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、多氯聯苯類等有機物，對環境具有嚴重的危害。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，基于生物處理發展起來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勢，但是膜更換頻率高，成本昂貴。
反應沉淀一體式矩形環流生物反應器(簡稱RPIR反應器)是筆者單位開發的專利產品，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，使泥水形成自動環流現象，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經常不達標。現有處理系統存在兩個問題: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更大的壓力，尤其是后端MBR系統，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，在反應器下方發生缺氧反應，之后進入中間的曝氣區域發生好氧反應，混合液經內置的導流板作用實現液、氣、固分離，同時部分出水可在外加循環回流作用下回到反應器底部進一步發生生化反應。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數據，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)可以發現，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，且無規律性，前35d表現得很明顯，導致個別COD的出水數據甚至高于設計值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相關的記錄數據，圖3(b)是自動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，根據現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：深圳市清研環境科技有限公司，深圳清華大學研究院，廣東省環境微生物資源開發與應用工程技術研究中心)
