馬敏杰,翟計紅

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

1 鐵路機車車輛工廠污水排放特點和處理原則

我國鐵路機車車輛工廠大部分建成于20世紀70年代以前,有的已超過百年,主要產品為機車、動車、客貨車輛修理、制造。生產過程中產生鑄造、加工、機件的煮洗、清洗等含油廢水、有機化工廢水、冷卻水及部分酸堿廢水。隨著工廠貫徹執(zhí)行清潔生產、節(jié)能降耗、生產工藝升級改造等環(huán)保措施,通過統(tǒng)計部分工廠污水組成得到,其生產過程中產生的廢水量一般占到總排水量的30%～40%,其余為一般生活污水,個別車間根據(jù)污染物排放控制要求,有針對性地建有車間出口點源處理設施,經過預處理的生產污水與生活污水混合排放,部分工廠還采用雨污合流制排水系統(tǒng)?？傊F路機車車輛工廠每天排放的污水量具有較大的波動性，且各個時段污水水質也很不均衡；總口污水主要為第二類污染物,其中石油類污染物指標較高,由于機車煮洗過程中需要投加大量的堿性洗滌劑,盡管大部分洗滌液重復使用,少量排放的污水堿性依然非常強,一般總口混合污水pH值在9左右,見表1。

表1 部分鐵路機車車輛工廠總口污水設計水質、水量

污水處理的主要原則如下。

(1)近幾年國內各省分別針對國家最新修改2008年6月1日施行的《水污染防治法》,紛紛制定或修改地方污水綜合排放標準或水污染物排放標準,污水排放控制指標也由單純的有機物、SS、石油類拓展到氨氮、總磷等。各項污染指標排放標準值相對國家《污水綜合排放標準》(GB8978—96)提高很多。因此鐵路工廠的污水處理工藝也應由傳統(tǒng)的“調節(jié)、隔油、氣浮”為主,逐步過渡到物化、生化有機結合,互為補充的綜合工藝,出水水質由達標排放逐步升級為中水回用,故選擇經濟合理、技術先進的污水處理工藝是污水處理設計應執(zhí)行的首要原則。

(2)鐵路工廠污水處理的程度取決于處理后水的出路和去向,根據(jù)工廠所在地的實際情況,合理、科學地確定排水體系,依據(jù)地方環(huán)保主管部門發(fā)布的受納水體環(huán)境容量,嚴格控制污水排放對受納水體的污染和生態(tài)破壞。當工廠位于有城市污水處理廠的城鎮(zhèn),排入市政下水道的工廠污水應達到《污水排入城市下水道水質標準》(CJ3082—1999)要求；對于未建有城市污水處理廠的排入城市下水道或附近水域的,應達到《污水綜合排放標準》(GB8978—96)中一級標準或當?shù)刂贫C布的有關“水污染物排放標準”(DB)要求；鐵路工廠可以根據(jù)清潔生產的要求,將污水作為一種資源進行深度處理,在沖洗、冷卻、掃除、綠化、沖廁、景觀補水等方面應用,水質應達到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》(GB/T18921)或《鐵路回用水水質標準》(TB/T3007—2000)規(guī)定的出水水質要求。

(3)按設計進、出水水質要求,提供滿足污水處理工程系統(tǒng)的設計方案,并進行多方案技術經濟比較。技術比較以先進、合理、安全、可靠為原則,經濟比較采用投資折現(xiàn)、資金回收率,并結合運行成本進行綜合費用比較,經論證推薦優(yōu)化方案。

(4)污水處理站的工藝應具有高效、簡潔、節(jié)能,運行穩(wěn)定,維護簡便的特點,確保處理效果和處理后出水水質穩(wěn)定達標,妥善處理好污水處理過程中所產生的污染物,避免二次污染。提高污水處理工程系統(tǒng)的安全性、保證率。

(5)在污水處理站建設用地范圍內,遵循便于施工、便于維護管理、適當預留擴建余地和滿足景觀綠化要求的原則,總平面布置盡量做到各處理構筑物相對集中,節(jié)約占地,充分利用地形,合理布置處理構筑物及水力流程,減少提升次數(shù),降低工程投資,節(jié)約能源,降低日常處理費用。

