段建國(guó)

（中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司計(jì)劃統(tǒng)計(jì)處，湖北武漢430071）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和鐵路建設(shè)的迅速發(fā)展，目前我國(guó)鐵路站段已超5 000個(gè)，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(duì)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(zhǎng)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(guó)內(nèi)環(huán)保要求不斷提高，鐵路動(dòng)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(duì)動(dòng)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(dòng)車段廢水污染物處理現(xiàn)狀

動(dòng)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(dòng)車段為例，其污水處理系統(tǒng)建于2009年，設(shè)計(jì)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(jiǎn)單，導(dǎo)致污水排入市政管網(wǎng)時(shí)，氨氮指標(biāo)超標(biāo)，2018年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示高達(dá)219 mg/L。此外，該動(dòng)車段未對(duì)臭氣和污泥進(jìn)行有效處理。

某新建動(dòng)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(shí)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(dòng)車段動(dòng)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，動(dòng)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(dòng)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(dòng)車段污水碳氮較低，氮的去除尤為困難。

表1 某年某動(dòng)車段排放的污水檢測(cè)數(shù)據(jù)一覽表

因此，結(jié)合某動(dòng)車段的實(shí)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(duì)減少污染物的排放及對(duì)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)［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(duì)較低。

厭氧池（化糞池）對(duì)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(cè)指標(biāo)的含量降低，但對(duì)氨氮和TN沒有處理效果，因此動(dòng)車段污水處理的主要對(duì)象是氨氮和TN。

表2 厭氧池對(duì)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(duì)工藝和設(shè)備要求較高，且容易造成環(huán)境二次污染，故對(duì)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(gè)工藝應(yīng)用于動(dòng)車段污水處理的適應(yīng)性對(duì)比見表3。

表3 常規(guī)生物法脫氮工藝適應(yīng)性對(duì)照表

鐵路動(dòng)車段污水處理具有規(guī)模小、用地緊張、高COD、高氨氮等特點(diǎn)。傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝對(duì)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(diǎn)，這3種工藝在將污水COD降低至150 mg/L以下的同時(shí)，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(diǎn)，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(dòng)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(duì)污水處理站工作人員及周圍居民健康危害較大，臭氣對(duì)金屬設(shè)備、管道、電器等具有一定腐蝕性，故對(duì)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(dòng)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(diǎn)。

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(dòng)車段污水處理站臭氣處理的適應(yīng)性對(duì)比見表4。

動(dòng)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(diǎn)。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(xiǎn)高、成本高的問題。HBR法處理效果好，但技術(shù)專利購(gòu)買成本過高。電離法和生物過濾法相對(duì)而言則均存在運(yùn)行維護(hù)管理方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、建設(shè)成本低、工藝成熟、除臭效果好等優(yōu)點(diǎn)，二者中電離法運(yùn)行能耗相對(duì)較高。

表4 臭氣的不同處理工藝適應(yīng)性對(duì)照表

4 污泥處理工藝分析

4.1 污泥特性

動(dòng)車段污水處理過程中會(huì)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(duì)污水處理站中的污泥進(jìn)行處理、處置十分必要。鐵路動(dòng)車段污水處理站污泥具有量小、集中、來源單一的特點(diǎn)。

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(duì)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(shí)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(fèi)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(dòng)車段污水處理站污泥處理的適應(yīng)性對(duì)比見表5。

污泥穩(wěn)定和調(diào)理過程中均存在會(huì)使污泥增量的缺點(diǎn)，不適用于動(dòng)車段污水處理站污泥量小的特點(diǎn)；污泥濃縮工藝存在單獨(dú)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(dú)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(duì)照表

5 對(duì)鐵路動(dòng)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(dòng)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(shí)，動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)便、運(yùn)行費(fèi)用較低、脫氮效果可靠等優(yōu)點(diǎn)，但該工藝脫氮效率難以進(jìn)一步提升。目前，國(guó)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(dòng)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(dòng)車段污水處理廠除臭量小、集中，對(duì)工藝穩(wěn)定、效果要求較高。生物濾池法除臭工藝流程簡(jiǎn)單成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是動(dòng)車段等鐵路污水處理場(chǎng)除臭工藝的合理選擇。

（3）污泥處理工藝。鐵路動(dòng)車段污水處理廠要求能夠在短時(shí)間內(nèi)有效地解決污泥處理問題，必須使污泥在廠內(nèi)實(shí)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(dòng)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(shí)，動(dòng)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(shì)，在確保污水排放滿足環(huán)評(píng)要求的同時(shí)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(dòng)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(dòng)車段廢水污染物處理工程設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的依據(jù)和參考。鐵路動(dòng)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。