危險(xiǎn)廢物的處置過程中會產(chǎn)生大量的危險(xiǎn)廢水，包括鉻、錳、鉛等重金屬，氰化物、硫化物等無機(jī)物，油烴類、多氯聯(lián)苯類等有機(jī)物，對環(huán)境具有嚴(yán)重的危害。目前危險(xiǎn)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)展起來的反應(yīng)器呈現(xiàn)多樣化，主要以膜生物反應(yīng)器(MBR)和傳統(tǒng)的活性污泥反應(yīng)器為代表。盡管傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器應(yīng)用廣泛，但是存在某些弊端，比如停留時(shí)間長，占地面積大等問題，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(jī)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(jī)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(yīng)沉淀一體式矩形環(huán)流生物反應(yīng)器(簡稱RPIR反應(yīng)器)是筆者單位開發(fā)的專利產(chǎn)品，該反應(yīng)器基于經(jīng)典化工傳質(zhì)理論和前人基礎(chǔ)的研究，內(nèi)部設(shè)置巧妙的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，使泥水形成自動(dòng)環(huán)流現(xiàn)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(yīng)，能夠培養(yǎng)出6000mg/L，甚至高達(dá)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(yīng)器(本文簡稱RPIR高效反應(yīng)器)，其外形設(shè)置圓柱狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似RPIR反應(yīng)器，但是預(yù)留了可供選擇的曝氣功能，使本反應(yīng)器既可以在無氧環(huán)境下使用又可以在曝氣條件下工作。目前，國內(nèi)外尚無這方面的報(bào)道。為進(jìn)一步提高對難降解有機(jī)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(dǎo)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(jié)合了加壓曝氣生物氧化技術(shù)與加壓溶氣氣浮工藝，開發(fā)了一種加壓溶氣生化氣浮反應(yīng)器(本文簡稱“加壓反應(yīng)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(xiǎn)廢物處理站(簡稱“處理站冶)現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dá)標(biāo)。現(xiàn)有處理系統(tǒng)存在兩個(gè)問題:一方面，有毒有害物質(zhì)包括氰化物、硫化物和一些油烴類污染物的影響，導(dǎo)致厭氧活性污泥無法正常大量生長而處理效率偏低;另一方面，新增了幾股污水源，盡管總處理量并未超過設(shè)計(jì)容量，但給予原有處理系統(tǒng)更大的壓力，尤其是后端MBR系統(tǒng)，會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(tǒng)急需增加新的工藝分擔(dān)前段工藝流程負(fù)荷，降低后續(xù)處理工藝尤其是MBR膜的進(jìn)水負(fù)荷，并且加強(qiáng)對有毒有害污染物的抗沖擊性。
基于以上內(nèi)容，本文主要研究RPIR技術(shù)結(jié)合加壓反應(yīng)器的生化作用對難降解有機(jī)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、研究內(nèi)容與方法
1.1 反應(yīng)器裝置介紹
RPIR高效反應(yīng)器由底部通入廢水，在反應(yīng)器下方發(fā)生缺氧反應(yīng)，之后進(jìn)入中間的曝氣區(qū)域發(fā)生好氧反應(yīng)，混合液經(jīng)內(nèi)置的導(dǎo)流板作用實(shí)現(xiàn)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(yīng)器底部進(jìn)一步發(fā)生生化反應(yīng)。加壓反應(yīng)器的底部與空氣壓縮機(jī)之間通過氣路連通，加壓生化反應(yīng)和加壓溶氣可在反應(yīng)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圖1所示。在原有2#厭氧池后端增加RPIR高效反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器的進(jìn)水，并要求最終出水水質(zhì)滿足表1所示。以COD去除率作為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)各段反應(yīng)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(jié)果與討論
2.1 工程調(diào)試結(jié)果與分析
