中国北方铁路生产污水特征分析及处理现状调查研究

邓时海，李德生，卢阳阳，曾琪静，朱善斌

(北京交通大学土建学院市政与环境工程系，北京 100044)

中国北方铁路生产污水特征分析及处理现状调查研究

邓时海，李德生，卢阳阳，曾琪静，朱善斌

(北京交通大学土建学院市政与环境工程系，北京 100044)

铁路生产污水对周围环境的影响得到了铁路部门的高度重视。通过对北方17个铁路生产污水排放单位的现场调查，定性、定量地分析北方铁路生产污水的水质水量特征，探讨生产污水污染指标的变化规律及处理工艺特点;剖析北方铁路生产污水处理、回用现状，指出各铁路生产污水排放单位存在的问题，提出解决方法及合理化建议。

铁路生产污水;现状调查;水质水量特征;回用工艺

随着中国铁路的高速发展，铁路行业对环境的影响也不断加重，研究分析铁路生产污水处理现状及技术特征对保护环境有重要意义。铁路生产污水处理南、北方有较大差别，本文以北方铁路生产污水的处理为研究重点，研究北方铁路生产污水主要来自机务段、机务折返段、客车车辆段等生产车间所产生的污水，货洗所洗车污水，客整所洗刷污水，洗衣房的洗衣污水等，这些污水除含有常规污染物质(如SS、BOD、COD、NH3-N)外，还含有石油类和LAS(阴离子表面活性剂)等难生物降解的有毒有害物质，如不妥善处理排放，将会对周围环境产生污染［1-2］。铁路部门经过多年的努力，不仅站房生活污水得到了有效处理［3-4］，铁路系统的重点污染行业，如机务段、车辆段等以含油污水为主的铁路工业污水也得到了有效的治理［5-9］。

但北方铁路生产污水处理由于建设条件及季节的影响仍有许多不完善的地方。随着水资源的不断减少，将处理后的污水直接排放是一种水资源的浪费。由于污水中COD、NH3—N等常规污染物质含量较普通生活污水低［10］，只需要经过除油过滤后采用普通生物处理，再将生物处理后的污水经过简单的过滤、吸附等后处理，就可以达到在站房清扫、冲厕、站场绿化、浇洒道路等一些水质要求不高的用水点再利用的目的［11-12，14，16］。目前铁路系统对污水处理和再利用还存在着认识不足或没有很好的规划或急于没有合适的回用技术等问题，影响了铁路事业可持续发展的进度［3，12，13］。

为全面掌握北方铁路生产污水水质水量特征及处理、排放和回用现状，明确铁路沿线站段污水排放、回用技术的现状和存在的问题，提出实施污水减排、回用的管理措施，探讨铁路行业实施污水零排放的可行性，铁道部于2011年立项对北方铁路生产单位进行了调查研究。

1 北方铁路生产污水水质特点

共调研17个生产污水产生单位，分别隶属6个机务段(保定机务段、石家庄机务段、丰台机务段、哈尔滨机务段、三棵树机务段、牡丹江机务段)、3个车辆段(天津车辆段、哈尔滨车辆段、三棵树车辆段)、2个客运段(哈尔滨客运段、北京客运段)、3个车辆厂(北京某车辆厂、石家庄某车辆厂、哈尔滨某车辆厂)、1个机车厂(北京某机车厂)和1个动车段(北京动车段)。经过现场调查、取样检测、认真记录，共填写调查表17份。

调查结果显示，铁路生产污水主要来源于内燃机解体清洗产生的含油碱性废水，电机台车轴承煮洗、清洗废水，表处理产生的含磷酸性废水，铸钢、锻造、金属加工乳化液以及其他机加工产生的含油污水和部分洗浴、冲厕等生活污水。北方部分铁路生产单位污水处理站进水或收集系统排放总口水质见表1。

表1 北方部分铁路工厂总口污水水质

从表1可看出，有机污染物浓度普遍低于市政污水水平，大多数污水具有较好的可生化性，B/C=0.3～0.45，预处理后可直接进入生物处理工艺;铁路工厂产生污水中都含一定量的石油类，部分主要生产车间污水石油类含量在50～400 mg/L，污水经除油使石油类含量在20 mg/L后方可保证生物处理单元正常运行;多数污水pH值在7以上，呈弱碱性，主要来自机车解体清洗车间所使用的碱性清洗剂，pH值因受生产班制影响而日变化较大，但一般在7～9.5，最高不超过11，经过简单预处理即可达到生物处理要求;NH3-N、TP浓度较低，BOD5/TN≥8.5，普通生物脱氮除磷工艺即可达到脱氮除磷的目的。

