生物流化床處理乙二醇廢水的工業試驗研究

史丹妮

( 中國石化上海石油化工股份有限公司環保水務部，200540)

乙二醇是化纖企業生產聚酯的重要原料。由于乙二醇生產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 年將產能180 kt/a 的乙二醇裝置擴建到220 kt/a，同時新建產能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深度處理流程可能產生的影響，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，且處于高速內循環流化狀態下的反應器形式。其中流化床內的懸浮物，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，本次工業試驗選擇了生物流化床反應器。

1 廢水來源及水質要求

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。根據乙二醇污水水質情況，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，具體數值見表2。

表2 污水處理實驗裝置進、出水水質

2 工藝介紹

2.1 乙二醇污水處理系統試驗流程

乙二醇生產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 乙二醇污水現有處理/試驗流程

乙二醇污水處理試驗系統及流程見圖1 虛線部分，從水解酸化池引出一部分污水進入試驗系統，污水首先進入均質水解罐，然后進入生物流化床反應器，經生化處理后，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試驗裝置主要包括均質水解罐、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罐，經酸化水解反應后，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 天連續運行，對流化床的進出水、進氣、內部流化狀態以及加藥系統、水泵及流量計、計量表進行調試，使其滿足試驗要求。

生物流化床啟動階段是通過培養生物膜，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，另外投加營養液和特種菌，然后通入污水和空氣進行悶曝培養，3 天后連續進水，水停留時間(HRT)為10 ～15 h。在啟動運行約15 d 后，可發現多數載體的表面附著了生物膜，此外還發現了鐘蟲、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，連續穩定運行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。生物流化床連續運行處理COD 的效果如圖3 所示。

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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 的關系如圖5。

圖5 N′V 與NV 關系

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

3.2.3 生物流化床與傳統活性污泥法比較

根據試驗數據對比生物流化床與傳統活性污泥法運行數據見表3。

表3 生物流化床與傳統活性污泥法工藝比較

4 技術經濟分析

生物流化床反應器在運行時反應器內部的氣-液-固三相處于高速均勻流化狀態，這不僅使系統的傳熱、傳質、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介質的充分接觸，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，與傳統的氧化溝法相比具有一定的優勢［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)。生物流化床比傳統工藝方法氧化溝運行處理費用節約0.17 元/t。

5 結論

(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，并且產泥量少，減少了固體廢棄物的二次污染。

(4)生物流化床實現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應用研究［J］.現代化工，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.環境技術，2002，(4):27 -32.