藝處理PTA廢水時(shí)遇到的問(wèn)題，提出了具體的解決方法。
關(guān)鍵詞：PTA廢水處理；UASB；顆粒污泥
廈門某PTA廠廢水處理采用了UASB（上流式厭氧反應(yīng)器）處理技術(shù)，其COD去除量75噸以上，去除效率穩(wěn)定在87%-89%，甲烷氣月產(chǎn)量100萬(wàn)立方米左右，污水處理裝置的電耗、物耗極低，銷售CH4的收入抵扣能物耗的費(fèi)用后實(shí)現(xiàn)盈余。本文就初期啟動(dòng)、工藝參數(shù)的控制、操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題及對(duì)策進(jìn)行介紹，為PTA廢水的厭氧生物處理提供一個(gè)成功的案例。
1UASB初期啟動(dòng)
1.1污泥接種
接種污泥的選擇是關(guān)鍵，首選同類水質(zhì)的顆粒污泥，此種污泥馴化時(shí)間短，啟動(dòng)快。其次選用其它水質(zhì)的顆粒污泥。若無(wú)顆粒污泥，可用污水處理廠的厭氧消化污泥或養(yǎng)豬場(chǎng)發(fā)酵底泥，雞場(chǎng)的雞糞亦可，甲烷菌活性高為宜。接種污泥濃度至少不低于10kg/m3反應(yīng)器容積。在馴化過(guò)程中，需間歇補(bǔ)充消化污泥，有條件的建議自建污泥消化池，即可減少剩余污泥的處理量，也可隨時(shí)為UASB提供厭氧消化污泥，補(bǔ)充產(chǎn)酸化菌、甲烷菌，且該投資回收周期短。
1.2初次啟動(dòng)
1.2.1污泥馴化由于厭氧污泥生長(zhǎng)緩慢，馴化時(shí)間長(zhǎng)。經(jīng)嘗試，在池內(nèi)投加種泥，并間斷投加營(yíng)養(yǎng)源的馴化方法效果不佳。因此，對(duì)于新建工廠，建議厭氧反應(yīng)器最早開始施工，在主體裝置投產(chǎn)前三個(gè)月建成，并按實(shí)際生產(chǎn)操作模式在厭氧反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行污泥馴化，大大縮短厭氧啟動(dòng)周期。污泥馴化過(guò)程中，部分污泥流失是正�，F(xiàn)象，但過(guò)度的流失會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)污泥負(fù)荷增加，系統(tǒng)提升進(jìn)程慢。在馴化過(guò)程中不間斷地向系統(tǒng)投加厭氧化消化污泥，保證系統(tǒng)的泥量，能極大地提升系統(tǒng)馴化進(jìn)程。因PTA廢水中的TA、p-Tol酸等為厭氧生物難分解性化合物，即污泥需經(jīng)馴養(yǎng)才能有效分解，馴養(yǎng)的菌種主要以培養(yǎng)具TA分解能力的厭氧菌種為主，同時(shí)也培養(yǎng)分解其它基質(zhì)能力的厭氧菌。
1.2.2啟動(dòng)操作方式初次啟動(dòng)的厭氧反應(yīng)器，容積負(fù)荷不應(yīng)太高，0.5~2kgCOD/(m3.d)為宜，污泥負(fù)荷在0.05~1.0kgCOD/(kgMLSS.d)。隨著UASB效率的提升，容積負(fù)荷逐漸提升，每次提升0.5kgCOD/(m3.d)為宜。在此期間，增加主要工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)頻率。上升流速不宜過(guò)大，可根據(jù)出水中的SS來(lái)作調(diào)節(jié)，以免污泥大量洗出。這一階段出水的VFA比較高，甚至可達(dá)到2000mg/l。要注意進(jìn)水PH及池內(nèi)的堿度的控制，PH應(yīng)保持在7~7.5之間，堿度在800mg/l以上。為防止污泥“酸化”，可對(duì)污泥反應(yīng)區(qū)的PH進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)PH<6.5時(shí)，立即停止進(jìn)水，同時(shí)加大循環(huán)水量。
