鐵路站段生產(chǎn)污水處理及污水資源化利用的經(jīng)濟(jì)效益分析

李德生，鄧時(shí)海，盧陽陽，曾琪靜

(北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段等站段所產(chǎn)生的生產(chǎn)污水多以含油污水為主［1，2］。站段污水處理后未經(jīng)資源化利用直接排入站段附近的江河溝渠或市政排水管網(wǎng)，是一種資源浪費(fèi)，因此研究其污水資源化及其經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

鐵路站段生產(chǎn)污水通過資源化處理，可應(yīng)用于站房清掃、沖廁、站場(chǎng)綠化、澆灑道路等一些水質(zhì)要求不高的用水點(diǎn)。目前鐵路系統(tǒng)對(duì)污水處理后資源化利用還存在處理技術(shù)不夠成熟、控制指標(biāo)不夠明確、處理成本相對(duì)偏高、回用工程不完善等問題，同時(shí)也存在著認(rèn)識(shí)不足、缺少合理規(guī)劃等問題［3-6］。這些問題的存在對(duì)鐵路事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生不利影響［7-9］。

本研究針對(duì)我國(guó)鐵路主要站段的生產(chǎn)污水的處理現(xiàn)狀及污水資源化進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，提出合理的污水資源化方案，并從經(jīng)濟(jì)效益分析入手探討鐵路站段生產(chǎn)污水資源化的重要性，以及鐵路行業(yè)實(shí)施污水零排放的可行性，從而為綠色生態(tài)鐵路的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 生產(chǎn)污水處理

1.1 生產(chǎn)污水水質(zhì)分析

目前各站段僅對(duì)含油生產(chǎn)污水的石油類、COD、SS、氨氮和pH 值等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

表1 為典型站段的水質(zhì)調(diào)查。

表1 鐵路部分站段生產(chǎn)污水水質(zhì) ρ/(mg·L -1)

從表1 可知，鐵路各站段含油生產(chǎn)污水水質(zhì)無較大差別，主要以石油類、COD、SS 等為主要污染物，其污染物濃度范圍分別為57～300 mg/L，200～400 mg/L 和50～200 mg/L。

1.2 生產(chǎn)污水處理工藝特點(diǎn)

表2 鐵路部分站段生產(chǎn)污水主要處理工藝

表2 表明，鐵路站段生產(chǎn)污水處理主要以氣浮工藝為主［10，11］，處理出水大多直接排放到市政管網(wǎng)。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個(gè)別站段處理后出水回用效果不理想，其主要原因是出水水質(zhì)不穩(wěn)定，除油不徹底，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定地用于生產(chǎn)或綠化。

2 生產(chǎn)污水資源化利用的可行性分析

以典型站段用水量與污水處理量為研究對(duì)象，分析鐵路站段生產(chǎn)污水資源化利用的可行性。表3 為鐵路典型站段日用水量和排污量統(tǒng)計(jì)。

由表3 可知，典型鐵路站段每日消耗的自來水量主要分布在車間檢修、綠化用水和辦公場(chǎng)所用水，生產(chǎn)污水水量較小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，站段污水污染物以石油類為主，有機(jī)物和氨氮濃度偏低，污水雖得到處理，但目前污水處理仍存在一些問題:(1)由于設(shè)備老化，污染物處理效率偏低;(2)以氣浮除油工藝為主，COD 和氨氮的去除率偏低，處理出水難以達(dá)到排放和回用標(biāo)準(zhǔn);(3)污水處理工藝未隨站段改造更新，導(dǎo)致處理出水不達(dá)標(biāo)或直接停用;(4)污水處理站運(yùn)行管理不規(guī)范，導(dǎo)致設(shè)備處理效率低下，設(shè)備壽命縮短;(5)污水回用設(shè)施不夠完善，未充分實(shí)現(xiàn)污水資源化利用;(6)對(duì)污水資源化利用缺乏充分的認(rèn)識(shí)和評(píng)估?？傊?，站段污水處理后實(shí)現(xiàn)資源化利用可以減少綠化、辦公場(chǎng)所和車間檢修對(duì)自來水的消耗，可明顯降低生產(chǎn)成本。

表3 鐵路部分站段日用水量和排污量 V/(m3·d -1)

根據(jù)站段污水特點(diǎn)，提出污水資源化利用的工藝方案可為鐵路站段生產(chǎn)污水處理及節(jié)能減排提供保障。(1)對(duì)于石油類含量較高的站段生產(chǎn)污水采用兩級(jí)氣浮除油，再加后續(xù)生物接觸氧化處理，處理出水經(jīng)砂濾、活性炭吸附和消毒后可達(dá)到回用要求，工藝流程如圖1。(2)對(duì)于石油類含量較低的站段生產(chǎn)污水采用一級(jí)氣浮除油，后加曝氣生物濾池處理，處理出水經(jīng)砂濾、活性炭吸附和消毒后可達(dá)到回用要求，工藝流程如圖2。

圖1 石油類含量較高的鐵路站段生產(chǎn)污水資源化處理工藝

圖2 石油類含量較低的鐵路站段生產(chǎn)污水資源化處理工藝

目前，我國(guó)各個(gè)鐵路站段生產(chǎn)污水處理現(xiàn)狀差異較大［12-14］，但均可根據(jù)站段污水水質(zhì)以及目前處理現(xiàn)狀對(duì)處理工藝進(jìn)行改造，使處理出水達(dá)到鐵路中水回用標(biāo)準(zhǔn)并回用于綠化、景觀、中水辦公系統(tǒng)、廠區(qū)道路及車間沖洗。

