列车集便污水好氧处理工艺试验研究

陈为民，刘志强

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251;2.天津大学，天津 300072)

本研究以某动车段化粪池实际出水为原水样本，采用好氧活性污泥法(SBR工艺)重点对COD、氨氮的去除效率进行了研究，确定了列车集便污水活性污泥法好氧处理曝气时间、DO值、进水主要污染物指标浓度范围等参数，为铁路列车集便污水处理工艺设计奠定基础。

1 研究方法

1.1 试验水样

试验水样取自某动车段污水处理厂化粪池后的调节池。化粪池每日平均进列车集便污水量约200 m3，粪便污水在化粪池内的水力停留时间1～2 d。

由于集便污水中的有机物与总氮之比远小于4，为提高好氧活性污泥法的脱氮效率，试验后期对原水样进行加碱吹脱氨氮、并与城市污水稀释控制污水的有机物浓度，调整运行周期为8 h，以便获得不同工况的试验结果。试验污水水质见表1。

表1 试验污水水质 ρ/(mg·L－1)

1.2 试验装置

SBR(序批式活性污泥法)反应器，试验装置如图1所示。反应器为长50 cm、宽30 cm、高35 cm的长方体有机玻璃容器。反应器的有效体积为30 L，其中混合液高度为20 cm。利用反应器的PLC自动控制系统进行调节，直接在反应器中培养驯化污泥。

1.3 试验污泥的培养与驯化

采用传统的接种污泥的方法培养驯化活性污泥，本试验的活性污泥取自城市污水处理厂曝气池的活性污泥，污泥指标正常，污泥活性良好。

图1 SBR装置图

驯化期间SBR反应器以自动控制的方式运行，反应器中的温度维持在20～25℃，DO维持在2～3 mg/L，pH在6～9之间。驯化过程中污泥活性指数(SVI)维持在80～120之间，污泥絮凝沉淀性能较好，能很好的将分散的微生物和细小有机物颗粒凝聚成大的污泥颗粒。MLSS和MLVSS的浓度分别从3 000 mg/L和1 200 mg/L左右增加到 6 000 mg/L和 3 500 mg/L左右，污泥量(MLSS)明显提高了 1倍，其中活性污泥(MLVSS)的含量提高了近 2倍。MLVSS/MLSS值由0.40左右上升到0.50左右，污泥的活性得到较好的改善。经过连续22 d的培养驯化，反应器中出现黄褐色絮状颗粒污泥，COD和NH3-N的去除效果稳定在50%左右，出水水质稳定，污泥驯化成功。

1.4 试验进程

SBR工艺驯化完成后，在驯化条件下稳定运行1周，然后对SBR反应器进行参数调节，寻找处理效果好，能耗低的运行条件。表2显示试验进程不同阶段的运行参数。

表2 试验进程及状态参数的变化

2 SBR工艺处理化粪池出水

2.1 不同阶段COD的处理效果

如图2所示，稳定运行期间(23～47d这一阶段)SBR反应器对COD的去除效果较稳定，去除效率基本在40%～60%之间。但由于进水COD的浓度比较高(2 000～2 500 mg/L)，所以出水COD的浓度也很高(1 300 mg/L左右)。

另外，当第48天 SBR反应器处理厌氧ABR反应器的出水时，由于进水 COD浓度降低约50%，所以在反应器中投加新污泥，驯化20 d左右反应器运行稳定。在第78～100天的进水再次恢复为化粪池出水。比较发现这两个阶段的COD的出水浓度均在500 mg/L左右，但是进水为化粪池出水时的进水COD浓度偏高，说明经过厌氧过程后集便污水中易降解的有机物减少，剩余难降解有机物的含量比例升高。

2.2 不同阶段NH3-N的处理效果

如图3所示，运行期间(23～47d这一阶段) SBR反应器出水NH3-N浓度比较稳定(500 mg/L左右)，去除效率基本在40%～80%之间，但波动较大。当进水NH3-N浓度较低时NH3-N去除率较高，当进水NH3-N浓度高时，其去除率降低，说明SBR反应器对集便污水中的NH3-N处理能力有限，NH3-N浓度低的条件下(C/N值大)处理效果较好。

2.3 不同阶段TP的处理效果

如图4所示，运行期间SBR反应器出水TP的浓度波动大，去除效率基本在10% ～40%之间，波动比较大。由于SBR反应器中没有排泥，随着运行时间的增长，TP去除效果变差。

图4 不同阶段TP的处理效果

3 SBR工艺运行后期运行参数的优化

3.1 DO值变化对SBR处理效能的影响

周期8 h，每周期进、出水量为3 L，瞬时进出水;其中曝气6.5 h，厌氧1 h，沉淀出水及闲置0.5 h。调整曝气量使 DO浓度分别在2～3 mg/L、5～6 mg/L，监测COD浓度变化，其浓度变化及去除效果如图5所示。

如图5所示，高DO值时COD的去除率略高于低DO值时的去除率，但是相差不大。所以在保证去除率的条件下，考虑到经济因素，工程设计可采用较低的DO值，以降低曝气系统能耗。

3.2 反应周期(曝气时间)对SBR处理效能的影响

保证曝气量不变，DO值在3～5 mg/L，分别采用运行周期8 h(曝气6.5 h，厌氧1 h，沉淀排水0.5 h)，6 h(曝气4.5 h，厌氧 1 h，沉淀排水0.5 h)，4 h(曝气2.5 h，厌氧1 h，沉淀排水0.5 h)，即采用不同的曝气时间，监测COD浓度的变化趋势，如图6所示。

图5 DO值变化对COD出水浓度影响

图6 反应周期(曝气时间)对COD出水浓度影响

各反应周期的COD去除率高低顺序为:反应周期为8 h的COD去除率＞反应周期为6 h的COD去除率＞反应周期为4 h的 COD去除率。故应选用8 h的反应周期。

3.3 进水水质对SBR处理效能的影响

使DO值保持3～5mg/L，运行周期8 h(曝气6.5 h)，进水分别为化粪池出水吹脱氨氮后的稀释水(COD约1 000 mg/L左右)和厌氧ABR反应器出水，监测COD浓度变化趋势，如图7、图8所示。进水为吹脱稀释原水的SBR反应器处理效果比较好，COD去除率稳定在60%～75%之间;进水为ABR出水的SBR反应器处理效果相对比较差，去除率波动比较大，运行欠稳定。分析原因是由于污泥驯化培养时采用的是集便污水原水，未经过ABR反应器出水的驯化，好氧活性污泥表现出对厌氧出水的不适应。

图7 进水为吹脱稀释原水的COD浓度变化及去除率

图8 进水为ABR出水的COD浓度变化及去除率

4 结论

经化粪池预处理后的列车集便污水，采用SBR工艺处理后出水水质基本可达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)三级标准。但列车集便污水经吹脱降低污水中的氨氮浓度后，能够达到SBR反应器的最佳运行工况，COD去除率可达80%左右。SBR反应器对集便污水氨氮的去除率可达40%～80%，但处理效果不稳定。

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