列車集便污水好氧處理工藝試驗研究

陳為民，劉志強

(1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251;2.天津大學，天津 300072)

本研究以某動車段化糞池實際出水為原水樣本，采用好氧活性污泥法(SBR工藝)重點對COD、氨氮的去除效率進行了研究，確定了列車集便污水活性污泥法好氧處理曝氣時間、DO值、進水主要污染物指標濃度范圍等參數，為鐵路列車集便污水處理工藝設計奠定基礎。

1 研究方法

1.1 試驗水樣

試驗水樣取自某動車段污水處理廠化糞池后的調節池。化糞池每日平均進列車集便污水量約200 m3，糞便污水在化糞池內的水力停留時間1～2 d。

由于集便污水中的有機物與總氮之比遠小于4，為提高好氧活性污泥法的脫氮效率，試驗后期對原水樣進行加堿吹脫氨氮、并與城市污水稀釋控制污水的有機物濃度，調整運行周期為8 h，以便獲得不同工況的試驗結果。試驗污水水質見表1。

表1 試驗污水水質 ρ/(mg·L－1)

1.2 試驗裝置

SBR(序批式活性污泥法)反應器，試驗裝置如圖1所示。反應器為長50 cm、寬30 cm、高35 cm的長方體有機玻璃容器。反應器的有效體積為30 L，其中混合液高度為20 cm。利用反應器的PLC自動控制系統進行調節，直接在反應器中培養馴化污泥。

1.3 試驗污泥的培養與馴化

采用傳統的接種污泥的方法培養馴化活性污泥，本試驗的活性污泥取自城市污水處理廠曝氣池的活性污泥，污泥指標正常，污泥活性良好。

圖1 SBR裝置圖

馴化期間SBR反應器以自動控制的方式運行，反應器中的溫度維持在20～25℃，DO維持在2～3 mg/L，pH在6～9之間。馴化過程中污泥活性指數(SVI)維持在80～120之間，污泥絮凝沉淀性能較好，能很好的將分散的微生物和細小有機物顆粒凝聚成大的污泥顆粒。MLSS和MLVSS的濃度分別從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)明顯提高了 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，污泥的活性得到較好的改善。經過連續22 d的培養馴化，反應器中出現黃褐色絮狀顆粒污泥，COD和NH3-N的去除效果穩定在50%左右，出水水質穩定，污泥馴化成功。

1.4 試驗進程

SBR工藝馴化完成后，在馴化條件下穩定運行1周，然后對SBR反應器進行參數調節，尋找處理效果好，能耗低的運行條件。表2顯示試驗進程不同階段的運行參數。

表2 試驗進程及狀態參數的變化

2 SBR工藝處理化糞池出水

2.1 不同階段COD的處理效果

如圖2所示，穩定運行期間(23～47d這一階段)SBR反應器對COD的去除效果較穩定，去除效率基本在40%～60%之間。但由于進水COD的濃度比較高(2 000～2 500 mg/L)，所以出水COD的濃度也很高(1 300 mg/L左右)。

另外，當第48天 SBR反應器處理厭氧ABR反應器的出水時，由于進水 COD濃度降低約50%，所以在反應器中投加新污泥，馴化20 d左右反應器運行穩定。在第78～100天的進水再次恢復為化糞池出水。比較發現這兩個階段的COD的出水濃度均在500 mg/L左右，但是進水為化糞池出水時的進水COD濃度偏高，說明經過厭氧過程后集便污水中易降解的有機物減少，剩余難降解有機物的含量比例升高。

2.2 不同階段NH3-N的處理效果

如圖3所示，運行期間(23～47d這一階段) SBR反應器出水NH3-N濃度比較穩定(500 mg/L左右)，去除效率基本在40%～80%之間，但波動較大。當進水NH3-N濃度較低時NH3-N去除率較高，當進水NH3-N濃度高時，其去除率降低，說明SBR反應器對集便污水中的NH3-N處理能力有限，NH3-N濃度低的條件下(C/N值大)處理效果較好。

2.3 不同階段TP的處理效果

如圖4所示，運行期間SBR反應器出水TP的濃度波動大，去除效率基本在10% ～40%之間，波動比較大。由于SBR反應器中沒有排泥，隨著運行時間的增長，TP去除效果變差。

圖4 不同階段TP的處理效果

3 SBR工藝運行后期運行參數的優化

3.1 DO值變化對SBR處理效能的影響

周期8 h，每周期進、出水量為3 L，瞬時進出水;其中曝氣6.5 h，厭氧1 h，沉淀出水及閑置0.5 h。調整曝氣量使 DO濃度分別在2～3 mg/L、5～6 mg/L，監測COD濃度變化，其濃度變化及去除效果如圖5所示。

如圖5所示，高DO值時COD的去除率略高于低DO值時的去除率，但是相差不大。所以在保證去除率的條件下，考慮到經濟因素，工程設計可采用較低的DO值，以降低曝氣系統能耗。

3.2 反應周期(曝氣時間)對SBR處理效能的影響

保證曝氣量不變，DO值在3～5 mg/L，分別采用運行周期8 h(曝氣6.5 h，厭氧1 h，沉淀排水0.5 h)，6 h(曝氣4.5 h，厭氧 1 h，沉淀排水0.5 h)，4 h(曝氣2.5 h，厭氧1 h，沉淀排水0.5 h)，即采用不同的曝氣時間，監測COD濃度的變化趨勢，如圖6所示。

圖5 DO值變化對COD出水濃度影響

圖6 反應周期(曝氣時間)對COD出水濃度影響

各反應周期的COD去除率高低順序為:反應周期為8 h的COD去除率＞反應周期為6 h的COD去除率＞反應周期為4 h的 COD去除率。故應選用8 h的反應周期。

3.3 進水水質對SBR處理效能的影響

使DO值保持3～5mg/L，運行周期8 h(曝氣6.5 h)，進水分別為化糞池出水吹脫氨氮后的稀釋水(COD約1 000 mg/L左右)和厭氧ABR反應器出水，監測COD濃度變化趨勢，如圖7、圖8所示。進水為吹脫稀釋原水的SBR反應器處理效果比較好，COD去除率穩定在60%～75%之間;進水為ABR出水的SBR反應器處理效果相對比較差，去除率波動比較大，運行欠穩定。分析原因是由于污泥馴化培養時采用的是集便污水原水，未經過ABR反應器出水的馴化，好氧活性污泥表現出對厭氧出水的不適應。

圖7 進水為吹脫稀釋原水的COD濃度變化及去除率

圖8 進水為ABR出水的COD濃度變化及去除率

4 結論

經化糞池預處理后的列車集便污水，采用SBR工藝處理后出水水質基本可達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)三級標準。但列車集便污水經吹脫降低污水中的氨氮濃度后，能夠達到SBR反應器的最佳運行工況，COD去除率可達80%左右。SBR反應器對集便污水氨氮的去除率可達40%～80%，但處理效果不穩定。

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