(6)采用先進的計算機技術和自動化技術手段,保證污水處理過程穩(wěn)定、可靠、安全,提高出水水質,降低能耗、藥耗和人工成本,從而實現(xiàn)污水處理的穩(wěn)定、經濟和良性運行。

2 污水處理工藝確定原則

根據(jù)表1所知,鐵路工廠污水具有一般生活污水的特點,因各個工廠生產所用原材料與生產工藝和最終的產品有所不同,總口污水水質、水量也有所不同,所以污水處理工藝就呈現(xiàn)出多樣性和靈活性,只有通過調查研究與實踐才能選擇有效的處理工藝流程。根據(jù)污水最終的出路和用途,深度處理方法與工藝也具有很大的靈活性。單一的方法一般很難達到治理目的,應采取多種處理方法的有機組合,先易后難、先簡后繁來選擇工藝,因此在鐵路工廠污水處理工藝選擇上宜遵循以下原則。

(1)確定主要污染物在廢水中存在的物理狀態(tài)。

(2)根據(jù)鐵路工廠污水的特點和處理原則,為使處理工藝穩(wěn)定、可靠運行,污水應選擇高效預處理措施。

(3)原污水是否能夠采用生化處理,特別是能否適用于生物脫氮、除磷工藝,取決于原污水中各種營養(yǎng)成分的含量和比例能否滿足生物增長的需要,因此首先應判斷相關的指標能否滿足要求。

BOD5/COD可作為污水是否適宜于采用生物化學處理法的一個衡量指標,一般認為BOD5/COD大于0.3的污水才適合采用生化處理,小于0.25不宜生化,大于0.4可生化性較好。

COD /TkN：要達到脫氮的目的,污水中的可降解有機物濃度越高,反硝化速率越大。通常只要污水中的C/N>8,氮的去除率可達80%。一般認為BOD5/ TkN值>3～5時,即可認為碳源充足。

(4)深度處理(三級處理)應用。通常污水處理應首先去除懸浮狀態(tài)的污染物(一級處理),調整pH值,以避免對后續(xù)處理工藝的影響,其次應對污水中膠體和溶解性污染物進行去除(二級處理),再生水則要進行深度處理(三級處理)。

(5)在污水處理過程中必然產生大量浮(沉)渣、油脂、含水率很高的污泥,必須及時處理,以免產生二次污染。

(6)工藝中參數(shù)、指標的選擇要符合工程實際,相關數(shù)據(jù)的采用要與為本工程所做的實驗、試驗、監(jiān)測結果相協(xié)調,涉及到安全方面應滿足現(xiàn)行的國家標準、規(guī)程、規(guī)范及工廠的有關規(guī)定要求。

3 工藝選擇

3.1 預處理(一級處理)

綜上所述,預處理是保證后續(xù)處理穩(wěn)定運行的前提,鐵路工廠污水原水含油濃度較高,部分工廠污水乳化程度嚴重,污水預處理工藝宜以去除“石油類”物質為核心,當“石油類”污染物濃度達到處理要求時,其他污染物指標也相應得到降低,同時石油的去除也為其他污染物的去除創(chuàng)造條件。

一級處理通常采用物理法,在處理站進水端設置格柵、沉砂池，調節(jié)中和、隔油、沉淀處理,可參照《鐵路生產污水處理設計規(guī)范》(TB10079—2002)推薦的工藝流程選定。

3.2 達標排放處理(二級處理)

在二級處理中物化法應用廣泛,生化處理工藝在近幾年的工程應用中逐步增多。

物理化學處理法系運用物理和化學的綜合作用使廢水得到凈化的方法。它是由物理方法和化學方法組成的廢水處理系統(tǒng),或是包括物理過程和化學過程的單項處理方法,如浮選、吹脫、結晶、吸附、萃取、電解、電滲析、離子交換、反滲透等。和生物處理法相比,此法優(yōu)點：占地面積少；出水水質好且比較穩(wěn)定；對廢水水量、水溫和濃度變化適應性強；可去除有害的重金屬離子；除磷、脫氮、脫色效果好；管理操作易于自動檢測和自動控制等。但是,處理系統(tǒng)的設備費和日常運轉費較高。對于鐵路工廠總口污水處理來講,浮選是常用的方法,而其他方法多用于車間出口點源治理或生物處理的后續(xù)深度處理措施。美中不足的是浮選工藝對總氮和氨氮去除效率較低。

