王明智，翟計紅

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

我國的經濟建設活動越來越強調依法合規(guī)，鐵路建設項目的環(huán)境影響評價結論對車站污水處理的要求也愈加嚴格，出水水質由原先執(zhí)行“污水綜合排放標準”逐步向“城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準”、“回用水水質標準”轉變，在降解有機物的同時，滿足脫氮除磷要求［1］，許多項目要求零排放，這就涉及到既有污水處理工藝的強化和現狀工藝的升級改造問題。

集厭(缺)氧、好氧、沉淀以及混合液內回流為一體的一體化生物膜反應器，污水在好氧區(qū)完成有機物的氧化和氨氮的硝化，同時利用空氣將完成硝化后的混合液提升至池外圈的缺氧區(qū)［2］，反硝化細菌利用污水提供的碳源，將硝態(tài)氮轉化為氮氣去除。隨著生物膜處于厭氧、好氧的交替環(huán)境，完成磷的釋放和吸收過程，最終隨剩余污泥排出系統。一體化生物膜反應器不但能夠強化污水工藝的脫氮除磷效果，而且具有投資省、占地少、管理簡便等優(yōu)點［3－4］。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

裝置結構圖見圖1。反應器主體結構為碳鋼內外防腐，現場焊接，內圈好氧區(qū)裝填長條狀碳纖維復合聚氨酯生物活性載體［5］(改性海綿)，外圈缺氧、沉淀區(qū)充填10 mm見方的碳纖維復合聚氨酯生物活性載體。載體上下層采用鋼絲網固定。反應器上部為φ 3 000 mm同心圓，從內向外依次為好氧區(qū)、導流區(qū)和缺氧沉淀區(qū)，下部為倒圓臺形結構。污水進入反應器內圈中下部的圓環(huán)形配水槽，在空氣和立式攪拌機的共同作用下，上向流通過好氧區(qū)，下向流通過導流區(qū)，在導流區(qū)下部分為兩股水流，大部分水流回流進入污泥區(qū)，隨水流上升返回好氧區(qū);小部分水流向上通過缺氧區(qū)、清水區(qū)排出。氣水混合液在好氧區(qū)與導流區(qū)之間形成豎向環(huán)流，污水從進入反應器到排出需經過多次內循環(huán)，可以認為在這一區(qū)域混合液的水質是接近一致的，從這個意義上分析，此時的流態(tài)為完全混合式，因而能夠提高系統的抗沖擊負荷能力。

圖1 反應器結構圖

1.2 試驗水質及方法

反應器的現場試驗點選擇在某鐵路機務段乘務員公寓樓，試驗裝置進水取自公寓樓的化糞池出水，主要包括日常生活起居、洗澡和餐飲污水。設計進水水質見表1。

表1 設計進水水質 ρ/(mg·L－1)

試驗裝置為連續(xù)進水，通過閥門控制進水流速使反應器保持一定的容積負荷，當出水水質達到預期的目標后，提高進水流速，進入下一個負荷階段。處理水量為5～7 m3/d，水質化驗選用蘭州連華環(huán)保科技有限公司生產的碧月牌5B-3B (H)型化學需氧量(COD)多參數速測儀，對COD、氨氮、總磷進行分析。

2 結果與討論

2.1 對COD的去除效果

根據圖2數據，COD處理效率在74.99% ～92.49%，出水 COD平均值為42 mg/L。分別在導流區(qū)和外圈清水區(qū)取樣對比化驗，發(fā)現COD數值差別不大，由此表明有機物的去除主要發(fā)生在內圈好氧填料區(qū)，缺氧反應和濾料過濾作用去除的有機物所占份額較少。

2.2 對NH3-N的去除效果

根據圖 3中數據，進水 NH3-N為 7.81～24.78 mg/L，出水NH3-N為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《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級B標準。但去除效果低于預期，分析認為主要包括以下幾點原因:

(1)根據對內圈堰上水頭測量后計算，在好氧區(qū)和導流區(qū)間的垂向環(huán)流流量為5.0 m3/h，其中污水進水量為0.24～0.40 m3/h，占環(huán)流量的4.8% ～8%，即此區(qū)域內為完全混合，因此好氧區(qū)內幾乎不存在有機物濃度差，增殖速度較高的異養(yǎng)型細菌和自養(yǎng)型的硝化菌處于同樣的生存空間，會嚴重制約硝化菌的生長。

(2)該裝置外圈溶解氧濃度基本小于1.0 mg/L，根據相關資料，保證硝化反應順利進行，生物膜法溶解氧濃度一般應在2～3 mg/L，當溶解氧濃度低于0.5～0.7 mg/L時，硝化反應受到限制［6-7］。雖然中心區(qū)曝氣量較大，但由于有效水深較淺，氧轉移效率較低，經過堰上跌落也會降低外圈水中溶解氧，在一種低溶解氧環(huán)境中，氮硝化反應速率都較低。

圖2 COD去除效果分析

圖3 NH3-N去除效果分析

圖4 TP去除效果分析

2.3 對TP的去除效果

從圖4可以看出，8-13—9-1期間，出水TP濃度明顯偏高，最高濃度達到1.91 mg/L，其他時段去除率在 42.84% ～80.16%，出水 TP濃度為0.45～0.986 mg/L，出水平均值 0.97 mg/L。分析原因為8-18—8-21期間發(fā)生排泥管堵塞的問題，由此導致前后一段時間排泥的不規(guī)律;同時由于散熱不好引起的機械故障，導致空壓機的間歇運行，影響充氧和污泥回流效果(氣提)，也是影響出水水質的主要原因，在增加一臺備用空壓機后，出水水質明顯好轉。

3 結論

一體化生物膜反應器對生活污水具有比較好的去除效果。在20℃時，有機容積負荷在1.5～3.0 kgCOD/m3·d范圍內，基本可以滿足有機物去除率≥80%，出水 COD≤50 mg/L。20℃有機容積負荷在1.5～2.0 kgCOD/m3·d范圍內，基本可以滿足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.鐵路典型站段污水排放規(guī)律及處理技術的匹配［J］.中國給水排水，2008，24(10):21－24.

［2］ 李辰，何文杰，黃廷林.一體式膜生物反應器同步硝化反硝化性能研究［J］.中國給水排水，2010，26(5):131－134.

［3］ 邱國華，胡龍興.污水處理一體化裝置的研究現狀與展望［J］.環(huán)境污染治理技術與設備，2005，5(6):7－15.

［4］ 劉銳，黃霞，錢易，等.一體式膜－生物反應器處理生活污水的中試研究［J］.給水排水，1999，25(1):1－4.

［5］ 周林成，白雪，李彥峰.活性碳纖維/聚氨酯泡沫復合載體的制備及其性能研究［J］.化學通報，2008(9):679－684.

［6］ 葉建鋒.廢水生物脫氮處理新技術［M］.北京:化學工業(yè)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.