铁路列车高浓度集便污水提标改造及案例分析

石嵘，段飞龙，郝明，高美佳

（中国铁路北京局集团有限公司北京铁路疾病预防医学研究中心，北京 100038）

人们在生产生活中会向自然水体排放工业废水、生活污水，可能会污染自然水体并影响其自净能力，导致水环境恶化。由于水的流动性较强，在经过自然水体循环后，可能造成进一步的工农业污染问题，存在着危害人体健康的风险[1]。水污染问题是一个世界性难题，使用合理而有效的水处理技术对改善水环境污染、保障人民用水安全、缓解我国水资源紧缺与经济高速发展矛盾、减少碳排放[2]等具有重要意义。铁路一直将深入推进绿色发展作为重要的发展方向之一，但目前仍有部分铁路重点排污单位存在无法稳定达标排放的情况。因此，研究铁路既有污水处理设施、工艺及管理运作中存在的问题并提出有效整改方案至关重要，本文结合铁路某动车段高浓度集便污水排放处理的提标改造实例，提出铁路高浓度集便污水处理的实施方案。

1 铁路高浓度集便污水处理概况

1.1 高浓度集便污水的水量特点

列车污物箱高浓度集便污水在列车停靠或整备时，使用地面固定式真空卸污系统将集便污水输送至化粪池储存待后续处理，而集便污水的水量是后续污水处理站设计的一个关键参数，决定了铁路站段污水处理设施的设计处理能力。

列车卸污产生的集便污水量与列车运行时间段、时长、列车类型及集便器形式等有关。根据相关调查研究，硬座列车人均使用厕所次数为0.25次/h，卧铺列车人均使用次数为0.33次/h。目前，我国铁路客运中主要为动车组列车，大多为昼间运行，单程运行时间在4 h以内的动车组列车人均使用次数为0.2次/h，单程运行时间4 h以上的使用次数为0.25次/h[3]。同时，我国列车集便器采用用水量较小的真空集便器或压力冲水式集便器。真空集便器1次冲水量在0.25～0.5 L，压力冲水式集便器1次冲水量为0.5 L[3]。

铁路站段内集便污水总量根据每天停靠站段整备作业的列车数量、列车运行时间、列车污物箱大小及数量确定。

1.2 铁路高浓度集便污水的水质特点

列车集便污水的水质特点决定了铁路站段内后续污水处理的工艺，是铁路站段污水处理工程的另一个重要设计依据。铁路行业因采用真空负压系统收集和转运列车集便污水，产生的污水较常规的生活污水呈现出高有机物、高悬浮物(SS)、高氨氮、高磷、低碳氮比的“四高一低”特点，列车集便器污水水质如表1[3]所示。

王社平等[4]测定城市生活污水的COD浓度为187.9～464.18 mg/L、氨氮浓度为27.73～51.64 mg/L、总磷的浓度为3.68～7.02 mg/L。由表1结果可知，高浓度集便污水的COD浓度是城市生活污水的2～37倍，氨氮是生活污水的20～144倍，总磷浓度是生活污水的8～54倍。随着国家和地方排放标准的不断提高，总氮、总磷等污染物排放也被纳入控制指标，部分既有铁路污水处理设施工艺不满足城市纳管要求，需做进一步的处理。

表1 列车集便器污水水质浓度范围

1.3 铁路高浓度集便污水既有处理情况

1.3.1 污水处理工艺

随着国家和地方标准的不断提高，铁路动车段(所)高浓度集便污水排水需满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)的排放要求，铁路行业部门结合实际情况主要采取了以下处理工艺。

（1）部分既有站段因建设时间较久，高浓度集便污水一般与生活污水、生产废水管网系统合建，污水经过混合后处理。因混入大量的低浓度生活污水和生产废水，合流水质COD浓度一般在500 mg/L左右，氨氮、总氮浓度一般为100 mg/L左右[5]，降低了污水处理站的处理难度，既有站段一般采用常规的A/O、氧化沟或SBR工艺进行处理[6]，虽然站段的出水COD及氨氮浓度满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)的排放标准，但总氮、总磷的排放存在超标风险。

