铁路动车段废水污染物特性及处理工艺分析

段建国

（中国铁路武汉局集团有限公司计划统计处，湖北武汉430071）

0 引言

随着国民经济和铁路建设的迅速发展，目前我国铁路站段已超5 000个，且多为中小车站［1］，铁路站段由于一般远离城市中心，每日产生的大量生产生活废水难以直接接入市政污水收集系统［2-3］。对于建设较早的大型铁路废水处理站段，处理设备和材料长期同污染物接触导致腐蚀严重，设备现状已难满足废水处理需求，导致大量未达标污染物排入市政下水道，给地区环境带来不良影响。随着国内环保要求不断提高，铁路动车段污染物处理的监督及要求也愈发严格，选择合适的处理工艺显得尤为重要。对动车段废水污染物特性、处理工艺的科学认知，可为污染物高效、经济、资源化的处理提供重要参考。

1 动车段废水污染物处理现状

动车段污水处理站废水污染物排放种类可分为污水、臭气、污泥3种。

以某动车段为例，其污水处理系统建于2009年，设计处理工艺流程为:生产含油污水→隔油池→浮油吸附机→活性炭吸附→提升井→出水；生活、集便污水→厌氧池→化粪池→提升井→出水。该系统自2009年运行以来，由于处理流程简单，导致污水排入市政管网时，氨氮指标超标，2018年监测数据显示高达219 mg/L。此外，该动车段未对臭气和污泥进行有效处理。

某新建动车所，其污水处理系统建于2019年，含油污水经调节、沉淀、隔油、气浮、过滤、消毒处理之后用于中水系统；高浓度集便污水则经过厌氧池预处理之后，同生活污水一同进入SBR池进行处理。该系统在经过一段时间的试运行及调试后，污水处理效果基本能达到《污水排入城市下水道水质标准》，但发现SS、COD、氨氮和石油类等指标处理效率偏低，臭气和污泥没有经过处理直接排放。

某动车段动车组集便污水采用厌氧池进行预处理后与段内其他生产生活污水混合处理后经总口排放，其污水排放实测数据见表1。由表1可知，动车段污水排放除氨氮指标未达标准外，其余均达标，排口污水氨氮浓度较高且波动幅度较大。在冬季，温度较低的南方地区及北方地区，低温条件下污水处理工艺中反硝化脱氮能力有限，加之动车段污水碳氮较低，氮的去除尤为困难。

表1 某年某动车段排放的污水检测数据一览表

因此，结合某动车段的实际情况选择合适的处理工艺，提高污水处理的达标率，对减少污染物的排放及对周边环境的影响、促进经济与环境相协调的可持续发展具有良好的社会效益。

2 污水处理工艺分析

2.1 污水特性

污水主要包括生产含油污水、列车集便污水、食堂餐饮污水和生活污水等。其中含油污水的特点是石油类物质浓度高且具有一定色度、气味，比水轻，难降解。列车集便污水具有明显的“四高一低”的特性，即氮含量较高，氨氮和总氮平均值在1 000 mg/L以上；COD含量较高，平均值在3 000 mg/L左右；固体悬浮物（SS）含量较高，平均值在1 500 mg/L左右；磷含量较高，平均值在100 mg/L以上；碳氮比较低，通常在1.0以下。脱氮是该类污水处理的重难点［4］。而餐饮污水和生活污水同市政污水相近，污染物浓度相对较低。

厌氧池（化粪池）对集便污水的污染物去除率见表2 ，污水经厌氧池后COD、TP和SS等监测指标的含量降低，但对氨氮和TN没有处理效果，因此动车段污水处理的主要对象是氨氮和TN。

表2 厌氧池对集便污水的污染物去除率 %

2.2 常规污水处理工艺的适应性

目前污水常见脱氮工艺有物化法和生物法。物理脱氮主要包括挖掘底泥、增加曝气量、使用沸石等方法；化学脱氮主要包括湿式氧化技术、电化学技术、离子交换法、吸附法等方法［5］。物化法脱氮对工艺和设备要求较高，且容易造成环境二次污染，故对于集便污水及生活污水等其他污水，推荐采用生物脱氮工艺。生物法脱氮主流工艺包括A/O脱氮工艺、SBR工艺、传统活性污泥法工艺、氧化沟工艺、生物膜法工艺等，各个工艺应用于动车段污水处理的适应性对比见表3。

表3 常规生物法脱氮工艺适应性对照表

铁路动车段污水处理具有规模小、用地紧张、高COD、高氨氮等特点。传统活性污泥法、氧化沟工艺对污水COD、氨氮具有较好处理效果，出水COD一般可降至150 mg/L以下，氨氮可降至45 mg/L以下，但这2种工艺均存在占地大、能耗高、反硝化脱氮困难的不足，出水总氮含量均值在450 mg/L左右。A/O脱氮工艺、SBR工艺以及生物膜法工艺均具有抗冲击负荷强，处理效率高，占地小、反硝化脱氮效果良好的优点，这3种工艺在将污水COD降低至150 mg/L以下的同时，可将污水氨氮含量降至30 mg/L以下，总氮含量降低至50 mg/L。其中A/O工艺存在脱氮效果难以进一步提升的缺点，生物膜法则受地域及气候等条件影响，应用范围存在局限性，SBR工艺由于运行精度高，设备维修管理较为困难。

