铁路沿线站区小水量生活污水处理工艺效果比较研究

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 010050）

0 引言

随着社会的发展，国家对水环境保护越来越重视，污水处理后排放标准的执行日益严格，城镇环保部门对铁路生活污水排放标准提出了更高的要求。国家发展和改革委员会、科技部、工业和信息化部、生态环境部等十部门联合出台《关于推进污水资源化利用的指导意见》(发改环资〔2021〕13 号)[1](以下简称“《意见》”)，该《意见》对城镇生活污水、工业废水、农村污水资源化利用提出了要求，旨在全面推进污水资源化利用，促进解决水资源短缺、水环境污染、水生态损害的问题。《意见》明确提出，到2025年，基本满足当地经济社会发展需要的县城和城镇污水处理能力，全国污水收集效率明显提高。水环境敏感地区污水处理基本实现提标升级；全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上，污水资源化利用政策体系和市场机制基本建立；到2035年，形成系统、安全、环保、经济的污水资源化利用格局。

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，多数为中小车站。这些中小车站大多距离市区较远，周边缺乏配套的市政污水收集系统[2]，站区内职工较少，生活污水水质和水量不稳定，氨氮含量较高，有机物含量较少，呈现出碳氮比低的水质特点，对此铁路采取了多种措施解决污水问题并取得了一定成效，但随着污水排放标准要求的提高，如何进一步采用适用且有效的污水处理工艺是需要解决的课题。本文基于对铁路沿线中小站区生活污水特性及处理的调研，通过对当前主要污水处理工艺的比较分析，提出铁路沿线小水量生活污水的处理工艺选择建议。

1 铁路沿线生活污水特点

铁路沿线生活污水是指车站、站区等在日常生活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣水、洗澡水、食堂厨房排水，以及办公、住宿场所的排水等。近年来，环保部门在环评审批时对铁路沿线站区污水排放的要求日益严格，需处理达标(多为《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2020)后排至贮水池或回用，这一标准的环保要求给铁路中小站污水处理带来挑战。以某铁路局集团公司为例，根据统计资料和现场调研，铁路沿线生活污水特点如下。

（1）污水量小，水质变化较大。该单位铁路沿线中小站区职工少，污水产生量小，一般为10～20 m3/d，在中午和下午各有1 个峰值，晚上污水量小。由于水量小且波动大使水质情况不稳定，变化大[3]。

（2）碳氮比低，氨氮值高。由于站区人员少，生活污水多以粪尿水为主，导致水质含氮量高。据统计，铁路中小站区生活污水COD 一般为50～220 mg/L，碳氮比偏低，一般小于3[3]。

（3）地处偏远，不具备接入市政管网条件。铁路小站由于地处偏僻，距离市区较远，污水排放无法接入市政污水管网，产生的生活污水一般经沉淀等处理后排放。

综上，由于铁路中小站区大多所处位置偏僻、人员少，如果采用传统的污水处理工艺，一旦设施出现故障则难以及时处理；同时，由于水量小，传统污水处理工艺难以高效发挥作用且运行耗电量较大，运行成本较高[4]。

2 铁路运输行业常用生活污水处理工艺

目前铁路沿线中小站区已有的污水处理工艺多样，有化粪池、厌氧滤罐、氧化塘、土地处理装置等，但在处理效果、出水水质、工艺流程、设备先进性方面仍需提高。据调研，站区已使用的污水处理工艺主要有SBR、MBR、BAF、A2/O、AO、氧化塘、周期循环活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，CASS)等或几种工艺的组合，现针对其中最常用工艺的应用效果进行比较，分析何种工艺更适合铁路沿线中小站区的实际情况。

2.1 氧化塘法

氧化塘法，也称生物塘或稳定塘，是自然形成或经人工改造的池塘，利用塘中菌类、藻类、微型动物和植物的自然生态系统对污水中的污染物进行净化，实现了无动力生活污水的净化过程[5]，工艺流程如图1所示。

