高速鐵路車站生活污水處理工藝及提效方法探討

齊峰，尹守遷

（中國鐵路上海局集團有限公司 計劃統(tǒng)計部，上海 200071）

近年來，隨著高速鐵路的建成運營，在為沿線居民出行提供便捷、促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的同時，對沿線區(qū)域帶來的環(huán)境污染隱患也越來越受到關(guān)注，鐵路為改善水環(huán)境質(zhì)量，在加強污水處理設(shè)施建設(shè)完善等方面進行了積極探索[1-3]。高速鐵路建設(shè)時一些車站遠(yuǎn)離市區(qū)，車站污水無法納入市政污水管網(wǎng)進行集中處置，須采用分散式處理設(shè)備就地處理后排放，如果處理能力和效率不能滿足需要，可能對周邊水體造成污染。本文以某鐵路局集團公司管內(nèi)3年內(nèi)開通運營的高鐵車站為研究對象，調(diào)查其中未納管車站污水的處理、排放情況，對不同類別污水處理工藝優(yōu)缺點進行比較研究，分析污水處理設(shè)施建設(shè)、運行管理中存在的問題并提出改進建議。

1 車站污水及處理設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 運量及污水量

2018年至2020年，該鐵路局集團公司管內(nèi)共有8條高鐵線路陸續(xù)開通運營，線路總長約1 938.3 km，共設(shè)車站70個。據(jù)調(diào)查，目前8條線路實際旅客發(fā)送量受疫情影響均未達到設(shè)計發(fā)送量的70%。70個新建車站中，污水直排共計11個，均為中小型車站，外排污水均屬于生活污水，設(shè)計污水處理量平均為39.6 m3/d。11個車站中，目前共有4個車站的日均污水排量超過了設(shè)計水量，其中1個車站水量是設(shè)計水量的2.25倍，3個車站水量為設(shè)計水量的1.1～1.5倍，其余車站污水排量低于設(shè)計排水量。

1.2 處理工藝

各車站均采用了“化糞池+一體化設(shè)備”組合處理工藝，污水先經(jīng)化糞池進行厭氧預(yù)處理，再利用一體化序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Acti‐vated Sludge Process，SBR)或一體化生物接觸氧化法(以下簡稱“接觸氧化”)進行深度處理。11個車站中，8個車站采用一體化SBR工藝，3個車站采用一體化生物接觸氧化工藝。

2 工藝應(yīng)用情況分析

2.1 預(yù)處理

預(yù)處理階段主要利用化糞池進行物理沉淀、厭氧消解，以去除污水中部分可沉物及懸浮物，達到初步凈化污水的目的。決定化糞池處理效果的因素主要有外界氣候條件、容積、進水方式、清掏周期等，其中氣候條件為不可控因素，容積及清掏周期各車站差異并不明顯，主要區(qū)別在于化糞池進水設(shè)計。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(GB 50015—2019)[4]，允許洗浴、餐廚等污染程度不高的廢水(生活廢水)與廁所糞便污水(生活污水)混合排入化糞池進行厭氧降解，但大量低濃度生活廢水進入化糞池會降低反應(yīng)底物濃度及水力停留時間，影響處理效果。

根據(jù)本次調(diào)查，11個車站中共有5個車站采用了污廢合流設(shè)計，占比近半。對5個車站站房污廢分流前后的化糞池進水水量測算可知，采用污廢分流方式可以提升化糞池污水水力停留時間[4]，平均水力停留時間約提高5倍(見表1)，可有效強化污染物去除效果。

表1 車站站房污廢分流前后水力停留時間

2.2 深度處理

采用的處理工藝共有SBR、接觸氧化2類。其中，SBR一般采用活性污泥作為處理介質(zhì)，以時間為序列在單一反應(yīng)器中實現(xiàn)曝氣、沉淀、厭氧、缺氧、好氧等不同工藝條件交替，兼具時間上理想推流和空間上完全混合的特點；接觸氧化法屬于生物膜法，反應(yīng)池中部分微生物以生物膜的形式固著生長在填料表面，部分則是絮狀懸浮生長于水中，兼有活性污泥法與生物濾池二者的特點，通過空間分隔和劃分不同功能區(qū)實現(xiàn)沉淀、厭氧、好氧等不同工藝條件。以下從處理效果、建設(shè)成本、運行維護管理等方面對工藝應(yīng)用情況進行比較。

