中國北方鐵路生產(chǎn)污水特征分析及處理現(xiàn)狀調(diào)查研究

鄧時海，李德生，盧陽陽，曾琪靜，朱善斌

(北京交通大學(xué)土建學(xué)院市政與環(huán)境工程系，北京 100044)

中國北方鐵路生產(chǎn)污水特征分析及處理現(xiàn)狀調(diào)查研究

鄧時海，李德生，盧陽陽，曾琪靜，朱善斌

(北京交通大學(xué)土建學(xué)院市政與環(huán)境工程系，北京 100044)

鐵路生產(chǎn)污水對周圍環(huán)境的影響得到了鐵路部門的高度重視。通過對北方17個鐵路生產(chǎn)污水排放單位的現(xiàn)場調(diào)查，定性、定量地分析北方鐵路生產(chǎn)污水的水質(zhì)水量特征，探討生產(chǎn)污水污染指標(biāo)的變化規(guī)律及處理工藝特點;剖析北方鐵路生產(chǎn)污水處理、回用現(xiàn)狀，指出各鐵路生產(chǎn)污水排放單位存在的問題，提出解決方法及合理化建議。

鐵路生產(chǎn)污水;現(xiàn)狀調(diào)查;水質(zhì)水量特征;回用工藝

隨著中國鐵路的高速發(fā)展，鐵路行業(yè)對環(huán)境的影響也不斷加重，研究分析鐵路生產(chǎn)污水處理現(xiàn)狀及技術(shù)特征對保護(hù)環(huán)境有重要意義。鐵路生產(chǎn)污水處理南、北方有較大差別，本文以北方鐵路生產(chǎn)污水的處理為研究重點，研究北方鐵路生產(chǎn)污水主要來自機(jī)務(wù)段、機(jī)務(wù)折返段、客車車輛段等生產(chǎn)車間所產(chǎn)生的污水，貨洗所洗車污水，客整所洗刷污水，洗衣房的洗衣污水等，這些污水除含有常規(guī)污染物質(zhì)(如SS、BOD、COD、NH3-N)外，還含有石油類和LAS(陰離子表面活性劑)等難生物降解的有毒有害物質(zhì)，如不妥善處理排放，將會對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染［1-2］。鐵路部門經(jīng)過多年的努力，不僅站房生活污水得到了有效處理［3-4］，鐵路系統(tǒng)的重點污染行業(yè)，如機(jī)務(wù)段、車輛段等以含油污水為主的鐵路工業(yè)污水也得到了有效的治理［5-9］。

但北方鐵路生產(chǎn)污水處理由于建設(shè)條件及季節(jié)的影響仍有許多不完善的地方。隨著水資源的不斷減少，將處理后的污水直接排放是一種水資源的浪費。由于污水中COD、NH3—N等常規(guī)污染物質(zhì)含量較普通生活污水低［10］，只需要經(jīng)過除油過濾后采用普通生物處理，再將生物處理后的污水經(jīng)過簡單的過濾、吸附等后處理，就可以達(dá)到在站房清掃、沖廁、站場綠化、澆灑道路等一些水質(zhì)要求不高的用水點再利用的目的［11-12，14，16］。目前鐵路系統(tǒng)對污水處理和再利用還存在著認(rèn)識不足或沒有很好的規(guī)劃或急于沒有合適的回用技術(shù)等問題，影響了鐵路事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)度［3，12，13］。

為全面掌握北方鐵路生產(chǎn)污水水質(zhì)水量特征及處理、排放和回用現(xiàn)狀，明確鐵路沿線站段污水排放、回用技術(shù)的現(xiàn)狀和存在的問題，提出實施污水減排、回用的管理措施，探討鐵路行業(yè)實施污水零排放的可行性，鐵道部于2011年立項對北方鐵路生產(chǎn)單位進(jìn)行了調(diào)查研究。

