鐵路列車高濃度集便污水提標(biāo)改造及案例分析

石嶸，段飛龍，郝明，高美佳

（中國鐵路北京局集團有限公司北京鐵路疾病預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心，北京 100038）

人們在生產(chǎn)生活中會向自然水體排放工業(yè)廢水、生活污水，可能會污染自然水體并影響其自凈能力，導(dǎo)致水環(huán)境惡化。由于水的流動性較強，在經(jīng)過自然水體循環(huán)后，可能造成進一步的工農(nóng)業(yè)污染問題，存在著危害人體健康的風(fēng)險[1]。水污染問題是一個世界性難題，使用合理而有效的水處理技術(shù)對改善水環(huán)境污染、保障人民用水安全、緩解我國水資源緊缺與經(jīng)濟高速發(fā)展矛盾、減少碳排放[2]等具有重要意義。鐵路一直將深入推進綠色發(fā)展作為重要的發(fā)展方向之一，但目前仍有部分鐵路重點排污單位存在無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的情況。因此，研究鐵路既有污水處理設(shè)施、工藝及管理運作中存在的問題并提出有效整改方案至關(guān)重要，本文結(jié)合鐵路某動車段高濃度集便污水排放處理的提標(biāo)改造實例，提出鐵路高濃度集便污水處理的實施方案。

1 鐵路高濃度集便污水處理概況

1.1 高濃度集便污水的水量特點

列車污物箱高濃度集便污水在列車?？炕蛘麄鋾r，使用地面固定式真空卸污系統(tǒng)將集便污水輸送至化糞池儲存待后續(xù)處理，而集便污水的水量是后續(xù)污水處理站設(shè)計的一個關(guān)鍵參數(shù)，決定了鐵路站段污水處理設(shè)施的設(shè)計處理能力。

列車卸污產(chǎn)生的集便污水量與列車運行時間段、時長、列車類型及集便器形式等有關(guān)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，硬座列車人均使用廁所次數(shù)為0.25次/h，臥鋪列車人均使用次數(shù)為0.33次/h。目前，我國鐵路客運中主要為動車組列車，大多為晝間運行，單程運行時間在4 h以內(nèi)的動車組列車人均使用次數(shù)為0.2次/h，單程運行時間4 h以上的使用次數(shù)為0.25次/h[3]。同時，我國列車集便器采用用水量較小的真空集便器或壓力沖水式集便器。真空集便器1次沖水量在0.25～0.5 L，壓力沖水式集便器1次沖水量為0.5 L[3]。

鐵路站段內(nèi)集便污水總量根據(jù)每天?？空径握麄渥鳂I(yè)的列車數(shù)量、列車運行時間、列車污物箱大小及數(shù)量確定。

1.2 鐵路高濃度集便污水的水質(zhì)特點

列車集便污水的水質(zhì)特點決定了鐵路站段內(nèi)后續(xù)污水處理的工藝，是鐵路站段污水處理工程的另一個重要設(shè)計依據(jù)。鐵路行業(yè)因采用真空負(fù)壓系統(tǒng)收集和轉(zhuǎn)運列車集便污水，產(chǎn)生的污水較常規(guī)的生活污水呈現(xiàn)出高有機物、高懸浮物(SS)、高氨氮、高磷、低碳氮比的“四高一低”特點，列車集便器污水水質(zhì)如表1[3]所示。

王社平等[4]測定城市生活污水的COD濃度為187.9～464.18 mg/L、氨氮濃度為27.73～51.64 mg/L、總磷的濃度為3.68～7.02 mg/L。由表1結(jié)果可知，高濃度集便污水的COD濃度是城市生活污水的2～37倍，氨氮是生活污水的20～144倍，總磷濃度是生活污水的8～54倍。隨著國家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，總氮、總磷等污染物排放也被納入控制指標(biāo)，部分既有鐵路污水處理設(shè)施工藝不滿足城市納管要求，需做進一步的處理。

表1 列車集便器污水水質(zhì)濃度范圍

1.3 鐵路高濃度集便污水既有處理情況

1.3.1 污水處理工藝

隨著國家和地方標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，鐵路動車段(所)高濃度集便污水排水需滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)的排放要求，鐵路行業(yè)部門結(jié)合實際情況主要采取了以下處理工藝。

（1）部分既有站段因建設(shè)時間較久，高濃度集便污水一般與生活污水、生產(chǎn)廢水管網(wǎng)系統(tǒng)合建，污水經(jīng)過混合后處理。因混入大量的低濃度生活污水和生產(chǎn)廢水，合流水質(zhì)COD濃度一般在500 mg/L左右，氨氮、總氮濃度一般為100 mg/L左右[5]，降低了污水處理站的處理難度，既有站段一般采用常規(guī)的A/O、氧化溝或SBR工藝進行處理[6]，雖然站段的出水COD及氨氮濃度滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)的排放標(biāo)準(zhǔn)，但總氮、總磷的排放存在超標(biāo)風(fēng)險。