2.2.1 處理效果

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，在設(shè)備正常運行前提下2類工藝對化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮等污染物的去除率均能達到80%以上[5]，可較好滿足車站處理需求[6]，主要區(qū)別在于處理運行穩(wěn)定性方面。接觸氧化工藝可在不同反應(yīng)池中分別進行缺氧、好氧反應(yīng)，通過空間分隔降低不同反應(yīng)間的相互影響，處理效果穩(wěn)定可靠、操作較簡便；SBR工藝因采用單池反應(yīng)器，無法設(shè)置回流，工藝參數(shù)控制難度較大，對操作人員水平有較高要求。近階段監(jiān)測情況(見表2)表明，COD、BOD5、氨氮排放濃度均低于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 車站污水排口監(jiān)測結(jié)果 mg/L

2.2.2 建設(shè)及運行管理成本

建設(shè)成本包括設(shè)備占地面積及建造費用等方面。SBR因采用單池反應(yīng)器，單位處理量對應(yīng)的占地面積、建造費用略低于接觸氧化設(shè)備；2類設(shè)備的使用壽命均約10～15年左右。

運行管理成本包含運行費用、人工成本等，其中運行費用指設(shè)備運行所需的動力、物料損耗等直接成本。相同處理量，接觸氧化與SBR曝氣設(shè)備功率相當(dāng)，但接觸氧化法為防止填料堵塞出水需要不間斷曝氣，SBR工藝可以根據(jù)進水量情況間歇曝氣，動力費用相對較低；接觸氧化法采用的缺氧前置、污水回流工藝可減少外加碳源、堿度消耗，降低相應(yīng)物料成本；接觸氧化設(shè)備需每4～6年更換1次填料，SBR法不涉及填料維護；SBR法屬于活性污泥法，剩余污泥數(shù)量遠(yuǎn)高于接觸氧化法。計算本次調(diào)查研究的11個車站污水處理設(shè)施運行費用可知，SBR工藝平均約為2.16元/m3，接觸氧化工藝平均約為1.48元/m3。

操作維護簡便性主要體現(xiàn)在調(diào)試操作復(fù)雜程度、故障發(fā)生率及維修難易程度等方面。SBR工藝污泥培養(yǎng)需要約16～24 d，調(diào)試操作難度較高，接觸氧化法掛膜約需7～15 d，調(diào)試操作較簡單；接觸氧化設(shè)備故障率低，但因反應(yīng)池內(nèi)填充了生物膜載體填料，故障維修較困難；SBR設(shè)備故障率較高，但維修工作難度小。綜合比較，接觸氧化工藝的操作維護簡便，性能優(yōu)于SBR工藝[7]。根據(jù)文獻[7]的計算方法，得到本次調(diào)查研究的11個車站污水處理設(shè)施建設(shè)成本及運行管理情況如表3所示。

表3 建設(shè)成本及運行管理情況比較

根據(jù)以上分析，2類工藝在處理效果、占地面積及建造成本等方面差別并不大，但接觸氧化工藝的運行成本略低，并且日常維護操作較簡便、設(shè)備運行較穩(wěn)定。

3 存在的主要問題

（1）污水產(chǎn)生量預(yù)測存在較大偏差。高速鐵路設(shè)計時，由于部分地區(qū)缺乏歷史數(shù)據(jù)，客運量預(yù)測難度較大，導(dǎo)致部分車站污水處理設(shè)施的處理能力與實際狀況存在較大偏差，造成設(shè)計處理能力與實際水量不相匹配，影響處理設(shè)備使用效果并增加環(huán)保管理難度。

（2）設(shè)備選用缺少參考標(biāo)準(zhǔn)。鐵路項目在環(huán)評及設(shè)計階段原則提出各車站污水處理工藝概念，缺少處理設(shè)施設(shè)備具體參數(shù)，由于市場上處理設(shè)備良莠不齊，實際建設(shè)過程中選擇設(shè)備缺少參考標(biāo)準(zhǔn)，難以保證選用的設(shè)備滿足設(shè)計及實際處理需要。

