厌氧生物膜法处理聚酯高浓度染整设备废水
1引言
厌氧发酵在城市污泥处理方面的应用已有一百年的历史，但应用于高浓度有机废水的处理则是近十几年的事情，先后开发出厌氧接触法、厌氧生物滤池、厌氧污泥床、厌氧流化床（膨胀床）、两相厌氧消化工艺等多种新工艺。厌氧工艺虽然是以一种高效工艺问世，但由于①反应器污泥增长染整设备慢；②启动时间长；③单用厌氧处理，出水水质一般不能达到排放标准，需辅以好氧处理；④应用经验较少等原因，它的实际应用还不多。本篇即介绍一则利用上流式厌氧生物膜法处理聚酯切片高浓度废水的工程实例。
某公司是一家由世界著名跨国集团投资6500万美元兴建的现代化聚酯切片企业，年产量8×104t，工艺流程如下：浆料搅拌→预聚→终聚→切粒→结晶器→冷却→出料。工业废水处理站总投资120万美元，好氧、厌氧工艺和设备全部由意大利引进，其中的厌氧工艺是欧洲最新专利技术，专门设计用来处理生产上排放的高浓度废水，出水再经好氧系统曝气后水质达标排放，低浓度水则直接进入好氧系统。
1高浓度废水水质
主要成份有乙二醇、二甘醇、芳香族化合物对苯二甲酸、低聚物单体等。刚开始，生产不稳定用P放的高浓度废水COD达12000～15000mg/L，流量为40～50m3/d，生产稳定之后COD约为8000～10000mg/L，流量逐渐增大到70～100m3/d。pH一直稳定在约4～5。
2厌氧处理工艺流程
厌氧处理工艺流程见图1。
2.1生物膜厌氧反应器
废水由反应器底部的8根布水管均匀进水，当废水流经生物膜悬浮性载体染整设备时，有机物得以厌氧降解，并连续不断产生沼气供火炬持续燃烧。在反应器内，微生物以固着形态生长，不易随水流失，泥龄长，产泥率较低，出水悬浮物少，几乎不用排泥。该反应器有效体积约为900m3，顶部有倒圆锥形的三相分离器，产生的沼气由顶部通气管直通火炬。
2.2泥水分离器
该分离器内置斜板装置，60°倾角，当厌氧反应器内有少量污泥随水流出时，可在此进行沉淀收集后重新打回厌氧塔，这样可以延长污泥在塔内的停留时间，增加污泥量，最终提高厌氧塔的处理能力和效率。
3厌氧反应器的菌种驯化
按外方要求，需进口专用于聚酯废水厌氧处理的污泥，这样将耗资数百万美元，最后是利用城市污水处理厂污泥消化池中的污泥进行接种驯化的，经过3个月的培养，接种成功，火炬持续燃烧甲烷气体，厌氧塔的处理情况逐渐稳定，并且处理效率达到70％～80％。
4生物膜厌氧工艺的稳定运行数据分析
实际进水水质：
流量：50～80m3/d（设计流量150m3/d）
COD浓度：5000～11000mg/L
（设计值20000mg/L）
容积负荷：0.28～1.22kg[COD]/(m3?d)
pH：3～5
实际出水水质：
COD浓度；1000～2500mg/L
pH：7.4～7.6
由于PET生产尚未达到满负荷，仅年产5×104t，所以高浓度废水流量小于设计量。选取1999年8、9月份（气温较高时节）和1999年12月、2000年1月份（气温较低时节）的几组处理数据进行具体分析，探讨生物膜法运行的一些特点。见表1
表1厌氧染整设备系统稳定运行各项数据
月份
厌氧进水流量/(m3?d-1)
进水COD/(mg?L-1)
进水pH
厌氧塔控温/℃
出水COD/(mg?L-1)
出水pH
厌氧塔去除率/％
8月均值
49.3
6636
4.66
30
1652
7.64
75
9月均值
64.6
5766
4.5
30
2011
7.48
65
12月均值
51.4
7520
3.77
26
2377
7.45
68.4
1月均值
68.2
9498
4.5
26
231
7.44
75.7
4.1进水水质对处理效果的影响
由表1的数据可知：
平均日进水量逐渐增大，平均进水COD浓度逐渐增大，日处理COD总量逐渐增大，但厌氧处理率却稳中有升。说明微生物基本已适应了此种工业废水，生长成熟，充分降解污水中的有机污染物染整设备，而且在日处理COD总量有较大增加时，仍有非常好的处理率，显示了生物膜法在抗冲击负荷方面较强的能力。
4.2温度对厌氧处理效果的影响
一般认为厌氧消化的最佳温度是30～35℃，若低于30℃，处理效果便会降低。但从表1的温度列中可以看出，在12月、1月寒冷时，厌氧塔实际温度只有25～27℃，处理率仍有68.4％和75.7％，丝毫未受温度影响。
4.3水力停留时间对去除效果的影响
由于生产上排放废水量尚未达到废水站的设计水量，所以实际的HRT=13～17d，停留时间延长，能有利于微生物更充分地降解有机物，提高处理率，使厌氧出口COD充分降低以减轻好氧系统的负担。当然在设计时也并非HRT越大越好，因为会相应增加基建成本，增大反应器体积和占地面积。
4.4污泥停留时间对去除率的影响
众所周知，甲烷菌的世代期很长，增长速度很慢，只有让污泥在消化器中停留时间足够长才能有效地降解COD，完成甲烷化过程。传统的污泥消化池工艺低效的原因在于池内的污泥停留时间和水力停留时间相等，甲烷菌无法正常生成，从而难以提高处理率。此套生物膜厌氧工艺专门设计了污泥回流泵，将在泥水分离器中沉淀的污泥重新打回厌氧塔，使污泥在塔内不断循环，大大提高了泥龄，提高了污泥浓度，增强了处理能力，而且节省了处理污泥设备。
4.5 pH对厌氧处理的影响
一般认为厌氧反应最佳pH=6.8～7.2。实际运行中发现厌氧出口的pH明显超出此范围，8月平均pH=7.64，9月pH=7.48，12月pH=7.45，1月pH=7.44，表明厌氧塔内呈微碱性状态。当通过人为控制使pH略有降低，但仍在7.0左右，出口COD反而有所上升，当pH重新调高时，出口COD随之下降。碱性状态能抑制有机酸的过分积累，增加缓冲能力，促进甲烷菌的生长。
5结论
5.1该套生物膜厌氧反应器随着负荷的提高，处理率也相应提高，且抗冲击负荷能力较强。
5.2在寒冷冬季，厌氧消化温度偏低，仅有25～27℃，但对反应效果未有影响，只要管理良好，仍能保持高效去除率，说明该系统适应的温度范围较广，对温度要求不高。
5.3通过设置回流装置，提高HRT和泥龄，能有效地提高处理效果，增加系统污泥浓度，并且几乎不用排泥。
5.4将厌氧反应器内pH控制在微碱范围内7.40～7.65，能提高消化液的缓冲能力，及时中和积累的有机酸，进而提高去除率。若严格将pH控制在7.0左右，反而会使去除率略有降低。
