含氰废水处理复合厌氧生物滤池-流离生物反应器
氰化物是带有氰基（CN）的化合物，是剧毒性物质。在金属冶炼、电镀、化工和仪表等行业广泛存在着氰化物，因此含氰废水的处理也是这些行业亟待解决的问题。目前，去除氰化物的方法主要有化学法、物理化学法和生物法。各种方法相互组合处理含氰废水已经变得很常见，已经成为比较热门的方向。张亚群等采用络合沉淀、臭氧氧化、膜技术等处理含氰废水，最终结果表明络合沉淀结合膜技术的组合工艺对氰化物去除效果最好。CUI等利用臭氧氧化和曝气生物滤池组合工艺对含氰废水进行处理，在优化的降解条件下对氰化物的去除率大于99%。
复合厌氧生物滤池（HAF）内部填料上附着着大量厌氧微生物，废水由下往上流动时经过填料，在微生物作用下分解有机物，该反应器抗冲击负荷能力较强，对COD有很好的去除效果。流离生物反应器（FSBBR）内部填料以FSB流离生物球为载体，该载体与进水接触充分，对COD、氮等污染物的去除效果好，表面挂膜较快，可维持很高的生物量；运行过程具有厌氧、兼氧、好氧多种环境。
目前国内外很少有研究利用HAF和FSBBR组合工艺处理工业废水。本研究采用“HAF+FSBBR”组合工艺对含氰废水进行处理，以期为含有难降解污染物工业废水的处理提供全新的思路。
1、实验部分
1.1 实验水质
所用废水来自中国最大的氰化物生产基地，河北某冶金化工厂。废水COD为10g/L，BOD5为3g/L，SS、NH4+-N、总氰的质量浓度分别为400、1000、20mg/L，pH为6～9。
1.2 实验装置及工艺流程
实验装置为圆柱形，直径0.5m，高4.5m，有效容积约3.53m3。工艺流程如图1所示。
1.3 污泥的接种和驯化培养
1.3.1 好氧阶段
向曝气池中投入污泥接种，接种量按曝气池有效容积的5%～10%。启动前几天可先闷曝24h（即不进原水也不排水），溶解氧（DO）的质量浓度控制在1mg/L左右。污泥颜色成为棕黄色后，以小流量进水（流量可控制在实验装置设计流量的20%～30%），每调整一个流量梯度维持4～7d，做好监测，具体进度见表1。然后逐步提高，直到最后达到设计流量和污泥含量。其中实际时间需通过微生物的生存情况进行，一般需要保证COD的去除率维持在30%左右，DO的质量浓度2～4mg/L。
1.3.2 厌氧阶段
将厌氧池中的污水提升到正常水位的1/2水位处，将池中的污水厌氧1～2d（配合后面好氧段的污泥培养）。开始采用间歇进水，COD污泥负荷率控制在0.05～0.2kg/(kg・d)。当污泥逐渐适应废水性质后，污泥逐渐就具有了去除有机物的能力。当COD去除率达到30%以上后，可以逐步提高进水容积负荷率，每次提高COD容积负荷率的幅度以0.5kg/(m3・d)左右为宜，此时可以由间歇进水过渡到连续进水，但应控制进水COD和进水量，保持稳定的增长。随着负荷的提高，反应器内的污泥逐渐由松散状态变成沉淀性能较好的絮体，污泥的产甲烷活性也相应提高。在调试过程中要保证系统的负荷以20%～30%的增长速率稳定增长，每次调整负荷应保证去除率达到30%后稳定3～4d，然后再提高负荷。
1.4 分析方法
实验中各指标含量均按国家有关标准进行测定。水温，温度计；DO含量，便携式溶解氧仪；pH，pH计；COD，重铬酸钾法；NH4+-N含量，水杨酸-次氯酸盐光度法；氰根（CN-）含量，硝酸银的滴定法。
2、结果与讨论
2.1 反应器的启动
该实验启动方式为厌氧好氧同步启动。运行第1天进水为生活污水，其后逐渐按比例通入工业废水，反应器启动阶段的运行工况如表2所示。
驯化期间逐渐增加工业进水比例，直至进水全部为工业废水。每次在负荷提高时，系统需要运行2～4天，待稳定后继续提高负荷。当系统运行28d后，进水COD达到10g/L，COD容积负荷（VLR）为2.04kg/(m3・d)。经过30d的调试，系统进入稳定运行期，此时系统开始满负荷运行。进水体积流量为30L/h（蠕动泵显示为80r/min），一级FSBBR、二级FSBBR、曝气调节池中DO的质量浓度分别为3、1.5、0.5mg/L。
2.2 COD的去除效果
图2为进出水COD及其去除率随时间的变化。
