一體化生物膜反應(yīng)器處理車(chē)站生活污水的中試研究

王明智，翟計(jì)紅

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)依法合規(guī)，鐵路建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論對(duì)車(chē)站污水處理的要求也愈加嚴(yán)格，出水水質(zhì)由原先執(zhí)行“污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”逐步向“城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”、“回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”轉(zhuǎn)變，在降解有機(jī)物的同時(shí)，滿足脫氮除磷要求［1］，許多項(xiàng)目要求零排放，這就涉及到既有污水處理工藝的強(qiáng)化和現(xiàn)狀工藝的升級(jí)改造問(wèn)題。

集厭(缺)氧、好氧、沉淀以及混合液內(nèi)回流為一體的一體化生物膜反應(yīng)器，污水在好氧區(qū)完成有機(jī)物的氧化和氨氮的硝化，同時(shí)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(xì)菌利用污水提供的碳源，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馊コｋS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(guò)程，最終隨剩余污泥排出系統(tǒng)。一體化生物膜反應(yīng)器不但能夠強(qiáng)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(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)［3－4］。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

裝置結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)為碳鋼內(nèi)外防腐，現(xiàn)場(chǎng)焊接，內(nèi)圈好氧區(qū)裝填長(zhǎng)條狀碳纖維復(fù)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(jiàn)方的碳纖維復(fù)合聚氨酯生物活性載體。載體上下層采用鋼絲網(wǎng)固定。反應(yīng)器上部為φ 3 000 mm同心圓，從內(nèi)向外依次為好氧區(qū)、導(dǎo)流區(qū)和缺氧沉淀區(qū)，下部為倒圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)。污水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)圈中下部的圓環(huán)形配水槽，在空氣和立式攪拌機(jī)的共同作用下，上向流通過(guò)好氧區(qū)，下向流通過(guò)導(dǎo)流區(qū)，在導(dǎo)流區(qū)下部分為兩股水流，大部分水流回流進(jìn)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(guò)缺氧區(qū)、清水區(qū)排出。氣水混合液在好氧區(qū)與導(dǎo)流區(qū)之間形成豎向環(huán)流，污水從進(jìn)入反應(yīng)器到排出需經(jīng)過(guò)多次內(nèi)循環(huán)，可以認(rèn)為在這一區(qū)域混合液的水質(zhì)是接近一致的，從這個(gè)意義上分析，此時(shí)的流態(tài)為完全混合式，因而能夠提高系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

圖1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)及方法

反應(yīng)器的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)點(diǎn)選擇在某鐵路機(jī)務(wù)段乘務(wù)員公寓樓，試驗(yàn)裝置進(jìn)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(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) ρ/(mg·L－1)

試驗(yàn)裝置為連續(xù)進(jìn)水，通過(guò)閥門(mén)控制進(jìn)水流速使反應(yīng)器保持一定的容積負(fù)荷，當(dāng)出水水質(zhì)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)后，提高進(jìn)水流速，進(jìn)入下一個(gè)負(fù)荷階段。處理水量為5～7 m3/d，水質(zhì)化驗(yàn)選用蘭州連華環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的碧月牌5B-3B (H)型化學(xué)需氧量(COD)多參數(shù)速測(cè)儀，對(duì)COD、氨氮、總磷進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)COD的去除效果

根據(jù)圖2數(shù)據(jù)，COD處理效率在74.99% ～92.49%，出水 COD平均值為42 mg/L。分別在導(dǎo)流區(qū)和外圈清水區(qū)取樣對(duì)比化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)COD數(shù)值差別不大，由此表明有機(jī)物的去除主要發(fā)生在內(nèi)圈好氧填料區(qū)，缺氧反應(yīng)和濾料過(guò)濾作用去除的有機(jī)物所占份額較少。

2.2 對(duì)NH3-N的去除效果

根據(jù)圖 3中數(shù)據(jù)，進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。但去除效果低于預(yù)期，分析認(rèn)為主要包括以下幾點(diǎn)原因:

(1)根據(jù)對(duì)內(nèi)圈堰上水頭測(cè)量后計(jì)算，在好氧區(qū)和導(dǎo)流區(qū)間的垂向環(huán)流流量為5.0 m3/h，其中污水進(jìn)水量為0.24～0.40 m3/h，占環(huán)流量的4.8% ～8%，即此區(qū)域內(nèi)為完全混合，因此好氧區(qū)內(nèi)幾乎不存在有機(jī)物濃度差，增殖速度較高的異養(yǎng)型細(xì)菌和自養(yǎng)型的硝化菌處于同樣的生存空間，會(huì)嚴(yán)重制約硝化菌的生長(zhǎng)。

(2)該裝置外圈溶解氧濃度基本小于1.0 mg/L，根據(jù)相關(guān)資料，保證硝化反應(yīng)順利進(jìn)行，生物膜法溶解氧濃度一般應(yīng)在2～3 mg/L，當(dāng)溶解氧濃度低于0.5～0.7 mg/L時(shí)，硝化反應(yīng)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(zhuǎn)移效率較低，經(jīng)過(guò)堰上跌落也會(huì)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(yīng)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(duì)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(dá)到1.91 mg/L，其他時(shí)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?yàn)?-18—8-21期間發(fā)生排泥管堵塞的問(wèn)題，由此導(dǎo)致前后一段時(shí)間排泥的不規(guī)律;同時(shí)由于散熱不好引起的機(jī)械故障，導(dǎo)致空壓機(jī)的間歇運(yùn)行，影響充氧和污泥回流效果(氣提)，也是影響出水水質(zhì)的主要原因，在增加一臺(tái)備用空壓機(jī)后，出水水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。

3 結(jié)論

一體化生物膜反應(yīng)器對(duì)生活污水具有比較好的去除效果。在20℃時(shí)，有機(jī)容積負(fù)荷在1.5～3.0 kgCOD/m3·d范圍內(nèi)，基本可以滿足有機(jī)物去除率≥80%，出水 COD≤50 mg/L。20℃有機(jī)容積負(fù)荷在1.5～2.0 kgCOD/m3·d范圍內(nèi)，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(shù)的匹配［J］.中國(guó)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(yīng)器同步硝化反硝化性能研究［J］.中國(guó)給水排水，2010，26(5):131－134.

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

［4］ 劉銳，黃霞，錢(qián)易，等.一體式膜－生物反應(yīng)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(fù)合載體的制備及其性能研究［J］.化學(xué)通報(bào)，2008(9):679－684.

［6］ 葉建鋒.廢水生物脫氮處理新技術(shù)［M］.北京:化學(xué)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.