PTA污水处理工艺优化探析 65页

'1、‘‘一1‘‘一一一UiscussiononoptimizinghighconcentratedPTAwastewatertreatmentByZhaoXiaojinsupervisedbyProf．SunYabingAdissertationsubmittedtotheGraduateSchoolofNanjinUniversityfortheDegreeofMasterofEngineeringSch001ofTheEnvironmentNanjinUniversityMay,2011．3． 南京大学专业学位(硕士)论文南京大学学位论文原创性声明IIYLlllllll2lll3lLUl7llLIlllllLtl7112llllll7llLllY2371727本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式说明并且表达了谢意。硕士生签名：之』∑—生夕期：乒。f／．岁·／7南京大学学位论文使用授权声明本学位论文作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或者部分内容。论文的公布(包括刊登)授权南京大学研究生院办理。导师硕士生签名：劢毫j生一日期：乒。f／．岁．，7 南京大学专业学位(硕士)论文丕蕉三猩专业2QQ墨级硕士生姓名：赵晓进指导教师(姓名、职称)：型：垩基割塾撞摘要本文根据仪征化纤PTA生产中心污水处理装置存在的问题和现场实际，研究工作从预处理、厌氧、好氧、气浮四个主要污水处理单元展开，在对各单元装置作用原理和运行工况进行深入了解、调研和分析的基础上，对每一单元进行工艺优化改造，从而提高整个污水处理系统的处理效果。(1)本文通过对PTA污水影响酸析效果的因素进行分析，得出pH及温度对TA溶解度的关系，总结出一系列工艺优化措施。同时在预处理中增加絮凝装置，增加了酸析沉降的效果，使污水CODcr去除率提高了15％左右。(2)仪化PTA生产中心污水预处理厌氧采用的是UASB+AF反应器，经过分析和实验结果，为保持厌氧池稳定运行并维持较高的CODcr去除率，应当采取一些优化措施。(3)仪征化纤的好氧是采用的是生物接触氧化池，通过分析研究，找出了影响PTA好氧池处理效果的原因是生产装置随废水排出的催化剂容易造成填料板结、曝气器脱落、鼓风机老化等原因。针对上述原因，采取了更换弹性填料、更换可变孔复合曝气软管和对故障鼓风机进行彻底检修的措施。(4)污水处理系统增加了一套气浮处理装置，对气浮装置进行自动化改造，可有效解决溶气罐内气水分配不平衡的问题，避免出现大气泡携带污泥进入排放水中，造成污水超标排放。为节约生产用水，降低污水处理费用，经过研究，装置决定用回流污水替代溶气水，在比例接近l：1，在出水指标没有产生大的影响的前提下，生产水每小时节约45吨，效益相当可观。关键词：PTA污水、CODcr、酸析、厌氧、好氧、气浮 南京大学专业学位(硕士)论文THESIS：——DiscussiononoptimizinghighconcentratedPTAwastewatertreatment——————一SPECIALIZATION：垦业堑Q』坠星堕丛曼旦gi坠曼星煎坠gPOSTGRADUATE：2008ABSTRACTTbjSpaperiSbasedontheproblemandtheactualsiteofYCFCPTAproductioncenter,researchworkiSmainlyinfourwastewatertreatmentunitofpretreatment、anaerobic、aerobic、airsupporting．Basedontheunderstanding，researchandanalysisofactionprincipleandoperatingconditionineveryunits，thereformofprocessoptimizationhasbeendonetoimprovethetreatmente髓ctofthewholewastewatertreatmentsystem．(1)Byanalysingthefactorswhichaffectaciddeposition，thispapergettherelationofDH、temperationtOTAdissolvability，summarizingaseriesofProcessoptimizationmeasures．Addingflocculationunitinpretreatmentprocesstoincreasetheeffectofaciddeposition．whichincreaseCODcrremovalrateaboutl5％．(2)TheanaerobictreatmentiSUSAB+AFreactorinthePTAproductioncenterofYCFC．Byanalysisandexperimentalresults，tokeepanaerobicpondsteadyrunandhighCODerremovale￡[iciency，weshouldtakesomemeasures：(3)TheaerobicofYCFCisbiologicalcontactoxidationpond．moughtheanalyticalstudy，wefoundthereasonwhichaffectthetreatmenteffectofthePTAwastewateristhecatalyzerinwaterleadtopackingcaking、aeratordroppingoff、air-blowerisagingandSOon．Fortheabovereasons，wetookthemeasuresofchangingelasticfiller、changingaerationhoseandthoroughoverhaultoair-blower．(4)AflotationtreatmentequipmentWasaddedintosewagetreatmentsystem，whichcarldecreaseCODcrabout20％．Aautomatizationreconstructwasdonetoflotationtreatmentequipment，whichCansolvedthereasonofgasandwater’Sunevendistributionindissolvedairvessel，avoidingbigbubblesbringsludgeintodischargewater，whichcauseexcessivedischargeofsewage．FORsavingproductionwateranddecreasethecostofsewagetreatment，afterresearch，wedecidedtoreplacedissolvedgaswaterwithcirculatingsewage．Intheratiocloseto1：1．underthepreconditionthatthereisnobiginfluencetoeffiuentindex，theproductionwaterCanbesaved45ton&，thebenifitisveryconsiderable．Keyword：PTAwastewater、CODcr、aciddeposition、anaerobic、aerobic、flotationtreatmentequipment．6． 南京大学专业学位(硕士)论文目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8-1．1PTA生产污水性质简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8．1．2国内PTA处理工艺概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8．1-3仪征化纤PTA污水处理简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．10—1．4本课题研究的目的、意义和要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-17一第二章预处理系统优化运行改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18．2．1酸析效果的影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一18．2．2工艺优化措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19．2．3增加絮凝装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．22．第三章厌氧处理系统的工艺优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．26．3．1生物厌氧法的机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26．3．2厌氧生物处理的优缺点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一27—3．3厌氧生物处理的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28．3．4PTA污水厌氧处理工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30—3．5影响处理效率因素的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31-第四章好氧生物处理系统工艺优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．40．4．1理论介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．40．4．2接触氧化法工艺及装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．42．4．3PTA生产中心生化站好氧生化处理系统存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．47．4．4结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53．第五章气浮系统优化运行改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57．5．1气浮法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57．5．2增加气浮装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．57．5．