由图1可以看出，在反应器启动之初按比例加入工业废水时，虽经过负荷冲击系统很快恢复。在刚加入体积分数5%的工业废水时，污泥需要适应新的环境，因此COD去除率为48%，经过适应其去除率基本保持在70%以上并趋于稳定。在后期驯化期间，继续加入一定比例的工业废水，COD去除率基本可以保持在90%，说明系统具有很好的抗冲击负荷能力。在经过30d的驯化系统运行稳定，COD的去除率可以到达80%以上，此时COD容积负荷已经达到2.04kg/(m3・d)。
图3为HAF和FSBBR的COD去除率随时间的变化。
由图3可以看出，总体稳定运行过程中，FSBBR装置对COD的去除贡献最大。从初期阶段进水COD较低时，HAF装置可以去除近80%的COD；但是FSBBR装置对于低COD去除率却微乎其微，相反随着COD逐渐增大，HAF装置去除率仅保持在15%左右，而FSBBR则发挥其巨大作用，由此可以说明HAF装置可以用于低COD废水或生活污水处理，而FSBBR可以用于高COD工业废水处理。
2.3 NH4+-N的去除效果
图4和图５为启动阶段系统和HAF分别对NH4+-N的去除效果。
由图4和图5可以看出，在启动阶段NH4+-N的去除率随进水NH4+-N含量的不断增加而减小。在工业进水体积分数分别为5%和10%，即前8d时，出水NH4+-N含量几乎趋于0，系统对NH4+-N处理效果非常好，此时进水NH4+-N的质量浓度基本小于250mg/L。第8天后，工业进水体积分数增加到15%，出水开始检测到NH4+-N。而当工业进水体积分数继续增加到50%时，出水NH4+-N的质量浓度为108mg/L；继续运行，出水NH4+-N含量不断增高，在20d时，出水NH4+-N的质量浓度达到303mg/L，此时进水NH4+-N的质量浓度为938mg/L。之后出水中NH4+-N的含量不断增长。工业进水体积分数为100%并开始稳定运行时，出水NH4+-N的质量浓度为600mg/L左右，此时出水COD在500～700mg/L，NH4+-N降解效果并不理想。
系统在稳定运行阶段HAF工艺后NH4+-N含量比进水略有增加，增加量在200mg/L左右，原因可能是生化法降解NH4+-N有限，使得二级好氧中硝化菌不易培养，而FSBBR在此阶段对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含量的冲击问题，氰化物会对污泥中的微生物产生毒性。一般情况下未经含氰污水驯化后的微生物对CN的承受能力为质量浓度1～2mg/L，经含氰污水驯化后的微生物对CN的承受能力为3～5mg/L。当污水中的CN的质量浓度大于5mg/L时，微生物将产生中毒，在生化反应池中活性污泥会产生离散、上浮现象，微生物失去活性，出水水质恶化。
实验选用氰化物污水治理剂对氰化物加以去除，结果见图6。
由图6可以看出，反应器启动之初，CN去除率波动很大；随后当容积负荷不断增加，去除率趋于稳定，说明系统有很好的抗CN冲击负荷能力。在满负荷运行初期，CN去除率呈现下降趋势，但经过一段时间的适应，系统很快恢复其对CN的去除，并且去除效果随着进水CN含量的变化而变化，而出水CN的质量浓度基本可以保持在5mg/L左右。
3、结论
采用“HAF+FSBBR”组合工艺对含氰废水进行处理，系统启动方式为厌氧好氧同步启动。启动周期短，运行稳定，有很好的抗冲击负荷能力。经过30d的启动，该系统形成较为稳定的运行环境。
反应器启动之初按比例加入工业废水时，经过负荷冲击系统很快恢复。在稳定运行阶段，系统对COD的去除率可以达到80%以上，此时COD容积负荷为2.04kg/(m3・d)。
系统在启动期间，对NH4+-N的降解效果基本呈现随进水NH4+-N含量增加而减少的趋势，而在稳定运行阶段，厌氧工艺后NH4+-N含量比进水略有增加，使得总体NH4+-N几乎没有降解效果。
自系统启动之初运行67d这段时间内，出水CN含量始终保持较为稳定的趋势，质量浓度约为5mg/L；CN去除率随进水含量的变化而变化，但总体去除率较好。（来源：甘肃省生态环境科学设计研究院，兰州理工大学土木工程学院）