1 北方鐵路生產(chǎn)污水水質(zhì)特點

共調(diào)研17個生產(chǎn)污水產(chǎn)生單位，分別隸屬6個機(jī)務(wù)段(保定機(jī)務(wù)段、石家莊機(jī)務(wù)段、豐臺機(jī)務(wù)段、哈爾濱機(jī)務(wù)段、三棵樹機(jī)務(wù)段、牡丹江機(jī)務(wù)段)、3個車輛段(天津車輛段、哈爾濱車輛段、三棵樹車輛段)、2個客運段(哈爾濱客運段、北京客運段)、3個車輛廠(北京某車輛廠、石家莊某車輛廠、哈爾濱某車輛廠)、1個機(jī)車廠(北京某機(jī)車廠)和1個動車段(北京動車段)。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、取樣檢測、認(rèn)真記錄，共填寫調(diào)查表17份。

調(diào)查結(jié)果顯示，鐵路生產(chǎn)污水主要來源于內(nèi)燃機(jī)解體清洗產(chǎn)生的含油堿性廢水，電機(jī)臺車軸承煮洗、清洗廢水，表處理產(chǎn)生的含磷酸性廢水，鑄鋼、鍛造、金屬加工乳化液以及其他機(jī)加工產(chǎn)生的含油污水和部分洗浴、沖廁等生活污水。北方部分鐵路生產(chǎn)單位污水處理站進(jìn)水或收集系統(tǒng)排放總口水質(zhì)見表1。

表1 北方部分鐵路工廠總口污水水質(zhì)

從表1可看出，有機(jī)污染物濃度普遍低于市政污水水平，大多數(shù)污水具有較好的可生化性，B/C=0.3～0.45，預(yù)處理后可直接進(jìn)入生物處理工藝;鐵路工廠產(chǎn)生污水中都含一定量的石油類，部分主要生產(chǎn)車間污水石油類含量在50～400 mg/L，污水經(jīng)除油使石油類含量在20 mg/L后方可保證生物處理單元正常運行;多數(shù)污水pH值在7以上，呈弱堿性，主要來自機(jī)車解體清洗車間所使用的堿性清洗劑，pH值因受生產(chǎn)班制影響而日變化較大，但一般在7～9.5，最高不超過11，經(jīng)過簡單預(yù)處理即可達(dá)到生物處理要求;NH3-N、TP濃度較低，BOD5/TN≥8.5，普通生物脫氮除磷工藝即可達(dá)到脫氮除磷的目的。

2 北方鐵路生產(chǎn)污水水量變化特征

鐵路工廠污水主要來自生產(chǎn)，一天內(nèi)污水水量不均勻性大，污水排放量隨著班制而呈現(xiàn)出明顯的間歇性。不同鐵路工廠因生產(chǎn)性質(zhì)和規(guī)模不同排水量也存在著差異，但污水水量均較小，一般為200～800 m3/d，最高不超過2 000 m3/d(表1)。下面結(jié)合8個典型的北方鐵路生產(chǎn)單位實際情況分析污水排放(最高日)的不均勻性，如圖1所示。

圖1 北方部分鐵路工廠24 h總口污水排放量監(jiān)測結(jié)果

圖1表明，鐵路生產(chǎn)污水每日污水排放主要在3個時段，即9∶00～12∶00為第1時段，13∶00～16∶00為第2時段，19∶00～22∶00為第3時段，其中2、3時段峰值較為明顯，這與北方工廠班次作息時間相符?？梢?，污水處理站不設(shè)置調(diào)節(jié)池時所采用的生物處理工藝必須耐受水力負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，污水提升泵房經(jīng)常淹沒或發(fā)生倒灌。污水排放的峰值大小及其持續(xù)時間決定了調(diào)節(jié)池的有效容積。

表2 污水水量變化統(tǒng)計分析

根據(jù)表2的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，水量日變化曲線見圖2。

圖2 ξ變化曲線

由圖2可知，北方鐵路生產(chǎn)單位污水處理實際需要的調(diào)節(jié)有效容積至少應(yīng)為其日排放量的22.16%，水處理設(shè)備處理能力應(yīng)至少為該廠污水日最高排放量的4.17%，如此才能將污水處理設(shè)備所承受的沖擊負(fù)荷降到最低，保證處理效率和出水水質(zhì)，延長設(shè)備使用壽命，更不會出現(xiàn)像污水提升泵房淹沒或倒灌的現(xiàn)象。該結(jié)論可指導(dǎo)北方鐵路生產(chǎn)單位污水處理設(shè)施的建設(shè)和運行控制。