3气浮工艺流程及处理效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，57．5．4自动控制改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．60．5．5溶气水掺比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。60．第六章总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。61． 南京大学专业学位(硕士)论文第一章绪论1．1PTA生产污水性质简介精对苯二甲酸(PurifiedTerepHthalicAcid，简称PTA)是化工中一种重要原料，它可以广泛地应用于各种涤纶纤维、合成纤维、增塑剂和涂料等化工应用方面。PTA生产工艺在生产过程中排放出CODcr负荷高达5～15kg／m3。PTA污水中的主要污染物有对苯二甲酸(TerepHthalicAcid，简称TA)、PX(对二甲苯)、醋酸、PT酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、偏苯三酸和4--CBA等，该工艺污水具有CODcr浓度高、污染物浓度高、酸性大、水量变化大、含固量大等特点。其中，TA和PX属于有毒性且较难以降解的有机物质，目前已被美国环保署列为优先监控的有机污染物。因此PTA工艺污水属于较难处理的有机工业废水。目前，国内外主要的PTA专利商有BP．Amoco、Dupont．ICI和日本三井石油化学等三家公司，单个PTA装置最大生产能力已达到200万吨／年。据估算，2010年我国PTA需求量已达到1865～2330万吨，但由于国内PTA生产能力的滞后，PTA缺口将达到300一--350万吨；尽管PTA工厂建设具有资本密集、技术密集、管理要求高和风险较高的特点，但由于受广阔市场的刺激，PTA生产能力的扩容将保持持续升温态势，PTA污水的产量也随之增加：如2004年我国PTA污水排放量为1800万吨，2005年国内PTA污水排放量迅速增加到2500万吨左右，PTA污水的处理的问题已引起业内人士的广泛关注[13。根据资料介绍，国外PTA污水处理工艺主要采用美国AMOCO公司和日本三井油化的处理工艺。AMOCO公司采用延时曝气法处理PTA污水，将CODcr由9000m∥L降到100mg／L以下，该工艺缺点为停留时间较长(约15天)、占地面积较大：日本三井油化公司采用絮凝沉淀+生化曝气的工艺，将CODcr由5000mg／L降到800mg／L，其工艺缺点为：絮凝沉淀过程中会产生废渣，经生物处理后，污水中CODcr只能达到800mg／L，尚未达到排放标准眩1。大量工程经验表明，厌氧+好氧处理工艺流程是处理PTA污水的最有效的方法。因此采用此工艺的厂家较多。1．2国内PTA处理工艺概况国内PTA污水处理主要采用2种工艺路线，1种是以扬子石化、仪征化纤为代表 南京大学专业学位(硕士)论文的厌氧好氧处理工艺路线，另外1种是以乌鲁木齐石化为代表的两段好氧处理工艺路线。扬子石化的污水处理工艺是由北京环境保护研究院和上海医药工业设计院(现为中石化上海工程公司)合作开发，由预处理单元、厌氧池、接触氧化曝气池、沉淀池等组成。首先，预处理单元将污水的CODcr由9000mg／L降至6000mg／L，然后分别经过厌氧反应器、好氧曝气单元处理后，将CODcr降至600mg／L以下。在生产过程中，扬子石化在厌氧池内添加软性填料厌，将上流式厌氧污泥床(UASB)改为了厌氧复合床(UASB+AF)‘引。乌鲁木齐石化的两段好氧工艺由抚顺石油化工研究院开发，该工艺流程为均质池+一段曝气池+一段沉淀池+二段曝气池+二段沉淀池。处理后的污水虽然能够达到国家的排放标准，但该工艺污水停留时间长、污泥生成量大、占地多、处理成本高，故采用较少。对比厌氧好氧工艺和两段好氧工艺，具体如下：1．2．1工艺运行成本实践表明，两段好氧工艺所需的耗氧量明显高于厌氧好氧工艺，因为在厌氧反应器去除率为同为50％～60％情况下，由于厌氧反应器不耗氧，相当于两段好氧工艺比厌氧好氧工艺多消耗50％～60％的空气，因此工艺运行成本较高。1．2．2液碱的消耗量PTA工艺污水中主要污染物为醋酸、醋酸甲酯以及对苯二甲酸等，水中的Na+以有机酸钠的型式存在。由于污水有机酸浓度较高，所以排出的污水CODcr为4000～6000mg／L，污水酸性较高，一般pH值为3．5--一4．5。在两段好氧工艺中，一段曝气池CODcr去除率>90％，大部分有机酸(包括对苯二甲酸)分解为C02和H20，Na+有机酸钠改变成为碳酸钠，污水pH值大幅度上升，回流水与原水混合后，可在原水不加碱的情况使原水的pH值提高到6．0以上；在厌氧好氧工艺中，由于厌氧处理单元的CODcr去除率较低(一般为50％"---60％)，其中TA的去除率仅为20％"--"30％、pH值上升幅度较小、有机酸的分解幅度较小，回流水与原水混合后pH仍较低，因此还需向原水中加适量碱，提高原水的碱度及pH值H3。1．2．3CODcr的降解厌氧好氧工艺中，原水在进入厌氧反应器前需加碱，随着水中CODcr(主要为有机酸)的降解，有机酸钠分解为碳酸钠或碳酸氢钠，潜在碱度得到不断的释放，因此pH随 堕塞奎兰主些兰垡!堡主!笙茎之上升。当pH值上升到9．0以上时，生物过程受到抑制，剩余的有机酸钠无法进一步降解。换句话说，原水加碱，在某种程度上防碍了有机物的降解深度。而由于两段好氧工艺可做到原水不加碱(pH值3．5～4．O)，二段曝气池出水pH为8．0"-"8．3，CODcr可进一步降至100mg／L以下。1．2．4污泥活性的活性国内外PTA生产工艺普遍采用醋酸钴(Co(CH3C00)2·4H20)和醋酸锰(Mn(CH3coo)2·4H20)为催化剂。虽然装置中设有催化剂回收系统，但还是难以避免少量的催化剂会排入污水中。在厌氧或好氧工艺中，由于，PTA污水中的C02+和Mn2+会和污水中有机物分解出的C02和H20发生如下反应：Mn2+十C032一_MnC03上C02+-"I-C032‘_CoC03Jr(式1．1)(式1-2)其中MnC03的溶解度Ksp--1．8X10-11、CoC03的溶解度Ksp=lAX10—13，两者皆属不溶物，会沉积在污泥中。由于厌氧工艺的活性污泥增长速度较为缓慢，但污水中醋酸锰及醋酸钴却不断排入，这就导致了活性污泥中碳酸钴和碳酸锰含量持续积累，进而影响了污泥的活性；好氧工艺污泥产率较高，CoC03和MnC03在活性污泥中累积量小，因此好氧工艺的污泥活性较高。综上所述，两段好氧工艺与厌氧好氧工艺相比具有启动时间短、抗冲击能力强、工艺流程简单等优点。但其缺点为剩余污泥量较大，为厌氧好氧工艺的4倍；工艺运行成本较高，为厌氧好氧工艺的2倍。1．3仪征化纤PTA污水处理简介1．3．1PTA装置外排污水来源仪征化纤股份公司PTA生产中心的PTA生产装置共有两套，分别为PTAl4装置和PTA2“装置，相对应的污水处理装置为生化站1线和2线。生化1线的污水处理工艺由预处理单元、厌氧单元、好氧处理单元和气浮处理单元组成；生化2线只污水进行酸析预处理和pH调节。PTAl4装置采用美国阿莫柯(Amoco)公司的工艺包，由意大利TPL工程公司设计。PTA工艺由两个单元组成：氧化单元和精制单元。在氧化单元，对二甲苯在醋酸溶液中以醋酸钴、醋酸锰、氢溴酸为催化剂，与来自空气压缩机的空气中的氧气发生氧化反应生成对苯二甲酸(TA)，反应中还生成少量的氧化中间物，如对羧基苯甲醛(4--CBA)．1n． 南京大学专业学位(硕士)论文及少量的有色体，作为杂质被带入TA中；精制部分通过碳一钯催化剂的作用进行动态连续加氢，使4--CBA分子上的醛基氢化，转为易溶于水的对甲基苯甲醛(PT酸)，而有色体也同时被分解，所生成的PT酸在相继的结晶过程中能容易地分离出去，从而达到精制的目的E5]。PTA污水处理工艺采用的是中国纺织工业设计院开发的厌氧一好氧生化处理技术，经过PTA生产中心内的污水预处理站处理后的污水，通过管道排入仪征化纤股份公司水务中心进行深度处理№。。PTA生产装置排出的污水分为连续的工艺污水系统(见图1．1)和间歇的事故污水系统(见图1．2)。图1．1工艺污水来源图1．2事故水来源1．3．2PTA装置外排污水水质和水量PTA污水中主要污染物有醋酸、对苯二甲酸、PT酸、苯甲酸、间苯二甲酸、邻苯．11． 南京大学专业学位(硕士)论文二甲酸、偏苯三酸、4--CBA，钴、锰等，一般情况下呈酸性，参照初步设计，PTA污水pH为3左右，CODercr为8300mg／L左右，属于较难处理的一种有机工业污水；在生产过程中，由于冲洗等原因，水质水量变化幅度很大，平均的水量、水质情况见表1．1和表1．2E7]。表1．1污水水量表表1．2污水水质表(30天测量平均值)1．3．3PTA生产中心生化站主要处理设施生化站的主要建筑物和构筑物见表1．3。表1．3主要建筑物、构筑物一览表注：调节池C-401和中和池属于污水2线。 南京大学专业学位(硕士)论文1．3．4PTA生产中心生化站主要处理设备生化站的主要设备见表1．4。表1．4主要设备一览表．13． 南京大学专业学位(硕士)论文1．3．5污水处理工艺流程当环境温度低于25℃时，连续排放的工艺污水和经过配水罐(G101)混合后的事故污水进入加酸反应池(C101．103)，然后溢流至酸析池(C201．203)进行TA沉降预处理；沉降析出TA残渣，用潜污泵提升至TA高位槽(G701)，经离心脱水机(M3002A／B)处理，TA打包回收利用；滤液进入滤液收集池(C1001)，再通过滤液泵(B701／B702)提升回到酸析池；酸析池上清液流入l“集水井(C301)，并通过计量泵(P402／403)向l4集水井中投加液碱调节pH值；同时，通过氨水泵(P413．414)向l4集水井投加氨水、人工投加磷酸盐、钙盐等作为微生物的营养物；混合后的污水经提升泵(B301．B303)提升至调节池(C402—403)；调节池污水由离心式鼓风机(M400A／B)提供空气进行搅拌均质；pH达到5．5—7．8后，进入24集水井(C501)；启动提升泵(BS01．B505)，按需要流量(175．350m3／h)调节阀门将污水送入厌氧生物反应池(C601—608)进行厌氧处理；废水经厌氧处理后，流至好氧生物反应池(C701．708)进一步处理。好氧池底部设有曝气装置，由离心式鼓风机(M401。405)提供空气送至好氧池作为池内微生物的氧源。污水经好氧处理后，进入沉淀池(C801．808)进行污泥与水分离，污泥排入浓缩池(C901．902)；好氧池部分出水回流至调节池，用来中和污水的pH值，稀释进水CODcr浓度；沉淀池出水进入气浮装置(C1101．1102)处理，出水经检测合格后排入下游进一步处理；若出水水质超标，则可加大好氧池至调节池的回流量重新处理，使其最终达标；污泥经污泥泵(B601．602)提升回流至24集水井或厌氧池，多余部分送入离心脱水机(M3004)进行污泥脱水处理；脱水后，污泥在固定区域堆积存放后，外运填埋或作其它处理；滤液则排入站内地下管线，通过厂内污水提升泵房的污水提升泵(B001—004)提升返回装置处理。当环境温度高于25。C时，连续排放的工艺和事故污水先进入酸析池C201和C203，酸析沉降后，再通过污水回流泵(B5001-5002)提升至污水冷却塔(M101—102)冷却，然后进入酸析池C202再次进行TA沉降；酸析池C202中上清液流入14集水井；后续工艺与上相同隅1。