铁路机车车辆制造业污水治理设施改造技术

翟计红,石玉川,程学营

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

20世纪70～80年代铁路工厂污水治理重点是石油、重金属和酸碱等污染物,以车间点源治理为主；进入90年代由于地面水环境的持续恶化,水资源的日益短缺,许多分布在大江大河沿岸和水资源紧张地区的工厂相继建设了总口污水处理设施,污染物控制指标仍然以石油类、COD、SS等为主,处理工艺基本沿用点源治理的流程：全厂生产、生活污水→粗格栅+提升泵房→调节沉淀隔油池→气浮池→加压泵→过滤→排放或回用[5,6]；隔油池、气浮池污泥处理采用污泥干化场[5,6]或机械压滤(板框压滤机、带式压滤机)脱水。近几年为了贯彻国家“节能减排”的方针政策,大力发展低碳经济和绿色经济,铁路工厂的污水处理设施升级改造进入一个高峰期。污水控制指标也由单纯的有机物、石油拓展到氨氮、总磷等。污水处理工艺由“隔油、气浮”为主,逐步过渡到物化、生化有机结合[7],互为补充的综合工艺,出水水质由达标排放升级为中水回用。在这个过程中，如何客观分析现状污水处理设施的优劣得失,合理利用既有设施的剩余价值,减少改造成本,降低运行费用是改造成功与否的关键。

1 污水水质、水量

1.1 污水水质

机车车辆工厂污水水质的特点因工厂车间的生产工艺和地域特点而异,污水种类一般包括：解体车间清洗用的含油碱性废水,电机、车辆台车日常生产中产生的煮洗、清洗废水,表处理磷化酸性废水,其他机加工含油废水及冲洗厕所等生活废水。

各工厂污水处理站总口或收集系统排放总口水质连续监测数据见表1,综合分析后具有以下特点：①经过点源治理后的有机污染物浓度接近市政污水水平(部分工厂浓度偏低可能与厂区内长距离排放明渠有关,有机物在其中发生沉淀和氧化作用),污水的B/C值0.3～0.45,因此具有较好的可生化性；②机车解体车间可能用到大量的碱性清洗剂,导致该车间排放的废水含油含碱(pH>12),而且受生产班制影响,1 d内pH值变化较大；③氮、磷浓度较低,其中机车修理过程中表处理磷化酸性废水回收利用率直接影响出水总磷含量的高低；④在主要污染物排放车间,石油的含量一般都在500～1 100 mg/L,经过车间点源预处理,石油的含量可在100 mg/L以下。

1.2 污水水量

工厂排水主要为生产过程中产生的污水,排放规律基本与工厂生产班制同步,一般间歇性比较明显,污水排放的峰值大小及其持续时间决定调节池的有效容积。下面结合2个工程实例的48 h具体监测结果,分析污水排放的不均匀性。其中,江南某厂污水处理工程的设计规模为4 000 m3/d,水量监测期间污水量大约3 400 m3/d；华北某厂污水处理工程设计规模为2 500 m3/d,水量监测期间污水量大约2 300 m3/d。

表1 实测各污水处理厂(站)总口进水水质[1,2]

根据图1统计资料,江南某厂一天内只出现一个排水高峰段,持续时间为11：00～19：00,排水高峰期和工厂生产时段基本吻合,需要的最大调节水量239 m3,按照平均时流量计算大约需要1.73 h调节容积,高峰流量偏小,污水量全天排放比较均匀,时变化系数kh=199.88/138.05=1.45。分析原因为：该厂毗邻京杭大运河,地下水位较高,由于管道老化以及雨污分流不彻底等因素,导致地下水进入污水管道,导致全天污水量比较稳定。

图1 江南某厂48 h总口污水排放量监测结果

对图2华北某厂的污水数据分析后发现明显的2个峰值现象,即11：00～15：00为第一时段,17：00～21：00为第二时段,并且第二时段峰值明显大于第一时段。分析原因为该厂居住区和生产区污水收集管网为一个系统,11：00～15：00排放的主要是生产废水,而17：00～21：00为生产废水和生活污水的叠加。在2个高峰期间需要调蓄的水量约500 m3,按照平均时流量计算大约需要5.3 h调节容积。