調(diào)試期間重點(diǎn)關(guān)注RPIR高效反應(yīng)器和加壓反應(yīng)器的運(yùn)行結(jié)果。進(jìn)入RPIR反應(yīng)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(nèi)變化，超過了RPIR設(shè)計(jì)的2500mg/L數(shù)值。分別對80d內(nèi)RPIR反應(yīng)器和加壓生化反應(yīng)器的進(jìn)出水COD的去除效果進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖2、3所示。由圖2(a)顯示，RPIR反應(yīng)器COD去除量對應(yīng)的曲線波動(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(jié)合RPIR反應(yīng)器的進(jìn)水流量和DO數(shù)據(jù)，這80d內(nèi)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，具體見圖2(b)。
綜合圖2(a)、(b)可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)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)，且無規(guī)律性，前35d表現(xiàn)得很明顯，導(dǎo)致個(gè)別COD的出水?dāng)?shù)據(jù)甚至高于設(shè)計(jì)值1900mg/L。
(2)進(jìn)水流量的差異。
調(diào)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?yàn)樾枰{(diào)節(jié)流量適應(yīng)后端的水位，調(diào)試后期進(jìn)水量達(dá)到10.0m3/h。進(jìn)水流量的差異直接影響廢水在反應(yīng)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(jī)物與微生物沒有足夠的時(shí)間接觸;進(jìn)水流量越小，微生物就越能夠與有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，對COD去除能力就會有顯著的提高。
(3)溶解氧(DO)的影響。
DO直接影響好氧微生物的活性。當(dāng)DO低于微生物最少的需氧量時(shí)，對COD就幾乎沒有去除效果了，因此盡量使DO高于2mg/L，然而在實(shí)際操作的過程中，DO較高時(shí)會導(dǎo)致反應(yīng)器泡沫增多，因此在后續(xù)調(diào)試時(shí)特意將DO控制在2.4~3.0mg/L之間。經(jīng)過調(diào)試，RPIR多功能高效環(huán)流生物反應(yīng)器已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)的要求。
圖3(a)是加壓溶氣反應(yīng)器中COD相關(guān)的記錄數(shù)據(jù)，圖3(b)是自動(dòng)監(jiān)測該系統(tǒng)的溶解氧值。很顯然，圖3(a)表明了有近一半測定次數(shù)的出水COD值高于設(shè)計(jì)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(nèi)。相比于RPIR多功能高效環(huán)流生物反應(yīng)器的處理效果明顯處于劣勢，但是其為后續(xù)的MBR池緩解了一定的壓力。
2.2 工程運(yùn)行結(jié)果與分析
調(diào)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(yīng)的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測。本處理站針對的都是難生化降解的污染物，測定的結(jié)果均顯示出水的pH在6.0~9.0之間，SS遠(yuǎn)低于1mg/L，且BOD接近于0mg/L，說明廢水里可進(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(xù)監(jiān)測這兩項(xiàng)指標(biāo)，對應(yīng)的結(jié)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，滿足排放要求。很顯然，COD的去除率已達(dá)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?yàn)檫@兩天MBR池的DO過低，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(yīng)的NH3-N去除率均低于50%。因此在運(yùn)行過程中，要對DO含量加強(qiáng)管理，通過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(yùn)行成本主要是電能消耗，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果得到電費(fèi)約3.0元/噸水。
3、結(jié)論
本項(xiàng)目首次將“RPIR多功能環(huán)流生物反應(yīng)器冶和“加壓溶氣生化氣浮反應(yīng)器冶技術(shù)運(yùn)用在危險(xiǎn)廢水的處理中，有效地去除難降解有機(jī)污染物，緩解了后續(xù)MBR的生物處理負(fù)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(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放，并通過深圳危險(xiǎn)廢物處理站有限公司的驗(yàn)收。RPIR工藝結(jié)合加壓生化工藝對高濃度復(fù)雜有機(jī)廢水具有良好的處理效果，對同類污水的工程改造或設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參照。(來源：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)境微生物資源開發(fā)與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心)
