铁路沿线站区一体式污水处理系统应用研究

王睿彤

（中国铁路呼和浩特局集团有限公司 计划统计部，内蒙古 呼和浩特010020）

0 引言

随着经济社会的发展，铁路运输辐射面逐步扩大，铁路系统内工业废水和生活污水的水质和去向问题受到高度重视[1]，改善铁路水环境质量、加强污水处理设施建设完善和环保管理工作势在必行。

近年来，我国铁路建设得到快速发展，铁路站段已超过5 000个，并且多数是铁路沿线中小车站，这些中小车站大多地处偏僻，距离市区较远，周边缺乏配套的市政污水收集系统[2]，污水处理规模一般较小，处理不稳定且自动化程度低[3]。随着我国对分散污水治理的不断重视和污水排放提标改造的政策要求，铁路企业对铁路沿线无法接入市政管网的站区污水提出整改要求，须经过处理后排放或回用，这涉及既有污水处理工艺的强化和现状工艺的升级改造问题。一般城市污水处理厂的污水处理工艺规模大、管理要求严格、操作复杂，不适用于铁路站区的小水量。因此，开发研究适合分散、小水量、出水水质稳定、便于完成自动控制，集厌氧、缺氧、好氧功能于一体的新型一体式污水处理设施，实现污水高效、低耗、资源化的处理，将对铁路沿线中小站污水综合利用具有积极的现实意义[1]。

在此，对某铁路局集团公司运营生产污水排放及环保处理设施运行情况进行调查。该铁路局集团公司所辖沿线站区共754个，其中接入市政管网的站区316个，未接入市政管网438个。未接入市政管网的站区大多为直排方式，均需要对污水进一步处理。目前，已装污水处理设施的部分站区存在处理效果不佳、设备易出现故障等情况，难以保证稳定达标的出水水质。

在该铁路局集团公司部分车站新建一体式污水处理设施，采用固定化高效曝气生物滤池技术(Biologi‐cal Aerated Filter，G-BAF)对污水进行处理。通过检测新设施安装前后污水水质的变化，评价污水处理设施及工艺应用效果，为一体式污水处理设施和G-BAF工艺广泛应用于铁路沿线站区污水治理提供参考。

1 铁路沿线站区污水处理现状分析

1.1 车站污水处理现状

以某线路沿线7座车站为调查对象，其中2个车站污水经化粪池处理后排入市政排水管网，1个车站部分污水经土地处理工艺处理后就近排放，其余车站附近无市政管网，经化粪池、厌氧生物滤池处理后排入附近沟渠，用于绿化或草地灌溉。由于处理设施运行不稳定，水质达标排放难以保证，水质一旦变化易对地下水及周边环境产生不良影响，须经过处理后回用或接入市政管网。

根据当地环保要求，5个车站污水需处理后达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级标准或回用。为使出水水质达到该要求，既有污水处理设施及工艺需要进行提标改造。

1.2 污水水质状况

该线日常运营产生污水主要来自站区职工的生活污水，主要污染物为悬浮物、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮、动植物油类等。铁路局集团公司节能环保部门分别对5个车站站区生活污水处理及排放情况展开调查，并对原水(未经处理的污水)进行采样、检测、分析，检测结果执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级标准的限值判定。通过对原水pH、悬浮物、COD、BOD5、氨氮、阴离子(LAS)和动植物油类等污染因子的化学分析可知，A站的悬浮物、COD、BOD5和氨氮超标；B站2号出水口的悬浮物、COD、BOD5和氨氮超标；C站悬浮物、COD、BOD5和氨氮超标；D站和E站的COD、BOD5和氨氮超标，详细数据如表1所示。

由表1可知，原水除B站1号出水口各项污染因子均达标外，其余各站的COD、BOD5和氨氮均超标，A站、B站2号及C站出水口的污水除上述指标超标外，悬浮物也超标，超标率最高可达154%。可见各站区未经处理的生活污水水质较差。

2 污水处理方案比选

部分未接入市政管网的沿线站区已经安装的污水处理设施，主要以间歇式活性污泥法处理工艺(Se‐quencing Batch Reactor，SBR)和厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺(Anaeroxic-Anoxic-Oxic，A2-O)为主，运行效果欠佳。SBR工艺的主要问题是需间歇周期运行，对自控要求高，耗电大，处理效率不高，污泥稳定性不佳。A2-O工艺污泥内回流量大，能耗、基建费、运行费高，运行管理要求高，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。对这3种工艺进行比较分析，详细对比如表2所示。

由表2可知，G-BAF工艺由于占地面积小、投资少、不需污泥回流、出水水质好及去除率高等优点，比其他工艺更适合沿线站区污水处理。

表1 各站区污水原水水质情况

表2 污水处理工艺比对情况

3 一体式污水处理系统概况

3.1 工程概况

根据各站区污水的监测结果及排放去向，选用一体式生活污水处理设施，处理对象为站区生活过程中产生的污水，主要降解污水中的有机污染物、氨氮等对周边环境影响较大的污染物。安装的污水处理设施由碳钢焊制，为一体式的整体结构，是一种模块化的污水生物处理设备，主要以生物膜为净化主体，充分发挥厌氧生物滤池、接触氧化床等生物膜反应器具有的生物密度大、耐污能力强、动力消耗低、操作运行稳定、维护方便的特点[4]。全套设备均可埋入地表下，设备上方地表可作为绿化或其他用地，不需要建房及保温[5]。整个设备处理系统配有全自动电气控制系统，运行安全可靠，平时一般不需要专人管理，只需适时对设备进行维护和保养[6]。噪音低、无异味、使用寿命长、适用范围广、处理效果好。所有处理构筑物池体设置其中，有调节池、G-BAF池、消毒池、清水池，底部设置排泥泵和排泥管定期排泥，污泥排至化粪池，化粪池定期清淤外运，排泥周期按2～3月1次，也可以根据现场实际运行情况确定。现场安装情况如图1所示。

