复合厌氧生物滤池处理铁路高浓度粪便污水

郭治东，阴俊霞

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055;2.北京陇奥环保科技发展有限公司，北京 100085)

1 铁路高浓度粪便污水的特点

随着铁路事业的发展，动车及高速动车系统在我国铁路运营中得到越来越广泛的应用，区别于传统旅客列车采用的直通式厕所，即在行驶的火车上直接将粪便污水排到车体外的环境中，动车组列车厕所通常采用封闭式厕所。传统的直通式厕所有很多弊端，在列车行进中将粪便污水直接排出既对车体产生了污染，又对环境产生了污染［1］，因此很多传统型的旅客列车也逐渐使用封闭式的厕所。封闭式厕所将粪便污水储存于污物箱，然后在动车段、客整所或铁路车站采用移动式或固定式集便器卸污系统将污物箱污水输送至污水处理厂(站)进行集中处理，此类污水称为集便器污水［2］。

集便器污水主要为粪便污水，这类污水的主要特点为COD、BOD、NH3－N浓度非常高，不能直接排放，也不能直接排入城市污水管网，又难于处理，国外把高浓度粪便污水称为黑水(blackwater)［3］。集便器污水水质如表1所示。

表1 铁路高浓度粪便污水水质

通过以上水质可以看出，铁路高浓度粪便污水的污染物浓度是普通生活污水的几十倍。国内单独从事高浓度粪便污水处理研究的单位比较少，已有的国内技术多为传统的厌氧、好氧生物处理技术，膜生物处理技术及生化处理技术［4］，其大多存在不足，传统的厌氧处理工艺去除率低，膜生物处理技术和生化处理技术运营维护费用高，管理繁杂，自动化程度低。本文主要介绍一种低动力的复合厌氧处理技术(hybrid anerobic filter)——HAF。

2 HAF复合厌氧处理技术

HAF复合厌氧生物滤池是一个内部填充有一种特殊的生物填料——FSB流离球的厌氧反应器，FSB流离球是由一种无机材料制作而成的填料，该填料是国外近年来创立的一种固液分离技术［5］。HAF是将FSB流离球与国内具体情况相结合而开发研制成功的中水、污水处理新技术。填料浸没在水中，微生物附着在填料上。废水从下部进入反应器，通过固定填料床，在厌氧微生物的作用下，废水中的有机物被厌氧分解。

HAF复合厌氧生物滤池依靠填料使反应器内保有大量附着的生物膜以及截留大量的活性污泥，污泥浓度可达到10 ～20gVSS/L［6］，SRT 可达 100d 以上，同时反应器内的各种不同的微生物自然分层固定，有利于各类微生物得到最佳的生态环境和平衡，实现更高的生物活性［7］。作为微生物载体的FSB流离球，有着很大的比表面积，可以附着大量的微生物，生物相丰实，因此降解有机物的能力比传统的方法大大提高了。当污水流经以FSB流离球为填料的厌氧滤池时，由于FSB流离球内阻力大，流速慢，球间阻力相对小，流速快，形成了流速差异，污水中的悬浮物便向球内以及球表面聚集，经过多次流动与聚集，使污水实现了固液分离，聚集在球表面以及球内部的有机物被活性生物膜吸附、降解，最终使污水得到净化［8］。

HAF复合厌氧生物滤池具有较大的抗冲击负荷能力，在相同的温度条件下，厌氧生物滤池的负荷可高出厌氧接触［9］等其他工艺2～3倍，同时会有较高的COD去除率。该技术突破传统处理方法，工艺安装简单，管理方便，基本可实现无人管理，主要有以下特点:(1)生物载体与进水所成角度小，接触充分，溶解性COD去除率高达80%，对污水中的油、氮等均有较高的去除率;(2)挂膜容易，脱落快，微生物生长快，启动时间短，可维持较高的生化量;(3)填料之间的孔隙率比较大，填料内部的孔隙也很发达，从根本上解决了传统的AF反应器堵塞的问题，而且供微生物栖息的空间也大;(4)不需要搅拌和回流污泥(必要时可出水回流)，不设污泥处理系统［10］，大大减小了动力消耗;(5)对废水浓度、温度及水量变化适应性强，尤其适于处理各种高浓度的废水;(6)由于该工艺有较长的过流断面可以大大阻流水体中悬浮物，出水无需过滤和沉淀，所以占地面积小，投资省，运行费用较低，自动化程度高;(7)载体使用寿命可达50年之久，同时也克服了传统工艺生化环境单一的技术难题。

3 工程案例

HAF复合厌氧生物滤池在国内某机场航空粪便水的处理中有成功应用。其废水来源为飞机封闭式厕所内的污水，经集中收集，到港后统一运送至污水处理站集中处理，由于其浓度高，冲击大，不能直接排入城市污水处理厂，所以必须经过预处理达到当地污水厂接纳标准后方能合并处理。铁路动车的粪便污水和飞机的粪便污水在污染程度和废水性质等方面都基本一致，因此完全可以参考并推广使用。该工程中，日处理水量约60 m3，处理后达到《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343—2010)的标准就近排入市政污水管网，工艺流程如下:污水→调节池→一级HAF→二级HAF→出水。

在该工艺中，进水的有机负荷高，可生化性好，适合采用生化处理装置，调节池的停留时间为6 h，两级HAF池的停留时间均为24 h，HAF池无需曝气装置，污水经过调节后泵入其核心处理单元HAF反应器内，填料码放在反应器内，污水自下而上逐步通过填料层。在该反应器内，活性污泥被填料有效地截留在填料层内，逐步生长形成颗粒污泥，在污水逐层通过填料层的过程中，大量的活性污泥对污水中的有机污染物进行吸附并逐步分解，从而使污水得到处理，同时填料能对气液固实行很好的分离，污泥不随废水流出反应器，净化后的水经出水收集堰排出。反应器采用好氧启动，厌氧运行的方式，即对反应装置进行了快速启动运行，且后续无任何动力消耗，只需定期对反应器底部的剩余污泥进行排放。由于来自于调节池内的废水中有少量的氧气存在，因此在一级厌氧中是一种微氧状态，通过回流可以实现厌氧氨氧化，从而在低能耗的情况下达到去除氨氮的目的，该工程自运行以后，处理效果良好，出水水质稳定。运行以来，对其各段出水进行抽样测试，选其中3次测试结果列表如表2～表4所示。去除率见图1。

表2 第1次测试数据

表3 第2次测试数据

表4 第3次测试数据

图1 主要污物去除率

根据以上图表可以看出，调节池对CODcr、BOD5、NH3－N的降解效率为20%左右，对TP基本没有降解作用。一级HAF和二级HAF对CODcr、BOD5的降解效率都达到了80%以上，对TP的降解效率达到50%～60%，一级HAF和二级HAF对NH3－N的降解效率分别为70%和50%左右。经过两级HAF处理后，出水中各项指标完全达到了排入城市下水道的标准。如没有城市下水道，则可根据环保方面的要求按照普通生活污水进行后续处理。

4 结语

铁路动车的高浓度粪便污水和飞机的高浓度粪便污水属于同一性质的污水，通过以上工程实例可知，HAF技术是一种非常适合处理高浓度粪便污水的方法，停留时间可根据铁路高浓度污水的具体参数采用18～24 h，处理效果稳定，能耗低，无需专人运行管理，未来在动车段、客整所或铁路车站等将会有广阔的应用前景。

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