污水处理工艺流程见图1．3。 南京大学专业学位(硕士)论文图1．3PTA污水处理工艺流程简图1．3．6污水出口主要分析项目生化运行岗位分析项目见表1．5‘9|。．15．下游进一步处理 南京大学专业学位(硕士)论文表1．5生化运行岗位分析项目一览表．16． 南京大学专业学位(硕士)论文好氧池C701一C708总出水总排水出口挥发酸(VFA)总固化学耗氧量(CODer)溶解氧(DO)总固钻锰镜检微生物化学耗氧量(CODer)pH氨氮(NH3．N)总磷(T-P)S6000mmol／L57000mg／L冬2000mg／L1—5mg／L冬6000mg／L≤50mg／LS50mg／L≥+≤800mg／L6—9S50mg／L≤4．0mg／L按需一次／天每天两组按需一次／季一次／天1．4本课题研究的目的、意义和要求PTA生产中心生化站于1995年开车，至今已连续运行十几年。由于一直采用当初的生产运行模式，工艺管理和控制水平比较薄弱。部分设备损坏或老化影响了装置的污水处理效率。污水总排口出水CODcr偏高且波动较大，导致出现多次总排超标，给下游水务中心带来一定的冲击。本研究工作根据生化站的实际问题和现状，分别从预处理、厌氧、好氧、气浮四个处理单元展开，在对各单元装置作用原理和运行工况进行深入了解、调研和分析的基础上，分别对每一单元进行工艺优化改造，从而提高整个污水处理系统的处理效率。仪征化纤股份有限公司自IS014001和HSE贯标后，对污水处理也提出了更高的要求。PTA生产中心总排CODcr从原来规定的≤1000mg／L调整为、<800mg／L。因此污水处理装置必须进行系统优化和技术改造，来提高污水处理效率，实现PTA生产中心内控总排CODcr≤700mg／L，确保全年总排合格率100％。 南京大学专业学位(硕士)论文第二章预处理系统优化运行改造PTA污水处理系统的第一处理流程是预处理，主要原理是通过酸沉池将污水中过饱和的TA在酸性条件下析出，同时通过冷却塔降低水温，并通过投加液碱调节污水pH值。污水预处理工艺能够有效地降低生化系统的处理负荷，减少生化系统受到冲击，可有效的提高整个废水处理系统处理效果。2．1酸析效果的影响因素正常条件下对苯二甲酸属低溶解物质，20。C时溶解度仅为19mg／L，TA溶解度的主要影响因素分析如下：2．1．1碱的影响TA属于有机酸类，可与投加的碱类物质作用生成盐类，从而使TA的溶解度增加。2．1．2污水温度影响TA溶解度随污水的温度升高而增加，由于PTA装置外排污水温度通常较高，水温一般在80---90℃作用，随着水温的降低，污水中溶解的TA也会随之析出。2．1．3HAc和NaAc的影响由于PTA污水中含有大量的醋酸和醋酸钠，使污水中TA溶解度增大。这是由于弱电解质类的难溶物质存在2个平衡，即TA饱和溶解中存在以下反应：COOHC00H也就是说溶解TA有分子态和离子态两种形式。在醋酸溶液中存在：HAc=H++Ac一(式2—1)的电离平衡，醋酸和TA均为弱电解质。HAc的存在对TA的电离有一定的影响，能使上述平衡向左移动，溶解度减少。而在NaAc溶液中存在着如下反应：NaAc+H，O=Na十+OH一+HAc(式2．2)NaAc水解生成的0H一和TA电离的H+结合，使TA溶解平衡向右移动，即 南京大学专业学位(硕士)论文TA溶解度增加。因此，在HAc、NaAc溶液中，HAc存在使TA溶解度减小，而NaAc存在又使其溶解度增加，但后者影响大于前者，故在该溶液中TA溶解度大于在水中的溶解度而小于在NaAc溶液中的溶解度n0|。通过参考相关资料，得到pH及温度对TA溶解度的关系见图2．1及图2．2[10]o温度越高，溶解度越大，NaAc存在使溶解度增加，HAG使溶解度减小。pH越高，溶解度越大，pH降到5左右TA开始析出，pH<4时TA大量析出，pH降到2左右基本完全析出。一、-E-《一。、柚E●《卜02●68砑12pH图2．1pH对TA溶解度影响趋势图O10麓．t111柏印∞伯曲如f，1C图2．2温度对TA溶解度影响趋势图2．2工艺优化措施按照原设计，PTA生产中心污水进入酸析池之前首先进入一个加酸池，通过向加酸．19． 塑塞奎堂主些堂焦!堡主!笙茎池投加硝酸使污水pH<4。在时间生产中PTA来水的pH稳定在3．3左右，可满足要求，TA可以明显析出，如果将来水pH继续降低，一方面TA析出已经有限，同时增加后续系统的负担，同时也会明显增加14集水井需要投加液碱以提高污水pH的液碱量。而且投加硝酸有一定的危险性，设计加酸池在高处，投加比较困难。所以正常情况下不需要加酸来降低来水的pH。2004年的具体操作数据如下表2．1所示。表中显示2004年来水pH比较稳定，在6"-"7月份及12月份，由于装置工艺原因，造成pH波动，月平均值较平时有所提高，详见图2．3。2004年预处理装置CODer去除率的数据和趋势图见表2．1和图2．4。表2．12004年生化站来水pH和预处理CODer去除率汇总表4．003．503．OO2．50a2．001．501．OO0．50O．00123456789101112月份图2．32004年生化站来水pH变化趋势图 南京大学专业学位(硕士)论文料篮誉86789101112月份图2．42004年生化站预处理CODer去除率变化趋势图从上图可看出全年预处理装置CODer去除率还是比较稳定的，大部分在50％上下波动。但在pH值相对较高的6、7月份和12月份，CODer处理效率有所下降。因此，在来水pH波动的情况下有必要考虑工艺优化措施，以获得理想的CODer去除率。PTA装置在工艺波动或停车时一般需要进行碱洗等工艺处理，此时污水pH最高增加至13、CODer甚至达到20000mg／L，如果处理不当，预处理去除率会明显下降，会对下游生化处理产生较大的冲击⋯3。通过多年生产运行情况的研究和分析，针对PTA装置异常工况时，可采用以下工艺优化措施：a、提前将酸析池中的TA残渣打捞干净，避免主装置高pH的碱洗水溶解TA造成污水CODer急剧上升；b、提前将C202酸析池腾空，专门接纳碱洗水，C201、C203正常接纳平时的工艺来水，并将两部分水分开处理；C、由于主装置停车碱洗时，来水量明显加大，将调节池C402、C403液位控制在3．5米左右，控制在低限，避免流量瞬间发生波动影响到生化系统；d、由于来水pH偏高，将调节池C402、C403pH控制在4--一5之间，pH控制在低限，可以避免pH波动太大，并节约部分液碱：e、正常生产后逐步将强碱性的碱洗水和酸性的工艺污水进行中和，即C202中高pH的碱洗水和C201、C203中正常来水混合，中和后以正常流量排往1线；f、若来水量和水质波动很大，拟将部分碱洗水调整至2线。生化站2线只是进行简单的酸析和调节pH，进一步的处理由水务中，11,生化二装置完成。．21．％加∞如∞加O 南京大学专业学位(硕士)论文2．3增加絮凝装置2．3．1絮凝剂酸析沉降虽然可以去除部分污水中的TA，，但是由于酸析出的TA颗粒细小，粒径以51．tm为主，沉淀分离较为困难。如果增加絮凝装置，可有效的提高TA的沉淀效果。污水中所含TA等悬浮物，胶体颗粒较小、表面水化和带电使其具有稳定性，絮凝剂投加到污水中水解成带电胶体与周围的离子组成双电层结构的胶团；采用加药后快速搅拌的方法，促进污水中胶体杂质颗粒与絮凝剂水解成的胶团的碰撞机会和次数；污水中的杂质颗粒在絮凝剂的作用下首先失去稳定性，然后相互凝聚成尺寸较大的颗粒，比较容易沉淀。按照化学成分，絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂；无机絮凝剂包括铝盐、铁盐及其聚合物；有机絮凝剂按照聚合单体带电集团的电荷性质，可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型等几种，按其来源又可分为人工合成和天然高分子絮凝剂两大类E12]。2．3．2试验过程通过对现有管道和设备进行改造，在预处理中增加絮凝装置，进行絮凝试验。絮凝剂采用人工合成的有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺，它的重复单元中带正电基团为阳离子型，带负电基团为阴离子型，不引进带电基团为非离子型。由于作为絮凝剂的高分子物质与胶体颗粒间的强烈吸附作用并非单纯静电作用，还包括许多其它的物理化学作用。实践证实，电中性及负电荷有机高分子物质对水中负电荷胶体也有吸附作用。因此需要通过试验选择合适的絮凝剂，以达到生产效果和经济效益的最佳结合。2．3．2．1试验材料试验采用两种牌号的聚丙烯酰胺：1、偏非离子型两性聚合物(下文简称偏非离子)。2、阳离子型。产地：日本三菱公司。助剂：聚合硫酸铁。取样：酸析沉淀池C203出口处污水2．3．2．2絮凝剂浓度在两只500ml烧杯中各加入O．59阳离子与偏非离子絮凝剂，再加水至500ml，各配制成1／1000浓度的溶液。聚合硫酸铁直接使用厂家槽车卸车至聚铁罐的药剂。2．3．2．3试验步骤 南京大学专业学位(硕士)论文a、取2个1000ml烧杯，分别加入1000mlPTA污水。b、在2个烧杯中各加入5ml聚铁，搅拌。C、在2个烧杯中各加入2ml阳离子PAM和偏非离子PAM，观察絮体沉降隋况。d、重复前三个步骤，其中第二步加入lml，O．8ml，O．5ml聚铁。2．3．2．4试验数据絮凝试验结果及数据见表2．2、表2．3。表2．2絮凝试验结果试验前污水CODcr(mg／L)试验后污水CODcr(mg／L)CODcr去除率(％)3040263216．92．3．2．5试验结果与讨论由试验数据可知，在浓度相同的情况下，阳离子PAM与偏非离子PAM的絮凝效果与沉降速度并无明显区别，处理效果也没有区别。在投加同样浓度PAM的情况下，第3、4次试验投加的聚铁浓度引起的絮凝效果与沉降速度最好。因此，可在实际工艺操作中按相应比例投加聚合硫酸铁和偏非离子型聚丙烯酰胺。工艺调整后的絮凝装置流程见图2．5。改造后，酸析絮体生成快，形成较重的矾花，有效地降低了生化系统的进水CODcr；改造前后生化系统进水CODcr的变化见图2．6； 堕塞奎兰童兰竺兰垡!堡主!笙茎从实际运行结果看，在酸析池出水投加絮凝剂后，污水中TA的析出效果明显增加，使污水的CODcr去除率增加了15％以上，有效的减轻了生化处理单元的负荷；加入的聚合硫酸铁经析出沉淀后，经实测出水中铁离子含量约为1"～4ppm，S042‘含量为120ppm左右，不会对后续生物降解产生不良影响m3。提进水投加PAM进水投加铁盐上1r1r1rC．201C．202C．203丰八一◆Q污水提升泵14集水井图2．5絮凝装置流程简图 南京大学专业学位(硕士)论文图2．6改造前后生化系统进水CODer对比趋势图絮凝装置投用后，由于聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的絮凝作用，可使酸沉池的CODer去除率增加15％以上，进而显著的降低了生化系统进水的CODer。加入絮凝剂后存在的问题是沉降出的TA中铁离子呈红褐色且很难去除，因此影响到沉降出的TA的品质和价格。根据现场经验，每天可从酸析池回收沉降的TA约10吨，此TA仍可作为化工原料出售，市场价每吨3000元左右，效益非常可观；但回收的TA如有颜色将难以卖出。由于后续的生化处理系统实施了工艺优化和改造后，生化CODer去除率逐渐提高，出水水质也提高了。因此在满足总排出水指标的前提下，为了降低整个污水处理系统的运行成本，增加酸析池析回收TA的经济效益，经权衡利弊，生化站决定暂停絮凝装置的运行。