郭治東，陰俊霞

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055;2.北京隴奧環(huán)保科技發(fā)展有限公司，北京 100085)

1 鐵路高濃度糞便污水的特點(diǎn)

隨著鐵路事業(yè)的發(fā)展，動(dòng)車及高速動(dòng)車系統(tǒng)在我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，區(qū)別于傳統(tǒng)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(huán)境中，動(dòng)車組列車廁所通常采用封閉式廁所。傳統(tǒng)的直通式廁所有很多弊端，在列車行進(jìn)中將糞便污水直接排出既對(duì)車體產(chǎn)生了污染，又對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了污染［1］，因此很多傳統(tǒng)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(chǔ)存于污物箱，然后在動(dòng)車段、客整所或鐵路車站采用移動(dòng)式或固定式集便器卸污系統(tǒng)將污物箱污水輸送至污水處理廠(站)進(jìn)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(diǎn)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(wǎng)，又難于處理，國(guó)外把高濃度糞便污水稱為黑水(blackwater)［3］。集便器污水水質(zhì)如表1所示。

表1 鐵路高濃度糞便污水水質(zhì)

通過以上水質(zhì)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(guó)內(nèi)單獨(dú)從事高濃度糞便污水處理研究的單位比較少，已有的國(guó)內(nèi)技術(shù)多為傳統(tǒng)的厭氧、好氧生物處理技術(shù)，膜生物處理技術(shù)及生化處理技術(shù)［4］，其大多存在不足，傳統(tǒng)的厭氧處理工藝去除率低，膜生物處理技術(shù)和生化處理技術(shù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用高，管理繁雜，自動(dòng)化程度低。本文主要介紹一種低動(dòng)力的復(fù)合厭氧處理技術(shù)(hybrid anerobic filter)——HAF。

2 HAF復(fù)合厭氧處理技術(shù)

HAF復(fù)合厭氧生物濾池是一個(gè)內(nèi)部填充有一種特殊的生物填料——FSB流離球的厭氧反應(yīng)器，F(xiàn)SB流離球是由一種無機(jī)材料制作而成的填料，該填料是國(guó)外近年來創(chuàng)立的一種固液分離技術(shù)［5］。HAF是將FSB流離球與國(guó)內(nèi)具體情況相結(jié)合而開發(fā)研制成功的中水、污水處理新技術(shù)。填料浸沒在水中，微生物附著在填料上。廢水從下部進(jìn)入反應(yīng)器，通過固定填料床，在厭氧微生物的作用下，廢水中的有機(jī)物被厭氧分解。

HAF復(fù)合厭氧生物濾池依靠填料使反應(yīng)器內(nèi)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(dá)到10 ～20gVSS/L［6］，SRT 可達(dá) 100d 以上，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)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(tài)環(huán)境和平衡，實(shí)現(xiàn)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(shí)，因此降解有機(jī)物的能力比傳統(tǒng)的方法大大提高了。當(dāng)污水流經(jīng)以FSB流離球?yàn)樘盍系膮捬鯙V池時(shí)，由于FSB流離球內(nèi)阻力大，流速慢，球間阻力相對(duì)小，流速快，形成了流速差異，污水中的懸浮物便向球內(nèi)以及球表面聚集，經(jīng)過多次流動(dòng)與聚集，使污水實(shí)現(xiàn)了固液分離，聚集在球表面以及球內(nèi)部的有機(jī)物被活性生物膜吸附、降解，最終使污水得到凈化［8］。

HAF復(fù)合厭氧生物濾池具有較大的抗沖擊負(fù)荷能力，在相同的溫度條件下，厭氧生物濾池的負(fù)荷可高出厭氧接觸［9］等其他工藝2～3倍，同時(shí)會(huì)有較高的COD去除率。該技術(shù)突破傳統(tǒng)處理方法，工藝安裝簡(jiǎn)單，管理方便，基本可實(shí)現(xiàn)無人管理，主要有以下特點(diǎn):(1)生物載體與進(jìn)水所成角度小，接觸充分，溶解性COD去除率高達(dá)80%，對(duì)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(zhǎng)快，啟動(dòng)時(shí)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(nèi)部的孔隙也很發(fā)達(dá)，從根本上解決了傳統(tǒng)的AF反應(yīng)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(shí)可出水回流)，不設(shè)污泥處理系統(tǒng)［10］，大大減小了動(dòng)力消耗;(5)對(duì)廢水濃度、溫度及水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適于處理各種高濃度的廢水;(6)由于該工藝有較長(zhǎng)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(yùn)行費(fèi)用較低，自動(dòng)化程度高;(7)載體使用壽命可達(dá)50年之久，同時(shí)也克服了傳統(tǒng)工藝生化環(huán)境單一的技術(shù)難題。

