PBAT生產(chǎn)廢水處理工藝研究

潘琨，苗紅霞

(中核華緯工程設(shè)計(jì)研究有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

PBAT(聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯)是可降解材料替代傳統(tǒng)塑料的主要產(chǎn)品[1]，是己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，具有PET和PBT的性能，屬于石油基生物降解塑料。其產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，擁有良好的使用性能和經(jīng)濟(jì)性，是目前生物降解塑料研究中市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的可降解材料之一[2]。PBAT生產(chǎn)原輔料為：1,4-丁二醇、精對(duì)苯二甲酸、己二酸、丁二酸、乙二酸、3-丁烯-1-醇、鈦酸四丁酯。PBAT廢水主要來自工藝水、切粒機(jī)水箱排水和設(shè)備地面清洗排水等。廢水中四氫呋喃等中間或最終產(chǎn)物具有生物毒性，增加了廢水處理的難度和不穩(wěn)定性[3]。

本文從提高處理效率和降低二次污染的角度出發(fā)，針對(duì)PBAT生產(chǎn)廢水的特點(diǎn)進(jìn)行生化處理工藝研究，旨在為PBAT生產(chǎn)廢水處理提供一種可行的工藝參考。

1 工藝流程設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 廢水水質(zhì)

PBAT廢水水質(zhì)通過檢測(cè)得到：CODcr為10216 mg/L，B/C為0.265～0.29，揮發(fā)酚含量為499 mg/L，SS為10～50 mg/L，氨氮為10～100 mg/L，pH為2～5，電導(dǎo)率＜200 μs/cm。

1.2 工藝流程設(shè)計(jì)

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況和出水排放標(biāo)準(zhǔn)，采用“耐毒耐鹽好氧+厭氧+A/O”組合工藝。

(1)耐毒耐鹽好氧反應(yīng)器選用移動(dòng)床生物膜(MBBR)反應(yīng)器，并且采用耐毒耐鹽好氧菌劑作為微生物菌劑進(jìn)行投加掛膜。該菌劑生物菌量充足，能適應(yīng)有毒環(huán)境，可使PBAT生產(chǎn)廢水中難處理的各類有機(jī)污染分子得以分解，同時(shí)還具有很強(qiáng)的耐鹽能力，在高硫酸鹽和高氯離子的環(huán)境下可以正常存活且發(fā)揮降解能力，此外還具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器綜合了活性污泥法以及生物膜法的優(yōu)勢(shì)，其原理是將具有很大比表面積且密度接近水的MBBR填料作為載體投加到水中，菌劑能快速在填料表面形成生物膜。在曝氣條件下，填料充分流化，并在空氣與廢水的雙重沖刷下，老的生物膜脫落，新的生物膜不斷生長(zhǎng)，從而保持填料上的微生物膜具有較高的活性。同時(shí)，在曝氣條件下，生物膜、廢水會(huì)與氧氣充分接觸，因此氧氣的傳質(zhì)效率會(huì)大大提高。

MBBR反應(yīng)器的容積負(fù)荷較高。由于填料的比表面積很大，其表面附著微生物的數(shù)量和種類多，因此抗沖擊負(fù)荷能力很強(qiáng)。在反應(yīng)器中投加耐毒耐鹽好氧菌后，會(huì)在反應(yīng)器內(nèi)形成專一的微生物種群結(jié)構(gòu)，因此該類反應(yīng)器的體積會(huì)相應(yīng)減小，去除效率也顯著提高。

此外，該反應(yīng)器的污泥產(chǎn)量少，不易產(chǎn)生污泥膨脹。在反應(yīng)器出口有格網(wǎng)阻攔填料前往下一級(jí)，因此在反應(yīng)過程中，生物膜并不會(huì)流失。另外隨著空氣和廢水的沖刷，填料表面的老化微生物會(huì)脫落進(jìn)入下一級(jí)，新的微生物膜會(huì)不斷形成，因此避免了污泥膨脹的發(fā)生。

(2)本項(xiàng)目的厭氧段采用厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)工藝，ABR在二十世紀(jì)八十年代初被研發(fā)，一經(jīng)問世就收到了廣大學(xué)者們的關(guān)注，也引發(fā)了深入的研究和開發(fā)，近年來，也是厭氧微生物反應(yīng)器的研究熱點(diǎn)之一。ABR反應(yīng)器的改良和優(yōu)化主要有以下幾個(gè)方面：①改良反應(yīng)器的進(jìn)水條件，使得進(jìn)水更加均勻，并優(yōu)化隔室形態(tài)，增加廢水和微生物的接觸面積；②增加填料或者泥水分離器，從而提高反應(yīng)器的微生物截流能力；③改進(jìn)微生物狀態(tài)，使污泥顆粒化；④提升反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