图1 氧化塘法处理工艺流程

2.2 G-BAF法

G-BAF法，即固定化高效曝气生物滤池技术，是利用物理或化学方法将游离微生物限定于多孔网状复合聚氨酯的高效悬浮专用载体中[6]，使微生物高度富集，能够保持其活性、反复利用，可大幅提高污染物降解速度，并在载体内部自然形成厌氧、缺氧和好氧的微环境，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。该处理工艺核心部分G-BAF 池分厌氧池、好氧池、好氧池、消毒池4级运行模式[7]，处理工艺流程如图2所示。

图2 G-BAF法处理工艺流程

2.3 A2/O-MBR法

A2/O法即厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺，是一种常用的污水生化处理工艺，具有良好的脱氮除磷效果，可用于二级或三级污水处理及中水回用。该工艺将传统活性污泥池分为3 个池，通过控制不同的曝气方式，使3 个池分别以厌氧菌、缺氧菌和好氧菌为优势菌在不同的池中产生反应，各池之间又相互作用，可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮和生物除磷。

膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)法是将膜分离技术与生物技术有机结合[8]，其最大特点是利用膜组件替代常规活性污泥法中的二沉池[9]，对悬浮固体和浊度有着良好的去除效果，在膜渗透原理作用下，可使活性污泥中大分子溶解性物质和微生物絮体被截留，最终实现泥水高效分离，也可使反应器中微生物保持高浓度、高活性，减少污水处理设施占地面积，减少剩余污泥产生量。

将上述2 种工艺相结合可有效提高污水处理效率和出水水质稳定性，提高水质达标率，工艺流程如图3所示。

图3 A2/O-MBR法处理工艺流程

2.4 SBR法

SBR法即间歇活性污泥法，是一种采用间歇曝气的方式进行污水处理的技术。工艺的主体是一个活性污泥池，在该活性污泥池内依次完成污水进水、揽拌曝气、静置沉淀、出水和闲置，通过控制曝气方式来改变活性污泥的生长环境，厌氧、缺氧和好氧反应在同一个池内发生，工艺流程如图4所示。

图4 SBR法处理工艺流程

3 生活污水处理工艺应用效果

3.1 氧化塘法

氧化塘法可缓解污水直接排入环境对周边造成的污染，对个别地区解决用水紧张有一定的意义。结合国内一些应用经验，氧化塘对污水的处理效果如表1所示。

表1 氧化塘工艺处理效果[10]

由表1 可知，氧化塘法对悬浮物(SS)的去除率为84%左右，对COD、BOD5、氨氮和油类的去除效率不高，分别为65.08%、62.35%、50.98%和60.36%。

3.2 G-BAF法

对该单位部分使用G-BAF法进行生活污水处理的站区进行调研。在污水处理设施运行3 个月后，以其中某一站区为例，从污水处理设施的进水口和出水口进行采样，并对污水进行水质分析，站区污水处理效果如表2所示。

表2 G-BAF工艺处理效果

由表2可知，该工艺去除水中污染物的效果显著。其中，悬浮物(SS)去除率为95.65%，COD 去除率为95.31%，BOD5去除率为98.64%，氨氮去除率为99.92%，油类为84.21%。G-BAF 工艺在生活污水处理中效果明显[7]。

3.3 A2/O-MBR法

A2/O 与 MBR 工艺相结合，在发挥A2/O 脱氮除磷优势的同时，能够保证出水的泥水高度分离，可实现出水水质稳定、污染物指标去除率高等。该工艺目前应用范围广，对生活污水的处理效果如表3所示。

表3 A2/O-MBR工艺处理效果分析[11]

由表3 可知，该工艺对COD 的去除率为90.96%，对BOD5的去除率为95.41%，对氨氮的去除率为98.09%，A2/O-MBR 工艺在生活污水中的处理效果显著。

3.4 SBR法

我国自20 世纪80 年代开始对SBR 工艺开展研究以来，很多城镇污水处理厂和企业广泛使用该工艺，工艺对生活污水的处理效果如表4所示。

表4 SBR工艺处理效果分析[12]