（2）對于部分新建站段或既有站段提升改造，結(jié)合環(huán)保行業(yè)內(nèi)高濃度氨氮廢水處理的成果經(jīng)驗，目前鐵路環(huán)保行業(yè)高濃度集便污水與生活污水、生產(chǎn)廢水的混合水可采用MBBR工藝進行處理，可有效去除污染物中總氮、氨氮及部分總磷[7-8]，保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。單獨的集便污水可采用厭氧氨氧化(ANAM‐MOX)工藝等新型工藝[9-10]，該工藝可有效降低低碳氮比高濃度廢水因額外增加藥耗等產(chǎn)生的費用，但同時因動車段(所)集便污水量較小且水質(zhì)水量波動大，工藝的適用性需深入研究。

1.3.2 污水排放途徑

以北京某動車段污水處理為例，北京地區(qū)污水排放需滿足北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/307—2013)的相關(guān)要求。目前污水排放途徑主要為公共污水處理系統(tǒng)，即市政管網(wǎng)，各站段的污水排放各項指標(biāo)基本可以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但總氮、總磷處理效果不穩(wěn)定。對于部分站段污水沒有納管條件時，污水需再經(jīng)過深度處理，滿足回用標(biāo)準(zhǔn)后用于站段內(nèi)生產(chǎn)、綠化、沖廁等。

1.3.3 污水排放存在問題

隨著鐵路建設(shè)和環(huán)保要求的不斷提高，在國家“雙碳”政策下，鐵路高濃度集便污水處理和排放的技術(shù)經(jīng)濟性、運行穩(wěn)定性等方面面臨巨大挑戰(zhàn)。鐵路動車段(所)建設(shè)一般“近城不進城”，周邊一般未配套完備的市政管網(wǎng)系統(tǒng)，如果鐵路站段自建污水處理設(shè)施，由于其處理規(guī)模不大，不僅建設(shè)成本大且運營維護成本高。此外，鐵路動車段(所)的高濃度集便污水屬于低碳氮比污水，采用常規(guī)的污水處理工藝需額外投加碳源，污水處理站運維的整體費用較高，不符合國家“雙碳”政策[11]。

2 實例與分析

2.1 污水中污染物特性

以北京某動車段為例，對其污水的日常環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)包括pH值、化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、總磷、總氮和氨氮。動車段內(nèi)污水的污染物特性因污水來源不同而存在差異。經(jīng)過對原水的監(jiān)測分析，各項污染物檢測結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，該動車段內(nèi)不同來源污水混合后的原水，其污染物指標(biāo)在濃度上有差異，其中生活污水、生產(chǎn)廢水、洗滌污水的水質(zhì)差異性較?。晃廴疚餄舛戎饕獊碓从诟邼舛燃阄鬯?。污水處理站提升改造的主要目標(biāo)污染物為氨氮、總氮及總磷。

表2 不同來源原水中各項污染物檢測結(jié)果

2.2 污水站處理工藝與實際處理效果

以該動車段為例，隨著北京市地方標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，原有的氧化溝工藝在氮磷處理上存在不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，針對原水高氨氮、高總氮、高總磷的污水污染物特性，對原有的污水處理工藝和設(shè)施設(shè)備進行改造。

根據(jù)環(huán)保行業(yè)同性質(zhì)高濃度氨氮污水處理的經(jīng)驗，改造后采用以“MBBR+高效沉淀池”為核心的處理工藝，其中MBBR工藝用于去除廢水中COD、氨氮、總氮及部分總磷，后端高效沉淀池通過添加PAC、PAM及污泥回流等深度除磷。工藝整體運行穩(wěn)定，維護簡單，無二次污染，是針對該動車段污水特性進行改造的最佳技術(shù)路線[11]。改造前后出水指標(biāo)比較如表3所示。

表3 某動車段改造前后出水指標(biāo)比較

從除氮角度看，改造前氨氮、總氮處理效果不佳，存在著超標(biāo)風(fēng)險；改造后，氨氮、總氮處理效果好，可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。從除磷角度看，改造前總磷排放不能滿足要求，改造采用的“MBBR+高效沉淀池”工藝后，總磷去除效果大幅度提高，處理效果穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

通過某動車段污水排放處理提標(biāo)實例可知，日常污水排放監(jiān)測中高濃度集便污水的超標(biāo)主要集中在總磷、總氮、氨氮，建議將整改重心集中于總磷、總氮、氨氮的處理控制，結(jié)合排污單位自身污水特性來調(diào)整和改造相應(yīng)的污水處理工藝，以集便污水為主要污水來源的，因污染物濃度高、污水處理量大，可以選擇MBBR工藝加以解決。