鐵路機車車輛制造業污水治理設施改造技術

翟計紅,石玉川,程學營

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

20世紀70～80年代鐵路工廠污水治理重點是石油、重金屬和酸堿等污染物,以車間點源治理為主；進入90年代由于地面水環境的持續惡化,水資源的日益短缺,許多分布在大江大河沿岸和水資源緊張地區的工廠相繼建設了總口污水處理設施,污染物控制指標仍然以石油類、COD、SS等為主,處理工藝基本沿用點源治理的流程：全廠生產、生活污水→粗格柵+提升泵房→調節沉淀隔油池→氣浮池→加壓泵→過濾→排放或回用[5,6]；隔油池、氣浮池污泥處理采用污泥干化場[5,6]或機械壓濾(板框壓濾機、帶式壓濾機)脫水。近幾年為了貫徹國家“節能減排”的方針政策,大力發展低碳經濟和綠色經濟,鐵路工廠的污水處理設施升級改造進入一個高峰期。污水控制指標也由單純的有機物、石油拓展到氨氮、總磷等。污水處理工藝由“隔油、氣浮”為主,逐步過渡到物化、生化有機結合[7],互為補充的綜合工藝,出水水質由達標排放升級為中水回用。在這個過程中，如何客觀分析現狀污水處理設施的優劣得失,合理利用既有設施的剩余價值,減少改造成本,降低運行費用是改造成功與否的關鍵。

1 污水水質、水量

1.1 污水水質

機車車輛工廠污水水質的特點因工廠車間的生產工藝和地域特點而異,污水種類一般包括：解體車間清洗用的含油堿性廢水,電機、車輛臺車日常生產中產生的煮洗、清洗廢水,表處理磷化酸性廢水,其他機加工含油廢水及沖洗廁所等生活廢水。

各工廠污水處理站總口或收集系統排放總口水質連續監測數據見表1,綜合分析后具有以下特點：①經過點源治理后的有機污染物濃度接近市政污水水平(部分工廠濃度偏低可能與廠區內長距離排放明渠有關,有機物在其中發生沉淀和氧化作用),污水的B/C值0.3～0.45,因此具有較好的可生化性；②機車解體車間可能用到大量的堿性清洗劑,導致該車間排放的廢水含油含堿(pH>12),而且受生產班制影響,1 d內pH值變化較大；③氮、磷濃度較低,其中機車修理過程中表處理磷化酸性廢水回收利用率直接影響出水總磷含量的高低；④在主要污染物排放車間,石油的含量一般都在500～1 100 mg/L,經過車間點源預處理,石油的含量可在100 mg/L以下。

1.2 污水水量

工廠排水主要為生產過程中產生的污水,排放規律基本與工廠生產班制同步,一般間歇性比較明顯,污水排放的峰值大小及其持續時間決定調節池的有效容積。下面結合2個工程實例的48 h具體監測結果,分析污水排放的不均勻性。其中,江南某廠污水處理工程的設計規模為4 000 m3/d,水量監測期間污水量大約3 400 m3/d；華北某廠污水處理工程設計規模為2 500 m3/d,水量監測期間污水量大約2 300 m3/d。

表1 實測各污水處理廠(站)總口進水水質[1,2]

根據圖1統計資料,江南某廠一天內只出現一個排水高峰段,持續時間為11：00～19：00,排水高峰期和工廠生產時段基本吻合,需要的最大調節水量239 m3,按照平均時流量計算大約需要1.73 h調節容積,高峰流量偏小,污水量全天排放比較均勻,時變化系數kh=199.88/138.05=1.45。分析原因為：該廠毗鄰京杭大運河,地下水位較高,由于管道老化以及雨污分流不徹底等因素,導致地下水進入污水管道,導致全天污水量比較穩定。

圖1 江南某廠48 h總口污水排放量監測結果

對圖2華北某廠的污水數據分析后發現明顯的2個峰值現象,即11：00～15：00為第一時段,17：00～21：00為第二時段,并且第二時段峰值明顯大于第一時段。分析原因為該廠居住區和生產區污水收集管網為一個系統,11：00～15：00排放的主要是生產廢水,而17：00～21：00為生產廢水和生活污水的疊加。在2個高峰期間需要調蓄的水量約500 m3,按照平均時流量計算大約需要5.3 h調節容積。