3 北方鐵路生產(chǎn)污水處理現(xiàn)狀分析

現(xiàn)場調(diào)查情況總結(jié)見表3?？梢?，目前鐵路生產(chǎn)污水處理主要存在以下問題:(1)處理工藝設(shè)計之初未充分考慮水質(zhì)特征，因污水處理工藝與污水水質(zhì)不匹配而導(dǎo)致工藝難以正常運行、處理出水不達(dá)標(biāo);(2)設(shè)備老化嚴(yán)重，新的投資不到位，設(shè)備得不到及時維護(hù)和更新，導(dǎo)致處理效率低下;(3)處理工藝設(shè)計之初未充分考慮污水排放的不均勻性，污水處理車間出現(xiàn)淹沒或倒灌的現(xiàn)象;(4)鐵路生產(chǎn)污水與辦公、沖廁等污水混合后統(tǒng)一進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理，但很多站段僅采用氣浮除油工藝，未添加生物處理工藝，水中COD、NH3-N、TP等得不到去除，處理出水達(dá)不到排放或回用標(biāo)準(zhǔn)［13-15］;(5)部分生產(chǎn)單位忽略了污水中的少量石油類未經(jīng)處理或石油類含量較高處理不完全，就直接進(jìn)入污水生物處理單元，雖然出水石油類達(dá)標(biāo)，但在此過程中生物處理系統(tǒng)受到破壞，設(shè)備難以正常運行，導(dǎo)致其處理效率降低，設(shè)備壽命縮短;(6)一些正在搬遷或機(jī)車改組的生產(chǎn)單位，廠區(qū)污水水質(zhì)大大改變，但污水處理工藝未得到更新，導(dǎo)致處理出水不達(dá)標(biāo)或直接停用污水處理設(shè)備;(7)污水處理站所配備的管理人員多為非專業(yè)人員，設(shè)備運行、投藥得不到專業(yè)指導(dǎo)，導(dǎo)致設(shè)備處理效率低下，設(shè)備壽命縮短;(8)污水處理間隔音、通風(fēng)效果差，工作人員工作環(huán)境惡劣，影響工作效率;(9)多數(shù)單位污水處理后直接排入市政管網(wǎng)，沒有回用工藝，有回用工藝的單位也未達(dá)到較高的回用率。這些問題是導(dǎo)致污水處理不達(dá)標(biāo)、回用率低的直接原因。

針對以上不同問題作以下討論:(1)對于石油類含量高(≥100 mg/L)的鐵路站段綜合和污水可采用兩級氣浮除油，再加上后續(xù)生物處理，處理出水可達(dá)到排放或回用標(biāo)準(zhǔn)［10-12］，典型處理及回用工藝流程如圖3所示;(2)對于石油類含量較低(≤100 mg/L)的鐵路站段綜合污水只需要采用一級氣浮除油，再加上后續(xù)生物處理，處理出水可達(dá)到排放或回用標(biāo)準(zhǔn)［15-16］;(3)對于已經(jīng)沒有含油污水排放的鐵路站段可直接按照生活污水處理設(shè)計污水處理回用工藝;(4)對于只處理機(jī)車檢修含油污水的站段只需要采用氣浮除油工藝，可根據(jù)污水中石油類的濃度決定一級氣浮還是二級氣浮;(5)對于已有氣浮污水處理工藝但石油類不達(dá)標(biāo)的站段可考慮添加二級氣浮除油;(6)對于只用除油工藝處理廠區(qū)綜合污水，處理出水COD、NH3-N、SS不達(dá)標(biāo)是必然的，可考慮添加后續(xù)生物處理工藝;(7)應(yīng)為水處理站配備專業(yè)人員或定期對工作人員進(jìn)行指導(dǎo)和水處理專業(yè)知識培訓(xùn);(8)應(yīng)為水處理車間做好隔音、除臭，保證工作人員的工作環(huán)境。表3針對各鐵路生產(chǎn)單位污水處理、回用問題提出了建議。

