含氰廢水處理復(fù)合厭氧生物濾池-流離生物反應(yīng)器

氰化物是帶有氰基（CN）的化合物，是劇毒性物質(zhì)。在金屬冶煉、電鍍、化工和儀表等行業(yè)廣泛存在著氰化物，因此含氰廢水的處理也是這些行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。目前，去除氰化物的方法主要有化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。各種方法相互組合處理含氰廢水已經(jīng)變得很常見(jiàn)，已經(jīng)成為比較熱門(mén)的方向。張亞群等采用絡(luò)合沉淀、臭氧氧化、膜技術(shù)等處理含氰廢水，最終結(jié)果表明絡(luò)合沉淀結(jié)合膜技術(shù)的組合工藝對(duì)氰化物去除效果最好。CUI等利用臭氧氧化和曝氣生物濾池組合工藝對(duì)含氰廢水進(jìn)行處理，在優(yōu)化的降解條件下對(duì)氰化物的去除率大于99%。

復(fù)合厭氧生物濾池（HAF）內(nèi)部填料上附著著大量厭氧微生物，廢水由下往上流動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)填料，在微生物作用下分解有機(jī)物，該反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，對(duì)COD有很好的去除效果。流離生物反應(yīng)器（FSBBR）內(nèi)部填料以FSB流離生物球?yàn)檩d體，該載體與進(jìn)水接觸充分，對(duì)COD、氮等污染物的去除效果好，表面掛膜較快，可維持很高的生物量；運(yùn)行過(guò)程具有厭氧、兼氧、好氧多種環(huán)境。

目前國(guó)內(nèi)外很少有研究利用HAF和FSBBR組合工藝處理工業(yè)廢水。本研究采用“HAF+FSBBR”組合工藝對(duì)含氰廢水進(jìn)行處理，以期為含有難降解污染物工業(yè)廢水的處理提供全新的思路。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

所用廢水來(lái)自中國(guó)最大的氰化物生產(chǎn)基地，河北某冶金化工廠。廢水COD為10g/L，BOD5為3g/L，SS、NH4+-N、總氰的質(zhì)量濃度分別為400、1000、20mg/L，pH為6～9。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及工藝流程

實(shí)驗(yàn)裝置為圓柱形，直徑0.5m，高4.5m，有效容積約3.53m3。工藝流程如圖1所示。

1.3 污泥的接種和馴化培養(yǎng)

1.3.1 好氧階段

向曝氣池中投入污泥接種，接種量按曝氣池有效容積的5%～10%。啟動(dòng)前幾天可先悶曝24h（即不進(jìn)原水也不排水），溶解氧（DO）的質(zhì)量濃度控制在1mg/L左右。污泥顏色成為棕黃色后，以小流量進(jìn)水（流量可控制在實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)流量的20%～30%），每調(diào)整一個(gè)流量梯度維持4～7d，做好監(jiān)測(cè)，具體進(jìn)度見(jiàn)表1。然后逐步提高，直到最后達(dá)到設(shè)計(jì)流量和污泥含量。其中實(shí)際時(shí)間需通過(guò)微生物的生存情況進(jìn)行，一般需要保證COD的去除率維持在30%左右，DO的質(zhì)量濃度2～4mg/L。

1.3.2 厭氧階段

將厭氧池中的污水提升到正常水位的1/2水位處，將池中的污水厭氧1～2d（配合后面好氧段的污泥培養(yǎng)）。開(kāi)始采用間歇進(jìn)水，COD污泥負(fù)荷率控制在0.05～0.2kg/(kg?d)。當(dāng)污泥逐漸適應(yīng)廢水性質(zhì)后，污泥逐漸就具有了去除有機(jī)物的能力。當(dāng)COD去除率達(dá)到30%以上后，可以逐步提高進(jìn)水容積負(fù)荷率，每次提高COD容積負(fù)荷率的幅度以0.5kg/(m3?d)左右為宜，此時(shí)可以由間歇進(jìn)水過(guò)渡到連續(xù)進(jìn)水，但應(yīng)控制進(jìn)水COD和進(jìn)水量，保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)。隨著負(fù)荷的提高，反應(yīng)器內(nèi)的污泥逐漸由松散狀態(tài)變成沉淀性能較好的絮體，污泥的產(chǎn)甲烷活性也相應(yīng)提高。在調(diào)試過(guò)程中要保證系統(tǒng)的負(fù)荷以20%～30%的增長(zhǎng)速率穩(wěn)定增長(zhǎng)，每次調(diào)整負(fù)荷應(yīng)保證去除率達(dá)到30%后穩(wěn)定3～4d，然后再提高負(fù)荷。