3 生產(chǎn)污水資源化利用的經(jīng)濟(jì)效益分析

以北京鐵路局某站段生產(chǎn)污水為例，污水處理以二級(jí)氣浮→生物接觸氧化為主要工藝，處理水量為200 m3/d，污水水質(zhì)見表4。

表4 北京鐵路局某站段生產(chǎn)污水處理進(jìn)出水水質(zhì)

表4 表明，該站段污水處理出水水質(zhì)達(dá)到了《鐵路回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 3007—2000)中鐵路生活雜用水和鐵路景觀用水水質(zhì)要求［15］。若將此水質(zhì)直接排放，可造成資源浪費(fèi)。若將該站段生產(chǎn)污水進(jìn)行資源化利用，其經(jīng)濟(jì)效益分析如下:

(1)工程投資及運(yùn)行成本分析

以二級(jí)氣浮→生物接觸氧化為主要處理工藝，處理200 m3/d 的生產(chǎn)污水，其工程投資、運(yùn)行、管理費(fèi)用［2，3，6，9，16］見表5。

表5 工程投資費(fèi)用明細(xì)

污水處理運(yùn)行電費(fèi)取0.5 元/m3;人工費(fèi)取0.5 元/m3;加藥費(fèi)取0.15 元/m3;土建及設(shè)備折舊平均按15 a 計(jì)，平均每年折舊費(fèi)為9.2 萬元，折合污水處理為1.02 元/m3;合計(jì)污水處理運(yùn)行成本為2.17 元/m3;污水資源化管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)［17］0.74 元/m3，年污水處理資源化利用運(yùn)行成本為209 520元。

將污水全部資源化處理后，用于景觀、綠化、廠區(qū)沖洗及車間檢修、中水辦公系統(tǒng)等，可節(jié)約站段自來水的消耗。按北京市工業(yè)用水價(jià)格6.21元/m3計(jì)算［18］，站段自來水月節(jié)約用水費(fèi)用=200×30×6.21=37 260(元/月)，年節(jié)約水費(fèi)447 120元。若將節(jié)約的水費(fèi)扣除污水處理站運(yùn)行成本及污水資源化管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)，可凈收益237 600元/年，即站段每年只要利用污水資源化水量≥33 739 m3，就可實(shí)現(xiàn)站段節(jié)水經(jīng)濟(jì)效益大于污水處理站運(yùn)行成本。由此可見，污水資源化利用不但免交排污費(fèi)，每年還可節(jié)約447 120元的自來水使用費(fèi)。因此，將站段生產(chǎn)污水資源化利用于景觀、綠化、廠區(qū)沖洗及車間檢修、中水辦公系統(tǒng)等可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

(2)污水資源化利用的綜合效益分析

污水資源化利用的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益統(tǒng)稱為綜合效益。采用費(fèi)用—效益分析法對(duì)污水資源化利用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)綜合效益評(píng)價(jià):當(dāng)污水資源化的總投入值小于總產(chǎn)出值時(shí)，該污水資源化利用對(duì)整個(gè)社會(huì)是合理的［19，20］，具體公式如下:

式中:E—污水資源化利用投入值，包括:土建、處理設(shè)備安裝費(fèi)、污水資源化管網(wǎng)系統(tǒng)投資、折舊費(fèi)、運(yùn)行管理費(fèi)等折合到每立方米的投資費(fèi)用(元/m3);

E1—節(jié)省城市引水、凈水的邊際費(fèi)用(元/m3);

E2—節(jié)水可增加財(cái)政收入(按缺水造成財(cái)政損失計(jì))(元/m3);

E3—減少環(huán)境污染而減少的社會(huì)損失(元/m3);

E4—節(jié)省城市排水設(shè)施建設(shè)運(yùn)行費(fèi)(元/m3)。

E1節(jié)水邊際效益:El=自來水水價(jià)-污水處理成本=6.21 -2.17=4.04(元/m3);

E2節(jié)水可增加國(guó)家財(cái)政收入［17］:E2=5.48(元/m3);

E3減少環(huán)境污染損失［17］:E3=1.37(元/m3);

E4節(jié)省排污設(shè)施建設(shè)費(fèi)(73 000 m3/a 污水排污設(shè)施費(fèi)約15 000 元):E4=15 000/73 000=0.2(元/m3)。

據(jù)上述條件可知:E1+E2+E3+E4=11.09(元/m3)。

E 污水資源化利用工程的投入值為［17］:污水處理運(yùn)行成本為2.17 元/m3+污水資源化管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)0.74 元/m3=2.91 元/m3。

因此，E ＜E1+E2+E3+E4。

說明該站段污水資源化利用的總投入值遠(yuǎn)小于總產(chǎn)出值，此項(xiàng)工程對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展是有利的、合理的。

4 結(jié)論

(1)鐵路站段生產(chǎn)污水以石油類、COD、SS 等為主要污染物，若以氣浮處理工藝為主，其水中有機(jī)物的去除有限，難以實(shí)現(xiàn)將中水長(zhǎng)期用于生產(chǎn)或綠化。

(2)根據(jù)站段污水特點(diǎn)，提出的污水資源化利用工藝方案，可將處理后的污水用于景觀、綠化、廠區(qū)沖洗及車間檢修、中水辦公系統(tǒng)等，減少對(duì)自來水的消耗，降低生產(chǎn)成本。

(3)站段污水經(jīng)資源化應(yīng)用不但免交排污費(fèi)，每年還能節(jié)約相應(yīng)的自來水使用費(fèi)，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

(4)從污水資源化經(jīng)濟(jì)效益分析可知，污水資源化處理總投入小于總產(chǎn)出，說明污水處理和資源化利用有利于鐵路運(yùn)輸和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

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