中國北方鐵路生產污水特征分析及處理現狀調查研究

鄧時海，李德生，盧陽陽，曾琪靜，朱善斌

(北京交通大學土建學院市政與環境工程系，北京 100044)

中國北方鐵路生產污水特征分析及處理現狀調查研究

鄧時海，李德生，盧陽陽，曾琪靜，朱善斌

(北京交通大學土建學院市政與環境工程系，北京 100044)

鐵路生產污水對周圍環境的影響得到了鐵路部門的高度重視。通過對北方17個鐵路生產污水排放單位的現場調查，定性、定量地分析北方鐵路生產污水的水質水量特征，探討生產污水污染指標的變化規律及處理工藝特點;剖析北方鐵路生產污水處理、回用現狀，指出各鐵路生產污水排放單位存在的問題，提出解決方法及合理化建議。

鐵路生產污水;現狀調查;水質水量特征;回用工藝

隨著中國鐵路的高速發展，鐵路行業對環境的影響也不斷加重，研究分析鐵路生產污水處理現狀及技術特征對保護環境有重要意義。鐵路生產污水處理南、北方有較大差別，本文以北方鐵路生產污水的處理為研究重點，研究北方鐵路生產污水主要來自機務段、機務折返段、客車車輛段等生產車間所產生的污水，貨洗所洗車污水，客整所洗刷污水，洗衣房的洗衣污水等，這些污水除含有常規污染物質(如SS、BOD、COD、NH3-N)外，還含有石油類和LAS(陰離子表面活性劑)等難生物降解的有毒有害物質，如不妥善處理排放，將會對周圍環境產生污染［1-2］。鐵路部門經過多年的努力，不僅站房生活污水得到了有效處理［3-4］，鐵路系統的重點污染行業，如機務段、車輛段等以含油污水為主的鐵路工業污水也得到了有效的治理［5-9］。

但北方鐵路生產污水處理由于建設條件及季節的影響仍有許多不完善的地方。隨著水資源的不斷減少，將處理后的污水直接排放是一種水資源的浪費。由于污水中COD、NH3—N等常規污染物質含量較普通生活污水低［10］，只需要經過除油過濾后采用普通生物處理，再將生物處理后的污水經過簡單的過濾、吸附等后處理，就可以達到在站房清掃、沖廁、站場綠化、澆灑道路等一些水質要求不高的用水點再利用的目的［11-12，14，16］。目前鐵路系統對污水處理和再利用還存在著認識不足或沒有很好的規劃或急于沒有合適的回用技術等問題，影響了鐵路事業可持續發展的進度［3，12，13］。

為全面掌握北方鐵路生產污水水質水量特征及處理、排放和回用現狀，明確鐵路沿線站段污水排放、回用技術的現狀和存在的問題，提出實施污水減排、回用的管理措施，探討鐵路行業實施污水零排放的可行性，鐵道部于2011年立項對北方鐵路生產單位進行了調查研究。

1 北方鐵路生產污水水質特點

共調研17個生產污水產生單位，分別隸屬6個機務段(保定機務段、石家莊機務段、豐臺機務段、哈爾濱機務段、三棵樹機務段、牡丹江機務段)、3個車輛段(天津車輛段、哈爾濱車輛段、三棵樹車輛段)、2個客運段(哈爾濱客運段、北京客運段)、3個車輛廠(北京某車輛廠、石家莊某車輛廠、哈爾濱某車輛廠)、1個機車廠(北京某機車廠)和1個動車段(北京動車段)。經過現場調查、取樣檢測、認真記錄，共填寫調查表17份。

調查結果顯示，鐵路生產污水主要來源于內燃機解體清洗產生的含油堿性廢水，電機臺車軸承煮洗、清洗廢水，表處理產生的含磷酸性廢水，鑄鋼、鍛造、金屬加工乳化液以及其他機加工產生的含油污水和部分洗浴、沖廁等生活污水。北方部分鐵路生產單位污水處理站進水或收集系統排放總口水質見表1。