經統(tǒng)計，大部分鐵路工廠總口污水進水水質的BOD5/COD>0.3；BOD5/NH3>8。均能滿足生物處理及生物脫氮的水質要求。根據(jù)相關資料,采用低負荷的污水生化處理工藝,可以滿足出水BOD5≤20 mg/L,同時,為滿足硝化要求,處理系統(tǒng)必須有足夠的污泥齡,因而污泥負荷也不能太高,從而保證較高的有機物去除率。

鐵路工廠污水因具有可生化性,在工藝選擇上可首選生物處理工藝,根據(jù)脫氮除磷需要,分為厭氧、缺氧和好氧區(qū)。生物處理方法目前主要有：活性污泥法和生物膜法。傳統(tǒng)的理念是生物膜法適應于生活小區(qū)或小城鎮(zhèn)以及工業(yè)廢水的生化處理,活性污泥法廣泛用于城市污水處理,然而鐵路工廠的污水一般均具有循環(huán)回用的目的,水質標準要求較高,水質水量變化較大,選擇的工藝還要求能夠有較強的抗沖擊負荷能力；且工廠提供的污水處理站的場地一般較為狹小,可選擇的工藝也要滿足占地小的特點。在目前比較流行和新型、成熟的活性污泥法工藝中有：氧化溝、AB法、SBR法、A/O法、A2/O法等工藝。這些工藝都具有處理效率高、出水水質好、除氮脫磷效率高等優(yōu)點。生物膜法根據(jù)微生物附著生長載體的狀態(tài),生物膜反應器可以劃分為固定床和流動床兩大類。主要的生物膜反應器有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化法、曝氣生物濾池、生物流化床等。

哪個方法更適用于鐵路工廠污水量較小、中低濃度特點的污水處理工藝需要進一步分析。活性污泥法中氧化溝、AB法、A/O法、A2/O法更適用于城市大、中型污水處理,通過分析可知SBR法因池型簡單、抗沖擊能力強、占地少等突出優(yōu)點,較為適宜鐵路工廠。近幾年來SBR法經過多年的研究和演變,已發(fā)展成多種改良型,主要有：傳統(tǒng)SBR法、ICEAS法、CASS(CAST)法、UNITANK法等,對于小水量,要求脫氮除磷,場地狹小的工程及自動化控制技術成熟發(fā)展,比較適合的是CAST工藝。

生物膜法在小型工業(yè)廢水中的應用較多,各種工藝都有工程實例,經進一步分析可知,生物濾池和生物轉盤的處理效果、衛(wèi)生條件不如曝氣生物濾池工藝,而淹沒式生物濾池獨特的硝化技術對于寒冷地區(qū)特別適用,故在生物膜法中曝氣生物濾池工藝具有相對優(yōu)勢。

綜合以上的分析,鐵路工廠污水二級處理工藝,宜選擇在生化處理工藝活性污泥法中的CAST工藝和生物膜法的曝氣生物濾池工藝進行進一步比較。

3.3 回用深度處理(三級處理)

在確保二級生化處理達到預期效果的情況下,鐵路工廠污水若達到循環(huán)用水目的,應進行深度處理。三級深化處理中的絮凝、過濾工序是水質達標回用的關鍵,回用處理規(guī)模一般根據(jù)工廠所需雜用水量按需制備供給,通常采用濾池(罐)過濾。對于較高水質要求的場所,傳統(tǒng)的機械過濾往往達不到要求,需要增加吸附或膜分離手段,相應增加能耗和投資。在前述生物膜法中BAF工藝具有過濾和進一步降解去除溶解性和膠體態(tài)的污染物功能,是較為適合鐵路工廠有較高回用水質要求的工藝。