1.2.3洗泥“洗泥”是污泥馴化的手段、也是最終完成污泥顆�；南葲Q條件。接種污泥中含有大量的絮狀污泥和分散的細(xì)小的解體污泥，既不具備降解有機(jī)物的能力，又阻礙污泥顆�；M(jìn)程，因此通過(guò)“洗泥”來(lái)達(dá)到去除它們的目的。在啟動(dòng)初期，“洗泥”過(guò)程應(yīng)是緩慢而逐步的，過(guò)度的洗出會(huì)導(dǎo)致大量活性污泥流失，池內(nèi)污泥量不足，從而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。
1.2.4反應(yīng)器內(nèi)水的上升流速的調(diào)節(jié)方式反應(yīng)器內(nèi)水的上升流速是通過(guò)改變反應(yīng)器的進(jìn)水水量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為避免增加進(jìn)水負(fù)荷，出水循環(huán)是調(diào)整進(jìn)水量較好的方法，同時(shí)也可提高進(jìn)水緩沖能力。另外，在實(shí)際運(yùn)行中，將放流水引入反應(yīng)器是一個(gè)更具吸引力的方法。放流水具有有機(jī)物濃度低，堿度高、溫度較穩(wěn)定的特點(diǎn)。生產(chǎn)裝置在異常情況或停產(chǎn)檢修時(shí)排水濃度往往是平時(shí)的數(shù)倍（COD高達(dá)40000mg/l）以上，這時(shí)使用放流水對(duì)厭氧反應(yīng)器的進(jìn)水進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)，可節(jié)省大量水資源；另外由于放流水中含有較高的堿度，可極大地增加厭氧反應(yīng)器緩沖能力，從而防止UASB酸化；由于其堿度高，可中和酸性水，調(diào)節(jié)進(jìn)水PH，節(jié)省了大量堿；由于其溫度較穩(wěn)定，還可起到調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度的作用。將放流水引進(jìn)厭氧反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用中，不但優(yōu)化了工藝，同時(shí)取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
2UASB工藝參數(shù)的控制
2.1PH值的控制
厭氧反應(yīng)器的PH值以控制在6.8~7.2為宜，過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)影響厭氧菌的活性，從而降低COD的去除率。在啟動(dòng)初期，由于池內(nèi)堿度小，系統(tǒng)緩沖能力差，PH可稍高，但不宜超過(guò)7.5。PH值的調(diào)整主要通過(guò)投加NaOH來(lái)實(shí)現(xiàn)，出水循環(huán)及引入放流水均可穩(wěn)定地控制反應(yīng)器內(nèi)PH值，從而有效防止系統(tǒng)“酸化”，節(jié)省堿的消耗。
2.2溫度的控制
厭氧反應(yīng)器采用中溫消化，溫度為36~38℃，厭氧反應(yīng)器的溫度通過(guò)控制進(jìn)水溫度調(diào)整。由于生產(chǎn)裝置排放的污水溫度波動(dòng)大，而該污水調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱交換器能力不足，導(dǎo)致厭氧反應(yīng)器進(jìn)水溫度偶爾超過(guò)40℃。實(shí)踐表明，當(dāng)溫度超過(guò)39℃時(shí)，厭氣系統(tǒng)產(chǎn)甲烷能力明顯下降(如圖1)。當(dāng)進(jìn)水溫度超過(guò)40℃，通過(guò)加大系統(tǒng)循環(huán)或用其它低溫水（如放流水）來(lái)降低進(jìn)水溫度，以保證消化池內(nèi)的溫度控制在38℃以內(nèi)。由于季節(jié)變化（特別是北方），厭氣反應(yīng)器進(jìn)水溫度有時(shí)低于35℃，此時(shí)通過(guò)蒸汽對(duì)進(jìn)水加熱，以保證溫度達(dá)到36℃以上。建議在設(shè)計(jì)厭氣系統(tǒng)時(shí)，一定要配置足夠的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證對(duì)厭氣系統(tǒng)的進(jìn)水有足夠的調(diào)節(jié)能力，不但能夠降溫，同時(shí)要保證預(yù)熱。