1.4 分析方法

實(shí)驗(yàn)中各指標(biāo)含量均按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。水溫，溫度計(jì)；DO含量，便攜式溶解氧儀；pH，pH計(jì)；COD，重鉻酸鉀法；NH4+-N含量，水楊酸-次氯酸鹽光度法；氰根（CN-）含量，硝酸銀的滴定法。

2、結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)器的啟動(dòng)

該實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)方式為厭氧好氧同步啟動(dòng)。運(yùn)行第1天進(jìn)水為生活污水，其后逐漸按比例通入工業(yè)廢水，反應(yīng)器啟動(dòng)階段的運(yùn)行工況如表2所示。

馴化期間逐漸增加工業(yè)進(jìn)水比例，直至進(jìn)水全部為工業(yè)廢水。每次在負(fù)荷提高時(shí)，系統(tǒng)需要運(yùn)行2～4天，待穩(wěn)定后繼續(xù)提高負(fù)荷。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行28d后，進(jìn)水COD達(dá)到10g/L，COD容積負(fù)荷（VLR）為2.04kg/(m3?d)。經(jīng)過(guò)30d的調(diào)試，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。進(jìn)水體積流量為30L/h（蠕動(dòng)泵顯示為80r/min），一級(jí)FSBBR、二級(jí)FSBBR、曝氣調(diào)節(jié)池中DO的質(zhì)量濃度分別為3、1.5、0.5mg/L。

2.2 COD的去除效果

圖2為進(jìn)出水COD及其去除率隨時(shí)間的變化。

由圖1可以看出，在反應(yīng)器啟動(dòng)之初按比例加入工業(yè)廢水時(shí)，雖經(jīng)過(guò)負(fù)荷沖擊系統(tǒng)很快恢復(fù)。在剛加入體積分?jǐn)?shù)5%的工業(yè)廢水時(shí)，污泥需要適應(yīng)新的環(huán)境，因此COD去除率為48%，經(jīng)過(guò)適應(yīng)其去除率基本保持在70%以上并趨于穩(wěn)定。在后期馴化期間，繼續(xù)加入一定比例的工業(yè)廢水，COD去除率基本可以保持在90%，說(shuō)明系統(tǒng)具有很好的抗沖擊負(fù)荷能力。在經(jīng)過(guò)30d的馴化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，COD的去除率可以到達(dá)80%以上，此時(shí)COD容積負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到2.04kg/(m3?d)。

圖3為HAF和FSBBR的COD去除率隨時(shí)間的變化。

由圖3可以看出，總體穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，F(xiàn)SBBR裝置對(duì)COD的去除貢獻(xiàn)最大。從初期階段進(jìn)水COD較低時(shí)，HAF裝置可以去除近80%的COD；但是FSBBR裝置對(duì)于低COD去除率卻微乎其微，相反隨著COD逐漸增大，HAF裝置去除率僅保持在15%左右，而FSBBR則發(fā)揮其巨大作用，由此可以說(shuō)明HAF裝置可以用于低COD廢水或生活污水處理，而FSBBR可以用于高COD工業(yè)廢水處理。