3.4 污泥處置

污泥處理是污水處理工藝中的一個重要組成部分,在污水處理過程中必然產生大量含水率很高的污泥、浮(沉)渣,必須及時處理,以免產生二次污染。一般鐵路工廠污泥處置采用干化場自然蒸發(fā)和滲濾濃縮,是最經濟的脫水方式,但它受自然氣候條件和環(huán)境衛(wèi)生的限制,濃縮后的污泥不能作為一般的垃圾來最終處置,且存在干化場的清掏也很費工費力、占地較大等弊端。隨著技術的發(fā)展,機械脫水的使用越來越廣泛。機械脫水與干化場相比具有脫水效果好、效率高、占地小、不受氣候、環(huán)境影響等優(yōu)點。常用的脫水機械有真空過濾脫水機、加壓過濾、離心機、帶式過濾機等。較為適用的為結構緊湊、附屬設備少、臭味小、能長期自動運轉的離心脫水機。污泥的最終處理包括農田綠地利用、建筑材料利用、填埋、焚燒、投海等。比較常用的處置方法為農田綠地利用和填埋,或由環(huán)保部門收集集中處置。

3.5 消毒、除臭

(1)污水經生物處理和混凝過濾后,出水中一般仍含有大量的致病細菌,必須進行消毒處理才能達到中水回用水質要求。目前國內中水回用常用的消毒方法有液氯、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧、紫外線等。液氯消毒、紫外線消毒多用于大型水廠,小水量一般多采用次氯酸鈉消毒或二氧化氯消毒。鐵路工廠中水回用消毒宜采用次氯酸鈉消毒或二氧化氯消毒工藝。

(2)隨著人類生活水平的提高和公眾環(huán)境意識的增強,污水處理廠的除臭問題正引起越來越多的關注。在污水處理工藝中產生氣味物質主要由碳、氮和硫元素組成,只有少數(shù)的氣味物質是無機化合物。除臭的方法可以分成廢氣吸收吸附法和燃燒法兩種。吸附法又包括；化學吸收法、生物吸收法、活性炭吸附法。鐵路工廠污水處理站產生臭氣的主要區(qū)域包括調節(jié)沉淀池、生化池和污泥脫水間。一般根據(jù)項目的特點,污水處理站選址前應考盡量考慮遠離生活區(qū)、辦公區(qū),盡量避免站址處于上述區(qū)域的上風向,當無法避開以上區(qū)域時應考慮除臭方案。但考慮占地和投資等方面的原因,一般可將上述構筑物考慮實現(xiàn)密閉的條件,臭氣通過軸流風機集中收集通過生物或者化學吸附裝置凈化后高空排放。

3.6 自動化控制

為提高污水處理站的現(xiàn)代化管理水平,減輕勞動強度,降低運營成本,在水處理工藝中,應采用國內外先進成熟的PLC集中和分散相結合的集散型控制系統(tǒng),實行集中監(jiān)測和分散控制,使其在確保出水水質,降低能耗,安全運行和提高管理水平等方面發(fā)揮重要作用。

污水處理系統(tǒng)的控制自上而下宜采用3級：中央計算機調度管理系統(tǒng),現(xiàn)場PLC自動控制系統(tǒng)和現(xiàn)場手動操作系統(tǒng)3部分,并在工藝流程各個環(huán)節(jié)中設置過程控制儀表,確保對工藝全過程的運行狀態(tài)、水量、水質的監(jiān)控,滿足各環(huán)節(jié)的自動控制要求。

4 結論

鐵路工廠污水處理是一個系統(tǒng)工程,在項目前期工作中，污水處理工藝的論證選擇是一個至關重要的階段。隨著科學技術的進步,新的污水處理方法和工藝不斷產生,控污標準也逐步提高,各個鐵路工廠在確定污水的最終出路和去向時,結合工廠產品技術升級改造、節(jié)能減排的要求和企業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展需要,新建或改造既有的污水處理設施,采用新型成熟先進的污水處理工藝,實現(xiàn)節(jié)能減排使污水變成資源再利用,提高用水循環(huán)利用率,使污水治理不但能產生一定的經濟效益,而且提升環(huán)境效益和社會效益。

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