復合厭氧生物濾池處理鐵路高濃度糞便污水

郭治東，陰俊霞

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055;2.北京隴奧環保科技發展有限公司，北京 100085)

1 鐵路高濃度糞便污水的特點

隨著鐵路事業的發展，動車及高速動車系統在我國鐵路運營中得到越來越廣泛的應用，區別于傳統旅客列車采用的直通式廁所，即在行駛的火車上直接將糞便污水排到車體外的環境中，動車組列車廁所通常采用封閉式廁所。傳統的直通式廁所有很多弊端，在列車行進中將糞便污水直接排出既對車體產生了污染，又對環境產生了污染［1］，因此很多傳統型的旅客列車也逐漸使用封閉式的廁所。封閉式廁所將糞便污水儲存于污物箱，然后在動車段、客整所或鐵路車站采用移動式或固定式集便器卸污系統將污物箱污水輸送至污水處理廠(站)進行集中處理，此類污水稱為集便器污水［2］。

集便器污水主要為糞便污水，這類污水的主要特點為COD、BOD、NH3－N濃度非常高，不能直接排放，也不能直接排入城市污水管網，又難于處理，國外把高濃度糞便污水稱為黑水(blackwater)［3］。集便器污水水質如表1所示。

表1 鐵路高濃度糞便污水水質

通過以上水質可以看出，鐵路高濃度糞便污水的污染物濃度是普通生活污水的幾十倍。國內單獨從事高濃度糞便污水處理研究的單位比較少，已有的國內技術多為傳統的厭氧、好氧生物處理技術，膜生物處理技術及生化處理技術［4］，其大多存在不足，傳統的厭氧處理工藝去除率低，膜生物處理技術和生化處理技術運營維護費用高，管理繁雜，自動化程度低。本文主要介紹一種低動力的復合厭氧處理技術(hybrid anerobic filter)——HAF。

2 HAF復合厭氧處理技術

HAF復合厭氧生物濾池是一個內部填充有一種特殊的生物填料——FSB流離球的厭氧反應器，FSB流離球是由一種無機材料制作而成的填料，該填料是國外近年來創立的一種固液分離技術［5］。HAF是將FSB流離球與國內具體情況相結合而開發研制成功的中水、污水處理新技術。填料浸沒在水中，微生物附著在填料上。廢水從下部進入反應器，通過固定填料床，在厭氧微生物的作用下，廢水中的有機物被厭氧分解。

HAF復合厭氧生物濾池依靠填料使反應器內保有大量附著的生物膜以及截留大量的活性污泥，污泥濃度可達到10 ～20gVSS/L［6］，SRT 可達 100d 以上，同時反應器內的各種不同的微生物自然分層固定，有利于各類微生物得到最佳的生態環境和平衡，實現更高的生物活性［7］。作為微生物載體的FSB流離球，有著很大的比表面積，可以附著大量的微生物，生物相豐實，因此降解有機物的能力比傳統的方法大大提高了。當污水流經以FSB流離球為填料的厭氧濾池時，由于FSB流離球內阻力大，流速慢，球間阻力相對小，流速快，形成了流速差異，污水中的懸浮物便向球內以及球表面聚集，經過多次流動與聚集，使污水實現了固液分離，聚集在球表面以及球內部的有機物被活性生物膜吸附、降解，最終使污水得到凈化［8］。

HAF復合厭氧生物濾池具有較大的抗沖擊負荷能力，在相同的溫度條件下，厭氧生物濾池的負荷可高出厭氧接觸［9］等其他工藝2～3倍，同時會有較高的COD去除率。該技術突破傳統處理方法，工藝安裝簡單，管理方便，基本可實現無人管理，主要有以下特點:(1)生物載體與進水所成角度小，接觸充分，溶解性COD去除率高達80%，對污水中的油、氮等均有較高的去除率;(2)掛膜容易，脫落快，微生物生長快，啟動時間短，可維持較高的生化量;(3)填料之間的孔隙率比較大，填料內部的孔隙也很發達，從根本上解決了傳統的AF反應器堵塞的問題，而且供微生物棲息的空間也大;(4)不需要攪拌和回流污泥(必要時可出水回流)，不設污泥處理系統［10］，大大減小了動力消耗;(5)對廢水濃度、溫度及水量變化適應性強，尤其適于處理各種高濃度的廢水;(6)由于該工藝有較長的過流斷面可以大大阻流水體中懸浮物，出水無需過濾和沉淀，所以占地面積小，投資省，運行費用較低，自動化程度高;(7)載體使用壽命可達50年之久，同時也克服了傳統工藝生化環境單一的技術難題。