一∞∞5Ol1*翘螺垛 南京大学专业学位(硕士)论文第三章厌氧处理系统的工艺优化3-1生物厌氧法的机理厌氧生物处理法是指在无氧的条件下，由厌氧微生物降解污水中的有机污染物，厌氧生物处理经常用来处理有机污泥和高浓度有机废水，通过厌氧处理有大量的气体产生，主要是甲烷气和二氧化碳以及少量的硫化氢、氢气等[14】。有机物厌氧分解过程如图3．1所示。内源代谢图3．1有机物厌氧分解示意图厌氧条件下发酵降解的过程可分为两个阶段：酸性发酵阶段，参与的微生物为酸性腐化菌或产酸细菌。在这一阶段中，含碳有机物被水解成单糖，水解的最终产物有丁酸、丙酸、乙酸和甲酸在内的有机酸以及醇、氨、二氧化碳、硫化氢、氢以及能量，为下一阶段的甲烷发酵作准备。酸性腐化细菌对pH值、有机酸及温度的适应性很强，世代短，数分钟到数小时即可繁殖一代，多属于异养型兼性细菌群。在酸性消化阶段，由于有机酸的形成与积累，pH值可下降到6或更低。此后，由于有机酸和溶解性含氮化合物的分解，产生碳酸盐、氨、氮及少量的二氧化碳等，从而使酸性减退，pH值可回到6．6～6．8左右。碱性发酵阶段，参与的微生物是甲烷菌，甲烷菌对营养的要求不高，一般的营养 堕塞奎堂主些堂垡!堡主!笙茎盐类、二氧化碳、酵和氨都可作为碳、氮源，属于专性厌氧细菌群。碱性发酵阶段就是消化气的形成过程。酸性发酵阶段的代谢产物，在甲烷菌的作用下，进一步分解成消化气，其主要成分是甲烷、二氧化碳。甲烷菌的特点：a、pH值的适应性较弱，适宜范围在6．6～7．8，最佳pH值为6．8～7．2。b、对温度的适应性较弱，根据对温度的适应范围甲烷菌可分为中温(30～35℃)及高温(50～60。C)两类，当甲烷菌在一定的温度内被驯化后，温度增减2。C就可能破坏甲烷发酵作用，因此，甲烷发酵要求温度恒定。C、甲烷菌的世代都较长，一般4～6天繁殖一代。d、甲烷菌的专一性很强，每一种甲烷菌只能代谢特定的产物。因此，在厌氧条件下，有机物的分解往往是不完全的。e、所有的甲烷菌都能氧化分子状态的氢，并利用二氧化碳作为电子接受体：4H：+C02———◆CH。+2H：0(式3一1)由于甲烷菌具有上述特点，而且又是专性厌氧菌，因此甲烷消化阶段控制着厌氧消化的整个过程。消化需要的时间长，处理构筑物容器大。由于酸性腐化细菌与甲烷菌对温度、pH的适应性不同，世代长短相差悬殊。当酸性发酵的速度超过碱性发酵的速度时，有机酸就会积累，使pH值降低，不利于碱性发酵，甚至破坏碱性发酵。但由于消化池中存在的消化液具有缓冲作用，以维持消化正常进行。消化池的缓冲作用，是由于有机物消化降解过程中产生的重碳酸盐(HC03-)与碳酸(H2C03)形成的：H++HC03一；==2H2C03(式3—2)当有机酸增加时，反应向右进行。若所增加的有机酸数量较重碳酸盐与碳酸的数量少，则[HC03。]／[H2C03]值变化不大，pH值变化也不大，从而可保持甲烷菌的消化条件。㈣3．2厌氧生物处理的优缺点3．2．1厌氧生物处理的优点a、相对好氧生物处理，厌氧生物处理污泥负荷较高；．27． 堕塞奎兰主些堂竺!堡主!笙苎b、污泥产量低。因为厌氧微生物的增值速率比好氧微生物低的多；C、可对好氧微生物处理系统不能降解的一些大分子有机物进行彻底降解或部分降解：d、能耗较低。因为厌氧生物处理不仅不需要供氧，还能产生可以回收利用的较高热值的甲烷气体；e、厌氧生物处理对营养物质的需求量更少Ⅲ3。3．2．2厌氧生物处理的缺点a、为控制碱度，需要投加碱源。由于无硝化作用，为维持较高的生物活性，需要控制NH,+浓度；b、因为发酵和硫酸盐还原菌的影响，常常有较浓的异味，影响周围环境；c、厌氧出水水质很难达到排放标准，一般需要进一步处理，而且对低浓度废水处理效果一般；d、由于厌氧微生物增值缓慢，厌氧反应器启动时间和水力停留时间都比好氧长；e、产生甲烷易燃易爆，厌氧作业区域必须按照防爆设计；f、厌氧微生物对温度、pH等环境因素的变化更为敏感，运行管理相对难度更大¨们。3．3厌氧生物处理的发展人们有目的地利用厌氧生物处理法已有近百年的历史，对早期污水厌氧处理的发展最有影响的，是1895年英国卡麦隆(Cameron)获得专利权的腐化池；由于反应器的主要结构简单，直到现在还为世界各国广泛采用；在20世纪70年代末期人们成功开发了各种新型的厌氧反应器，这使得厌氧处理高浓度污水的停留时间从过去的几天或几十天可以缩短到几小时或几天，从而提高了厌氧的应用范围；厌氧反应器经历了下面几个时期[171：3．3．1第一代消化池a、厌氧消化池。污水或污泥定期或连续加入消化池，经消化的污泥和污水分别从消化池底部和上部排出，所产的沼气从顶部排出。普通消化池的特点是在一个池内实现厌氧发酵反应过程和液体与污泥的分离过程。为了使进料和厌氧污泥密切接触而设有搅拌装置，目前，消化工艺被广泛地应用到城市污水、污泥的处理上。b、厌氧接触反应器。厌氧接触工艺的反应器是完全混合的，排出的混合液首先在 塑墨奎兰耋、业兰垡!堡主!笙奎沉淀池中进行固液分离。污水由沉淀池上部排出，沉淀下来的污泥回流到消化池，这样做既保证污泥不会流失，又可提高消化池内的污泥浓度，从而在一定程度上提高了设备的有机负荷率和处理效率。与普通消化池相比，它的水力停留时间可以大大缩短。3．3．2第二代厌氧反应器a、厌氧滤池。厌氧滤池(AF)是在Coulter等人(1955)工作的基础上由Young和McCarty于1969年重新开发的。厌氧滤池是在反应器内充填各种类型的填料，如卵石、炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水。厌氧滤池包括上流式厌氧滤池和下流式厌氧滤池。细菌生长在填料上，不随出水流失，在短的水力停留时间下取得长的污泥龄，但载体相当昂贵，填料容易发生堵塞，造成AF工艺不能迅速推广。b、升流式厌氧污泥床反应器。升流式厌氧污泥床反应器(UASB)是由Lettinga在20世纪70年代开发的。从UASB反应器的底部引入污水，向上流过污泥床。厌氧反应在污水与污泥接触时发生，产生沼气，引起污泥床扰动。部分附着有气体的颗粒污泥上升到反应器的顶部，通过三相分离器分离。UASB有机负荷率和去除率高，不需搅拌，能适应负荷冲击和温度的变化，是一种较好的厌氧反应器。C、流化床和膨胀床系统。流化床(FB)系统是Jeris在1982年开发的。厌氧流化床是一种具有很大比表面积的惰性载体的反应器，厌氧微生物在其上附着生长。它的一部分出水回流，使载体颗粒在反应器内处于流化状态。根据流速大小和颗粒膨胀程度可分为膨胀床和流化床。由于载体质量较大，回流增加了能耗，三相分离特别是固液分离困难，实际应用较少。d、厌氧生物转盘反应器。在这种反应器中，惰性介质附着在微生物上，介质可部分或全部浸没在废水中。废水中的介质转动时，生物膜的厚度可被适当的限制，处理后的水和剩余污泥被从反应器排除。e、厌氧折流反应器。被污水折板阻隔而形成上下折流穿过污泥层，反应器内形成推流的性质，且每个单元相当于一个独立的反应器，微生物种群在各单元中分布不同，从而可以取得较好的处理效果【181。3．3．3第三代厌氧反应器厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器，实际上是改进的UASB反应器，其运行在高流速下，使污泥颗粒处于悬浮状态，使进水与污泥颗粒充分接触，提高了厌氧处理效果。包括厌氧内循环反应器(IC)、厌氧升流式流化床工艺(HFBBIOBED)等。据统计，在世界范围(不包括中国)内到99年共统计了1303个采用了不同类型的反．29． 堕塞奎堂主些兰垡!堡主!笙苎应器。其中采用UASB反应器有近800座，占全部项目的59％。UASB反应器最大的优点是结构简单便于放大、运行管理简单；EGSB目前虽然仅占厌氧工艺应用总数的11％左右，但是考虑到其是近年来刚刚开发的工艺，其占据市场的速度非常快，在新建厌氧处理装置中占有很大的比例‘20、21]。而在我国采用各种厌氧处理技术据不完全统计，到99年共有219个项目采用不同类型的厌氧反应器。其中采用UASB反应器的有120座以上，占全部项目的58％，基本与国外应用情况相类似【l91。国际上荷兰的PAQUES、美国的BIOTHANE和比利时的BIOTIM公司是世界上主要三个UASB技术的厂家；仅这三家公司占国际市场份额的74％，这三家公司的技术主要是采用UASB技术，这反映了UASB技术除其技术本身的特点之外，其市场化的水平也是比较高的；这与UASB技术本身的特点有关，如UASB的反应器、三相分离器和颗粒污泥等等都是专有技术，技术含量较高；这使得厌氧UASB工艺在欧洲迅速得到了推广和普及，目前己向美国和世界其他地区辐射E22]。3．4PTA污水厌氧处理工艺PTA生产中心生化站厌氧工艺采用的是UASB+AF反应器，这是在UASB反应器基础上发展出的一种新型的厌氧反应器，与以往的UASB反应器相比，不仅具备UASB反应器运行操作简单、适应高浓度废水处理和能高负荷运行的优点，而且具备了AF反应器不易流失污泥和耐负荷冲击的优点。这种反应器形成颗粒污泥和高活性生物膜后，能处理高浓度难降解的有机废水，且运行稳定。UASB+AF反应器结构图详见图3．2：三相分离器配水系统图3．2UASB+AF反应器截面结构图污水经脉冲发生器呈脉冲状均匀的分配到UASB+AF反应器底部的配水系统，然后．30． 南京大学专业学位(硕士)论文污水由反应器的底部向上流动，与悬浮污泥和填料上的生物膜充分接触，厌氧反应就发生在这接触过程中。污水与悬浮污泥及填料上的生物膜接触，厌氧生物在厌氧状态下将有机物水解、酸化和分解完成一系列厌氧反应，产生沼气(主要是CH4和C02)引起了内部循环，这对颗粒污泥和生物膜的形成十分有利。污水中的有机物被厌氧微生物降解，一部分转化为沼气，一部分有机物转化为微生物机体。附着气体的污泥向反应器的顶部上升过程，大部分污泥被填料吸附，未被填料吸附到的污泥继续上升，直到碰击反应器顶部的三相分离器壁板，引起气体与污泥絮体分离⋯脱气。释放气体的污泥将沉入反应器内继续与污水接触进入下一个反应阶段，同时气体在三相分离器内聚集到一定压力后，通过水封进入沼气柜。PTA污水在UASB+AF反应器中，经过与厌氧微生物接触，大部分TA等有机物得以降解，大部分有机物分解为CI-h、C02和水(见式3-3"--"式3．5)产酸菌HOOC--O--COOH——_CH3COOH+CHsCH2COOH+CHsCH2COOH(式3-3)产甲烷菌CH3COOH———啼CH4+C02+H20(式3—4)产甲烷菌CH3CH2COOH————◆CH4+C02+H203．5影响处理效率因素的分析(式3—5)3．5．1容积负荷对CODer处理效率的影响厌氧系统的处理负荷通常是用容积负荷来表征，容积负荷直接影响处理效率和产气量。在一定范围内，随着容积负荷的提高，产气量增加，但容积负荷的提高将导致停留时间缩短，CODcr去除率下降；厌氧系统正常运行时，产酸和产甲烷的速率保持相对平衡，容积负荷过高，则产酸率有可能大于产甲烷的用酸率，从而造成挥发酸的积累，pH迅速下降，阻碍产甲烷阶段的正常进行。严重时导致产甲烷作用的停顿，整个厌氧系统陷于瘫痪状态，调整恢复起来非常困难；同时，如果容积负荷过低，虽然去除率提高了，但设备的利用率太低眩引。现有系统调整容积负荷的方法包括改变进水量和调节污水回流比，其中进水量的改变对CODcr去除率的影响比较显著。目前的控制措施是一方面通过调整2#集水井污水泵的运行，控制进入厌氧池的总流量。