3 臭气处理工艺分析

3.1 臭气特性

动车段污水处理站中常用工艺单体有:厌氧池、提升泵井、A/O生物池，污泥浓缩机房多为敞开式，是主要臭气源。臭气中氨、硫化物等有害有毒气体对污水处理站工作人员及周围居民健康危害较大，臭气对金属设备、管道、电器等具有一定腐蚀性，故对污水处理过程中产生的臭气进行无害化处理十分必要。铁路动车段污水处理站由于总体规模较小，其臭气处理量具有量小、集中的特点。

3.2 常规臭气处理工艺的适应性

市政污水处理厂常规臭气处理工艺主要有含物化法和生物法等。物理除臭指通过物理手段将臭味转移或稀释的方法，常用工艺有活性炭吸附法和稀释法［9］。化学除臭指通过化学反应消除恶臭物质，常用工艺有湿式化学吸收法、臭氧氧化法、电离法［10］。生物除臭指利用微生物新陈代谢将恶臭物质加以氧化分解除臭，常用工艺有生物过滤法和HBR法［11］。臭气的不同处理工艺应用于动车段污水处理站臭气处理的适应性对比见表4。

动车段集便污物在厌氧池处理过程中产生的臭气具有量小、集中的特点。物化法中活性炭吸附法、湿式化学吸收法因除臭产品需要经常更换，导致运维烦琐、成本高；稀释法由于未能从根本上去除臭气，除臭效果有限；臭氧氧化法存在安全风险高、成本高的问题。HBR法处理效果好，但技术专利购买成本过高。电离法和生物过滤法相对而言则均存在运行维护管理方便、设备简单、建设成本低、工艺成熟、除臭效果好等优点，二者中电离法运行能耗相对较高。

表4 臭气的不同处理工艺适应性对照表

4 污泥处理工艺分析

4.1 污泥特性

动车段污水处理过程中会产生污泥，污泥中含有大量病菌、微生物、寄生虫，有机物高度浓缩、易腐化，不经处理极易造成二次污染，对污水处理站中的污泥进行处理、处置十分必要。铁路动车段污水处理站污泥具有量小、集中、来源单一的特点。

4.2 常规污泥处理工艺的适应性

市政污水处理厂常规污泥处理工艺包括浓缩、稳定、调理、脱水等。污泥浓缩指通过体积压缩，使污泥含水率下降。污泥浓缩的主要对象是吸附水和毛细水［12］。污泥稳定指在降低污泥易生物降解有机成分、灭活微生物同时降低污泥含水率［13］。污泥调理指通过改进污泥脱水性能，提高脱水后污泥含固率，减少运输和最终处置费用［14］。污泥脱水指通过进一步降低浓缩后污泥的含水率，便于污泥运输和下一步处置［15］。污泥的不同处理工艺应用于动车段污水处理站污泥处理的适应性对比见表5。

污泥稳定和调理过程中均存在会使污泥增量的缺点，不适用于动车段污水处理站污泥量小的特点；污泥浓缩工艺存在单独使用难以将污泥含水量降至标准要求的问题；污泥脱水工艺可将污泥含水率降至标准要求以下，但单独使用则存在能耗高的问题。

表5 污泥的不同处理工艺适应性对照表

5 对铁路动车段污水处理站处理工艺的建议

5.1 自建污水处理站处理后达标排放

当铁路动车段设置在远离城市地段、周边无配套市政污水管网及污水处理设施可利用时，动车段所排放的污水需要自行收集处理达到当地排放标准后就近排放，污水处理站建议采用如下工艺:

（1）污水处理工艺。铁路动车段污水处理的关键在于脱氮，A/O脱氮工艺相较其他脱氮工艺具有操作简便、运行费用较低、脱氮效果可靠等优点，但该工艺脱氮效率难以进一步提升。目前，国内外研究部门已探索出以生物菌剂负载生物膜的新型高效脱氮污水处理技术，在铁路工程建设中已有应用案例。因此，铁路动车段污水处理工艺建议采用“A/O脱氮工艺+生物菌剂负载生物膜”组合工艺，以满足今后更高污水排放标准的要求。

（2）臭气处理工艺。铁路动车段污水处理厂除臭量小、集中，对工艺稳定、效果要求较高。生物滤池法除臭工艺流程简单成熟、经济实用，是动车段等铁路污水处理场除臭工艺的合理选择。

（3）污泥处理工艺。铁路动车段污水处理厂要求能够在短时间内有效地解决污泥处理问题，必须使污泥在厂内实现最大程度的减量化、无害化和稳定化。从处理效果和经济成本两方面考虑，建议采用“重力浓缩+机械脱水”组合的污泥处理工艺。

5.2 污水经预处理后排入城镇排水系统

当铁路动车段所在地周边城市污水处理厂及污水收集管网配套较为完善时，动车段污水处理建议采用将集便污水优先采用多段厌氧预处理后，汇同其他污水一并排入城市下水道的工艺方案，此方案可充分利用城市污水处理设施专业化运行管理的优势，在确保污水排放满足环评要求的同时可以大大降低铁路运输企业的日常运行管理成本，具有显著的环境效益和经济效益。

6 结束语

铁路动车段废水污染物处理应以污水处理站污水、污泥和臭气处置的达标排放为目标，将其作为铁路动车段废水污染物处理工程设计、运营、维护的依据和参考。铁路动车段废水污染物处理工艺的选择应遵循安全可靠、技术先进成熟、绿色环保、经济适用及充分利用城镇市政排水设施的原则，不断探索新的、适应性更好的处理工艺，提高铁路废水污染物处理效果和效率。