3 工程案例

HAF復合厭氧生物濾池在國內某機場航空糞便水的處理中有成功應用。其廢水來源為飛機封閉式廁所內的污水，經集中收集，到港后統一運送至污水處理站集中處理，由于其濃度高，沖擊大，不能直接排入城市污水處理廠，所以必須經過預處理達到當地污水廠接納標準后方能合并處理。鐵路動車的糞便污水和飛機的糞便污水在污染程度和廢水性質等方面都基本一致，因此完全可以參考并推廣使用。該工程中，日處理水量約60 m3，處理后達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(CJ343—2010)的標準就近排入市政污水管網，工藝流程如下:污水→調節池→一級HAF→二級HAF→出水。

在該工藝中，進水的有機負荷高，可生化性好，適合采用生化處理裝置，調節池的停留時間為6 h，兩級HAF池的停留時間均為24 h，HAF池無需曝氣裝置，污水經過調節后泵入其核心處理單元HAF反應器內，填料碼放在反應器內，污水自下而上逐步通過填料層。在該反應器內，活性污泥被填料有效地截留在填料層內，逐步生長形成顆粒污泥，在污水逐層通過填料層的過程中，大量的活性污泥對污水中的有機污染物進行吸附并逐步分解，從而使污水得到處理，同時填料能對氣液固實行很好的分離，污泥不隨廢水流出反應器，凈化后的水經出水收集堰排出。反應器采用好氧啟動，厭氧運行的方式，即對反應裝置進行了快速啟動運行，且后續無任何動力消耗，只需定期對反應器底部的剩余污泥進行排放。由于來自于調節池內的廢水中有少量的氧氣存在，因此在一級厭氧中是一種微氧狀態，通過回流可以實現厭氧氨氧化，從而在低能耗的情況下達到去除氨氮的目的，該工程自運行以后，處理效果良好，出水水質穩定。運行以來，對其各段出水進行抽樣測試，選其中3次測試結果列表如表2～表4所示。去除率見圖1。

表2 第1次測試數據

表3 第2次測試數據

表4 第3次測試數據

圖1 主要污物去除率

根據以上圖表可以看出，調節池對CODcr、BOD5、NH3－N的降解效率為20%左右，對TP基本沒有降解作用。一級HAF和二級HAF對CODcr、BOD5的降解效率都達到了80%以上，對TP的降解效率達到50%～60%，一級HAF和二級HAF對NH3－N的降解效率分別為70%和50%左右。經過兩級HAF處理后，出水中各項指標完全達到了排入城市下水道的標準。如沒有城市下水道，則可根據環保方面的要求按照普通生活污水進行后續處理。

4 結語

鐵路動車的高濃度糞便污水和飛機的高濃度糞便污水屬于同一性質的污水，通過以上工程實例可知，HAF技術是一種非常適合處理高濃度糞便污水的方法，停留時間可根據鐵路高濃度污水的具體參數采用18～24 h，處理效果穩定，能耗低，無需專人運行管理，未來在動車段、客整所或鐵路車站等將會有廣闊的應用前景。

［1］田海濤，許兆義.水解—SBR處理技術處理高濃度糞便污水的研究［J］.鐵道標準設計，2003(12):92-94.

［2］儲柱全.動車段、所集便器污水污水處理技術分析［J］.鐵道勘測與設計，2010(5):252-254.

［3］何強，孫倩，翟俊，周健.高氮高濃度糞便污水處理技術研究［J］.重慶建筑大學學報，2007，29(4):104-106.

［4］龍騰銳，何強.排水工程［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［5］Lew，B(Lew，B);Tarre，S(Tarre，S);Belavski，M(Belavski，M);Green，M(Green，M).UASB reactor for domestic wastewater treatment at low temperatures:a comparison between a classical UASB and hybrid UASB-filter reactor.WATER SCIENCE AND TECHNOLOGY，2004，49(11-12):295-301.

［6］楊立，厭氧濾池——好氧接觸氧化法在啤酒廢水處理中的應用［J］.云南環境科學，2003 ，22(S):145-146.

［7］許保玖，龍騰銳.當代給水與廢水處理原理［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［8］郭治東，王三反，葛敬，等.速分技術在中水處理中的應用［J］.鐵道標準設計，2006(10):97-99.

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［10］張建強.高效厭氧反應器處理高濃度生活污水［J］.工業安全與環保，2008，34(10):3-5.