表3 典型北方鐵路生產(chǎn)單位污水處理現(xiàn)狀及對策

圖3 典型北方鐵路生產(chǎn)污水處理及回用工藝

4 結(jié)論

(1)北方鐵路生產(chǎn)污水，CODCr=100～400 mg/L，B/C=0.3～0.45，NH3-N=5～20 mg/L，石油類含量在50～400 mg/L，pH=7 ～9.5，TP=0.2 ～2 mg/L，BOD5/TN≥8.5，污水經(jīng)氣浮除油預(yù)處理后即可進(jìn)入生物處理單元，經(jīng)脫氮除磷、過濾、吸附、消毒即可達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。

(2)北方鐵路生產(chǎn)污水水量一般為200～800 m3/d，每日污水排放主要在3個時段，9:00～12:00為第1時段，13:00～16:00為第2時段，19:00～22:00為第3時段，其中2、3時段峰值較為明顯;污水處理實際需要的調(diào)節(jié)有效容積和設(shè)備處理能力應(yīng)至少為其日排放量的22.16%和4.17%，該結(jié)論可指導(dǎo)北方鐵路生產(chǎn)單位污水處理設(shè)施的設(shè)計和運行控制。

(3)目前北方鐵路生產(chǎn)污水處理仍存在著污水處理工藝與污水不匹配、設(shè)備老化嚴(yán)重、設(shè)備更新不及時、污水處理站運行管理欠佳、設(shè)備運行得不到專業(yè)指導(dǎo)、工作人員工作環(huán)境差等問題;大多數(shù)單位沒有污水回用工藝，污水處理達(dá)標(biāo)后直接進(jìn)入市政管網(wǎng)，造成水資源浪費;北方鐵路生產(chǎn)污水應(yīng)以沉淀→一級氣浮→二級氣浮→生物處理單元→過濾→吸附→消毒工藝為主導(dǎo)，再根據(jù)具體情況做出適當(dāng)調(diào)整，處理出水可回用于站房清掃、沖廁、站場綠化、澆灑道路等。

(4)建議加大在水處理、回用上的投資，及時更新設(shè)備、改造工藝;加強(qiáng)對工作人員進(jìn)行污水處理專業(yè)知識和業(yè)務(wù)的培訓(xùn)、指導(dǎo)，提高駕馭設(shè)備的能力;加大監(jiān)督、管理力度，使污水處理設(shè)備管理真正納入設(shè)備管理渠道，提高處理效率和達(dá)標(biāo)率;建議根據(jù)本調(diào)查分析結(jié)果有針對性的對目前污水處理、回用技術(shù)仍落后的單位進(jìn)行有針對性的投資和管理;建立污水回用機(jī)制，在污水處理工藝基礎(chǔ)上增加回用工藝，減少污水排放量和自來水使用量，建設(shè)綠色鐵路，推進(jìn)鐵路事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Investigation and Analysis on Characteristics of Wastewater Caused by Railway Operation and Treatment Situation in Northern China

DENG Shi-hai，LI De-sheng，LU Yang-yang，ZENG Qi-jing，ZHU Shan-bin
(Municipal and Environmental Engineering Department，School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

The influence of the wastewater from railway operation on the environment has been taken seriously by railway authority and other related departments.Through field investigations on seventeen railway factories in northern China from which the wastewater were discharged，the characteristics of the wastewater caused by railway operation were analyzed qualitatively and quantitatively;also both the pollution index variation and the technical characteristics of wastewater treatment in railway operation were discussed.Further，the current situations of wastewater treatment and reuse in railway operation in northern China were analyzed in detail.Finally，the problems in every kind of railway factory involving the matters of wastewater discharging were pointed out，and the solutions to these problems and some rationalization proposals were put forward.

wastewater cause by railway operation;investigation of current situation;water quality and quantity features;reuse technology

X703.1

A

1004-2954(2013)10-0121-04

2013-03-28;

2013-05-15

鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2011Z003-A)，(2010Z003-B)

鄧時海(1989—)，男，碩士研究生，E-mail:12121127@bjtu.edu.cn。

book=125,ebook=68