圖2 華北某廠48 h總口污水排放量監測結果

2 既有污水、污泥處理設施存在的問題

現狀污水處理設施緊密結合工廠污水排放的規律和污染物的特點,可以較好適應生產廢水間歇排放的特點,對COD、SS、石油類具有較好的去除效果,既有主要構筑物功能及特點見表2。大部分污水處理站污泥脫水采用污泥干化場,部分配備機械壓濾機,但使用率極低,基本采用自然干化。經過10～20年的運行,對主要污染物的去除效率仍然穩定在一個比較高的水平,但也暴露出許多設計缺陷和運營管理問題。

表2 主要構筑物功能分析

2.1 污泥處置不及時

系統污泥主要產生在調節沉淀池和氣浮池,在南方的梅雨季節,污泥干化場的清淘周期遠遠超過設計預期,大量污泥無法及時排放,池內泥位持續上升,大量油、泥重新上浮進入后續構筑物,導致后續氣浮池混凝劑投加量增大,如果進入砂濾罐(池)的污水SS較高,會縮短濾罐(池)的反洗周期,長時間運行會嚴重影響出水水質。當季節適宜大量排泥時,調節沉淀池會出現排泥不徹底的情況,造成污泥的累積效應。原因是無論潛污泵還是靜壓排泥都屬于集中點排泥,在污泥部分板結,流動性變差的情況下,排泥范圍受限制,反應在系統上就是處理效率的下降。

2.2 處理效果不穩定

既有污水處理設施中調節沉淀池最大水力停留時間一般在6～8 h,氣浮池水力停留時間大約0.45 h,不考慮活性污泥的影響因素,僅水力停留時間遠小于生化處理法。因此經過調節沉淀的預處理,進入氣浮池的污水水質變化幅度仍較大,調節池的pH調節和氣浮池中的混凝劑投加都屬于一種反饋控制,采用人工投加藥劑會將滯后作用放大,無法及時有效對應來水水質調整投藥量,現場工作人員一般根據工作經驗設定一個偏高的藥劑投加量,后果是污泥量增加,對提高污染物去除效率的貢獻有限。

2.3 功能缺陷

新的污水排放和回用水標準對磷、氮的去除都有明確要求,磷可以通過投加化學藥劑形成沉淀物的方式去除,而總氮和氨氮則需通過硝化和反硝化細菌,在缺氧和好氧環境下通過生化作用去除[10],現狀污水處理工藝屬于典型的物化過程,對總氮去除效率有限,甚至會出現進水氨氮數值低于出水氨氮數值的情況。

3 污水、污泥處理設施改造方案

根據既有污水處理設施的運行情況,改造方案主要包括四方面內容：(1)充分利用原先運行穩定的污水、污泥處理設施,在條件允許的情況下,改造既有隔油沉淀池的排泥設施；(2)增加生化處理環節,實現脫氮功能,提高BOD去除效率；(3)在污水處理工藝中采用了先進成熟的PLC分散和集中相結合的集散型控制系統,提高系統管理水平；(4)建設脫水效率高的污泥機械脫水裝置。

2008～2010年,先后對多家類似工廠的污水處理設施進行了提升改造,具體內容見表3,工程已先后通過當地市環保部門的環保驗收。為降低污水處理過程的運行成本,污水處理部門也積極開拓思路,增加效益：將隔油池收集的廢油,全部回收再加工,作為產品銷售給工廠[8]；含油量較高的脫水污泥可以嘗試電廠或采暖鍋爐焚燒的可能性。

表3 改造工程實例

4 結論

總之,污水處理設施的技術改造在鐵路工廠的推廣是以降低運行成本為前提的,運行穩定,管理簡單是首先需要考慮的問題。既有處理設施必須強化對石油、酸堿、SS的去除功能；新建處理設施一般應包括生化功能模塊,適當降低污泥負荷,提高系統抗沖擊負荷能力,代表性工藝有CAST、氧化溝、接觸氧化等,其中SBR及其改進型由于構筑物數量少,占地面小,在工廠用地緊張的情況下比較有優勢；三級處理可根據工程投資,技術管理水平采用砂濾、曝氣生物濾池[9]、膜過濾[4]等工藝。

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[3] 翟計紅,程學營,葉坤孝.CAST/曝氣生物濾池工藝處理含油廢水[J].中國給水排水,2009(10)：63-65.

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[8] 魏志鵑.鐵路運用內燃機車節能減排淺析[J].內燃機車,2008(7)：24-28.

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[10] 張自杰,林榮忱,金儒霖.排水工程[M].北京：中國建筑工業出版社,2000.