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难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺

作者: 时间:2022-08-01 09:30:01 点击:

  危险废物的处置过程中会产生大量的危险废水,包括铬、锰、铅等重金属,氰化物、硫化物等无机物,油烃类、多氯联苯类等有机物,对环境具有严重的危害。目前危险废水处理技术,包括物化处理,高级氧化处理和生物处理等。生物处理是废水处理的主流技术,基于生物处理发展起来的反应器呈现多样化,主要以膜生物反应器(MBR)和传统的活性污泥反应器为代表。尽管传统的生物反应器应用广泛,但是存在某些弊端,比如停留时间长,占地面积大等问题,难以处理有毒有害废水,不适用可生化学差的难降解有机废水,而MBR尽管可以截留高浓度活性污泥,在处理难降解有机污染物方面有一定的优势,但是膜更换频率高,成本昂贵。

  反应沉淀一体式矩形环流生物反应器(简称RPIR反应器)是笔者单位开发的专利产品,该反应器基于经典化工传质理论和前人基础的研究,内部设置巧妙的导流板结构,使泥水形成自动环流现象,提高了氧传质效率,促进空气、微生物(活性污泥)和水体三相的接触反应,能够培养出6000mg/L,甚至高达10000mg/L的活性污泥。本公司采用的RPIR多功能高效环流生物反应器(本文简称RPIR高效反应器),其外形设置圆柱状,内部结构类似RPIR反应器,但是预留了可供选择的曝气功能,使本反应器既可以在无氧环境下使用又可以在曝气条件下工作。目前,国内外尚无这方面的报道。为进一步提高对难降解有机物的处理效果,通常采用加压曝气工艺,但是加压曝气的方式易打碎活性污泥,导致工艺后端需要一个足够容量的沉淀池让活性污泥进行沉淀。笔者单位结合了加压曝气生物氧化技术与加压溶气气浮工艺,开发了一种加压溶气生化气浮反应器(本文简称“加压反应器冶),可以大大缩短水力停留时间,增加处理量。

  深圳市某危险废物处理站(简称“处理站冶)现有污水处理系统的设计能力为300m3/d,主要工艺采用前端厌氧后端MBR的处理方式,目前平均日处理约180吨,但是出水COD和NH3-N经常不达标。现有处理系统存在两个问题:一方面,有毒有害物质包括氰化物、硫化物和一些油烃类污染物的影响,导致厌氧活性污泥无法正常大量生长而处理效率偏低;另一方面,新增了几股污水源,尽管总处理量并未超过设计容量,但给予原有处理系统更大的压力,尤其是后端MBR系统,会因前端处理工艺效率降低,需要更频繁的反冲洗操作。因此,原污水处理系统急需增加新的工艺分担前段工艺流程负荷,降低后续处理工艺尤其是MBR膜的进水负荷,并且加强对有毒有害污染物的抗冲击性。

  基于以上内容,本文主要研究RPIR技术结合加压反应器的生化作用对难降解有机废水的处理效果,首次考察笔者公司的技术对处理有毒、难降解的水污染物的适用性。

  1、研究内容与方法

  1.1 反应器装置介绍

  RPIR高效反应器由底部通入废水,在反应器下方发生缺氧反应,之后进入中间的曝气区域发生好氧反应,混合液经内置的导流板作用实现液、气、固分离,同时部分出水可在外加循环回流作用下回到反应器底部进一步发生生化反应。加压反应器的底部与空气压缩机之间通过气路连通,加压生化反应和加压溶气可在反应器中同时完成,然后污水进入释压气浮固液分离单元使污泥和水得到分离。

  1.2 改造方法

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图1)

  原有工艺与改造工艺的工艺流程见图1所示。在原有2#厌氧池后端增加RPIR高效反应器,其出水进入3#厌氧池;将6#好氧池改为厌氧池,并在其后端增加加压反应器,将1#好氧池改为MBR池,使整个处理工艺形成“A/O+A/O冶的整套工艺。

  新增工艺后,以2#厌氧池出水作为进入RPIR多功能高效生物反应器的进水,并要求最终出水水质满足表1所示。以COD去除率作为出发点,设计各段反应器处理的效果如表2所示。

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图2)

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图3)

  1.3 水质分析方法

  COD测定方法采用钟小猫等的COD测试方法,NH3-N采用HJ535-2009《水质氨氮的测定钠式试剂分光光度法》,BOD采用HJ505-2009的《水质五日生化需氧量(BOD5)的测定稀释与接种法》,SS采用重量法,pH采用FE20K-pH仪测定。

