浅析ABRFS折板气提工艺在铁路中小车站污水处理中的应用

李向东 , 宋珺 , 贾芳芳

(1. 中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600;2. 铁路总公司工程管理中心, 北京 100038)



浅析ABRFS折板气提工艺在铁路中小车站污水处理中的应用

李向东1, 宋珺2, 贾芳芳1

(1. 中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600;2. 铁路总公司工程管理中心, 北京 100038)

阐述了当前铁路中小车站污水处理新工艺的设计特点、ABRFS工艺的原理及特点，分析了运用该工艺在中试实验中的水质处理效果，从中探讨出该工艺较适宜应用于铁路中小车站污水的处理，供同行专家学者共同探讨。

ABRFS折板气提工艺；铁路污水；中小车站

新建铁路的中小型车站一般都远离市区，周边无完善的排水管网。针对其污水量少、环保要求严的特点，铁路的环保部门及环保设计人员尝试了多种污水处理工艺，如SBR法、SMBR法、AO法及人工湿地等，但终因污水水量确定不很合理、污水水质与工艺不相匹配、工艺流程复杂、设备设施多、投资和运行成本高、剩余污泥产量大、维护要求高等问题，都未取得预期的“无人值守”的效果[1-4]。因此，因地制宜地研发出一种或一类型适合铁路中小车站的简单、高效、经济、适用的污水处理工艺已成为铁路环保部门当前亟待研究解决的课题。

1 铁路中小车站生活污水处理工艺的选择

通过对铁路中小车站生活污水处理站运转现状的调研，新的污水处理工艺设计应具备以下特点：(1)出水应尽可能达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)规定的一级排放标准；(2)不使用上位机或PLC可编程序控制器等电气设备来提高污水处理工艺的自动化水平；(3)应用流体力学优化和简化污水处理工艺，尽可能减少对机械部件的使用与依赖，以实现“无人值守”的要求。

从20世纪70年代开始，美、日、欧洲等国家就采用分散式污水处理方式对乡村的污水进行治理并取得很好的成效，如日本的净化槽技术、澳大利亚的“FILTER”(非尔脱)污水处理系统等[5-7]。我国分散式污水处理研究和应用始于20世纪90年代，折板气提曝气生物处理技术(ABRFS)作为一种比较典型的污水处理工艺，处理后的出水水质较为良好且稳定。

ABRFS折板气提曝气生物处理技术，主要由折板厌氧区(ABR)与气提接触氧化区(FS)组成(详见图1)。

图1 ABRFS装置简图

生活污水首先进入由n个UASB组合的多通道旋流迷宫折板厌氧区(ABR)，从底部旋流进水，使底质污泥处于悬浮态，并形成颗粒污泥，厌氧菌与有机污染物充分混合，实现装置生物处理效能的最大化。折板厌氧区(ABR)内的微生物处于缺氧状态，此时属于兼性微生物，通过水解、酸化反应，将污水中的有机固体及不易生物降解的有机物分解为小分子溶解性有机物，即将污水中的有机氨转化分解为NH3-N，同时利用有机碳作为电子供体，将NO2-N、NO3-N转化为N2，而且还可利用部分有机碳源和NH3-N合成新的细胞物质。折板厌氧区可有效延续污水水解酸化流程，有利于硝化反应的进行，而且依靠原水中存在的较高浓度有机物，完成反硝化作用，最终完成脱氮功能。

接着生活污水进入气提接触氧化区(FS)。气提曝气装置是接触氧化的的重要组成部分，由进气内管、提水布水套管及顶部布水散水板构成，采用气提内循环的方式布气、布水，风机压缩空气进入进气内管，在底部形成压力流将污水气固液混合物压入布水套管，并在其中充分混合充氧，然后气水混合液射流至顶部散水板，向四周均匀散流布水，充氧后污水沿布水区经生物填料载体区回流至底部，再气提形成循环流。通过低曝气风压、大气水比的设置，混合液在模块内往复循环30～50次，污水好氧段总停留时间8～10h，气水比在40～50∶1，使得污水经历无数次好氧、缺氧循环。由于接触氧化法的微生物世代周期长，有利于载体填料上微生物的自然选种优化，附着在生物膜上和水中的好氧微生物种群丰富，避免了分段少的生物处理工艺中所存在的微生物之间的抗诘作用，通过不同阶段多种微生物协同作用，同时完成硝化功能，对水中有机物进行比较彻底的生物降解，提高了系统对污染物的去除效果。同时气提曝气实现了内部污泥的循环，省去污泥回流设备，保证了填料上生物膜活性，随着运行时间的推移，随时有老化生物膜形成脱落、新的生物膜生成更新，所产生剩余污泥量极少，且BOD去除效果比普通法可提高10%～15%。生化后的污水流到沉淀区，上升流速可达0.3～0.4mm/s，因此良好的水力条件使得泥水充分分离，好氧池出水澄清透明，除磷效果显著。排泥采用气提至污水提升泵井，再次进入新的污水处理流程之中，如此反复循环。

2 ABRFS折板气提曝气生物污水处理工艺技术试验

2014年9月在北京某处建成小型的ABRFS折板气提曝气生活污水处理工程，该设备的工艺尺寸为3.0m×1.5m×2.2m(长×宽×高)，污水处理水量为10m3/d。经过活性污泥的培养驯化，11月初该套设备进入了正常运转状态，分别于2014-12-11—2015-01-10(冬，水温10～12℃)以及2015-06-11—2015-07-10(夏，水温12～15℃)，对该工艺进行了测试，主要对SS、COD、BOD5、氨氮(NH3-N)及磷酸盐(TP)进行了检测，测试结果如表1所示。其中又对五项水质指标的夏冬季进出水及去除率作了对比，如图2～7所示。