3 工程案例

HAF復(fù)合厭氧生物濾池在國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)航空糞便水的處理中有成功應(yīng)用。其廢水來源為飛機(jī)封閉式廁所內(nèi)的污水，經(jīng)集中收集，到港后統(tǒng)一運(yùn)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(jīng)過預(yù)處理達(dá)到當(dāng)?shù)匚鬯畯S接納標(biāo)準(zhǔn)后方能合并處理。鐵路動(dòng)車的糞便污水和飛機(jī)的糞便污水在污染程度和廢水性質(zhì)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(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ343—2010)的標(biāo)準(zhǔn)就近排入市政污水管網(wǎng)，工藝流程如下:污水→調(diào)節(jié)池→一級(jí)HAF→二級(jí)HAF→出水。

在該工藝中，進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷高，可生化性好，適合采用生化處理裝置，調(diào)節(jié)池的停留時(shí)間為6 h，兩級(jí)HAF池的停留時(shí)間均為24 h，HAF池?zé)o需曝氣裝置，污水經(jīng)過調(diào)節(jié)后泵入其核心處理單元HAF反應(yīng)器內(nèi)，填料碼放在反應(yīng)器內(nèi)，污水自下而上逐步通過填料層。在該反應(yīng)器內(nèi)，活性污泥被填料有效地截留在填料層內(nèi)，逐步生長(zhǎng)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(duì)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行吸附并逐步分解，從而使污水得到處理，同時(shí)填料能對(duì)氣液固實(shí)行很好的分離，污泥不隨廢水流出反應(yīng)器，凈化后的水經(jīng)出水收集堰排出。反應(yīng)器采用好氧啟動(dòng)，厭氧運(yùn)行的方式，即對(duì)反應(yīng)裝置進(jìn)行了快速啟動(dòng)運(yùn)行，且后續(xù)無任何動(dòng)力消耗，只需定期對(duì)反應(yīng)器底部的剩余污泥進(jìn)行排放。由于來自于調(diào)節(jié)池內(nèi)的廢水中有少量的氧氣存在，因此在一級(jí)厭氧中是一種微氧狀態(tài)，通過回流可以實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化，從而在低能耗的情況下達(dá)到去除氨氮的目的，該工程自運(yùn)行以后，處理效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。運(yùn)行以來，對(duì)其各段出水進(jìn)行抽樣測(cè)試，選其中3次測(cè)試結(jié)果列表如表2～表4所示。去除率見圖1。

表2 第1次測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 第2次測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 第3次測(cè)試數(shù)據(jù)

圖1 主要污物去除率

根據(jù)以上圖表可以看出，調(diào)節(jié)池對(duì)CODcr、BOD5、NH3－N的降解效率為20%左右，對(duì)TP基本沒有降解作用。一級(jí)HAF和二級(jí)HAF對(duì)CODcr、BOD5的降解效率都達(dá)到了80%以上，對(duì)TP的降解效率達(dá)到50%～60%，一級(jí)HAF和二級(jí)HAF對(duì)NH3－N的降解效率分別為70%和50%左右。經(jīng)過兩級(jí)HAF處理后，出水中各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到了排入城市下水道的標(biāo)準(zhǔn)。如沒有城市下水道，則可根據(jù)環(huán)保方面的要求按照普通生活污水進(jìn)行后續(xù)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

鐵路動(dòng)車的高濃度糞便污水和飛機(jī)的高濃度糞便污水屬于同一性質(zhì)的污水，通過以上工程實(shí)例可知，HAF技術(shù)是一種非常適合處理高濃度糞便污水的方法，停留時(shí)間可根據(jù)鐵路高濃度污水的具體參數(shù)采用18～24 h，處理效果穩(wěn)定，能耗低，無需專人運(yùn)行管理，未來在動(dòng)車段、客整所或鐵路車站等將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

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