各车站污水经化粪池预处理后，出水进入调节池，经过G-BAF池生物处理后，再经消毒排入清水池贮存，定期清掏，各站区工程概况如表3所示。

3.2 工艺特点

图1 一体式污水处理设施现场安装情况

表3 各站区新建一体式污水处理设施工程概况

G-BAF技术利用物理或化学方法将游离微生物活性限定于一定的空间区域，并使其保持活性、反复利用[7]。优点是微生物密度高，反应速度快，微生物对不同种类废水具有专一性，可降低毒性物质对生物的影响，产物分离简单，抗冲击负荷能力强。

处理工艺核心部分G-BAF池为4级运行模式，第一级为厌氧池，第二、三级均为好氧池，第四级为消毒池。第一、二、三级池内填装采用复合聚氨酯的高效悬浮专用载体，载体中投加高效专用微生物。微生物被固定在大孔网状功能化悬浮载体上，提高了传质速度和生物负载量，可大幅提高污染物降解速度，并自然形成厌氧、缺氧和好氧的微环境，形成有利于脱氮菌群的微环境，提高微生物对游离氨毒性的耐受性，促进同步硝化反硝化，使其能够高效发挥作用，处理效果更好更稳定，处理装置工艺流程如图2所示。

4 一体式污水处理设施处理效果分析

4.1 水质变化情况

污水处理设施经过1个月的运行和调试，状态稳定，出水水质指标具有代表性，铁路局集团公司节能环保部门分别于设施运行1个月、2个月、3个月时对5个车站站区生活污水进行现场采样，并对处理后的污水进行监测，监测数据如表4所示。

通过对设施运行1个月、2个月、3个月后污水的pH、悬浮物、COD、BOD5、氨氮、LAS和动植物油类等污染因子的分析可知，A站、B站1号和2号出水口、C站、D站和E站的pH、悬浮物、COD、BOD5、氨氮、LAS和动植物油类在运行1个月后，各项指标均在《污水综合排放标准》一级标准限值范围内，各污染因子指标均达标。各站区生活污水经过1个月的处理，各项监测指标值比原水大幅下降，处理效果显著，并且运行3个阶段的水质各项指标变化不大，说明污水处理设施运行状态稳定，经过处理的水质稳定。

图2 一体化污水处理装置工艺流程

表4 各站区污水处理设施运行不同时间出水水质情况

4.2 污染物去除效果

为进一步说明污水处理设施运行后的处理效果，在污水处理设施运行3个月后，分别从污水处理设施的入水口和出水口进行采样，并对污水进行水质分析，各站区污水处理效果如表5所示。

由表5可知，该工艺的一体式污水处理设施去除水中污染物的效果显著。其中，悬浮物各站区去除率平均为88.84%，最大值为95.65%；COD平均为77.43%，最大值为95.31%；BOD5平均为93.62%，最大值为98.64%；氨氮平均为98.64%，最大值为99.92%；LAS平均为62.12%，最大值为86.23%；动植物油类平均为90.86%，最大值为97.73%。

可见，G-BAF工艺及一体式污水处理设施在该铁路沿线5个站区小水量污水处理中效果明显，结合其占地面积小、维护运营简单及基建运行维护管理费用低等优点，在地处偏远、水量小的铁路中小站区具有推广应用价值。

5 应用效益分析

5.1 经济效益

一体式污水处理设备选用集成化加工，设备部件均在加工厂流水线作业，出厂为一个完备的污水处理设备[8]，只需在现场连接水电管线即可投入使用，减少了现场的工作量，节约现场施工费用并缩短工期。与传统污水处理设施相比，该项目工程后期维护简单，需要人力物力支撑较少，后期维护管理费用低。同时，污水处理设施每年回收利用水资源，可节约大量新鲜用水费用。按每日处理水量为30 m3计，如果所有污水回用，5个车站污水处理设施年回收利用水量约为6.5万m3左右，按照水费2.8元/m3计，每年可节约水费18万元左右。

表5 各站区一体式污水处理设施污染物去除效率

5.2 社会效益

一体式污水处理设备的广泛应用能够改善原污水区排放造成的环境污染，使地表水体污染源得到管理，避免有毒物质流出；同时，也能够为循环水提供水源，节省水资源，也为农作物的生长提供条件。一体式污水处理设施地上空间经回填土后可种植花卉美化站区环境[9]。项目的实施可改善当地环境，提高卫生水平，有一定的社会效益。

6 结束语

污水处理系统的选型是环境污染治理的一项重要工作，铁路沿线中小车站相对分散，周边基础设施不完善，缺少污水收集和处理系统，而一体式生活污水处理设施具有结构紧凑、占地面积小、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定、便于自动控制等优点[10]，适应这些地区污水排放特点。同时，一体式污水处理设施在投入资金、基建设施、工程建设周期、操作性等方面具有优势[11]，污水处理效果明显，在铁路沿线中小站区具有一定的推广价值。