表1 北方部分鐵路工廠總口污水水質

從表1可看出，有機污染物濃度普遍低于市政污水水平，大多數污水具有較好的可生化性，B/C=0.3～0.45，預處理后可直接進入生物處理工藝;鐵路工廠產生污水中都含一定量的石油類，部分主要生產車間污水石油類含量在50～400 mg/L，污水經除油使石油類含量在20 mg/L后方可保證生物處理單元正常運行;多數污水pH值在7以上，呈弱堿性，主要來自機車解體清洗車間所使用的堿性清洗劑，pH值因受生產班制影響而日變化較大，但一般在7～9.5，最高不超過11，經過簡單預處理即可達到生物處理要求;NH3-N、TP濃度較低，BOD5/TN≥8.5，普通生物脫氮除磷工藝即可達到脫氮除磷的目的。

2 北方鐵路生產污水水量變化特征

鐵路工廠污水主要來自生產，一天內污水水量不均勻性大，污水排放量隨著班制而呈現出明顯的間歇性。不同鐵路工廠因生產性質和規模不同排水量也存在著差異，但污水水量均較小，一般為200～800 m3/d，最高不超過2 000 m3/d(表1)。下面結合8個典型的北方鐵路生產單位實際情況分析污水排放(最高日)的不均勻性，如圖1所示。

圖1 北方部分鐵路工廠24 h總口污水排放量監測結果

圖1表明，鐵路生產污水每日污水排放主要在3個時段，即9∶00～12∶00為第1時段，13∶00～16∶00為第2時段，19∶00～22∶00為第3時段，其中2、3時段峰值較為明顯，這與北方工廠班次作息時間相符。可見，污水處理站不設置調節池時所采用的生物處理工藝必須耐受水力負荷沖擊能力強，污水提升泵房經常淹沒或發生倒灌。污水排放的峰值大小及其持續時間決定了調節池的有效容積。

表2 污水水量變化統計分析

根據表2的統計分析數據，水量日變化曲線見圖2。

圖2 ξ變化曲線

由圖2可知，北方鐵路生產單位污水處理實際需要的調節有效容積至少應為其日排放量的22.16%，水處理設備處理能力應至少為該廠污水日最高排放量的4.17%，如此才能將污水處理設備所承受的沖擊負荷降到最低，保證處理效率和出水水質，延長設備使用壽命，更不會出現像污水提升泵房淹沒或倒灌的現象。該結論可指導北方鐵路生產單位污水處理設施的建設和運行控制。

3 北方鐵路生產污水處理現狀分析

現場調查情況總結見表3。可見，目前鐵路生產污水處理主要存在以下問題:(1)處理工藝設計之初未充分考慮水質特征，因污水處理工藝與污水水質不匹配而導致工藝難以正常運行、處理出水不達標;(2)設備老化嚴重，新的投資不到位，設備得不到及時維護和更新，導致處理效率低下;(3)處理工藝設計之初未充分考慮污水排放的不均勻性，污水處理車間出現淹沒或倒灌的現象;(4)鐵路生產污水與辦公、沖廁等污水混合后統一進入污水處理站進行處理，但很多站段僅采用氣浮除油工藝，未添加生物處理工藝，水中COD、NH3-N、TP等得不到去除，處理出水達不到排放或回用標準［13-15］;(5)部分生產單位忽略了污水中的少量石油類未經處理或石油類含量較高處理不完全，就直接進入污水生物處理單元，雖然出水石油類達標，但在此過程中生物處理系統受到破壞，設備難以正常運行，導致其處理效率降低，設備壽命縮短;(6)一些正在搬遷或機車改組的生產單位，廠區污水水質大大改變，但污水處理工藝未得到更新，導致處理出水不達標或直接停用污水處理設備;(7)污水處理站所配備的管理人員多為非專業人員，設備運行、投藥得不到專業指導，導致設備處理效率低下，設備壽命縮短;(8)污水處理間隔音、通風效果差，工作人員工作環境惡劣，影響工作效率;(9)多數單位污水處理后直接排入市政管網，沒有回用工藝，有回用工藝的單位也未達到較高的回用率。這些問題是導致污水處理不達標、回用率低的直接原因。