ABR反應(yīng)器與其他厭氧反應(yīng)器最大的區(qū)別在于，其內(nèi)部設(shè)置有多條豎直的折流板，從而形成多個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)隔室，廢水可以在折流板之間的隔室間進(jìn)行升流和降流的交替流動(dòng)，并且反應(yīng)過程中會(huì)有氣體溢出，使得反應(yīng)器中的微生物在各個(gè)隔室中進(jìn)行膨脹和沉淀運(yùn)動(dòng)，因而廢水的流動(dòng)速度較慢，從而增加廢水在反應(yīng)器中的停留時(shí)間。研究表明，厭氧折流板反應(yīng)器中廢水的流態(tài)是介于完全混合流和推流之間，該種流態(tài)是一種優(yōu)良的水力流態(tài)，使得ABR反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定高效。在反應(yīng)器上流隔室中，由于產(chǎn)生了氣體和較高的上升流速，使得隔室中的廢水和微生物形成完全混合流態(tài)，在該流態(tài)下，PBAT生產(chǎn)廢水和厭氧微生物充分接觸，加速了厭氧微生物的降解速率，同時(shí)也提高了反應(yīng)器的容積利用率。由于ABR反應(yīng)器的特殊結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)器內(nèi)幾乎沒有死區(qū)，因此該種流態(tài)有助于顆粒污泥的形成。

在廢水處理過程中，由于折流板的特殊結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)隔室都會(huì)逐漸形成顆粒污泥以及不同的優(yōu)勢(shì)菌群，產(chǎn)生不同的生化反應(yīng)。反應(yīng)器前端主要發(fā)生水解發(fā)酵反應(yīng)，后端主要發(fā)生產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷反應(yīng)。相較于其他厭氧反應(yīng)器，ABR具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方案靈活以及運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。

(3) A/O反應(yīng)器由缺氧池(A池)和好氧池(O池)串聯(lián)構(gòu)成。廢水首先流經(jīng)缺氧池，與經(jīng)過好氧池反應(yīng)后的硝化液混合，缺氧池中的反硝化細(xì)菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)，吸收碳源，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦鱿到y(tǒng)外。缺氧池出水流入好氧池，在硝化細(xì)菌的作用下發(fā)生硝化反應(yīng)，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，再通過管道回流至缺氧池，由此形成閉合回路。

A/O反應(yīng)器具有以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資運(yùn)行成本低；②由于缺氧池在好氧池之前，因此缺氧池反硝化反應(yīng)所產(chǎn)生的堿度可以補(bǔ)償好氧池硝化反應(yīng)所消耗的部分堿度；③缺氧池反硝化反應(yīng)消耗硝態(tài)氮，避免了好氧池因?yàn)橄鯌B(tài)氮含量過多而抑制硝化反應(yīng)的發(fā)生；④缺氧池出水的BOD會(huì)部分降低，從而降低了好氧池的負(fù)荷，使得自養(yǎng)型硝化細(xì)菌在好氧池中成為優(yōu)勢(shì)菌群；⑤缺氧池在好氧池之前，有效改善了污泥的沉降性能，同時(shí)抑制污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生；⑥A/O反應(yīng)器的流程簡(jiǎn)單、易于操作及運(yùn)行管理。

PBAT生產(chǎn)廢水首先進(jìn)入耐毒耐鹽好氧池，通過特種微生物菌劑掛膜成功后，將廢水中的揮發(fā)酚等有毒有害物質(zhì)降解去除。出水進(jìn)入ABR池，池體投加多孔性生物載體填料，并通過投加耐毒厭氧微生物菌，使進(jìn)入ABR厭氧反應(yīng)器的有機(jī)物進(jìn)行鏈?zhǔn)浇到夥磻?yīng)，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的逐步降解，并提高廢水的可生化性[4]。ABR厭氧池出水進(jìn)入A/O反應(yīng)池，脫氮的同時(shí)去除廢水中的有機(jī)污染物[5]。A/O出水可達(dá)標(biāo)排放。

1.3 材料與方法

取原水調(diào)節(jié)pH值為7～8進(jìn)入系統(tǒng)，在耐毒耐鹽好氧反應(yīng)器中投入10%特種菌劑，好氧裝置使用聚氨酯填料，填料占比40%，溶解氧為3～3.5 mg/L，控制停留時(shí)間24 h、48 h，分別取樣測(cè)定CODcr及揮發(fā)酚含量。

