鐵路動車段廢水污染物特性及處理工藝分析

段建國

（中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司計劃統(tǒng)計處，湖北武漢430071）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)和鐵路建設(shè)的迅速發(fā)展，目前我國鐵路站段已超5 000個，且多為中小車站［1］，鐵路站段由于一般遠(yuǎn)離城市中心，每日產(chǎn)生的大量生產(chǎn)生活廢水難以直接接入市政污水收集系統(tǒng)［2-3］。對于建設(shè)較早的大型鐵路廢水處理站段，處理設(shè)備和材料長期同污染物接觸導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備現(xiàn)狀已難滿足廢水處理需求，導(dǎo)致大量未達(dá)標(biāo)污染物排入市政下水道，給地區(qū)環(huán)境帶來不良影響。隨著國內(nèi)環(huán)保要求不斷提高，鐵路動車段污染物處理的監(jiān)督及要求也愈發(fā)嚴(yán)格，選擇合適的處理工藝顯得尤為重要。對動車段廢水污染物特性、處理工藝的科學(xué)認(rèn)知，可為污染物高效、經(jīng)濟(jì)、資源化的處理提供重要參考。

1 動車段廢水污染物處理現(xiàn)狀

動車段污水處理站廢水污染物排放種類可分為污水、臭氣、污泥3種。

以某動車段為例，其污水處理系統(tǒng)建于2009年，設(shè)計處理工藝流程為:生產(chǎn)含油污水→隔油池→浮油吸附機(jī)→活性炭吸附→提升井→出水；生活、集便污水→厭氧池→化糞池→提升井→出水。該系統(tǒng)自2009年運(yùn)行以來，由于處理流程簡單，導(dǎo)致污水排入市政管網(wǎng)時，氨氮指標(biāo)超標(biāo)，2018年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示高達(dá)219 mg/L。此外，該動車段未對臭氣和污泥進(jìn)行有效處理。

某新建動車所，其污水處理系統(tǒng)建于2019年，含油污水經(jīng)調(diào)節(jié)、沉淀、隔油、氣浮、過濾、消毒處理之后用于中水系統(tǒng)；高濃度集便污水則經(jīng)過厭氧池預(yù)處理之后，同生活污水一同進(jìn)入SBR池進(jìn)行處理。該系統(tǒng)在經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行及調(diào)試后，污水處理效果基本能達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，但發(fā)現(xiàn)SS、COD、氨氮和石油類等指標(biāo)處理效率偏低，臭氣和污泥沒有經(jīng)過處理直接排放。

某動車段動車組集便污水采用厭氧池進(jìn)行預(yù)處理后與段內(nèi)其他生產(chǎn)生活污水混合處理后經(jīng)總口排放，其污水排放實測數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，動車段污水排放除氨氮指標(biāo)未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)外，其余均達(dá)標(biāo)，排口污水氨氮濃度較高且波動幅度較大。在冬季，溫度較低的南方地區(qū)及北方地區(qū)，低溫條件下污水處理工藝中反硝化脫氮能力有限，加之動車段污水碳氮較低，氮的去除尤為困難。

表1 某年某動車段排放的污水檢測數(shù)據(jù)一覽表

因此，結(jié)合某動車段的實際情況選擇合適的處理工藝，提高污水處理的達(dá)標(biāo)率，對減少污染物的排放及對周邊環(huán)境的影響、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展具有良好的社會效益。

2 污水處理工藝分析

2.1 污水特性

污水主要包括生產(chǎn)含油污水、列車集便污水、食堂餐飲污水和生活污水等。其中含油污水的特點是石油類物質(zhì)濃度高且具有一定色度、氣味，比水輕，難降解。列車集便污水具有明顯的“四高一低”的特性，即氮含量較高，氨氮和總氮平均值在1 000 mg/L以上；COD含量較高，平均值在3 000 mg/L左右；固體懸浮物（SS）含量較高，平均值在1 500 mg/L左右；磷含量較高，平均值在100 mg/L以上；碳氮比較低，通常在1.0以下。脫氮是該類污水處理的重難點［4］。而餐飲污水和生活污水同市政污水相近，污染物濃度相對較低。

厭氧池（化糞池）對集便污水的污染物去除率見表2 ，污水經(jīng)厭氧池后COD、TP和SS等監(jiān)測指標(biāo)的含量降低，但對氨氮和TN沒有處理效果，因此動車段污水處理的主要對象是氨氮和TN。