同时，厌氧系统8组厌氧池的进口均设有流量 堕塞奎堂耋些兰篁!堡主!堡茎计，控制每组流量在30m3／h左右，保持流量的稳定和各组池子之间流量的均衡。当生产装置由于工艺调整、停车等原因造成来水量和水质发生明显变化时，为避免容积负荷过高对厌氧系统产生冲击，一般情况下，将酸析池C202临时作为事故池储存这部分污水，待装置运行稳定后逐渐消化。通过调节污水回流比来控制容积负荷，现场有三种方式可供选择，分别是25％出水回流(回流比O．33：1)、50％出水回流(回流比1：1)和75％出水回流(回流比3：1)。厌氧系统的工艺优化运行实验对这三种回流比调整后的运行情况进行了考察。每种回流比条件下的实验运行周期为20天，考察厌氧池进、出水CODcr，计算CODcr去除率和容积负荷，试验结果见表3．1。表3．1不同回流比时容积负荷与厌氧去除率数据容积负荷计算公式：Nv=Q(n+1)C／(vxl000)Q一污水量ma／dC一进水CODcr浓度(mg／L)n一回流水稀释倍数v一反应器体积(m3)(式3-6)生产装置排水流量为5528m3／d，厌氧池体积为9435m3，回流比为25％(O．33：1)时，容积负荷为：Nv=Q(n+1)C／(v×1000)=5528×(0．33+11x4209／(9435x1000)=3．3kgCODcr／m3·d回流比为50％(1：1)时，容积负荷为：Nv=Q(n+1)C／(v×1000)=5528x(1+1)x3821／(9435xlOOO)24．5kgCODcr／mj．d回流比为75％(1：1)时，容积负荷为：．32． 南京大学专业学位(硕士)论文Nv=Q(n+1)C／(v×1000)=5528×(3+1、x3330／(9435xlooo)=7．8kgCODcr／m3。d结果表明，25％污水回流时稀释倍数低，厌氧迸水CODcr最高，容积负荷低，厌氧水力停留时间长，CODcr去除率高，但厌氧出水CODcr也是最高，给下游好氧处理带来一定的难度。而75％污水回流虽然短期内出水效果接近，但容积负荷高，CODcr去除率低，长期运行不利于厌氧菌生长。综合考虑，50％污水回流在满足一定的去除率的前题下，厌氧出水CODcr也不是很高，比较符合现场实际情况。3．5．2pH值、ⅦA与ALK对CODer处理效率的影响pH值是厌氧消化中的重要控制因素。酸性腐化细菌对pH值的适应范围较广，一般在4．5～8．0之间都能维持较高的活性。而甲烷菌对pH值较为敏感，适应范围较窄，甲烷菌的适宜pH值为6．6～7．8，最佳pH值在6．8～7．2之间。pH值下降到5以下，对甲烷菌有毒害作用。如果有一段时间pH值很低，甲烷菌会大量死亡，即使pH值恢复到中性，厌氧消化的效率也不易恢复。而高pH值时，只要恢复到中性，甲烷消化的效率就能很快恢复。VFA表示厌氧生物处理系统内的挥发性有机酸的含量，而挥发性有机酸是厌氧生物处理系统的中间产物。厌氧生物处理系统实现对有机污泥和高浓度有机废水的有效处理，最终是通过产甲烷过程来实现的。而甲烷菌所能利用的有机物就是挥发性有机酸VFA。如果厌氧生物处理系统运转正常，那么其中的VFA就会维持在一个相对稳定的范围内。VFA过低会使甲烷菌能利用的物料减少，厌氧系统对有机物的分解程度降低。而VFA过高超过甲烷菌所能利用的数量，又会造成VFA的过度积累，使处理系统的pH值下降，对甲烷菌产生毒害。同时甲烷菌因各种原因受到毒害后，也会降低对VFA的利用率，反过来造成VFA的积累，形成恶性循环。因此，VFA是监测厌氧系统正常运转的一个重要指标。ALK表示的是厌氧处理系统内的碱度。厌氧处理系统中的碱度一般相对稳定，当挥发性有机酸积累时，要大量消耗HC03。，使消化液的缓冲能力下降甚至丧失。碱度降低，即预示pH值将要下降，所以测定碱度可预知消化进行的情况如何。ALK与VFA都可对厌氧系统的pH产生影响，进而影响到系统对CODcr的去除率。优化运行实验通过调整厌氧池进水pH值，考察CODcr去除率的变化。实验采用投加液碱的方法将厌氧池进水pH值控制在6．0～7．8之间。为获得比较稳定的运行数据，实验在气温变化较小的4月一5月进行，并将氨氮指标控制在稳定范围内。pH调整实验分为三 堕室奎堂皇些兰垡!堡主!笙奎个阶段进行，第一个20天将pH控制在6．0～6．6，第二个20天控制在6．6-7．2，第三个20天控制在7．2～7．8，共60天。由实验数据整理得到的pH对厌氧去除率的影响关系见图3．3、表3．2。6560i55￡1506一●．．：，’Nk-，．，’、^专-●●845i凡4oI{PH35L—————————————————————L—————————————————————L—————————————————————L——————————————————一图3．3pH对厌氧去除率的影响趋势图表3．2pH与厌氧池去除率影响数据实测数据表明，厌氧池进水在pH值6．6～7．2范围内时可达到较高的去除率。说明产甲烷菌在此pH范围最适宜生长和消化能力最强，实验范围内的pH变化对CODcr去除率的影响不是很明显。由于厌氧生物处理过程中有重碳酸盐(HC03-)与H：C0。生成，厌氧池中HE0。一与C0：浓度都很高，具有有较大的缓冲能力。根据实验结果，人工调节pH时可以适当扩大范围到6～7．8，以增强操作的可行性。3．5．3氨氮对CODer处理效率的影响厌氧微生物的生长繁殖需要摄取一定比例的C、N、P及其它微量元素，但由于厌氧微生物对碳素养分的利用率比好氧微生物低，一般认为，厌氧生物处理中碳氮磷的比值控制在CODcr：N：p_-(200～300)：5：1即可。在厌氧处理时提供氮源，除了满足合成菌体所需之外，还有利于提高系统的缓冲能力。如果氮源不足，即碳氮比太高，不仅会导致厌氧菌增殖缓慢，而且消化液的缓冲能力降低，会引起pH值下降。相反，如果氮源．．34．． 南京大学专业学位(硕士)论文过剩，碳氮比太低、氮不能被充分利用，将导致系统中氨的积累，引起pH值上升，如果pH值上升到8以上，就会抑止甲烷菌的生长繁殖，使消化效率降低。PTA废水中氨氮浓度较低，厌氧处理中所需的氮源由外部提供，实际操作过程是采用投加氨水的方法控制厌氧池进水的氨氮指标。根据理论值，C：N比应为40：l左右，为确定厌氧处理中氨氮浓度对CODer去除效率的影响，实验中采用逐步减少氨水投加量的方法来降低氨氮浓度，考察不同氨氮浓度时厌氧处理过程的CODer去除率，每一阶段固定氨氮浓度稳定运行10天左右，通过试验确定本系统最适宜的氨氮指标及氨水投加量。氨氮浓度与厌氧处理过程中CODer去除率的实验结果见表3．3及图3．4。表3．3进水氨氮对厌氧CODcr去除率的关系5654Q52誉槲50篮悄48蛴隧464442氨氮(mg／1)图3．4氨氮对厌氧CODer去除率影响趋势图58．5实验数据表明当氨氮进水浓度在20mg／L以下时，随氨氮浓度的降低，厌氧系统对CODcr的去除率明显下降，当氨氮浓度大于40mg／L时，CODcr去除率的增幅变化不明显。因此结合厌氧处理效率、运行成本及随后的好氧系统对最终氨氮的处理效果，确定本系统维持厌氧菌生长和消化需要的氨氮指标应控制在20一--40mg／L之间。3．5．4温度的影响甲烷菌对温度的适应性较弱，适应范围可分为中温(30～35℃)及高温(50～60。C)．3气． 堕塞奎堂主些兰垡!婴主：笙茎两类。高温消化比中温消化所需时间短，产气速率高。但高温消化温度控制难度大，加热污水、污泥所消耗热量大，消化反应构筑物及管道的保温费用也高，故一般采用中温消化处理。厌氧过程比好氧过程对温度变化尤其是低温更加敏感。主要是由于甲烷菌比酸性腐化细菌对温度更加敏感。低温时挥发酸浓度增加，就是因为酸性腐化细菌的代谢速度受温度的影响比甲烷菌受到的影响小。低温时挥发性有机酸的浓度迅速增加可能会使挥发性有机酸在系统中积累，最终超出系统的缓冲能力，导致pH值急剧下降，从而严重影响厌氧系统的正常运行，这也是冬季运行厌氧去除率较低的原因之一。温度提高，有机物的去除率和产气量都会增加，但甲烷菌对温度的适应范围较小，超出其适应范围后，消化速度同样会减退。同时，温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧系统的正常运行，当短时间内温度升降超过5。C，沼气产量会明显下降，甚至停止产气。因此，厌氧生物处理系统在运行时的温度变化幅度一般不宜超过2～3℃。PTA生产装置的排水温度在80～90。C，夏季气温高，污水水温也相对较高，厌氧进水达到40℃左右，研究工作验证了温度对厌氧处理效率的影响。启用冷却塔降低废水温度后比较两种温度下厌氧池的去除率，结果见表3．4。表中数据表明当开启冷却塔后厌氧池水温由40。C降到36℃左右，CODcr去除率有所上升。因此，作为优化运行的调整措施，必要时可通过调节水温来提高厌氧处理的效率。表3．4不同温度下厌氧池去除率数据3．5．5钴、锰对厌氧处理过程的影响醋酸钴、醋酸锰是生产精对苯二甲酸时使用的催化剂。当装置处于开、停车阶段或异常情况时，工艺污水中钴、锰浓度会大幅度增加，最大质量浓度能达到1000mg／L，当废水中钴质量浓度大于200mg／L、锰质量浓度大于100mg／L，就会严重影响厌氧污泥的活性，甚至使厌氧微生物死亡。生化站就曾经遇到过，由于含有高浓度钴、锰污水进入厌氧系统，造成两座厌氧池失去处理能力。通过实验分析甲烷气增量与钴质量浓度、锰质量浓度的关系见图3．5、图3．6怛钊。 南京大学专业学位(硕士)论文^0J＼b030啪1磐一5旷篓一10—15／，I．＼l1．。，1obo∞obo“N∞吲嗡～里。。④C：心，＼l—＼10，一’0VO删，粗一aH旷一10垡旺一15——20图3．5甲烷气的增量与钴质量浓度关系图．◆—厂—、61050100200、ⅪQ_4QQ墨oo800＼-图3．6甲烷气的增量与锰质量浓度关系图图3．5、3．6显示：在厌氧系统中，钴质量浓度低于200mg／L、锰质量浓度低于100mg／L时，有利于提高微生物的活性，促进有机物的降解。主要是由于钴、锰等一些无机盐类是微生物生命活动必不可少的营养物质，它们是构成微生物细胞的组成成分，参与酶蛋白的组成、活化酶促反应。只要存在极其微量，就能够强烈地刺激微生物的生命活动。缺少这些微量元素，就会导致微生物生命活动强度的降低。当钴、锰含量过高时，会抑制厌氧微生物活性，降低厌氧微生物对有机物的降解能力。主要是因为有机物降解产物为C0。和H20。由于厌氧系统是一个密闭的系统，产生的C0。无法逸出，大部分仍停留在污泥和污水中。因此，CO：和H。0会与钴、锰发生如下反应：Mn2++C02+H20=MnC03l+2H+(式3-7)C02++C02+H20=CoC03J+2H+(式3—8) 堕室奎兰童些兰垡!堡主!笙茎MnCO。和CoCO。均为难溶物，由于它们的凝聚作用，使酶发生沉淀，从而降低微生物活性。另一方面，过量的金属离子容易和细菌蛋白质相结合而发生变性或沉淀从而使酶失去活性。PTA生产过程中，当遇到生产异常时，可在工艺污水中加入草酸，将大部分钴、锰沉淀去除，使污水中钴质量浓度低于200mg／L、锰质量浓度低于i00mg／L，再进入厌氧系统，以限制过量的钴、锰影响厌氧微生物活性。当工艺正常时，只要加强监控，确保污水中钴质量浓度低于200mg／L、锰质量浓度低于i00mg／L，反而会促进厌氧微生物活性嘶3。3．5．6厌氧系统运行效果比较通过上述对厌氧系统操作影响因子的调查分析和实施优化运行的实验验证，统计得出的厌氧池运行数据汇总表见表3．5及图3．7，其中5月份前是改造前的运行数据。