（2）对于部分新建站段或既有站段提升改造，结合环保行业内高浓度氨氮废水处理的成果经验，目前铁路环保行业高浓度集便污水与生活污水、生产废水的混合水可采用MBBR工艺进行处理，可有效去除污染物中总氮、氨氮及部分总磷[7-8]，保证系统正常稳定运行。单独的集便污水可采用厌氧氨氧化(ANAM‐MOX)工艺等新型工艺[9-10]，该工艺可有效降低低碳氮比高浓度废水因额外增加药耗等产生的费用，但同时因动车段(所)集便污水量较小且水质水量波动大，工艺的适用性需深入研究。

1.3.2 污水排放途径

以北京某动车段污水处理为例，北京地区污水排放需满足北京市地方标准《水污染物综合排放标准》(DB 11/307—2013)的相关要求。目前污水排放途径主要为公共污水处理系统，即市政管网，各站段的污水排放各项指标基本可以实现达标排放，但总氮、总磷处理效果不稳定。对于部分站段污水没有纳管条件时，污水需再经过深度处理，满足回用标准后用于站段内生产、绿化、冲厕等。

1.3.3 污水排放存在问题

随着铁路建设和环保要求的不断提高，在国家“双碳”政策下，铁路高浓度集便污水处理和排放的技术经济性、运行稳定性等方面面临巨大挑战。铁路动车段(所)建设一般“近城不进城”，周边一般未配套完备的市政管网系统，如果铁路站段自建污水处理设施，由于其处理规模不大，不仅建设成本大且运营维护成本高。此外，铁路动车段(所)的高浓度集便污水属于低碳氮比污水，采用常规的污水处理工艺需额外投加碳源，污水处理站运维的整体费用较高，不符合国家“双碳”政策[11]。

2 实例与分析

2.1 污水中污染物特性

以北京某动车段为例，对其污水的日常环境监测指标包括pH值、化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、总磷、总氮和氨氮。动车段内污水的污染物特性因污水来源不同而存在差异。经过对原水的监测分析，各项污染物检测结果如表2所示。

从表2可以看出，该动车段内不同来源污水混合后的原水，其污染物指标在浓度上有差异，其中生活污水、生产废水、洗涤污水的水质差异性较小；污染物浓度主要来源于高浓度集便污水。污水处理站提升改造的主要目标污染物为氨氮、总氮及总磷。

表2 不同来源原水中各项污染物检测结果

2.2 污水站处理工艺与实际处理效果

以该动车段为例，随着北京市地方标准的不断提高，原有的氧化沟工艺在氮磷处理上存在不达标现象，针对原水高氨氮、高总氮、高总磷的污水污染物特性，对原有的污水处理工艺和设施设备进行改造。

根据环保行业同性质高浓度氨氮污水处理的经验，改造后采用以“MBBR+高效沉淀池”为核心的处理工艺，其中MBBR工艺用于去除废水中COD、氨氮、总氮及部分总磷，后端高效沉淀池通过添加PAC、PAM及污泥回流等深度除磷。工艺整体运行稳定，维护简单，无二次污染，是针对该动车段污水特性进行改造的最佳技术路线[11]。改造前后出水指标比较如表3所示。

表3 某动车段改造前后出水指标比较

从除氮角度看，改造前氨氮、总氮处理效果不佳，存在着超标风险；改造后，氨氮、总氮处理效果好，可以稳定达标排放。从除磷角度看，改造前总磷排放不能满足要求，改造采用的“MBBR+高效沉淀池”工艺后，总磷去除效果大幅度提高，处理效果稳定。

3 结束语

通过某动车段污水排放处理提标实例可知，日常污水排放监测中高浓度集便污水的超标主要集中在总磷、总氮、氨氮，建议将整改重心集中于总磷、总氮、氨氮的处理控制，结合排污单位自身污水特性来调整和改造相应的污水处理工艺，以集便污水为主要污水来源的，因污染物浓度高、污水处理量大，可以选择MBBR工艺加以解决。