常溫UASB-SBR-人工濕地工藝處理集便廢水應用研究

李傳松，何曉斌，李紹平，曾慶華，李宗明，吉 陽

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

目前，隨著我國鐵路建設的快速發展和環境保護力度的增大，旅客列車卸污項目也逐漸增多，所產生的高濃度集便廢水處理已經成為一個亟待解決的難題。集便廢水具有高有機物、高SS、可生化性差等特點[1-2]，采用厭氧處理技術具有低能耗、投資省、污泥產量低、占地面積少等優勢[3-5]。目前升流式厭氧污泥床技術(Up-flow Anaerobic Sludga Blanket， UASB)已經成為厭氧污水處理技術的主流之一，在高濃度有機廢水處理中得到廣泛應用[5-9]。但通常UASB反應器運行多采用中溫厭氧(35～40 ℃)或高溫厭氧(50～55 ℃)[3-4]，需要加熱及嚴格的保溫措施，限制了UASB技術的進一步應用與發展。目前，針對常溫厭氧的UASB的相關研究及應用已初具規模[10-13]，但缺乏相關工程案例。

以新建海南環島高鐵東環線三亞動車所旅客列車卸污項目為依托，利用三亞獨特的氣候資源，使用常溫環境下UASB工藝處理高濃度旅客列車集便廢水，出水與動車所內其余生產、生活污水混合與調節沉淀，并由SBR反應器合并處理后排放；后結合西環線建設進行補強，在SBR池出水后增加多級人工濕地處理單元進行深度處理；為避免生產廢水中較多的陰離子表面活性劑對污水生物處理系統的不利影響[14-15]，將生產廢水獨立收集后經隔油、混凝、氣浮和過濾后[14，16-17]與SBR池出水經人工濕地進行深度處理[18-21]，進一步提高系統的出水水質及其穩定性與可靠性，最終實現污水的達標排放。

1 工程概況

本項目位于三亞市，屬熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫25.7 ℃，最高月(6月)平均28.7 ℃，最低月(1月)平均21.4 ℃。動車所初期(2010年12月東環線通車)集便廢水最大排水量150 m3/d，生產廢水主要為洗車廢水和檢查庫清洗廢水約50 m3/d，生活污水約100 m3/d，后期(西環線2015年12月通車)新增集便廢水50 m3/d，生產廢水50 m3/d，生活污水100 m3/d，集便廢水采用獨立管網分別收集。依據環境保護部關于本線環評報告批復的要求，出水需滿足《污水綜合排放標準》中一級排放標準。設計進出水水質如表1所示。

表1 設計進出水水質 mg/L

2 工程內容

2.1 工藝流程和平面布局

本工藝流程和廠區工藝布置分別如圖1和圖2所示。

圖1 動車所污水處理工藝流程

高濃度的集便廢水經化糞池沉淀及初步穩定后，提升至UASB反應器進行厭氧反應；為降低處理負荷，出水采用內回流；UASB反應器出水與動車所內其余生產和生活污水混合、經調節沉淀池進行水質與水量調節后，由潛污泵提升至SBR池。本工程在初期時僅接納東環線工程的生產和生活污水，SBR池出水經紫外線消毒后就近排放。考慮后期(西環線引入)污水處理規模的增加，預留了后期新增污水處理位置及場坪。

受海南旅游淡季/旺季旅客數量的波動影響，集便廢水的設計水量與水質存在較大的波動并導致SBR池出水水質不穩定。故在西環線引入時，在原工藝末端增加了人工濕地處理單元，以提高出水水質及處理穩定性；同時因生產廢水中含有較多的陰離子表面活性劑(LAS)和石油類物質，且石油類中非浮油類的成分較多；因LAS對SBR池的生物處理有較大影響，出水發黑且不達標，將生產廢水和其余污廢水進行分質分流，設生產廢水處理棚1處(30m×17m)，生產廢水采用“隔油+混凝+氣浮+過濾”工藝處理后，與SBR出水均排入人工濕地單元進行深度處理后就近排入鄰近水體。

在初沉池、UASB反應器、SBR池、氣浮過濾器和調節沉淀池內所產生的污泥由污泥管道收集后匯入污泥泵井，經污泥干化場自然干化后外運處理。

2.2 主要處理構筑物與設備

2.2.1 化糞池

采用鋼筋混凝土結構，G13-100SF型，尺寸為13.4 m×3.7 m×3.3 m，容積為100 m3(1座)，并預留后期1座。

2.2.2 UASB反應器

近期設1座，預留后期場坪1座；單體處理能力為Q=8 m3/h，包括布水系統、循環/回流系統、三相分離器、出水收集系統、阻火器、回流泵等。池體采用不銹鋼圓形池體，外徑9.0 m，主體高度10.5 m，布水區、反應區、分離區、出水區和氣體區的高度分別為0.5，6.8，3.2，0.7 m和1.6 m，設備總高度12.0 m，如圖3所示。UASB反應器不設置保溫，加熱系統采用常溫厭氧，運行溫度為20～25 ℃，水力停留時間HRT=74 h。為降低后續工藝負荷及強化系統氨化效果，設回流泵2臺，單臺回流水量Q=40 m3/h，回流比R=5[22]，在進水COD≤4 500 mg/L的條件下，出水COD≤1 000 mg/L，去除率約為77.8%。進水管、排水管、放空管等采用鍍鋅鋼管，內外壁均采用防腐涂料保護。因動車所內對沼氣利用需求較低且產量小，所產生的的沼氣經收集后排入大氣，并在末端設二級阻火器系統以提高系統安全性。