厌氧系统从CODcr去除率波动比较大，平均不到50％，到实施优化改造后稳定在55％左右，改造工作取得明显效果，为下一步好氧处理以及总排出水合格打下了良好的基础。表3．5实验期间生化站厌氧去除率汇总表／-、浆V{；{卜篮稍球噻7060100月份图3．72004年生化站厌氧去除率趋势图 南京大学专业学位(硕士)论文3．5．7厌氧系统优化改造结论综合以上分析和实验结果，为保持厌氧池稳定运行并维持较高的CODcr去除率，应当采取下列措施：a、厌氧池采取50％污水回流，回流比为l：l。此时CODcr容积负荷适中，厌氧水力停留时间较长，CODcr去除率也比较高。b、厌氧池进水pH最佳值为6．6～7．2之间，此时厌氧菌的生长和消化能力达到最佳。由于厌氧池容量大，生物容量多，缓冲能力强，可将pH值控制在6．0～7．8之间。C、厌氧池进水氨氮浓度应控制在20～40mg／L之间，既能够满足厌氧菌生长需求，达到较佳的消化能力，同时也兼顾了运行费用和出水中氨氮的浓度指标。d、夏季高温时厌氧生化处理系统需要启用冷却塔降低温度到3CC左右，此时厌氧菌中温消化能力最强。e、加强对钴、锰浓度的监控。 南京大学专业学位(硕士)论文第四章好氧生物处理系统工艺优化4．1理论介绍废水好氧生物处理总体上可分为活性污泥法和生物膜法两种。向污水中注入空气进行曝气，并持续一段时间后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀分离，并使污水得到澄清，这就是活性污泥。活性污泥法是以活性污泥为主体的生物处理法，包括传统活性污泥法、生物吸附法、阶段曝气法、渐减曝气法、延时曝气法、完全混合法等；近年来，活性污泥法技术有了不少改进，一些新型技术被开发出来，包括两级活性污泥法、深层曝气法、纯氧曝气法等心6|。生物膜法是指污水流过生长在固定支撑物表面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交换，降解污水中有机污染物的方法，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等。生物接触氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的特点，所以它兼有这两种处理法的优点。4．1．1生物接触氧化法机理生物接触氧化法，就是在池内设置填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的速度流经填料，填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜上微生物的作用下，污水得到净化乜71。在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态固着在填料上，同时又有部分絮体或碎裂生物膜悬浮于处理水中，附着在填料表面的生物膜对废水的净化作用如图4．1所示E283。最初，稀疏的细菌附着在填料表面，很薄的生物膜在细菌的繁殖过程逐渐形成。在有机物和溶解氧足够的情况下，微生物将十分迅速繁殖，生物膜逐渐加厚，生物膜的厚度通常为1．5"--"2．Omm，其中外表面到1．5mm深处为好气菌，1．5mm深处到内表面与填料壁相接的部分为弱厌气菌。好气菌使用废水中扩散到生物膜内的溶解氧和有机物，但是，当生物膜长到～定厚度时，由于溶解氧无法扩散到生物膜内，导致好氧菌死亡、溶化，而内层的厌气菌得以繁殖发展。一段时间后，厌气菌也开始减少，加上代谢气的逸出，使许多空隙出现在内层生物膜上，吸附力减小，最后发生脱落。在脱落的填料表面上，又重新生长发展出新的生物膜。事实上，在氧化池生物膜发展的每一阶段都是同时存在新陈代谢过程的，这样就能稳定保持去除有机物的能力。．40．． 南京大学专业学位(硕士)论文》／／。＼附运／f族＼曼趴l＼．。＼倡∥＼／＼1／。／f月＼。／：|＼／j＼＼r／影。＼层一＼}／＼层、层填料—十生物膜———f污山图4．1生物膜对污水的净化作用4．1．2生物相及其演变规律有机物一0一C02一无机物一有机酸等一接触氧化法生物膜上的生物相是丰富的，起作用的微生物包括许多门类，由细菌、真菌、原生动物、后生动物组成比较稳定的生态系。生物相中数量最多的是细菌。它们的形态有游离菌、菌胶团、丝状菌。存在于生物膜中的真菌主要有地霉菌、镰刀霉菌和各种酵母菌等。真菌会对某些人工合成的有机物产生一定的降解作用。当生物膜降解能力较好且正常运行时，以固着性的纤毛虫为主的原生动物在生物相中占有优势，如钟虫等。稳定运行时，生物膜上的生物相也是相对稳定的，制约关系存在于细菌和原生动物之间。一方面，细菌被原生动物纤毛虫吞噬，从而抑止细菌群体的蔓延；另一方面，细菌被破还后，又不停的繁殖，这就要求废水中有大量有机物可被作为食料，因此污水被净化了。所以，以钟虫为代表的原生动物纤毛虫等是生物接触氧化系统运行稳定的有意义的指标性生物。与活性污泥法不同的是，在生物接触氧化法中的生物膜上存在着大量的后生动物如轮虫等，这些是以食腐肉为生的动物，能软化生物膜，促使生物膜脱落，从而经常保持活性和良好的净化功能。当轮虫等后生动物数量多且活跃，个体肥大，则处理后出水水 堕塞奎兰主些兰垡!堡主!笙茎质好，反之，则出水效果差。4．1．3生物接触氧化法的特点4．1．3．1优点a、生物量大，容积负荷高。生物接触氧化池内单位容积生物固体含量高于活性污泥法曝气池及生物滤池，具有较高的容积负荷和对冲击负荷较强的适应能力。b、无污泥膨胀问题。由于相当一部分微生物固着生长在填料上，生物膜的生长和脱落可以自动保持平衡，因此生物接触氧化法无需设污泥回流系统，也不会出现污泥膨胀现象，运行管理方便。C、剩余污泥少。因为接触氧化池内单位容积生物固体含量可以维持较高值，即使容积负荷加大，接触氧化池内生物量的变化也不会太大，因此剩余污泥较少。d、生物活性高。接触氧化池的填料下鼓风曝气，不仅供氧充分，而且对生物膜起到搅动作用，加速了生物膜的更新，使生物膜的活性提高。e、动力消耗低。接触氧化池内的填料可以起到切割气泡增加紊动的作用，增加了氧的传递系数，提高了处理效率，同时不需要污泥回流，因此电耗较低。在同样去除效果的情况下，可以比活性污泥法节省动力30％左右。4．1．3．2缺点a、填料上生物膜的数量由BOD负荷来决定、BOD负荷高时，生物膜数量则高，反之亦然。因此任意调节生物膜和装置的效能不能通过运转条件的变化来实现。b、当如采用蜂窝填料时，当负荷过高时，则生物膜会较厚，填料易被堵塞。因此，负荷界限和防堵塞冲洗措施必须要被制定。C、如后生动物大量产生则生物膜会立刻大块脱落，出水水质易受影响。d、组合状的接触填料常常会对搅拌与曝气造成影响。4．2接触氧化法工艺及装置4．2．1基本工艺生物接触氧化法的处理流程通常可以分为：一段法(一次生物接触氧化法)、二段法(两次生物接触氧化法)、多段法(多次生物接触氧化法)和多格法(多格生物接触氧化法)1"293。4．2．1．1一段法 南京大学专业学位(硕士)论文原水先经调节池，再进入生物接触氧化池，而后进入二次沉淀池进行泥水分离。处理后的上清液排放或作进一步处理，污泥从二次沉淀池定期排走。一段法流程简单易行，操作方便，投资较省。4．2．1．2二段法原水经调节池进入第一生物接触氧化池，而后流入中间沉淀池进行泥水分离，上层处理水进入第二接触氧化池，最后流入二次沉淀池，再次进行泥水分离，出水排放。沉淀池的污泥排出进行污泥处理。4．2．1．3多段法多段法是由三级或多于三级的生物接触氧化池组成的系统。原水流经调节池，再依次进入各级接触氧化池，而后流入二次沉淀池进行泥水分离。处理后的上清液排出，污泥从二次沉淀池定期排出进行污泥处理。4．2．1．4推流法推流法就是将一座生物接触氧化池内部分格，按推流方式进行。总的说来，一般当有机负荷较低，水量负荷较大时，如污水的三级处理，采用一段法流程填料堵塞的可能性较小。当有机负荷较高，如污水的二级处理，采用二段法或者推流法流程，则可根据BOD负荷条件的变化组合载体填料。当去除有机污染负荷高时，如在高浓度污水处理中，则应采用多段法流程，这样可以提高总的生化处理效果和减少接触氧化时间。4．2．2生物接触氧化池的形式4．2．2．1曝气与接触氧化不在同一个池中将曝气装置与填料分别设在不同的隔问内，形成曝气区与接触氧化区两部分，污水预先经过曝气充氧后，再进入填料区与生物膜相接触。这种池型的优点是填料层内水流平稳，有利于生物膜的生长，缺点是冲刷力较小，不利于生物膜的脱落更新，采用蜂窝填料时，容易造成填料孔堵塞。一般用于BOD值较低的有机污水的处理或用于污水的深度处理。4．2．2．2曝气与接触氧化在同一个池中将曝气装置直接设在填料层的下面，曝气与接触氧化在同一个池中进行。和前一个池型相比，这种构造可提高池体的利用率，而且上升气流增加了填料层的水流紊动性，促使生物膜更新加快，有利于提高生物膜的活性，缺点是曝气装置在填料层的下面，检修不便。这种形式比较常用，一般适用于处理BOD值较高的有机污水。 南京大学专业学位(硕士)论文4．2．3曝气设备的作用曝气设备是氧化池的重要组成部分，与填料上的生物膜充分发挥降解有机污染物、维持氧化池的正常运行和提高生化处理效果有很大关系，并且同氧化池的动力消耗密切相关。4．2．3．1双膜理论曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相转移到液相，在界面的两侧存在气膜和液膜，气体分子通过气膜和液膜的传递理论，现被广泛接受的是刘易斯(Lewis)和怀特曼(Whitman)于1923年建立的“双膜理论”E30]。这一理论的模型参见图4．2，界面，、紊流＼-／图4．2双膜理论模型液相主体／．、紊流理论的基本点归纳如下：a、处于层流状态的气膜和液膜会在气、液两相接触的界面存在，其外侧分别为液相主体和气相主体，两个主体均处于紊流状态。以分子扩散方式的气体分子从气相主体通过气膜和液膜，最终进入液相主体。b、因为气、液两相的主体都存在于紊流状态，因此其中物质浓度应该基本上是均匀的，不存在传质阻力，也没有浓度差，气体分子从气相主体传递到液相主体，仅于气、液两层层流膜中存在阻力。c、氧的浓度梯度存在于液膜中，氧的分压梯度存在于气膜中，氧转移的推动力就．44． 南京大学专业学位(帧士)论文是它们。d、因为氧难溶于水，且在液膜上又集中着氧转移决定性的阻力。所以，氧转移过程的控制步骤是氧分子通过液膜，氧转移过程的控制速度是通过液膜的转移速度。4．2．3．2曝气作用a、充氧生物接触氧化法主要利用好氧微生物完成净化废水的过程，微生物的氧化、合成和内源呼吸都需要氧气。曝气使接触氧化池内溶解氧维持在一定水平，为微生物活动提供所必须的氧。b、搅动水流在接触氧化池内的紊流形成是由于曝气产生的搅动作用，使附着在填料上的微生物与污水中的有机污染物充分接触，特别是当紊流程度越大时，被处理水与生物膜接触的效率也越高，进而使处理效率获得了提高。C、防止填料堵塞因曝气产生的搅动作用会对生物膜产生一定的冲刷作用，使填料上老化的生物膜及时脱落，防止填料堵塞，也推动填料的再生，从而提高处理效率和改进生物膜的活性。4．2．3．3、曝气设备a、穿孔管穿孔管简单易行，孔眼直径为4．、．6mm，孔口速度为5～lOm／s。采用大阻力系统，布气比较均匀，安装方便，一次投资省。但是，氧的利用率低，一般为6％～7％，孔口易堵塞。b、散流曝气器散流曝气器是20世纪80年代中期国内研制的曝气器，用塑料压制成型，由锯齿型曝气头和带有锯齿的散流罩、导流隔板、进气管四部分组成，整个曝气器呈倒伞形。