（3）運行期間缺乏專業(yè)化維護管理。一體化處理設(shè)備工藝設(shè)計較復(fù)雜，如果車站污水流量持續(xù)、穩(wěn)定，自動化控制設(shè)備可以實現(xiàn)無人值守運行，若實際車站污水水量、水質(zhì)波動較大，則難以滿足自動運行條件。目前存在車站未配備專業(yè)人員負(fù)責(zé)相應(yīng)管理工作，或者配備人員專業(yè)水平不能滿足設(shè)備污泥接種調(diào)試、載體掛膜，以及日常投加碳源、補充堿度、風(fēng)機保養(yǎng)等工作需要等問題。

4 改進建議

4.1 提高客流預(yù)測準(zhǔn)確度

針對高鐵車站客流預(yù)測問題，在項目可行性研究階段，建議設(shè)計單位結(jié)合當(dāng)前運量預(yù)測的最新理論和實踐研究成果，探索適用于高速鐵路客流預(yù)測的方法模型，進一步提高車站污水產(chǎn)生量預(yù)測準(zhǔn)確度，并配備相應(yīng)處理能力的設(shè)施設(shè)備。

4.2 優(yōu)化處理工藝設(shè)計

對于化糞池集水方式，建議盡可能采用化糞池進水污廢分流設(shè)計，提升化糞池厭氧處理效果。如果能在化糞池進水污廢分流優(yōu)化的基礎(chǔ)上進一步加大節(jié)水衛(wèi)具的推廣應(yīng)用，采用真空負(fù)壓沖洗設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)便器，將化糞池水力停留時間再延長4～5倍[8]，可提高廢水中COD、氨氮等污染物去除效率，進一步降低污水總排口污染物排放濃度[9]。對于深度處理工藝，在可供污水處理站使用的土地面積充裕的情況下，建議新建高鐵車站污水深度處理優(yōu)先選取生物接觸氧化工藝。

4.3 規(guī)范設(shè)備選用標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計階段，設(shè)計單位應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，完善處理設(shè)施設(shè)計圖紙，明確污水處理設(shè)施設(shè)備具體參數(shù)，確定使用條件及各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。建設(shè)過程中，進一步加強設(shè)備選用、采購環(huán)節(jié)的技術(shù)管理要求；按照設(shè)計文件，細(xì)化設(shè)備購置技術(shù)規(guī)格書，選擇滿足現(xiàn)場需要、符合設(shè)計要求的處理設(shè)備。相關(guān)管理單位應(yīng)根據(jù)應(yīng)用階段的經(jīng)驗積累，結(jié)合國家行業(yè)政策變化，逐步制定并完善一體化污水處理設(shè)備工藝的設(shè)計、選用標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 提升運維管理水平

高鐵車站應(yīng)用的一體化處理設(shè)備技術(shù)復(fù)雜、維護管理要求高，如果不能提供專業(yè)管理則難以保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行，易出現(xiàn)故障處理不及時導(dǎo)致的出水不達標(biāo)、長期閑置、失修報廢等情況，使實際使用達不到設(shè)計效果。依靠車站自身實現(xiàn)專業(yè)化運維管理，需增加相關(guān)技能崗位，建立技能培訓(xùn)、崗位資格評價等職業(yè)技能管理體系，從長遠(yuǎn)來看，部分車站污水無法納入市政管網(wǎng)是階段性問題，隨著車站周邊市政配套設(shè)施的逐步完善，最終將納入市政污水管網(wǎng)進行集中處理，建議可以采用環(huán)保管家模式或委托專業(yè)機構(gòu)代為維護管理方式，滿足該類車站污水處理設(shè)備的運行維護需求。

5 結(jié)束語

針對分散生活污水的處理工藝，路內(nèi)外相關(guān)行業(yè)已進行了大量的實踐研究，通常低成本、易維護的厭氧、生態(tài)技術(shù)難以確保處理效果，較為專業(yè)的集成處理設(shè)備受限于運行技術(shù)復(fù)雜，處理效果難以達到設(shè)計處理效率，如何進一步提高高速鐵路車站污水處理效果，需在以后應(yīng)用實踐中進一步積累經(jīng)驗，積極探索完善適合鐵路行業(yè)特點的分散污水處理工藝。