含氰廢水處理復合厭氧生物濾池-流離生物反應器

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)亟待解決的問題。目前，去除氰化物的方法主要有化學法、物理化學法和生物法。各種方法相互組合處理含氰廢水已經(jīng)變得很常見，已經(jīng)成為比較熱門的方向。張亞群等采用絡合沉淀、臭氧氧化、膜技術(shù)等處理含氰廢水，最終結(jié)果表明絡合沉淀結(jié)合膜技術(shù)的組合工藝對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含氰廢水進行處理，在優(yōu)化的降解條件下對氰化物的去除率大于99%。

復合厭氧生物濾池（HAF）內(nèi)部填料上附著著大量厭氧微生物，廢水由下往上流動時經(jīng)過填料，在微生物作用下分解有機物，該反應器抗沖擊負荷能力較強，對COD有很好的去除效果。流離生物反應器（FSBBR）內(nèi)部填料以FSB流離生物球為載體，該載體與進水接觸充分，對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；運行過程具有厭氧、兼氧、好氧多種環(huán)境。

目前國內(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”組合工藝對含氰廢水進行處理，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、實驗部分

1.1 實驗水質(zhì)

所用廢水來自中國最大的氰化物生產(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 實驗裝置及工藝流程

實驗裝置為圓柱形，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%。啟動前幾天可先悶曝24h（即不進原水也不排水），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，以小流量進水（流量可控制在實驗裝置設計流量的20%～30%），每調(diào)整一個流量梯度維持4～7d，做好監(jiān)測，具體進度見表1。然后逐步提高，直到最后達到設計流量和污泥含量。其中實際時間需通過微生物的生存情況進行，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)）。開始采用間歇進水，COD污泥負荷率控制在0.05～0.2kg/(kg?d)。當污泥逐漸適應廢水性質(zhì)后，污泥逐漸就具有了去除有機物的能力。當COD去除率達到30%以上后，可以逐步提高進水容積負荷率，每次提高COD容積負荷率的幅度以0.5kg/(m3?d)左右為宜，此時可以由間歇進水過渡到連續(xù)進水，但應控制進水COD和進水量，保持穩(wěn)定的增長。隨著負荷的提高，反應器內(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)甲烷活性也相應提高。在調(diào)試過程中要保證系統(tǒng)的負荷以20%～30%的增長速率穩(wěn)定增長，每次調(diào)整負荷應保證去除率達到30%后穩(wěn)定3～4d，然后再提高負荷。

1.4 分析方法

實驗中各指標含量均按國家有關標準進行測定。水溫，溫度計；DO含量，便攜式溶解氧儀；pH，pH計；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 反應器的啟動

該實驗啟動方式為厭氧好氧同步啟動。運行第1天進水為生活污水，其后逐漸按比例通入工業(yè)廢水，反應器啟動階段的運行工況如表2所示。

馴化期間逐漸增加工業(yè)進水比例，直至進水全部為工業(yè)廢水。每次在負荷提高時，系統(tǒng)需要運行2～4天，待穩(wěn)定后繼續(xù)提高負荷。當系統(tǒng)運行28d后，進水COD達到10g/L，COD容積負荷（VLR）為2.04kg/(m3?d)。經(jīng)過30d的調(diào)試，系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行期，此時系統(tǒng)開始滿負荷運行。進水體積流量為30L/h（蠕動泵顯示為80r/min），一級FSBBR、二級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為進出水COD及其去除率隨時間的變化。

由圖1可以看出，在反應器啟動之初按比例加入工業(yè)廢水時，雖經(jīng)過負荷沖擊系統(tǒng)很快恢復。在剛加入體積分數(shù)5%的工業(yè)廢水時，污泥需要適應新的環(huán)境，因此COD去除率為48%，經(jīng)過適應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%，說明系統(tǒng)具有很好的抗沖擊負荷能力。在經(jīng)過30d的馴化系統(tǒng)運行穩(wěn)定，COD的去除率可以到達80%以上，此時COD容積負荷已經(jīng)達到2.04kg/(m3?d)。

圖3為HAF和FSBBR的COD去除率隨時間的變化。

由圖3可以看出，總體穩(wěn)定運行過程中，F(xiàn)SBBR裝置對COD的去除貢獻最大。從初期階段進水COD較低時，HAF裝置可以去除近80%的COD；但是FSBBR裝置對于低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為啟動階段系統(tǒng)和HAF分別對NH4+-N的去除效果。

由圖4和圖5可以看出，在啟動階段NH4+-N的去除率隨進水NH4+-N含量的不斷增加而減小。在工業(yè)進水體積分數(shù)分別為5%和10%，即前8d時，出水NH4+-N含量幾乎趨于0，系統(tǒng)對NH4+-N處理效果非常好，此時進水NH4+-N的質(zhì)量濃度基本小于250mg/L。第8天后，工業(yè)進水體積分數(shù)增加到15%，出水開始檢測到NH4+-N。而當工業(yè)進水體積分數(shù)繼續(xù)增加到50%時，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度為108mg/L；繼續(xù)運行，出水NH4+-N含量不斷增高，在20d時，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度達到303mg/L，此時進水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。工業(yè)進水體積分數(shù)為100%并開始穩(wěn)定運行時，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度為600mg/L左右，此時出水COD在500～700mg/L，NH4+-N降解效果并不理想。

系統(tǒng)在穩(wěn)定運行階段HAF工藝后NH4+-N含量比進水略有增加，增加量在200mg/L左右，原因可能是生化法降解NH4+-N有限，使得二級好氧中硝化菌不易培養(yǎng)，而FSBBR在此階段對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含量的沖擊問題，氰化物會對污泥中的微生物產(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CN的承受能力為3～5mg/L。當污水中的CN的質(zhì)量濃度大于5mg/L時，微生物將產(chǎn)生中毒，在生化反應池中活性污泥會產(chǎn)生離散、上浮現(xiàn)象，微生物失去活性，出水水質(zhì)惡化。

實驗選用氰化物污水治理劑對氰化物加以去除，結(jié)果見圖6。

由圖6可以看出，反應器啟動之初，CN去除率波動很大；隨后當容積負荷不斷增加，去除率趨于穩(wěn)定，說明系統(tǒng)有很好的抗CN沖擊負荷能力。在滿負荷運行初期，CN去除率呈現(xiàn)下降趨勢，但經(jīng)過一段時間的適應，系統(tǒng)很快恢復其對CN的去除，并且去除效果隨著進水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”組合工藝對含氰廢水進行處理，系統(tǒng)啟動方式為厭氧好氧同步啟動。啟動周期短，運行穩(wěn)定，有很好的抗沖擊負荷能力。經(jīng)過30d的啟動，該系統(tǒng)形成較為穩(wěn)定的運行環(huán)境。

反應器啟動之初按比例加入工業(yè)廢水時，經(jīng)過負荷沖擊系統(tǒng)很快恢復。在穩(wěn)定運行階段，系統(tǒng)對COD的去除率可以達到80%以上，此時COD容積負荷為2.04kg/(m3?d)。

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

自系統(tǒng)啟動之初運行67d這段時間內(nèi)，出水CN含量始終保持較為穩(wěn)定的趨勢，質(zhì)量濃度約為5mg/L；CN去除率隨進水含量的變化而變化，但總體去除率較好。（來源：甘肅省生態(tài)環(huán)境科學設計研究院，蘭州理工大學土木工程學院）