其充氧作用主要是由液体剧烈混掺作用、气泡的切割作用和散流罩的扩散作用共同完成的。这种曝气器动力效率很高，布气范围大，氧的利用率高，池内布气均匀，液体流态好，耐腐蚀，不堵塞，安装方便。c、微孔曝气器微孔曝气器是利用空气扩散装置在曝气池内产生微小气泡，微小气泡与水的接触面积大，动力效率高，氧的利用率高，一般可达10％以上，缺点是气压损失较大，容易堵塞，进入的压缩空气必须预先经过处理。 南京大学专业学位(硕士)论文d、可变孔(微孔)曝气软管20世纪80年代后期国内开发研制出新的曝气器⋯．可变孔曝气软管。气孔存在于它所有表面，均能曝气。气孔的孔径为狭长的细缝，其宽度因气量的增减于O一-200um之间变化。气泡上升速度慢，布气均匀，氧的利用率高，一般为20％"--25％，而价格较其它微孔曝气器低；供气时不需要空气过滤设备，使用时可以随时停止曝气，不会堵塞，耐腐蚀；软管在曝气时膨胀而在不曝气时被压扁，可以卷曲包装，运输方便口¨。4．2．4填料填料是微生物的载体，其特性对池内生物固体的含量、氧的利用率、水流条件和污水与生物膜的接触情况等起着重要的作用，是影响生物接触氧化法处理效果的关键部件。4．2．4．1填料的要求a、比表面积大、空隙率大，而且截留悬浮杂质的能力强，对生物膜的附着作用较好。b、水流阻力小，流态好，有利于生物膜的生长和脱落更新。c、强度大、化学和生物稳定性较好，经久耐用，不会因为溶出有害物质而引起二次污染。d、与水的密度基本相同，容易固定安装在接触氧化池内。e、形状规则、尺寸均一，使填料层各个部分的水流流态相同，避免短流现象，而且运输安装和拆卸维修都很方便。4．2．4．2填料的种类a、弹性填料弹性填料通常由硬聚氯乙稀塑料和玻璃钢制成波状薄片，在现场再粘合和蜂窝状。蜂窝状弹性填料由薄片做成，空隙率较大，而且质地较轻，纵向强度大，蜂窝管壁面光滑无死角，老化的生物膜易于脱落。为防止填料堵塞，一般不用蜂窝状弹性填料处理高浓度有机废水。b、软性填料软性填料通常由尼龙、维纶、晴纶等化学纤维编制成束并用中心绳相连而成。软性填料比表面积大、不会堵塞、质量轻、运输方便，可用于处理高浓度污水。缺点是填料的纤维容易与生物膜粘结在一起而产生结球现象，使比表面积减少，影响处理效果。为防止生物膜生长后纤维结成球状，减少填料的比表面积，又有以硬性塑料为支架，其上 南京大学专业学位(硕士)论文缚以软性纤维的，成为组合软性填料。这种软性填料不会出现结球现象，同时能起到良好的布水、布气作用，接触传质条件较好，氧的利用率较高。C、半软性填料半软性填料是针对软性填料的缺点而改进开发的填料形式，一般由改性聚氯乙稀塑料制成薄片状，其外形与组合填料相似，不过将捆绑在其上的纤维束换成了与中心园盘相连的塑料丝。这种填料既有一定的刚性，又有一定的柔性，无论在水流还是在气流作用下，都能基本保持原有形状。半软性填料具有较强的重新布水和布气作用，耐腐蚀，不易堵塞，使用寿命较长，对有机物的去除效率较高。d、悬浮填料经过选择配料，将填料的密度控制在一定范围内，使用时只要将填料按照一定的体积比投入接触氧化池内，根据实际磨损情况及时补充即可，省掉了固定式填料安装和更换的诸多麻烦。缺点是对曝气要求较高‘3扣。4．3PTA生产中心生化站好氧生化处理系统存在的问题4．3．1好氧生化处理系统现状按原始设计参数，PTA污水进水CODer浓度为小于8300mg／L，经预处理后降为3000-、一3500mg／L；再进入厌氧系统，CODcr去除率为50-～70％：然后再在好氧系统中去除70％--80％的CODcr，出水CODcrcr达到小于800mg／L的要求。实际运行中好氧生化处理系统CODer去除率仅能维持在30％左右，详见表4．1。表4．1好氧生化处理系统CODer去除率一览表4．3．2原因分析4．3．2．1填料好氧系统是由原纺织工业部设计院于1992年12月设计，1995年8月正式投用。按照初步设计，最初选用的是软性纤维填料。此种填料比表面积大、不会堵塞、质量轻、运输方便。但在使用一段时间后，软性纤维填料的纤维易与生物膜粘结在一起产生结球现象，使比表面积减少，进而在结球的内部产生厌氧作用，影响水质处理效果。填料的．．47．． 南京大学专业学位(坝士)论文丝束容易脱落，降低了填料质量。此外，软性纤维的水流态并不理想，在填料中容易产生大气泡，影响氧的利用率B引。1998年，好氧系统进行改造，采用软性组合填料，该填料以上海石化的醛化维纶丝为原料，是中心绳、单片及纤维束组成，有效地避免了原填料靠双片挤压固定纤维束，易受气温影响而造成大量脱丝的现象，不易脱丝，空隙率大。改造后，挂膜效果良好口们。但在运行中仍然暴露出一些问题。由于曝气器损坏，脱落，曝气严重不均，短路，气流对悬挂的填料产生强烈的冲击，同时造成部分填料中心绳断裂，影响填料挂膜。醋酸钴、醋酸锰是生产精对苯二甲酸时使用的催化剂。当装置处于开、停车阶段或出现异常情况时，工艺污水中钴、锰浓度会大幅度增加。接触氧化池内有机物降解产物为C02和H20。C02和H20会与钴、锰发生如下反应：iMirl2十+C02+H20=MnC03l+2H+(4-1)C02++C02+H20=CoC03I+2矿(4．2)MnC03和CoC03均为难溶物，吸附在塑料单片上，并形成板结，造成填料重量增加，表面积减少，填料断裂，影响处理效果，见图4．3、图4．4。图4．3填料板结图片 南京大学专业学位(硕士)论文图4．4填料断裂图片4．3．2．2鼓风机生化站选用的是离心多级鼓风机，主要参数如下表4．2：表4．2鼓风机参数表制造厂家唐山清源环保机械公司型号进口风量出口升压介质主轴转速轴功率离心鼓风机原理是利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速，改变流向，使动能转化为势能(压力)。多级离心鼓风机利用回流器使气体进入下一个叶轮，产生更高的压力。离心鼓风机实际上是一种变流量恒压装置。通过调节出气管上的阀门改变压缩空气量，而出口压力基本维持恒定。由于使用年限较长，设备老化，正常两台鼓风机同时运行，实际出口压力为0．063MPa，而进入好氧池压力为0．061MPa。生化站好氧池池深为6．2m，有效水深为．．49．．篡并=嘶赋册空跚郓 南京大学专业学位(硕士)论文5．5m。加上管道和曝气器表面的阻力损失，使得曝气阻力较大。另外，由于阻力过大，鼓风机出现自停反转，多台鼓风机无法同时运行。4．3．2．3曝气器1996年～1999年，原设计中采用的散流式曝气器随着运行时间的加长，脱落现象日益严重，造成气流短路，CODcr去除率逐渐下降。考虑到散流式曝气头氧利用率低，2002年，改用了微孔曝气器，但投用后，处理效果没有明显好转，使用的微孔曝气器采用的是膜片式，膜片材质为合成橡胶。这种微孔曝气器压力损失较大，由于本身鼓风机出口压力不高，加上管道和曝气器表面的阻力损失，使得曝气阻力较大，加上池内组合填料产生背压大，在使用中受水压及罗茨风机通气膨胀、收缩和扩张，长期疲劳工作，造成曝气器表面膜片大面积损坏或脱落，形成气流短路，使池内溶解氧仅为1mg／L左右，直接影响到CODcr去除率[35]o同时，由于曝气器损坏、脱落，曝气严重不均，短路，气流对悬挂的填料产生强烈的冲击，造成部分填料中心绳断裂，影响填料挂膜。损坏的膜片式微孔曝气器的图片见图4．5口刮：4．3．3．工艺改造与优化4．3．3．1曝气器更换图4．5损坏的曝气器图片 南京大学专业学位(硕士)论文从上述分析看，要提高好氧池的CODcr去除率，必须解决现有曝气器的问题，即需要对曝气器重新选型。结合生化站现场实际情况和兄弟单位污水处理场的成功改造经验，考虑选用可变孔复合曝气软管。由于该曝气管采用可变孔、薄壁和狭缝原理，它的气孔可随气量的增减可大可小，从而达到曝气均匀，且不易堵塞的目的。4．3．3．1．1可变孔曝气软管的特点a、曝气均匀冲刷力大。b、阻力小(阻力损失仅为500Pa)，氧利用率可达18．4～27％。c、耐腐蚀性好，组装方便。d、气泡上升速度慢，布气均匀。4．3．3．1．2、两种曝气方式的比较表4．3曝气器技术参数比较可变孔复合曝气软管膜片式曝气器以上数据表明：曝气软管各项性能指标均优于膜片式曝气器，氧利用率高。4．3．3．1．3可变孔复合曝气软管质量指标型号：65—5．5服务面积：>1m2／m曝气量：>5m3／m．h氧利用率：>12％(曝气量为3m3／m．h)理论动力效率：>1．56--。11．4k902／kw．h数量：1680m软管耐压强度：>2．0kg／cm2壁厚：>2mm曝气阻力：<178mm水柱气孔密度：1800---1900个／米 南京大学专业学位(硕士)论文材质：化纤增强改良塑料使用寿命：>5年‘3734．3．3．2填料更换结合生产工艺的实际情况，生产装置随废水排出的催化剂容易造成软性填料板结，考虑选用弹性填料。弹性填料壁面光滑无死角，老化的生物膜以及截留的MnC03和CoC03容易脱落，可减少填料的板结现象，延长填料寿命。弹性填料质量指标：型号：TL一150材质：高压抗紫外线聚乙烯直径：150mm丝条直径：0．4"---"0．5mm丝条密度：3200,、--3400根／m成品重量：3．5"----4．0kg／m数量：768m3比表面积：93．2"--"107．6m2／m3池容积负荷：1．6"---2．0kgCODcr／m3．d填料布置：按等边三角形布置(3层)使用寿命：>10年4．3．3．3鼓风机整修a、对故障鼓风机进行彻底检修，经常进行维护，确保鼓风机运转正常。同时打开出口阀，将电流提高到125A。b、增开一台鼓风机，即共开3台鼓风机，提高风量。4．3．3．4现场施工a、根据现场实际情况，原曝气总管不动，将各支路更换为曝气软管。b、曝气软管均匀布置在池子底部，间距500mm，填料距池底为400mm。C、将曝气软管固定于下层填料框架的下缘。安装时，注意两点：一是曝气软管的走向必须与框架的纵轴相垂直。二是空气分配管的高度，须与下层框架的高度相匹配，即运行时曝气软管充盈后刚好紧贴框架下缘。如果二者之间由明显高差，运行时曝气软管会在局部形成折弯，造成局部大气泡现象。d、由于生化站好氧曝气软管超过15米，因此必须在池子二端设供气管路，即二端 南京大学专业学位(硕士)论文相向进气式曝气。同时安装排污管，设在空气分配管上，需要排泥时，打开一端的排污阀并开启对侧的供气阀，即可将污泥排出，必要时可用同样方法进行反向排污。4．4结果与讨论4．4．1改造前好氧生化处理效果以6并好氧池为例，改造前装置的运行数据见图4．12、图4．13及表4．4。其中溶解氧平均浓度仅为1．04mg／L，不能满足通常好氧生化处理要求达到的溶解氧浓度在2mg／L以上的要求，CODer平均去除率仅为25．8％，远低于同类型处理设施的处理效率。35％30％25％20％塞15％悄喜lO％5％O％1．601．401．2001．oo＼b0三0．80蟠|f堪0．60缝0．40Oj20O．00图4．8改造前68好氧池CODer去除率曲线图图4．9改造前64好氧池溶解氧曲线图．53． 南京大学专业学位(硕士)论文表4．46。好氧池改造前数据统计(2006年2-3月)4．4．2改造后好氧生化处理效果2006年4～6月份实施好氧生化处理系统改造，改造后(2006年9～10月)64好氧池的运行数据见图4．14、图4．15及表4．5。．．54．． 南京大学专业学位(硕士)论文65％60％55％錾50％粕吕45％U40％35％30％9．69．109．149．189．229．269．3010．310．