針對以上不同問題作以下討論:(1)對于石油類含量高(≥100 mg/L)的鐵路站段綜合和污水可采用兩級氣浮除油，再加上后續生物處理，處理出水可達到排放或回用標準［10-12］，典型處理及回用工藝流程如圖3所示;(2)對于石油類含量較低(≤100 mg/L)的鐵路站段綜合污水只需要采用一級氣浮除油，再加上后續生物處理，處理出水可達到排放或回用標準［15-16］;(3)對于已經沒有含油污水排放的鐵路站段可直接按照生活污水處理設計污水處理回用工藝;(4)對于只處理機車檢修含油污水的站段只需要采用氣浮除油工藝，可根據污水中石油類的濃度決定一級氣浮還是二級氣浮;(5)對于已有氣浮污水處理工藝但石油類不達標的站段可考慮添加二級氣浮除油;(6)對于只用除油工藝處理廠區綜合污水，處理出水COD、NH3-N、SS不達標是必然的，可考慮添加后續生物處理工藝;(7)應為水處理站配備專業人員或定期對工作人員進行指導和水處理專業知識培訓;(8)應為水處理車間做好隔音、除臭，保證工作人員的工作環境。表3針對各鐵路生產單位污水處理、回用問題提出了建議。

表3 典型北方鐵路生產單位污水處理現狀及對策

圖3 典型北方鐵路生產污水處理及回用工藝

4 結論

(1)北方鐵路生產污水，CODCr=100～400 mg/L，B/C=0.3～0.45，NH3-N=5～20 mg/L，石油類含量在50～400 mg/L，pH=7 ～9.5，TP=0.2 ～2 mg/L，BOD5/TN≥8.5，污水經氣浮除油預處理后即可進入生物處理單元，經脫氮除磷、過濾、吸附、消毒即可達到回用標準。

(2)北方鐵路生產污水水量一般為200～800 m3/d，每日污水排放主要在3個時段，9:00～12:00為第1時段，13:00～16:00為第2時段，19:00～22:00為第3時段，其中2、3時段峰值較為明顯;污水處理實際需要的調節有效容積和設備處理能力應至少為其日排放量的22.16%和4.17%，該結論可指導北方鐵路生產單位污水處理設施的設計和運行控制。

(3)目前北方鐵路生產污水處理仍存在著污水處理工藝與污水不匹配、設備老化嚴重、設備更新不及時、污水處理站運行管理欠佳、設備運行得不到專業指導、工作人員工作環境差等問題;大多數單位沒有污水回用工藝，污水處理達標后直接進入市政管網，造成水資源浪費;北方鐵路生產污水應以沉淀→一級氣浮→二級氣浮→生物處理單元→過濾→吸附→消毒工藝為主導，再根據具體情況做出適當調整，處理出水可回用于站房清掃、沖廁、站場綠化、澆灑道路等。

(4)建議加大在水處理、回用上的投資，及時更新設備、改造工藝;加強對工作人員進行污水處理專業知識和業務的培訓、指導，提高駕馭設備的能力;加大監督、管理力度，使污水處理設備管理真正納入設備管理渠道，提高處理效率和達標率;建議根據本調查分析結果有針對性的對目前污水處理、回用技術仍落后的單位進行有針對性的投資和管理;建立污水回用機制，在污水處理工藝基礎上增加回用工藝，減少污水排放量和自來水使用量，建設綠色鐵路，推進鐵路事業的可持續發展。

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Investigation and Analysis on Characteristics of Wastewater Caused by Railway Operation and Treatment Situation in Northern China

DENG Shi-hai，LI De-sheng，LU Yang-yang，ZENG Qi-jing，ZHU Shan-bin
(Municipal and Environmental Engineering Department，School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

The influence of the wastewater from railway operation on the environment has been taken seriously by railway authority and other related departments.Through field investigations on seventeen railway factories in northern China from which the wastewater were discharged，the characteristics of the wastewater caused by railway operation were analyzed qualitatively and quantitatively;also both the pollution index variation and the technical characteristics of wastewater treatment in railway operation were discussed.Further，the current situations of wastewater treatment and reuse in railway operation in northern China were analyzed in detail.Finally，the problems in every kind of railway factory involving the matters of wastewater discharging were pointed out，and the solutions to these problems and some rationalization proposals were put forward.

wastewater cause by railway operation;investigation of current situation;water quality and quantity features;reuse technology

X703.1

A

1004-2954(2013)10-0121-04

2013-03-28;

2013-05-15

鐵道部科技研究開發計劃項目(2011Z003-A)，(2010Z003-B)

鄧時海(1989—)，男，碩士研究生，E-mail:12121127@bjtu.edu.cn。

book=125,ebook=68