由表4 可知，SBR 工艺对SS 去除率为94.00%，COD去除率为86.86%，BOD5去除率为94.00%，氨氮的去除率为39.33%，该工艺对氨氮的去除率低。

4 铁路沿线小水量生活污水处理工艺选择分析

铁路沿线中小站区大多地处偏远，交通不便利，人员稀少，污水量小，来源分散。建议污水处理工艺的选用以一体化和集约化、安装方便、操作简单、自动化程度高、占地面积小为宜。通过对以上几种常用工艺的比较分析可总结如下。

（1）氧化塘构造简单，维护管理方便，一般就地取材，基建投资少，无电动设备，可节省能源，后期运行成本低。但是，其缺点是占地面积大，大多利用天然自净功能去处理污水，处理效果受天气等因素影响较大，可能引起周围污染。出水处理效果不稳定，难以达到回用水标准[5]，不适用于小水量生活污水的处理。

（2）A2/O 工艺是当前脱氮除磷效果最好的工艺，但对土建工程要求高，需具备足够大的土建污水池，当池深达到5～6 m时，其脱氮除磷效果可发挥至最佳，是大型污水处理厂的首选工艺。但是，如果应用于一体式装置中，因反应池深度有限，其脱氮除磷效果的发挥受到影响。此外，设备占地大、机械部件多、日常运转程序繁杂、故障率较高，此工艺更适用于中大型城镇污水处理厂。

（3）MBR工艺的优点是处理效率高，出水水质稳定优良，占地面积小，自动控制容易实现，操作管理简便[13]。该工艺通过使用膜技术，利用渗透原理将废水进行固液分离，替代了传统工艺中的二沉池，作用是将污泥中有用的活性菌和有机分子截留，防止其流失，间接提高反应区的效率，但该工艺中膜及膜组件属于耗材，前期投资高，后期2～3 年需更换1 次，维护费用高；使用中膜材质易堵塞、易被坚硬物划破，还需额外配置膜的防护罩和药洗装置，此工艺适用于对水质要求高的单位或城镇污水处理厂。

（4）SBR 工艺核心反应区仅有1 个土建污水池，池中放置大量活性污泥，通过对污泥进行间歇式曝气使泥中同时具备厌氧菌、缺氧菌和好氧菌，但因所有过程都在一个池中进行，无法很好保证厌氧菌、缺氧菌和好氧菌的交替工作。因此，该工艺在大型污水处理厂或一体式装置的应用中，脱氮除磷效果较差，并且对自动化的控制水平要求高，此工艺适用于处理水流不连续、间断性排水的污水。

（5）G-BAF工艺采用新型的比表面积极大的高分子材料作为载体，将经过提纯的具有特异性高效微生物填充其中，可有效替代活性污泥，并且比活性污泥具有更高的活性和净化效率，微生物负载量显著提高，可缩小反应器的体积、减少占地面积。由于载体微孔多，微生物被固定在其中，内部形成多个微型的反硝化反应器，故而在同一个反应器当中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，对氨氮、总氮有较高的去除率。同时，可有效防止微生物的流失、减少微生物用量、提高生物处理效率。由于该工艺采用固定化微生物载体，厌氧和好氧同时存在，微生物呈现分层和分群现象，生物链长，污泥产生量少，没有污泥膨胀的问题，不需要污泥回流，运行维护管理简单。G-BAF工艺对于处理小水量污水具有优势且处理效果明显，可以在地处偏远、水量较小的铁路中小站区推广应用[7]。

5 结束语

针对铁路沿线中小站区污水水量小且碳氮比低、氨氮高等特点，工艺选择应考虑采用高度浓缩、提纯、针对性强的高效菌；设备选择应侧重一体式、集装箱式、集约化、模块化的处理设施，处理水量可灵活调节，占地面积小，基建周期短。针对铁路沿线中小站区分散、地处偏僻等情况，工艺及设备的选择需保证运行操作简单、维护保养简便易行，自动化程度高。因此，从长远来看，高效曝气生物滤池体积调控灵活，可采用新型材料为活性污泥替代品承载微生物，在铁路中小站区生活污水处理中具有一定的推广应用价值。