一体化生物膜反应器处理车站生活污水的中试研究

王明智，翟计红

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

我国的经济建设活动越来越强调依法合规，铁路建设项目的环境影响评价结论对车站污水处理的要求也愈加严格，出水水质由原先执行“污水综合排放标准”逐步向“城镇污水处理厂污染物排放标准”、“回用水水质标准”转变，在降解有机物的同时，满足脱氮除磷要求［1］，许多项目要求零排放，这就涉及到既有污水处理工艺的强化和现状工艺的升级改造问题。

集厌(缺)氧、好氧、沉淀以及混合液内回流为一体的一体化生物膜反应器，污水在好氧区完成有机物的氧化和氨氮的硝化，同时利用空气将完成硝化后的混合液提升至池外圈的缺氧区［2］，反硝化细菌利用污水提供的碳源，将硝态氮转化为氮气去除。随着生物膜处于厌氧、好氧的交替环境，完成磷的释放和吸收过程，最终随剩余污泥排出系统。一体化生物膜反应器不但能够强化污水工艺的脱氮除磷效果，而且具有投资省、占地少、管理简便等优点［3－4］。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

装置结构图见图1。反应器主体结构为碳钢内外防腐，现场焊接，内圈好氧区装填长条状碳纤维复合聚氨酯生物活性载体［5］(改性海绵)，外圈缺氧、沉淀区充填10 mm见方的碳纤维复合聚氨酯生物活性载体。载体上下层采用钢丝网固定。反应器上部为φ 3 000 mm同心圆，从内向外依次为好氧区、导流区和缺氧沉淀区，下部为倒圆台形结构。污水进入反应器内圈中下部的圆环形配水槽，在空气和立式搅拌机的共同作用下，上向流通过好氧区，下向流通过导流区，在导流区下部分为两股水流，大部分水流回流进入污泥区，随水流上升返回好氧区;小部分水流向上通过缺氧区、清水区排出。气水混合液在好氧区与导流区之间形成竖向环流，污水从进入反应器到排出需经过多次内循环，可以认为在这一区域混合液的水质是接近一致的，从这个意义上分析，此时的流态为完全混合式，因而能够提高系统的抗冲击负荷能力。

图1 反应器结构图

1.2 试验水质及方法

反应器的现场试验点选择在某铁路机务段乘务员公寓楼，试验装置进水取自公寓楼的化粪池出水，主要包括日常生活起居、洗澡和餐饮污水。设计进水水质见表1。

表1 设计进水水质 ρ/(mg·L－1)

试验装置为连续进水，通过阀门控制进水流速使反应器保持一定的容积负荷，当出水水质达到预期的目标后，提高进水流速，进入下一个负荷阶段。处理水量为5～7 m3/d，水质化验选用兰州连华环保科技有限公司生产的碧月牌5B-3B (H)型化学需氧量(COD)多参数速测仪，对COD、氨氮、总磷进行分析。

2 结果与讨论

2.1 对COD的去除效果

根据图2数据，COD处理效率在74.99% ～92.49%，出水 COD平均值为42 mg/L。分别在导流区和外圈清水区取样对比化验，发现COD数值差别不大，由此表明有机物的去除主要发生在内圈好氧填料区，缺氧反应和滤料过滤作用去除的有机物所占份额较少。

2.2 对NH3-N的去除效果

根据图 3中数据，进水 NH3-N为 7.81～24.78 mg/L，出水NH3-N为4.05～14 mg/L，出水平均值9.39 mg/L，平均去除率44.86%，出水氨氮接近《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级B标准。但去除效果低于预期，分析认为主要包括以下几点原因:

(1)根据对内圈堰上水头测量后计算，在好氧区和导流区间的垂向环流流量为5.0 m3/h，其中污水进水量为0.24～0.40 m3/h，占环流量的4.8% ～8%，即此区域内为完全混合，因此好氧区内几乎不存在有机物浓度差，增殖速度较高的异养型细菌和自养型的硝化菌处于同样的生存空间，会严重制约硝化菌的生长。

(2)该装置外圈溶解氧浓度基本小于1.0 mg/L，根据相关资料，保证硝化反应顺利进行，生物膜法溶解氧浓度一般应在2～3 mg/L，当溶解氧浓度低于0.5～0.7 mg/L时，硝化反应受到限制［6-7］。虽然中心区曝气量较大，但由于有效水深较浅，氧转移效率较低，经过堰上跌落也会降低外圈水中溶解氧，在一种低溶解氧环境中，氮硝化反应速率都较低。

图2 COD去除效果分析

图3 NH3-N去除效果分析

图4 TP去除效果分析

2.3 对TP的去除效果

从图4可以看出，8-13—9-1期间，出水TP浓度明显偏高，最高浓度达到1.91 mg/L，其他时段去除率在 42.84% ～80.16%，出水 TP浓度为0.45～0.986 mg/L，出水平均值 0.97 mg/L。分析原因为8-18—8-21期间发生排泥管堵塞的问题，由此导致前后一段时间排泥的不规律;同时由于散热不好引起的机械故障，导致空压机的间歇运行，影响充氧和污泥回流效果(气提)，也是影响出水水质的主要原因，在增加一台备用空压机后，出水水质明显好转。

3 结论

一体化生物膜反应器对生活污水具有比较好的去除效果。在20℃时，有机容积负荷在1.5～3.0 kgCOD/m3·d范围内，基本可以满足有机物去除率≥80%，出水 COD≤50 mg/L。20℃有机容积负荷在1.5～2.0 kgCOD/m3·d范围内，基本可以满足TP去除率≥70%，出水TP≤1 mg/L;NH3-N去除率≥60%，出水NH3-N≤8 mg/L。

［1］ 朱杰.铁路典型站段污水排放规律及处理技术的匹配［J］.中国给水排水，2008，24(10):21－24.

［2］ 李辰，何文杰，黄廷林.一体式膜生物反应器同步硝化反硝化性能研究［J］.中国给水排水，2010，26(5):131－134.

［3］ 邱国华，胡龙兴.污水处理一体化装置的研究现状与展望［J］.环境污染治理技术与设备，2005，5(6):7－15.

［4］ 刘锐，黄霞，钱易，等.一体式膜－生物反应器处理生活污水的中试研究［J］.给水排水，1999，25(1):1－4.

［5］ 周林成，白雪，李彦峰.活性碳纤维/聚氨酯泡沫复合载体的制备及其性能研究［J］.化学通报，2008(9):679－684.

［6］ 叶建锋.废水生物脱氮处理新技术［M］.北京:化学工业出版社，2006:28－30.

［7］ Pochana K，Keller J.Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification［J］.Wat Sci Tech，1999，39 (6):61－68.