910．13日期图4．10改造后6#好氧池COOcr去除率曲线图9．69．109．149．189229．269．3010．3lO．9日期图4．11改造后6#好氧池溶解氧曲线图表4．564好氧池改造后数据统计(2006年9～10月)．55．864208642l^1／骞Ⅲv崭鐾建 南京大学专业学位(硕士)论文79．2010104779．229．249．269．289．3010．210．310．610．910．1110．131038102410941120130210531254124011621372144252756853954061942762862246272076052．82．549．22．444．52．250．72．351．82．652．52．159．52．049．92．449．82．360．22．247．52．247．32．160．22．644．51．951．52．2实施改造后，6#好氧池曝气比较均匀，没有大气泡出现，池内流态见图4．16。溶解氧平均为2．2mg／L，较改造前提高了111．54％，CODcr出水稳定在800mg／L以下，去除率平均为51．48％，较改造前提高了92．02％，达到了改造工作的预期目标。图4．12改造后的好氧池污水图．56．89加n屹坞M坫怕"坶默卧韵 南京大学专业学位(硕士)论文5．1气浮法原理第五章气浮系统优化运行改造气浮法也称为浮选法，其原理是设法使水中产生大量的微细气泡，因此形成气、水及被除物质的三相混合体，在气泡上升浮力、界面张力和静水压力差等多种力的共同作用下，促使微细气泡黏附在需要被去除的杂质颗粒表面上，后因粘合体密度小于水进而上浮到液面，从而使水中杂质被分离出来[39】。气浮过程包括气泡产生、气泡与固体或液体颗粒附着及上浮分离等步骤组成，因此实现气浮分离的必要条件有两个：a、必须向水中提供足够数量的微小气泡，气泡的直径越小越好，常用的理想气泡尺寸是15"--"30um；b、必须使杂质颗粒呈悬浮状态而且具有疏水性【40】。气浮法按照产生气泡方式可分为细碎空气气浮法、电解气浮法、压力溶气气浮法三种，其中压力溶气气浮法又分为全溶气式、部分溶气式及部分回流溶气式。最常用的气浮法是部分回流加压溶气气浮法和喷射气浮法H¨。5．2增加气浮装置为提高PTA的产量，PTA生产装置扩容提负荷，造成来水水量和水质发生变化，污水处理系统排放的CODcr浓度上升。其中部分原因是由于沉淀池排水中含有一定的污泥，致使总排CODcr经常超标，给下游处理带来很大的压力。若能将总排废水中的污泥有效地截留下来，也能大幅降低CODcr，因此，污水处理系统增加了一套气浮处理装置，以提高污水处理效果，实现污水的达标排放。5．3气浮工艺流程及处理效果新增的气浮装置采用加压溶气气浮工艺，生产水进入水箱后，经加压泵加压后进入溶气罐，与压缩空气在罐内填料作用下充分混合后形成饱和溶气水进入气浮池。在气浮池接触室内，加入混凝剂的污水和溶气罐高压输出的溶气水同时在气浮池内反应，悬浮物聚集成絮凝体，并迅速上浮，浮渣采用刮渣机定时刮排，并通过污泥泵提升至污泥浓缩池或进入排空管线，返回装置重新处理，经浮选后的污水水自动溢出排放，气浮工艺 南京大学专业学位(硕士)论文流程见图5．1。增加气浮装置后，在稳定生化系统进水CODer的基础上，可使CODer下降20％左右，见表5．1。尤其在事故状态下作用明显，不会给下游带来很大的冲击。表5．1气浮装置前后数据 *址州L*旧对州*丑州枯赆蛉好烽熙蛉㈨匝烈爆喇蜊贴矿_[．9匦JLJLJL鐾(Ⅵ刽1r澳．I袭长蛉熙I·灶旷-喋．Z一～／1z垂＆7莲掣垂糯幂——，建F▲ 南京大学专业学位(硕士)论文5．4自动控制改造生化站气浮装置属于站内污水处理的最后一道工序，其运行效果的好坏直接影响到排放水质是否达标。增加气浮装置后，确实效果十分明显，但由于设计等原因，同时也暴露出一些问题，这就需要对气浮装置进行优化运行与改造。从前期运行情况看，该装置正常工作时，可以进一步去除污水中20％的CODcr。但若运行异常，反而会将污泥带入排放污水，造成CODcr增加。其原因主要是由于溶气罐气水分配不均，气浮池内出现大气泡，不能有效地将水中的泥水分离所造成的。经过分析研究，认为气浮装置运行的关键在于溶气罐内气水的分配。按照操作规程，罐内水位应保持在1／3～1／2处，但由于进水、出水均属于变动状态，仅靠人工每隔2小时一次的调整，既不科学也不可靠。如果进气量太大，会造成气浮池内出现大气泡，气泡携带污泥进入出水，使得出水CODcr增高，甚至超标。若水量过多，则起不到气浮装置应有的去除效果。因此，对溶气罐进行自动控制改造十分必要。为此，我们认为在两个溶气罐内各加一个KSR．磁翻柱液位计(带磁性液位开关)，在进气管道加一个电磁阀，并将变送器的信号引至电磁阀实行控制。当液位达到40％时，电磁阀打开，向罐内进气；当液位低于35％时，停止进气，使进气管和溶气罐内压力保持在0．35一O．4MPa之间。改造后，可有效解决溶气罐内气水分配不平衡的问题，避免出现大气泡携带污泥进入排放水中，造成污水超标排放，从而杜绝环境污染。5．5溶气水掺比试验气浮装置，虽然能提高悬浮物去除率20％左右，但由于设计时使用生产水作为溶气水，因此每年要消耗大量的生产水，增加了污水处理成本。为节约生产用水，降低污水处理费用，经过研究，装置决定用回流污水替代溶气水。考虑到回流水中含有大量的悬浮物，浊度较高，且pH值呈弱碱性。完全用回流水替代生产水，回流水中的悬浮物容易堵塞溶气罐填料的缝隙，降低溶气效果，同时对溶气泵、阀、管道等会产生腐蚀，造成设备的损坏。因此，我们认为通过在回流水中掺对一定的比例的生产水能解决上述问题。掺对的比例需要通过试验来进行。在比例接近l：l，在出水指标没有产生大的影响的前提下，生产水每小时节约45吨，效益相当可观，目前正在向回流污水完全替代生产水过渡。．6n． 南京大学专业学位(硕士)论文第六章总结通过本改造项目的试验和研究，我们总结出仪征化纤PTA污水处理装置可采用以下工艺优化措施：(1)预处理是PTA污水处理系统的第一道工序，通过酸析沉降将废水中过饱和的对苯二甲酸在酸性条件进行析出，同时通过冷却塔降低水温，并通过投加液碱将污水pH值调节到要求的范围。同时在预处理中增加絮凝装置，增加了酸析沉降的效果，使污水CODcr去除率提高了15％左右。(2)仪化PTA生产中心污水预处理厌氧采用的是UASB+AF反应器为保持厌氧池稳定运行并维持较高的CODcr去除率，应当采取下列措施：a、厌氧池采取50％污水回流，回流比为1：1。此时CODcr容积负荷适中，厌氧水力停留时间较长，CODcr去除率也比较高。b、厌氧池进水pH最佳值为6．6～7．2之间，此时厌氧菌的生长和消化能力达到最佳。由于厌氧池容量大，生物容量多，缓冲能力强，可将pH值控制在6．O～7．8之间。C、厌氧池进水氨氮浓度应控制在20～40mg几之间，既能够满足厌氧菌生长需求，达到较佳的消化能力，同时也兼顾了运行费用和出水中氨氮的浓度指标。d、夏季高温时厌氧生化处理系统需要启用冷却塔降低温度到36。C左右，此时厌氧菌中温消化能力最强。e、加强对钴、锰浓度的监控。(3)仪征化纤的好氧是采用的是生物接触氧化池，通过分析研究，找出了影响PTA好氧池处理效果的原因是生产装置随废水排出的催化剂容易造成填料板结、曝气器脱落、鼓风机老化等原因。针对上述原因，采取了更换弹性填料、更换可变孔复合曝气软管和对故障鼓风机进行彻底检修的措施。实施改造后的好氧池曝气比较均匀，没有大气泡出现。溶解氧平均为2．2mg／L，较改造前提高了III．54％，CODcr出水稳定在800mg／L以下，去除率平均为51．48％，较改造前提高了92．02％，达到了改造工作的预期目标。(4)污水处理系统增加了一套气浮处理装置，在稳定生化系统进水CODcr的基础上，可使出水CODcr下降20％左右。对气浮装置进行自动化改造，可有效解决溶气罐内气水分配不平衡的问题，避免出现大气泡携带污泥进入排放水中，造成污水超标排放。为节约生产用水，降低污水处理费用，经过研究，装置决定用回流污水替代溶气水，在比例接近 南京大学专业学位(硕士)论文1：1，在出水指标没有产生大的影响的前提下，生产水每小时节约45吨，效益相当可观。通过对PTA污水处理装置进行改造与优化，提高了PTA污水处理的效果，改造前后总排的运行数据见表6．1和图6．1，污水处理系统各处理单元的处理效果见表6．2和图6．2。表6．1改造前后数据r—一＼b0巨oU幂涵改造前图6．1改造前后效果对比表6．2污水处理系统各处理单元CODer去除率改造后㈣咖啪{堇咖咖枷姗啪㈣o 南京大学专业学位(硕士)论文图6．2各处理单元装置污水CODer去除效果图上述图表中数据表明，改造后总排基本上杜绝了CODer超标现象的发生，CODcr下降明显，比改造前平均降低了42．0％，也低于内控小于700mg／L的指标。通过对装置实施优化运行与改造，目前处于稳定运行状态，从预处理到厌氧到好氧到气浮，出水CODcr和去除率维持在一个稳定的水平，总CODcr去除率在90％左右。改造和优化运行研究工作达到了预期的效果。 南京大学专业学位(硕士)论文参考文献[1]陈俊，王洪丽，陆建华．PTA废水高效生物技术研究．中国石化集团污水处理技术交流会议论文集，2004，12：76-、-84[2]齐慧敏，刘念曾，林大泉。精对苯二甲酸生产废水处理工艺探讨．抚顺烃加工技术．1999，2：1～11[3]李付章，李国有．浅谈聚酯工程PTA污水处理工艺设计．石油化工设计，2002，19(3)：22"---25[4]齐慧敏，刘念曾，林大泉．精对苯二甲酸生产工艺的废水处理．石油炼制与加工，1999，30(7)：49～53[5]张慧明．PTA工艺技术规程．仪征化纤股份有限公司PTA生产中心档案室，1995，5：8～25。[6]颜正宁，罗跃红，郭荣．PTA生产中心动力工艺技术．仪征化纤股份有限公司PTA生产中心档案室，2001，9：1～5[7]罗跃红，沈刚，吴高军等．PTA废水处理．仪征化纤股份有限公司PTA生产中心档案室，2000，9：：87～93[8]赵晓进．生化运行岗位作业指导书．PTA生产中心动力装置编，2005，2：1～3[9]全章明．刘永楼．过程检测计划．PTA生产中心生产技术室编，2005，2：6～12[103戴康华．PTA污水预处理工艺改造探讨．扬子石油化工，1999，10(1)：50～54[11]牛新征，盛定合．PTA污水场冲击因素分析及对策．工业用水与废水，2002，33(6)：41～43[12]管宝红，徐根良，赵德明，王侃．对苯二甲酸废水的处理技术．水处理技术，28(3)：129～133[13]颜正宁，罗跃红，郭荣．PTA生产中心动力工艺技术．仪征化纤股份有限公司PTA生产中心档案室，2001，9，57---．59[14]R．R．VanderMeer，AnaerobicTreatmentofWastewaterContainingFattyAcidsinUpflowReactors，WaterReseach1980(4)[15]Stronach．S．M．，Anaerobicdigestionprocessinindustrialwastewatertreatment，BerlinSpringer-Verlaypress，1984：54-68[16]纪轩．废水处理技术问答．中国石化出版社，2003，9(1)：256～"271．．64． 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