危險廢物的處置過程中會產生大量的危險廢水，包括鉻、錳、鉛等重金屬，氰化物、硫化物等無機物，油烴類、多氯聯(lián)苯類等有機物，對環(huán)境具有嚴重的危害。目前危險廢水處理技術，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，基于生物處理發(fā)展起來的反應器呈現(xiàn)多樣化，主要以膜生物反應器(MBR)和傳統(tǒng)的活性污泥反應器為代表。盡管傳統(tǒng)的生物反應器應用廣泛，但是存在某些弊端，比如停留時間長，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(簡稱RPIR反應器)是筆者單位開發(fā)的專利產品，該反應器基于經典化工傳質理論和前人基礎的研究，內部設置巧妙的導流板結構，使泥水形成自動環(huán)流現(xiàn)象，提高了氧傳質效率，促進空氣、微生物(活性污泥)和水體三相的接觸反應，能夠培養(yǎng)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(本文簡稱RPIR高效反應器)，其外形設置圓柱狀，內部結構類似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，國內外尚無這方面的報道。為進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足夠容量的沉淀池讓活性污泥進行沉淀。筆者單位結合了加壓曝氣生物氧化技術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器(本文簡稱“加壓反應器冶)，可以大大縮短水力停留時間，增加處理量。
深圳市某危險廢物處理站(簡稱“處理站冶)現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)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經常不達標�，F(xiàn)有處理系統(tǒng)存在兩個問題:一方面，有毒有害物質包括氰化物、硫化物和一些油烴類污染物的影響，導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計容量，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前段工藝流程負荷，降低后續(xù)處理工藝尤其是MBR膜的進水負荷，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對處理有毒、難降解的水污染物的適用性。
1、研究內容與方法
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，之后進入中間的曝氣區(qū)域發(fā)生好氧反應，混合液經內置的導流板作用實現(xiàn)液、氣、固分離，同時部分出水可在外加循環(huán)回流作用下回到反應器底部進一步發(fā)生生化反應。加壓反應器的底部與空氣壓縮機之間通過氣路連通，加壓生化反應和加壓溶氣可在反應器中同時完成，然后污水進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高效反應器，其出水進入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#厭氧池出水作為進入RPIR多功能高效生物反應器的進水，并要求最終出水水質滿足表1所示。以COD去除率作為出發(fā)點，設計各段反應器處理的效果如表2所示。
1.3 水質分析方法
COD測定方法采用鐘小貓等的COD測試方法，NH3-N采用HJ535-2009《水質氨氮的測定鈉式試劑分光光度法》，BOD采用HJ505-2009的《水質五日生化需氧量(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
調試期間重點關注RPIR高效反應器和加壓反應器的運行結果。進入RPIR反應器的水量和水質都差別很大，其進水流量在1.5~10.5m3/h之間，進水COD在幾百至幾千范圍內變化，超過了RPIR設計的2500mg/L數(shù)值。分別對80d內RPIR反應器和加壓生化反應器的進出水COD的去除效果進行監(jiān)測，結果如圖2、3所示。由圖2(a)顯示，RPIR反應器COD去除量對應的曲線波動范圍較廣，分布在0~3025mg/L，平均值為697mg/L。為了分析COD去除量波動大的原因，進一步結合RPIR反應器的進水流量和DO數(shù)據(jù)，這80d內的進水流量分布在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)，反應器對COD的去除能力與以下三方面都有關系:
(1)COD的進水濃度。COD的進水濃度劇烈波動，且無規(guī)律性，前35d表現(xiàn)得很明顯，導致個別COD的出水數(shù)據(jù)甚至高于設計值1900mg/L。
(2)進水流量的差異。
調試前期逐漸提高進水流量，中期進水流量有小范圍的波動，是因為需要調節(jié)流量適應后端的水位，調試后期進水量達到10.0m3/h。進水流量的差異直接影響廢水在反應器的停留時間(HRT)。進水流量越大，HRT就越短，廢水中的有機物與微生物沒有足夠的時間接觸;進水流量越小，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DO低于微生物最少的需氧量時，對COD就幾乎沒有去除效果了，因此盡量使DO高于2mg/L，然而在實際操作的過程中，DO較高時會導致反應器泡沫增多，因此在后續(xù)調試時特意將DO控制在2.4~3.0mg/L之間。經過調試，RPIR多功能高效環(huán)流生物反應器已經滿足了設計的要求。
圖3(a)是加壓溶氣反應器中COD相關的記錄數(shù)據(jù)，圖3(b)是自動監(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(xù)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，對生化進水口(即2#厭氧池出水口)、1#MBR出水口對應的水質指標進行了監(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，說明廢水里可進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的趨勢，因此重點連續(xù)監(jiān)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%。因此在運行過程中，要對DO含量加強管理，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(jù)現(xiàn)場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(xù)MBR的生物處理負荷。新增技術對有毒有害污染物具有良好的抗沖擊性，出水水質的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，實現(xiàn)出水達標排放，并通過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，對同類污水的工程改造或設計提供了技術參照。(來源：深圳市清研環(huán)境科技有限公司，深圳清華大學研究院，廣東省環(huán)境微生物資源開發(fā)與應用工程技術研究中心)