  2、结果与讨论

  2.1 工程调试结果与分析

  调试期间重点关注RPIR高效反应器和加压反应器的运行结果。进入RPIR反应器的水量和水质都差别很大,其进水流量在1.5~10.5m3/h之间,进水COD在几百至几千范围内变化,超过了RPIR设计的2500mg/L数值。分别对80d内RPIR反应器和加压生化反应器的进出水COD的去除效果进行监测,结果如图2、3所示。由图2(a)显示,RPIR反应器COD去除量对应的曲线波动范围较广,分布在0~3025mg/L,平均值为697mg/L。为了分析COD去除量波动大的原因,进一步结合RPIR反应器的进水流量和DO数据,这80d内的进水流量分布在1.7~10m3/h之间,DO分布在0.45~4.5之间,具体见图2(b)。

  综合图2(a)、(b)可以发现,反应器对COD的去除能力与以下三方面都有关系:

  (1)COD的进水浓度。COD的进水浓度剧烈波动,且无规律性,前35d表现得很明显,导致个别COD的出水数据甚至高于设计值1900mg/L。

  (2)进水流量的差异。

  调试前期逐渐提高进水流量,中期进水流量有小范围的波动,是因为需要调节流量适应后端的水位,调试后期进水量达到10.0m3/h。进水流量的差异直接影响废水在反应器的停留时间(HRT)。进水流量越大,HRT就越短,废水中的有机物与微生物没有足够的时间接触;进水流量越小,微生物就越能够与有机物发生氧化反应,对COD去除能力就会有显著的提高。

  (3)溶解氧(DO)的影响。

  DO直接影响好氧微生物的活性。当DO低于微生物最少的需氧量时,对COD就几乎没有去除效果了,因此尽量使DO高于2mg/L,然而在实际操作的过程中,DO较高时会导致反应器泡沫增多,因此在后续调试时特意将DO控制在2.4~3.0mg/L之间。经过调试,RPIR多功能高效环流生物反应器已经满足了设计的要求。

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图4)

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图5)

  图3(a)是加压溶气反应器中COD相关的记录数据,图3(b)是自动监测该系统的溶解氧值。很显然,图3(a)表明了有近一半测定次数的出水COD值高于设计值的700mg/L,而且COD去除量的差异很大,覆盖在30~1400mg/L之间,但是主要集中于150~500mg/L的范围内。相比于RPIR多功能高效环流生物反应器的处理效果明显处于劣势,但是其为后续的MBR池缓解了一定的压力。

  2.2 工程运行结果与分析

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图6)

难降解有机废水处理RPIR反应器结合加压生化工艺(图7)

  调试完毕后,对生化进水口(即2#厌氧池出水口)、1#MBR出水口对应的水质指标进行了监测。本处理站针对的都是难生化降解的污染物,测定的结果均显示出水的pH在6.0~9.0之间,SS远低于1mg/L,且BOD接近于0mg/L,说明废水里可进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的测定值有上下波动的趋势,因此重点连续监测这两项指标,对应的结果分别如图4和图5所示。图4显示,出水COD与NH3-N的范围分别为58.7~185.6mg/L,3.97~14.44mg/L,低于250mg/L、15mg/L,满足排放要求。很显然,COD的去除率已达到80.3%~94.3%。其中,2017年4月27日出水COD为185.6mg/L,相对有点偏高,而紧邻它的4月26日与4月28日的出水COD也较高,这是因为这两天MBR池的DO过低,抑制了耗氧微生物降解COD的能力。图5显示NH3-N的去除率在45.5%~81.1%之间。受DO的影响,4月26日与4月27日对应的NH3-N去除率均低于50%。因此在运行过程中,要对DO含量加强管理,通过DO控制可以有效提高COD和NH3-N的去除效果。

  采用此工艺后,为了保持较高的膜生物处理效果,对MBR每日进行25~30min的反冲洗工作。本工艺的运行成本主要是电能消耗,根据现场运行结果得到电费约3.0元/吨水。

  3、结论

  本项目首次将“RPIR多功能环流生物反应器冶和“加压溶气生化气浮反应器冶技术运用在危险废水的处理中,有效地去除难降解有机污染物,缓解了后续MBR的生物处理负荷。新增技术对有毒有害污染物具有良好的抗冲击性,出水水质的COD和NH3-N分别降至250mg/L,15mg/L以下。污水处理效果达到设计要求,实现出水达标排放,并通过深圳危险废物处理站有限公司的验收。RPIR工艺结合加压生化工艺对高浓度复杂有机废水具有良好的处理效果,对同类污水的工程改造或设计提供了技术参照。(来源:深圳市清研环境科技有限公司,深圳清华大学研究院,广东省环境微生物资源开发与应用工程技术研究中心)

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