2.3營(yíng)養(yǎng)鹽的投加
厭氧菌對(duì)N、P的需求量遠(yuǎn)低于好氧菌，但對(duì)重金屬的需求高于好氧菌。在實(shí)際操作中，我們?cè)赨ASB入口投加微營(yíng)養(yǎng)鹽、尿素、磷酸，以補(bǔ)充廢水中的營(yíng)養(yǎng)成份。微營(yíng)養(yǎng)劑的主要成份為：鉀、硫、鐵、鋅、鈣、鎂、鉬、銅等。此外，厭氧污泥對(duì)鎳、鈷也有一定的需求，但PTA工藝產(chǎn)生的廢水中含有一定量的鈷、鎳，因此，微營(yíng)養(yǎng)劑中不需加入該種物質(zhì)。UASB進(jìn)水中各種營(yíng)養(yǎng)成份的投加比例約為：CODcr：N：P：K：S：Fe：Zn：Ni=100：1：0.15：0.12：0.12：0.03：0.0015：0.0015在實(shí)際操作中，可根據(jù)具體情況而定。S元素對(duì)污泥顆�；膶�(shí)現(xiàn)起著重要作用，但過(guò)多的補(bǔ)充S，產(chǎn)生的H2S對(duì)設(shè)備、電纜會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕。同時(shí)對(duì)環(huán)境及人體健康影響很大。因此在實(shí)際操作過(guò)程中，要合理控制S的投加量。在建造過(guò)程中，確保氣體管線及儲(chǔ)氣槽的氣密性是避免上述問(wèn)題的有效措施。
2.4上升流速的控制
不同時(shí)期UASB所控制的上升流速各不相同。啟動(dòng)初期，既要保證污泥呈懸浮狀態(tài)，又要避免污泥流失，故上升流速控制在0.5m/h以下，出水SS以不超過(guò)200mg/l為宜。隨著UASB的效率的提升，產(chǎn)氣量加大，攪動(dòng)逐漸加劇，此時(shí)，上升流速可適當(dāng)降低，但要保證污泥呈懸浮狀態(tài)，注意觀察出水SS。啟動(dòng)進(jìn)行到后期，顆粒污泥已形成，此時(shí)，顆粒污泥粒徑較小，松散，易流失，因此上升流速不宜過(guò)高。整個(gè)過(guò)程，要注意兩點(diǎn)：污泥在反應(yīng)器中分布均勻，各層SS宜控制在5000~10000mg/l；出水SS<200mg/l，最大不宜超過(guò)300mg/l。
2.5進(jìn)液濃度的控制
UASB進(jìn)水COD濃度一般控制在5000mg/l以下，當(dāng)濃度超過(guò)5000mg/l時(shí)，可通過(guò)出水循環(huán)來(lái)降低進(jìn)液濃度。將放流水用來(lái)作稀釋水是一個(gè)不錯(cuò)選擇，由于放流水中有機(jī)物很少，可以對(duì)進(jìn)水進(jìn)行充分的稀釋，節(jié)約了水資源。稀釋水的投加量應(yīng)考慮后段工序的水力負(fù)荷。
3操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題及對(duì)策
3.1高濃度COD廢水的沖擊
