危險廢物的處置過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的危險廢水，包括鉻、錳、鉛等重金屬，氰化物、硫化物等無(wú)機物，油烴類(lèi)、多氯聯(lián)苯類(lèi)等有機物，對環(huán)境具有嚴重的危害。目前危險廢水處理技術(shù)，包括物化處理，高級氧化處理和生物處理等。生物處理是廢水處理的主流技術(shù)，基于生物處理發(fā)展起來(lái)的反應器呈現多樣化，主要以膜生物反應器(MBR)和傳統的活性污泥反應器為代表。盡管傳統的生物反應器應用廣泛，但是存在某些弊端，比如停留時(shí)間長(cháng)，占地面積大等問(wèn)題，難以處理有毒有害廢水，不適用可生化學(xué)差的難降解有機廢水，而MBR盡管可以截留高濃度活性污泥，在處理難降解有機污染物方面有一定的優(yōu)勢，但是膜更換頻率高，成本昂貴。
反應沉淀一體式矩形環(huán)流生物反應器(簡(jiǎn)稱(chēng)RPIR反應器)是筆者單位開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利產(chǎn)品，該反應器基于經(jīng)典化工傳質(zhì)理論和前人基礎的研究，內部設置巧妙的導流板結構，使泥水形成自動(dòng)環(huán)流現象，提高了氧傳質(zhì)效率，促進(jìn)空氣、微生物(活性污泥)和水體三相的接觸反應，能夠培養出6000mg/L，甚至高達10000mg/L的活性污泥。本公司采用的RPIR多功能高效環(huán)流生物反應器(本文簡(jiǎn)稱(chēng)RPIR高效反應器)，其外形設置圓柱狀，內部結構類(lèi)似RPIR反應器，但是預留了可供選擇的曝氣功能，使本反應器既可以在無(wú)氧環(huán)境下使用又可以在曝氣條件下工作。目前，國內外尚無(wú)這方面的報道。為進(jìn)一步提高對難降解有機物的處理效果，通常采用加壓曝氣工藝，但是加壓曝氣的方式易打碎活性污泥，導致工藝后端需要一個(gè)足夠容量的沉淀池讓活性污泥進(jìn)行沉淀。筆者單位結合了加壓曝氣生物氧化技術(shù)與加壓溶氣氣浮工藝，開(kāi)發(fā)了一種加壓溶氣生化氣浮反應器(本文簡(jiǎn)稱(chēng)“加壓反應器冶)，可以大大縮短水力停留時(shí)間，增加處理量。
深圳市某危險廢物處理站(簡(jiǎn)稱(chēng)“處理站冶)現有污水處理系統的設計能力為300m3/d，主要工藝采用前端厭氧后端MBR的處理方式，目前平均日處理約180噸，但是出水COD和NH3-N經(jīng)常不達標�，F有處理系統存在兩個(gè)問(wèn)題:一方面，有毒有害物質(zhì)包括氰化物、硫化物和一些油烴類(lèi)污染物的影響，導致厭氧活性污泥無(wú)法正常大量生長(cháng)而處理效率偏低;另一方面，新增了幾股污水源，盡管總處理量并未超過(guò)設計容量，但給予原有處理系統更大的壓力，尤其是后端MBR系統，會(huì )因前端處理工藝效率降低，需要更頻繁的反沖洗操作。因此，原污水處理系統急需增加新的工藝分擔前段工藝流程負荷，降低后續處理工藝尤其是MBR膜的進(jìn)水負荷，并且加強對有毒有害污染物的抗沖擊性。
基于以上內容，本文主要研究RPIR技術(shù)結合加壓反應器的生化作用對難降解有機廢水的處理效果，首次考察筆者公司的技術(shù)對處理有毒、難降解的水污染物的適用性。
1、研究?jì)热菖c方法
1.1 反應器裝置介紹
RPIR高效反應器由底部通入廢水，在反應器下方發(fā)生缺氧反應，之后進(jìn)入中間的曝氣區域發(fā)生好氧反應，混合液經(jīng)內置的導流板作用實(shí)現液、氣、固分離，同時(shí)部分出水可在外加循環(huán)回流作用下回到反應器底部進(jìn)一步發(fā)生生化反應。加壓反應器的底部與空氣壓縮機之間通過(guò)氣路連通，加壓生化反應和加壓溶氣可在反應器中同時(shí)完成，然后污水進(jìn)入釋壓氣浮固液分離單元使污泥和水得到分離。
1.2 改造方法
原有工藝與改造工藝的工藝流程見(jiàn)圖1所示。在原有2#厭氧池后端增加RPIR高效反應器，其出水進(jìn)入3#厭氧池;將6#好氧池改為厭氧池，并在其后端增加加壓反應器，將1#好氧池改為MBR池，使整個(gè)處理工藝形成“A/O+A/O冶的整套工藝。
新增工藝后，以2#厭氧池出水作為進(jìn)入RPIR多功能高效生物反應器的進(jìn)水，并要求最終出水水質(zhì)滿(mǎn)足表1所示。以COD去除率作為出發(fā)點(diǎn)，設計各段反應器處理的效果如表2所示。
1.3 水質(zhì)分析方法
COD測定方法采用鐘小貓等的COD測試方法，NH3-N采用HJ535-2009《水質(zhì)氨氮的測定鈉式試劑分光光度法》，BOD采用HJ505-2009的《水質(zhì)五日生化需氧量(BOD5)的測定稀釋與接種法》，SS采用重量法，pH采用FE20K-pH儀測定。
2、結果與討論
2.1 工程調試結果與分析