注：1—鋼筋混凝土化糞池；2—污水泵井；3—UASB厭氧塔；4—鋼筋混凝土調節沉淀池；5—提升泵井；6—SBR反應器；7—計量堰及消毒井；8—格柵井；9—污泥泵井；10—污泥干化場；11—控制間；12—鼓風機房；1′—預留化糞池位置；3′—預留UASB厭氧塔位置；6′—預留SBR反應器位置；13—廢水調節池；14—污泥泵井圖2 污水處理站平面布置(單位：m)

圖3 UASB反應器構造(單位：mm)

后期在西環線引入時，集便廢水的水量受旅游季節波動較大且僅達到設計處理能力的50%～60%，既有UASB反應器可滿足新增集便廢水處理要求，無需新增UASB反應器設備。

2.2.3 調節沉淀池

鋼筋混凝土結構，2格，單池尺寸14.8 m×3.0 m×4.65 m，有效容積V=100 m3，HRT=12.5 h，預留后期用地。

2.2.4 SBR池

近期設2組，單組處理能力7.5 m3/h，單組尺寸10.0 m×7.5 m×4.55 m，不銹鋼結構。配置BK5006型曝氣機2臺(1用1備)，曝氣管采用DN80，配微孔爆氣頭。SBR反應器反應周期設置為T=8 h，工作模式為：進水(0.5 h)—曝氣(4.5 h) —沉淀(1.0 h) —排水(1.0 h) —待機(1.0 h)，每天運行3個周期。后期新增1組SBR池，尺寸與處理能力與原設備相同；為提高系統對COD及氨氮等的去除效果，將原T=8 h改為T=12 h，工作模式為：進水(0.5 h) —曝氣(6.5 h)—沉淀(1.0 h)—排水(1.5 h)—待機(2.5 h)，每天運行2周期，總實際處理水量350 m3/d。

2.2.5 氣浮設備

采用加壓溶氣氣浮，處理能力Q=10 m3/h，二班制運行，空壓機為V-0.25/6型，Q=250 L/min，汽水分離罐采用TR-3型，尺寸為φ300 mm×1 800 mm，碳鋼材質；另配混凝網格混凝池1座和PAC和PAM自動加藥設備各1套。

2.2.6 過濾設備

采用GL-10型均質濾料過濾器，處理能力Q=10 m3/h，尺寸為φ1 200 mm×3 800 mm，濾料采用石英砂濾料(φ1.2～2 mm)，定時反沖洗，配中間儲水箱、過濾提升泵及反沖洗泵等各1套。

2.2.7 人工濕地

人工濕地為西環線引入時新增工程，對生產廢水和SBR池出水進行深度處理，以提高系統的處理能力并增強系統的出水穩定性[18-20]。人工濕地設計處理能力500 m3/d，分2組，每組可獨立運行，單組分為4級人工濕地并在中部設儲水塘，末端設出水觀測塘；濕地主體采用“下行垂直流濕地+上行垂直流濕地+水平潛流濕地”構造，占地為68 m×30 m，有效水力停留時間為2.0 d，填料自上而下依次采用直徑5～10 mm的礫石及瓜子石，直徑8～10 mm生物陶粒及直徑4～8 mm的礫石及卵石填料，厚度分別為300，350 mm和300 mm，總厚度1.0 m。植物采用常見的紙莎草、魚腥草、再力花、水白菜和睡蓮等常見植物。如圖4所示。

圖4 單組人工濕地平面布置(單位：m)

3 處理效果

經改造后的集便廢水、生活污水和生產廢水的各處理構筑物與設備的設計進出水水質分別如表2和表3所示。

表2 各單元出水水質 mg/L

表3 生產廢水設計進出水水質 mg/L

經過調試和多年運行，系統運行穩定，出水水質可滿足GB8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準要求，且抗沖擊負荷能力強，產泥量低，管理簡便。

4 結論

本工程中，充分利用三亞市的氣候資源，針對集便廢水有機物濃度高等特點與難點，采用內回流強化處理的常溫UASB反應器進行處理，在20～25 ℃的常溫環境下，出水的COD濃度可低至1 000 mg/L，去除率約為77.8%，處理效果良好。同時，為避免生產廢水中的較高濃度的LAS對生物處理過程產生不利影響，對生活污水與生產廢水進行分質分流，生產廢水采用“混凝—沉淀—過濾”工藝進行處理；UASB反應器出水與生活污水混合后經SBR池進行二級處理后，其出水與生產廢水一起進入人工濕地單元進行深度處理后，出水的COD、BOD5、SS和NH3-N的濃度可分別低于50，20，35 mg/L和15 mg/L，去除率分別為98.9%，98.7%，97.7%和98.3%；出水可滿足GB8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準要求。

因本工程設計初期已經充分考慮遠期工程的需要，預留了遠期污水規模及處理設施的接入條件，使得新增污水處理工程的實施大為簡便，并依據初期運行中的不足與存在問題進行深入分析，對既有設施進行了科學、合理的改擴建，實現了良好的技術效益、經濟效益和環境效益。

實踐證明，本套常溫UASB-SBR-人工濕地處理工藝對旅客列車集便廢水有良好的處理效果，對東南亞和“一帶一路”沿線國家中存在相似氣候地區的鐵路建設中所產生的集便廢水處理，具有良好的示范及推廣應用價值。