表2 厭氧池對集便污水的污染物去除率 %

2.2 常規(guī)污水處理工藝的適應(yīng)性

目前污水常見脫氮工藝有物化法和生物法。物理脫氮主要包括挖掘底泥、增加曝氣量、使用沸石等方法；化學(xué)脫氮主要包括濕式氧化技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、離子交換法、吸附法等方法［5］。物化法脫氮對工藝和設(shè)備要求較高，且容易造成環(huán)境二次污染，故對于集便污水及生活污水等其他污水，推薦采用生物脫氮工藝。生物法脫氮主流工藝包括A/O脫氮工藝、SBR工藝、傳統(tǒng)活性污泥法工藝、氧化溝工藝、生物膜法工藝等，各個工藝應(yīng)用于動車段污水處理的適應(yīng)性對比見表3。

表3 常規(guī)生物法脫氮工藝適應(yīng)性對照表

鐵路動車段污水處理具有規(guī)模小、用地緊張、高COD、高氨氮等特點。傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝對污水COD、氨氮具有較好處理效果，出水COD一般可降至150 mg/L以下，氨氮可降至45 mg/L以下，但這2種工藝均存在占地大、能耗高、反硝化脫氮困難的不足，出水總氮含量均值在450 mg/L左右。A/O脫氮工藝、SBR工藝以及生物膜法工藝均具有抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，處理效率高，占地小、反硝化脫氮效果良好的優(yōu)點，這3種工藝在將污水COD降低至150 mg/L以下的同時，可將污水氨氮含量降至30 mg/L以下，總氮含量降低至50 mg/L。其中A/O工藝存在脫氮效果難以進(jìn)一步提升的缺點，生物膜法則受地域及氣候等條件影響，應(yīng)用范圍存在局限性，SBR工藝由于運(yùn)行精度高，設(shè)備維修管理較為困難。

3 臭氣處理工藝分析

3.1 臭氣特性

動車段污水處理站中常用工藝單體有:厭氧池、提升泵井、A/O生物池，污泥濃縮機(jī)房多為敞開式，是主要臭氣源。臭氣中氨、硫化物等有害有毒氣體對污水處理站工作人員及周圍居民健康危害較大，臭氣對金屬設(shè)備、管道、電器等具有一定腐蝕性，故對污水處理過程中產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行無害化處理十分必要。鐵路動車段污水處理站由于總體規(guī)模較小，其臭氣處理量具有量小、集中的特點。

3.2 常規(guī)臭氣處理工藝的適應(yīng)性

市政污水處理廠常規(guī)臭氣處理工藝主要有含物化法和生物法等。物理除臭指通過物理手段將臭味轉(zhuǎn)移或稀釋的方法，常用工藝有活性炭吸附法和稀釋法［9］?；瘜W(xué)除臭指通過化學(xué)反應(yīng)消除惡臭物質(zhì)，常用工藝有濕式化學(xué)吸收法、臭氧氧化法、電離法［10］。生物除臭指利用微生物新陳代謝將惡臭物質(zhì)加以氧化分解除臭，常用工藝有生物過濾法和HBR法［11］。臭氣的不同處理工藝應(yīng)用于動車段污水處理站臭氣處理的適應(yīng)性對比見表4。

動車段集便污物在厭氧池處理過程中產(chǎn)生的臭氣具有量小、集中的特點。物化法中活性炭吸附法、濕式化學(xué)吸收法因除臭產(chǎn)品需要經(jīng)常更換，導(dǎo)致運(yùn)維煩瑣、成本高；稀釋法由于未能從根本上去除臭氣，除臭效果有限；臭氧氧化法存在安全風(fēng)險高、成本高的問題。HBR法處理效果好，但技術(shù)專利購買成本過高。電離法和生物過濾法相對而言則均存在運(yùn)行維護(hù)管理方便、設(shè)備簡單、建設(shè)成本低、工藝成熟、除臭效果好等優(yōu)點，二者中電離法運(yùn)行能耗相對較高。

表4 臭氣的不同處理工藝適應(yīng)性對照表

4 污泥處理工藝分析

4.1 污泥特性

動車段污水處理過程中會產(chǎn)生污泥，污泥中含有大量病菌、微生物、寄生蟲，有機(jī)物高度濃縮、易腐化，不經(jīng)處理極易造成二次污染，對污水處理站中的污泥進(jìn)行處理、處置十分必要。鐵路動車段污水處理站污泥具有量小、集中、來源單一的特點。