图2 华北某厂48 h总口污水排放量监测结果

2 既有污水、污泥处理设施存在的问题

现状污水处理设施紧密结合工厂污水排放的规律和污染物的特点,可以较好适应生产废水间歇排放的特点,对COD、SS、石油类具有较好的去除效果,既有主要构筑物功能及特点见表2。大部分污水处理站污泥脱水采用污泥干化场,部分配备机械压滤机,但使用率极低,基本采用自然干化。经过10～20年的运行,对主要污染物的去除效率仍然稳定在一个比较高的水平,但也暴露出许多设计缺陷和运营管理问题。

表2 主要构筑物功能分析

2.1 污泥处置不及时

系统污泥主要产生在调节沉淀池和气浮池,在南方的梅雨季节,污泥干化场的清淘周期远远超过设计预期,大量污泥无法及时排放,池内泥位持续上升,大量油、泥重新上浮进入后续构筑物,导致后续气浮池混凝剂投加量增大,如果进入砂滤罐(池)的污水SS较高,会缩短滤罐(池)的反洗周期,长时间运行会严重影响出水水质。当季节适宜大量排泥时,调节沉淀池会出现排泥不彻底的情况,造成污泥的累积效应。原因是无论潜污泵还是静压排泥都属于集中点排泥,在污泥部分板结,流动性变差的情况下,排泥范围受限制,反应在系统上就是处理效率的下降。

2.2 处理效果不稳定

既有污水处理设施中调节沉淀池最大水力停留时间一般在6～8 h,气浮池水力停留时间大约0.45 h,不考虑活性污泥的影响因素,仅水力停留时间远小于生化处理法。因此经过调节沉淀的预处理,进入气浮池的污水水质变化幅度仍较大,调节池的pH调节和气浮池中的混凝剂投加都属于一种反馈控制,采用人工投加药剂会将滞后作用放大,无法及时有效对应来水水质调整投药量,现场工作人员一般根据工作经验设定一个偏高的药剂投加量,后果是污泥量增加,对提高污染物去除效率的贡献有限。

2.3 功能缺陷

新的污水排放和回用水标准对磷、氮的去除都有明确要求,磷可以通过投加化学药剂形成沉淀物的方式去除,而总氮和氨氮则需通过硝化和反硝化细菌,在缺氧和好氧环境下通过生化作用去除[10],现状污水处理工艺属于典型的物化过程,对总氮去除效率有限,甚至会出现进水氨氮数值低于出水氨氮数值的情况。

3 污水、污泥处理设施改造方案

根据既有污水处理设施的运行情况,改造方案主要包括四方面内容：(1)充分利用原先运行稳定的污水、污泥处理设施,在条件允许的情况下,改造既有隔油沉淀池的排泥设施；(2)增加生化处理环节,实现脱氮功能,提高BOD去除效率；(3)在污水处理工艺中采用了先进成熟的PLC分散和集中相结合的集散型控制系统,提高系统管理水平；(4)建设脱水效率高的污泥机械脱水装置。

2008～2010年,先后对多家类似工厂的污水处理设施进行了提升改造,具体内容见表3,工程已先后通过当地市环保部门的环保验收。为降低污水处理过程的运行成本,污水处理部门也积极开拓思路,增加效益：将隔油池收集的废油,全部回收再加工,作为产品销售给工厂[8]；含油量较高的脱水污泥可以尝试电厂或采暖锅炉焚烧的可能性。

表3 改造工程实例

4 结论

总之,污水处理设施的技术改造在铁路工厂的推广是以降低运行成本为前提的,运行稳定,管理简单是首先需要考虑的问题。既有处理设施必须强化对石油、酸碱、SS的去除功能；新建处理设施一般应包括生化功能模块,适当降低污泥负荷,提高系统抗冲击负荷能力,代表性工艺有CAST、氧化沟、接触氧化等,其中SBR及其改进型由于构筑物数量少,占地面小,在工厂用地紧张的情况下比较有优势；三级处理可根据工程投资,技术管理水平采用砂滤、曝气生物滤池[9]、膜过滤[4]等工艺。

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[4] 王 彦,陈为民,王连俊.北京二七机车厂再生水回用工程[J].中国给水排水,2002(9)：82-83.

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