生產(chǎn)裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，或停產(chǎn)檢修，均會(huì)排放大量高濃度的有機(jī)廢水，COD通常達(dá)到10000~40000mg/l。將此種廢水直接引入U(xiǎn)ASB，將對(duì)顆粒污泥造成極大沖擊，顆粒污泥破碎并流失，從而導(dǎo)致UASB效率下降，使后序工藝負(fù)荷增加，剩余污泥量及電耗增加，運(yùn)行費(fèi)用上升，甚至導(dǎo)致排水超標(biāo)。針對(duì)此問(wèn)題，可采取以下措施：（1）利用現(xiàn)有預(yù)處理系統(tǒng)儲(chǔ)存及均質(zhì)，保持UASB進(jìn)水負(fù)荷不變，增加循環(huán)水量。（2）若循環(huán)水污染物濃度較高，稀釋作用不明顯，可將放流水回用作稀釋水。此種方式可節(jié)約水資源，補(bǔ)充堿度，防止系統(tǒng)“酸化”，不增加排放水量等。因此，本人建議使用放流水用來(lái)調(diào)節(jié)UASB的進(jìn)水水質(zhì)。
3.2異常毒性物質(zhì)的沖擊
厭氧菌對(duì)異常物質(zhì)反應(yīng)十分敏感，微量即可能造成厭氧菌中毒，顆粒污泥“碎化”及流失。PTA污水水質(zhì)組成較簡(jiǎn)單，若引入其它廢水，首先做好定性定量分析，進(jìn)行污泥的再馴化。曾將少量聚酯廢水引入U(xiǎn)ASB，發(fā)現(xiàn)厭氧池有大量污泥流出，并伴隨大量氣泡。后停止進(jìn)聚酯廢水后，經(jīng)一段時(shí)間后，“癥狀消失”。后對(duì)聚酯廢水進(jìn)行分析，其中含有“DowthermRP”，對(duì)污泥產(chǎn)生抑制毒害作用。
3.3溫度的變化
由于換熱器的效率下降，工藝廢水的溫度上升，導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)的進(jìn)水溫度超過(guò)40℃。此時(shí)，污泥的活性降低，產(chǎn)氣量下降，整體效率降低，污泥死亡流失。選擇合適的換熱器，并經(jīng)常對(duì)換熱設(shè)備進(jìn)行清洗以保證換熱效率。污泥發(fā)生流失，除采取控制措施外，及時(shí)向反應(yīng)器補(bǔ)充厭氧消化污泥，可保持及提升厭氧反應(yīng)器的效率。3.4Cl-的影響氯化物對(duì)于甲烷菌具有相當(dāng)?shù)亩拘裕瑢?duì)細(xì)菌有極強(qiáng)的抑制作用。本案前期使用HCl進(jìn)行中和，但UASB的效率較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不能提升，后改用H2SO4，效率提升很快。
4UASB效率變化及顆�；闆r
廈門某PTA廠廢水處理所調(diào)試的UASB系統(tǒng)，自正式啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)八個(gè)月的調(diào)試馴化，系統(tǒng)效率由啟動(dòng)時(shí)的15%上升至70%左右，容積負(fù)荷達(dá)到6kgCOD/(m3.d)，日處理COD75噸以上，最大達(dá)120噸，甲烷氣產(chǎn)量1000~1500m3/h。取UASB底部污泥觀察，顆粒污泥已形成，粒徑約1~1.5mm，呈不規(guī)則的橢圓形，顏色以灰黑色為主，少量呈灰白色。剛?cè)〕龅奈勰喈a(chǎn)生大量氣泡。
5結(jié)論
控制進(jìn)水濃度，是在UASB操作過(guò)程中，避免污泥流失，快速提高厭氧反應(yīng)器效率的根本保證。投加必要的微量元素,特別是S的投加,可促進(jìn)污泥顆�；M(jìn)程。各種工藝參數(shù)控制不宜波動(dòng)過(guò)大，否則將影響厭氧污泥的活性及UASB的效率的提升。啟動(dòng)過(guò)程中要密切注意參數(shù)的變化，必要時(shí)，可增加監(jiān)測(cè)分析頻率。將放流水引入?yún)捬跸到y(tǒng)，可起到調(diào)節(jié)水質(zhì)、水溫、PH、增加系統(tǒng)緩沖能力的作用，節(jié)約堿、能源、水資源。自建污泥厭氧消化池，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的去除效率。
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