2.3 NH4+-N的去除效果

圖4和圖５為啟動(dòng)階段系統(tǒng)和HAF分別對(duì)NH4+-N的去除效果。

由圖4和圖5可以看出，在啟動(dòng)階段NH4+-N的去除率隨進(jìn)水NH4+-N含量的不斷增加而減小。在工業(yè)進(jìn)水體積分?jǐn)?shù)分別為5%和10%，即前8d時(shí)，出水NH4+-N含量幾乎趨于0，系統(tǒng)對(duì)NH4+-N處理效果非常好，此時(shí)進(jìn)水NH4+-N的質(zhì)量濃度基本小于250mg/L。第8天后，工業(yè)進(jìn)水體積分?jǐn)?shù)增加到15%，出水開(kāi)始檢測(cè)到NH4+-N。而當(dāng)工業(yè)進(jìn)水體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加到50%時(shí)，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度為108mg/L；繼續(xù)運(yùn)行，出水NH4+-N含量不斷增高，在20d時(shí)，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度達(dá)到303mg/L，此時(shí)進(jìn)水NH4+-N的質(zhì)量濃度為938mg/L。之后出水中NH4+-N的含量不斷增長(zhǎng)。工業(yè)進(jìn)水體積分?jǐn)?shù)為100%并開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度為600mg/L左右，此時(shí)出水COD在500～700mg/L，NH4+-N降解效果并不理想。

系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行階段HAF工藝后NH4+-N含量比進(jìn)水略有增加，增加量在200mg/L左右，原因可能是生化法降解NH4+-N有限，使得二級(jí)好氧中硝化菌不易培養(yǎng)，而FSBBR在此階段對(duì)NH4+-N仍有一定的降解效果。

2.4 CN的去除效果

在含氰污水中主要防治CN含量的沖擊問(wèn)題，氰化物會(huì)對(duì)污泥中的微生物產(chǎn)生毒性。一般情況下未經(jīng)含氰污水馴化后的微生物對(duì)CN的承受能力為質(zhì)量濃度1～2mg/L，經(jīng)含氰污水馴化后的微生物對(duì)CN的承受能力為3～5mg/L。當(dāng)污水中的CN的質(zhì)量濃度大于5mg/L時(shí)，微生物將產(chǎn)生中毒，在生化反應(yīng)池中活性污泥會(huì)產(chǎn)生離散、上浮現(xiàn)象，微生物失去活性，出水水質(zhì)惡化。

實(shí)驗(yàn)選用氰化物污水治理劑對(duì)氰化物加以去除，結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可以看出，反應(yīng)器啟動(dòng)之初，CN去除率波動(dòng)很大；隨后當(dāng)容積負(fù)荷不斷增加，去除率趨于穩(wěn)定，說(shuō)明系統(tǒng)有很好的抗CN沖擊負(fù)荷能力。在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行初期，CN去除率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)，系統(tǒng)很快恢復(fù)其對(duì)CN的去除，并且去除效果隨著進(jìn)水CN含量的變化而變化，而出水CN的質(zhì)量濃度基本可以保持在5mg/L左右。

3、結(jié)論

采用“HAF+FSBBR”組合工藝對(duì)含氰廢水進(jìn)行處理，系統(tǒng)啟動(dòng)方式為厭氧好氧同步啟動(dòng)。啟動(dòng)周期短，運(yùn)行穩(wěn)定，有很好的抗沖擊負(fù)荷能力。經(jīng)過(guò)30d的啟動(dòng)，該系統(tǒng)形成較為穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。

反應(yīng)器啟動(dòng)之初按比例加入工業(yè)廢水時(shí)，經(jīng)過(guò)負(fù)荷沖擊系統(tǒng)很快恢復(fù)。在穩(wěn)定運(yùn)行階段，系統(tǒng)對(duì)COD的去除率可以達(dá)到80%以上，此時(shí)COD容積負(fù)荷為2.04kg/(m3?d)。

系統(tǒng)在啟動(dòng)期間，對(duì)NH4+-N的降解效果基本呈現(xiàn)隨進(jìn)水NH4+-N含量增加而減少的趨勢(shì)，而在穩(wěn)定運(yùn)行階段，厭氧工藝后NH4+-N含量比進(jìn)水略有增加，使得總體NH4+-N幾乎沒(méi)有降解效果。

自系統(tǒng)啟動(dòng)之初運(yùn)行67d這段時(shí)間內(nèi)，出水CN含量始終保持較為穩(wěn)定的趨勢(shì)，質(zhì)量濃度約為5mg/L；CN去除率隨進(jìn)水含量的變化而變化，但總體去除率較好。（來(lái)源：甘肅省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院）