ABR段設(shè)置3個(gè)隔室，上流室與下流室寬度比為4:1，每個(gè)隔室裝入50%的接種特種厭氧菌劑的聚氨酯和顆粒活性炭的混合填料，其中顆粒活性炭與聚氨酯填料比例為1:4，進(jìn)水為調(diào)節(jié)pH為7.5的耐毒耐鹽好氧出水，在停留時(shí)間為24 h及48 h時(shí)取樣檢測(cè)CODcr及揮發(fā)酚含量。

A/O段A、O容積比為1:2，A段接種特種菌劑的聚氨酯填料占反應(yīng)裝置體積的50%，O段接種特種菌劑的聚氨酯填料占反應(yīng)裝置體積的70%，控制A段溶解氧不大于0.2 mg/L，O段溶解氧為3～3.5 mg/L，控制硝化液回流比為200%，在24 h及48 h取樣檢測(cè)CODcr及揮發(fā)酚含量。

本文采用哈希HQ30D便攜式溶解氧儀檢測(cè)廢水中的DO含量，采用哈希HQ11D便攜式pH計(jì)檢測(cè)廢水pH，采用CTL-12型COD快速測(cè)定儀檢測(cè)廢水的CODcr，采用4-氨基安替比林直接光度法檢測(cè)廢水中的揮發(fā)酚含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 CODcr的去除效果

24 h及48 h時(shí)，各階段對(duì)CODcr的去除率如圖1和圖2所示，圖中a代表原水，b代表耐毒耐鹽好氧出水，c代表ABR出水，d代表A/O出水。

圖1 24 h各階段CODcr去除率

圖2 48 h各階段CODcr去除率

由圖1及圖2可知，耐毒耐鹽好氧段24 h的CODcr去除率達(dá)到了42.54%，48 h的去除率達(dá)到了70.54%。厭氧段24 h的CODcr去除率達(dá)到了77.31%，48 h的去除率達(dá)到了78.07%。A/O段24 h的CODcr去除率達(dá)到了96.92%，48 h的去除率達(dá)到了98.56%。

針對(duì)PBAT廢水，在特種菌劑的投加下，耐毒耐鹽好氧段有著非常好的去除效果，對(duì)于耐毒耐鹽好氧及A/O段來說，隨著停留時(shí)間的增加，CODcr去除率增長(zhǎng)顯著，而ABR段在24 h的停留時(shí)間內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了較好的去除率。

2.2 揮發(fā)酚的去除效果

24 h及48 h時(shí)，各階段對(duì)揮發(fā)酚的去除率如圖3和圖4所示。

圖3 24 h各階段揮發(fā)酚去除率

圖4 48 h各階段揮發(fā)酚去除率

由圖3及圖4可知，24 h耐毒耐鹽好氧、ABR及A/O各階段對(duì)揮發(fā)酚的去除率依次為46.41%、83.33%、99.27%，48 h對(duì)揮發(fā)酚的去除率依次為62.84%、86.5%、99.94%。

三個(gè)階段對(duì)揮發(fā)酚均有較好地去除效果，其中耐毒耐鹽好氧段對(duì)揮發(fā)酚的去除效果最好，得益于其中投加的特種菌劑負(fù)載在聚氨酯填料上形成的生物膜，該菌劑對(duì)揮發(fā)酚有著較好的耐受性及去除效果，降低了揮發(fā)酚對(duì)后續(xù)工藝的生物毒性。ABR段由于分為三個(gè)隔室，水流速度較為緩慢，有利于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷段在不同的隔室內(nèi)進(jìn)行，因此ABR段對(duì)揮發(fā)酚也具有較好地去除效果。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，各階段對(duì)揮發(fā)酚的去除效率均有提高，耐毒耐鹽好氧段及A/O段相較于ABR段更甚。

3 結(jié)語

(1)耐毒耐鹽好氧-厭氧-A/O工藝處理PBAT廢水，24 h、48 h對(duì)CODcr的去除率為96.92%、98.56%，24 h、48 h對(duì)揮發(fā)酚的去除率為99.27%、99.94%。

(2)耐毒耐鹽好氧置于厭氧前端，再配合特種微生物菌劑，對(duì)PBAT生產(chǎn)廢水有著很好的預(yù)處理效果，為后續(xù)的生化處理提供了良好的條件。

(3)耐毒耐鹽好氧-厭氧-A/O工藝對(duì)PBAT生產(chǎn)廢水有著良好的處理效果，并且由于特種微生物菌劑和填料的配合，該工藝停留時(shí)間短、處理效率高，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。