4.2 常規(guī)污泥處理工藝的適應(yīng)性

市政污水處理廠常規(guī)污泥處理工藝包括濃縮、穩(wěn)定、調(diào)理、脫水等。污泥濃縮指通過體積壓縮，使污泥含水率下降。污泥濃縮的主要對象是吸附水和毛細(xì)水［12］。污泥穩(wěn)定指在降低污泥易生物降解有機(jī)成分、滅活微生物同時降低污泥含水率［13］。污泥調(diào)理指通過改進(jìn)污泥脫水性能，提高脫水后污泥含固率，減少運(yùn)輸和最終處置費用［14］。污泥脫水指通過進(jìn)一步降低濃縮后污泥的含水率，便于污泥運(yùn)輸和下一步處置［15］。污泥的不同處理工藝應(yīng)用于動車段污水處理站污泥處理的適應(yīng)性對比見表5。

污泥穩(wěn)定和調(diào)理過程中均存在會使污泥增量的缺點，不適用于動車段污水處理站污泥量小的特點；污泥濃縮工藝存在單獨使用難以將污泥含水量降至標(biāo)準(zhǔn)要求的問題；污泥脫水工藝可將污泥含水率降至標(biāo)準(zhǔn)要求以下，但單獨使用則存在能耗高的問題。

表5 污泥的不同處理工藝適應(yīng)性對照表

5 對鐵路動車段污水處理站處理工藝的建議

5.1 自建污水處理站處理后達(dá)標(biāo)排放

當(dāng)鐵路動車段設(shè)置在遠(yuǎn)離城市地段、周邊無配套市政污水管網(wǎng)及污水處理設(shè)施可利用時，動車段所排放的污水需要自行收集處理達(dá)到當(dāng)?shù)嘏欧艠?biāo)準(zhǔn)后就近排放，污水處理站建議采用如下工藝:

（1）污水處理工藝。鐵路動車段污水處理的關(guān)鍵在于脫氮，A/O脫氮工藝相較其他脫氮工藝具有操作簡便、運(yùn)行費用較低、脫氮效果可靠等優(yōu)點，但該工藝脫氮效率難以進(jìn)一步提升。目前，國內(nèi)外研究部門已探索出以生物菌劑負(fù)載生物膜的新型高效脫氮污水處理技術(shù)，在鐵路工程建設(shè)中已有應(yīng)用案例。因此，鐵路動車段污水處理工藝建議采用“A/O脫氮工藝+生物菌劑負(fù)載生物膜”組合工藝，以滿足今后更高污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）臭氣處理工藝。鐵路動車段污水處理廠除臭量小、集中，對工藝穩(wěn)定、效果要求較高。生物濾池法除臭工藝流程簡單成熟、經(jīng)濟(jì)實用，是動車段等鐵路污水處理場除臭工藝的合理選擇。

（3）污泥處理工藝。鐵路動車段污水處理廠要求能夠在短時間內(nèi)有效地解決污泥處理問題，必須使污泥在廠內(nèi)實現(xiàn)最大程度的減量化、無害化和穩(wěn)定化。從處理效果和經(jīng)濟(jì)成本兩方面考慮，建議采用“重力濃縮+機(jī)械脫水”組合的污泥處理工藝。

5.2 污水經(jīng)預(yù)處理后排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)

當(dāng)鐵路動車段所在地周邊城市污水處理廠及污水收集管網(wǎng)配套較為完善時，動車段污水處理建議采用將集便污水優(yōu)先采用多段厭氧預(yù)處理后，匯同其他污水一并排入城市下水道的工藝方案，此方案可充分利用城市污水處理設(shè)施專業(yè)化運(yùn)行管理的優(yōu)勢，在確保污水排放滿足環(huán)評要求的同時可以大大降低鐵路運(yùn)輸企業(yè)的日常運(yùn)行管理成本，具有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語

鐵路動車段廢水污染物處理應(yīng)以污水處理站污水、污泥和臭氣處置的達(dá)標(biāo)排放為目標(biāo)，將其作為鐵路動車段廢水污染物處理工程設(shè)計、運(yùn)營、維護(hù)的依據(jù)和參考。鐵路動車段廢水污染物處理工藝的選擇應(yīng)遵循安全可靠、技術(shù)先進(jìn)成熟、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用及充分利用城鎮(zhèn)市政排水設(shè)施的原則，不斷探索新的、適應(yīng)性更好的處理工藝，提高鐵路廢水污染物處理效果和效率。