表1 进出水水质各项指标及其去除率情况

图2 夏冬季进出水SS和去除率变化

图3 夏冬季进出水COD和去除率变化

图4 夏冬季进出水BOD5和去除率变化

图5 夏冬季进出水氨氮和去除率变化

图6 夏冬季进出水总磷和去除率变化

图7 进出水各水质检测指标夏冬季平均去除率变化

(1)SS的处理效果

对于SS的去除情况，由图2分析可知，出水稳定于平均值8.5mg/L，远低于《综合污水排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准的70mg/L，当然不排除进水本身SS值偏低。同时相应的去除率曲线也随进水波动而变，但冬夏季的平均去除率达84.8%，去除率较高。

(2)COD的处理效果

对于COD的去除情况，由图3分析可知，进水波动较大，出水中期略有起伏，稳定于均值29mg/L，平均去除率可达87.6%。相较于《综合污水排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准的100mg/L是足以达标的。

(3)BOD5的处理效果

对于BOD5的去除情况，由图4分析可知，进水波动幅度为52mg/L～237mg/L，出水维持稳定，均值9.5mg/L，平均去除率可达91.4%。可达《综合污水排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准的20mg/L。

(4)氨氮(NH3-N)的处理效果

对于氨氮的去除情况，由图5分析可知，进水波动幅度较大，且冬夏波动情况相似。出水波动幅度为1.3mg/L～8.3mg/L，冬夏均值2.8mg/L，平均去除率可达87.1%。可达《综合污水排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准的15mg/L。

(5)磷酸盐(TP)的处理效果

对于总磷的去除情况，由图6分析可知，冬季相较于夏季进水波动幅度较大。出水均值0.8mg/L，平均去除率可达86.4%。明显不达《综合污水排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准的0.5mg/L,但达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。故运用该工艺去除小流量生活污水的总磷还需改进。

(6)各水质指标处理效果对比

在冬夏季的两个阶段实验中，由图7分析可知，小型ABRFS折板气提曝气生物处理工艺，对于SS、COD、BOD5、氨氮(NH3-N)及磷酸盐(TP)去除率基本达到了预期的效果，其中尤以BOD5的去除率最高，冬夏季的去除率差别最大的是COD。

3 ABRFS折板气提曝气生物污水处理工艺可行性分析

从以上的实验数据可以看出，ABRFS折板气提曝气生物污水处理工艺，对于SS、COD、BOD5、氨氮(NH3-N)及磷酸盐(TP)具有显著的处理效果。与目前铁路中小车站常用的人工湿地、生物接触氧化法、传统活性污泥法、SBR法、MSBR法以及AO/A2O法相比，在工艺流程、运行工况、日常维护、自动化程度、占地面积以及出水水质等诸多方面都具有优势，具体详见表2。

表2 ABRFS法与铁路传统污水处理工艺主要技术指标对比表

另外，从工程投资、日常污水处理费用、耗电量以及占地指标等方面也具有较强的优势，具体详见表3。

表3 ABRFS法与铁路传统污水处理工艺主要经济指标对比表

注：若考虑人工费，生物接触氧化法、传统活性污泥法、SBR法、MSBR法、A/O或A2/O法污水处理工艺的单位污水处理费用将超过1.5元/m3。

综上可以看出，ABRFS折板气提曝气生物污水处理工艺最显著的特点是占地小，单位污水用地仅0.8～2.0(m2/ m3)，可比大部分污水处理工艺减少很大的用地投资和占地限制。而在投资费、处理费和耗电费更是可与经济性很强的人工湿地工艺相持平。加之从技术上达到了无人值守的要求，减轻了运行管理的难度，人工费降到最低。因此，ABRFS折板气提曝气生物污水处理工艺有着广阔的前景和推广价值。

4 结语

ABRFS折板气提法充分利用流体力学与空气动力学的作用，仅需要罗茨风机的正常运转，利用低曝气风压、大气水比的设置，让气水混合液在模块内往复循环使得污水经历多次好氧、缺氧循环，从而实现污水的脱氮除磷。实验表明该工艺对于中小流量生活污水处理效果显著。虽然总磷未达到《综合污水排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准，但已达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准，后续对其继续进行深入研究与改进。

总的来看，ABRFS折板气提曝气生物处理工艺具有耐冲击负荷(水力、有机物)强、污泥产生量少，操作简单易行、故障率低，运行费用低、占地面积小、投资省的特点。所以相较于其他相关污水处理工艺，从某种意义上讲，ABRFS折板气提曝气生物处理工艺较适宜处理中小车站的生活污水，经济适用、简单高效、出水水质良好且能较好达到“无人值守”的要求，经济、技术皆可行。

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Application of ABRFS Technology in Sewage Treatment of Railway

LI Xiangdong1, SONG Jun2, JIA Fangfang1

(1.ChinaRailway5thSurveyandDesignInstituteGroupCo.Ltd.，Beijing102600，China; 2.EngineeringManagementCenterofChinaRailwayCompany，Beijing100038，China)

The design features of new sewage treatment process in small railway station was introduced, as well as principles and characteristics of ABRFS technology.Application of ABRFS technology in a pilot experiment was sketched,and explored that it is more appropriate for the sewage of small railway station.Meanwhile we are willing to discuss and improve the process with peer experts.

ABRFS technology; the wastewater of railway station; small railway station

2095-1671(2015)06-0251-05

2015-10-23；

2015-10-30

李向东(1963—)，男，山西交城人，高级工程师，从事铁路给排水、环保设计及审核工作。

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