調試期間重點(diǎn)關(guān)注RPIR高效反應器和加壓反應器的運行結果。進(jìn)入RPIR反應器的水量和水質(zhì)都差別很大，其進(jìn)水流量在1.5~10.5m3/h之間，進(jìn)水COD在幾百至幾千范圍內變化，超過(guò)了RPIR設計的2500mg/L數值。分別對80d內RPIR反應器和加壓生化反應器的進(jìn)出水COD的去除效果進(jìn)行監測，結果如圖2、3所示。由圖2(a)顯示，RPIR反應器COD去除量對應的曲線(xiàn)波動(dòng)范圍較廣，分布在0~3025mg/L，平均值為697mg/L。為了分析COD去除量波動(dòng)大的原因，進(jìn)一步結合RPIR反應器的進(jìn)水流量和DO數據，這80d內的進(jìn)水流量分布在1.7~10m3/h之間，DO分布在0.45~4.5之間，具體見(jiàn)圖2(b)。
綜合圖2(a)、(b)可以發(fā)現，反應器對COD的去除能力與以下三方面都有關(guān)系:
(1)COD的進(jìn)水濃度。COD的進(jìn)水濃度劇烈波動(dòng)，且無(wú)規律性，前35d表現得很明顯，導致個(gè)別COD的出水數據甚至高于設計值1900mg/L。
(2)進(jìn)水流量的差異。
調試前期逐漸提高進(jìn)水流量，中期進(jìn)水流量有小范圍的波動(dòng)，是因為需要調節流量適應后端的水位，調試后期進(jìn)水量達到10.0m3/h。進(jìn)水流量的差異直接影響廢水在反應器的停留時(shí)間(HRT)。進(jìn)水流量越大，HRT就越短，廢水中的有機物與微生物沒(méi)有足夠的時(shí)間接觸;進(jìn)水流量越小，微生物就越能夠與有機物發(fā)生氧化反應，對COD去除能力就會(huì )有顯著(zhù)的提高。
(3)溶解氧(DO)的影響。
DO直接影響好氧微生物的活性。當DO低于微生物最少的需氧量時(shí)，對COD就幾乎沒(méi)有去除效果了，因此盡量使DO高于2mg/L，然而在實(shí)際操作的過(guò)程中，DO較高時(shí)會(huì )導致反應器泡沫增多，因此在后續調試時(shí)特意將DO控制在2.4~3.0mg/L之間。經(jīng)過(guò)調試，RPIR多功能高效環(huán)流生物反應器已經(jīng)滿(mǎn)足了設計的要求。
圖3(a)是加壓溶氣反應器中COD相關(guān)的記錄數據，圖3(b)是自動(dòng)監測該系統的溶解氧值。很顯然，圖3(a)表明了有近一半測定次數的出水COD值高于設計值的700mg/L，而且COD去除量的差異很大，覆蓋在30~1400mg/L之間，但是主要集中于150~500mg/L的范圍內。相比于RPIR多功能高效環(huán)流生物反應器的處理效果明顯處于劣勢，但是其為后續的MBR池緩解了一定的壓力。
2.2 工程運行結果與分析
調試完畢后，對生化進(jìn)水口(即2#厭氧池出水口)、1#MBR出水口對應的水質(zhì)指標進(jìn)行了監測。本處理站針對的都是難生化降解的污染物，測定的結果均顯示出水的pH在6.0~9.0之間，SS遠低于1mg/L，且BOD接近于0mg/L，說(shuō)明廢水里可進(jìn)行生化作用的污染物已全部被微生物利用完全。然而，COD和NH3-N的測定值有上下波動(dòng)的趨勢，因此重點(diǎn)連續監測這兩項指標，對應的結果分別如圖4和圖5所示。圖4顯示，出水COD與NH3-N的范圍分別為58.7~185.6mg/L，3.97~14.44mg/L，低于250mg/L、15mg/L，滿(mǎn)足排放要求。很顯然，COD的去除率已達到80.3%~94.3%。其中，2017年4月27日出水COD為185.6mg/L，相對有點(diǎn)偏高，而緊鄰它的4月26日與4月28日的出水COD也較高，這是因為這兩天MBR池的DO過(guò)低，抑制了耗氧微生物降解COD的能力。圖5顯示NH3-N的去除率在45.5%~81.1%之間。受DO的影響，4月26日與4月27日對應的NH3-N去除率均低于50%。因此在運行過(guò)程中，要對DO含量加強管理，通過(guò)DO控制可以有效提高COD和NH3-N的去除效果。
采用此工藝后，為了保持較高的膜生物處理效果，對MBR每日進(jìn)行25~30min的反沖洗工作。本工藝的運行成本主要是電能消耗，根據現場(chǎng)運行結果得到電費約3.0元/噸水。
3、結論
本項目首次將“RPIR多功能環(huán)流生物反應器冶和“加壓溶氣生化氣浮反應器冶技術(shù)運用在危險廢水的處理中，有效地去除難降解有機污染物，緩解了后續MBR的生物處理負荷。新增技術(shù)對有毒有害污染物具有良好的抗沖擊性，出水水質(zhì)的COD和NH3-N分別降至250mg/L，15mg/L以下。污水處理效果達到設計要求，實(shí)現出水達標排放，并通過(guò)深圳危險廢物處理站有限公司的驗收。RPIR工藝結合加壓生化工藝對高濃度復雜有機廢水具有良好的處理效果，對同類(lèi)污水的工程改造或設計提供了技術(shù)參照。(來(lái)源：深圳市清研環(huán)境科技有限公司，深圳清華大學(xué)研究院，廣東省環(huán)境微生物資源開(kāi)發(fā)與應用工程技術(shù)研究中心)