2 北方铁路生产污水水量变化特征

铁路工厂污水主要来自生产，一天内污水水量不均匀性大，污水排放量随着班制而呈现出明显的间歇性。不同铁路工厂因生产性质和规模不同排水量也存在着差异，但污水水量均较小，一般为200～800 m3/d，最高不超过2 000 m3/d(表1)。下面结合8个典型的北方铁路生产单位实际情况分析污水排放(最高日)的不均匀性，如图1所示。

图1 北方部分铁路工厂24 h总口污水排放量监测结果

图1表明，铁路生产污水每日污水排放主要在3个时段，即9∶00～12∶00为第1时段，13∶00～16∶00为第2时段，19∶00～22∶00为第3时段，其中2、3时段峰值较为明显，这与北方工厂班次作息时间相符。可见，污水处理站不设置调节池时所采用的生物处理工艺必须耐受水力负荷冲击能力强，污水提升泵房经常淹没或发生倒灌。污水排放的峰值大小及其持续时间决定了调节池的有效容积。

表2 污水水量变化统计分析

根据表2的统计分析数据，水量日变化曲线见图2。

图2 ξ变化曲线

由图2可知，北方铁路生产单位污水处理实际需要的调节有效容积至少应为其日排放量的22.16%，水处理设备处理能力应至少为该厂污水日最高排放量的4.17%，如此才能将污水处理设备所承受的冲击负荷降到最低，保证处理效率和出水水质，延长设备使用寿命，更不会出现像污水提升泵房淹没或倒灌的现象。该结论可指导北方铁路生产单位污水处理设施的建设和运行控制。

3 北方铁路生产污水处理现状分析

现场调查情况总结见表3。可见，目前铁路生产污水处理主要存在以下问题:(1)处理工艺设计之初未充分考虑水质特征，因污水处理工艺与污水水质不匹配而导致工艺难以正常运行、处理出水不达标;(2)设备老化严重，新的投资不到位，设备得不到及时维护和更新，导致处理效率低下;(3)处理工艺设计之初未充分考虑污水排放的不均匀性，污水处理车间出现淹没或倒灌的现象;(4)铁路生产污水与办公、冲厕等污水混合后统一进入污水处理站进行处理，但很多站段仅采用气浮除油工艺，未添加生物处理工艺，水中COD、NH3-N、TP等得不到去除，处理出水达不到排放或回用标准［13-15］;(5)部分生产单位忽略了污水中的少量石油类未经处理或石油类含量较高处理不完全，就直接进入污水生物处理单元，虽然出水石油类达标，但在此过程中生物处理系统受到破坏，设备难以正常运行，导致其处理效率降低，设备寿命缩短;(6)一些正在搬迁或机车改组的生产单位，厂区污水水质大大改变，但污水处理工艺未得到更新，导致处理出水不达标或直接停用污水处理设备;(7)污水处理站所配备的管理人员多为非专业人员，设备运行、投药得不到专业指导，导致设备处理效率低下，设备寿命缩短;(8)污水处理间隔音、通风效果差，工作人员工作环境恶劣，影响工作效率;(9)多数单位污水处理后直接排入市政管网，没有回用工艺，有回用工艺的单位也未达到较高的回用率。这些问题是导致污水处理不达标、回用率低的直接原因。

针对以上不同问题作以下讨论:(1)对于石油类含量高(≥100 mg/L)的铁路站段综合和污水可采用两级气浮除油，再加上后续生物处理，处理出水可达到排放或回用标准［10-12］，典型处理及回用工艺流程如图3所示;(2)对于石油类含量较低(≤100 mg/L)的铁路站段综合污水只需要采用一级气浮除油，再加上后续生物处理，处理出水可达到排放或回用标准［15-16］;(3)对于已经没有含油污水排放的铁路站段可直接按照生活污水处理设计污水处理回用工艺;(4)对于只处理机车检修含油污水的站段只需要采用气浮除油工艺，可根据污水中石油类的浓度决定一级气浮还是二级气浮;(5)对于已有气浮污水处理工艺但石油类不达标的站段可考虑添加二级气浮除油;(6)对于只用除油工艺处理厂区综合污水，处理出水COD、NH3-N、SS不达标是必然的，可考虑添加后续生物处理工艺;(7)应为水处理站配备专业人员或定期对工作人员进行指导和水处理专业知识培训;(8)应为水处理车间做好隔音、除臭，保证工作人员的工作环境。表3针对各铁路生产单位污水处理、回用问题提出了建议。

表3 典型北方铁路生产单位污水处理现状及对策

图3 典型北方铁路生产污水处理及回用工艺

4 结论

(1)北方铁路生产污水，CODCr=100～400 mg/L，B/C=0.3～0.45，NH3-N=5～20 mg/L，石油类含量在50～400 mg/L，pH=7 ～9.5，TP=0.2 ～2 mg/L，BOD5/TN≥8.5，污水经气浮除油预处理后即可进入生物处理单元，经脱氮除磷、过滤、吸附、消毒即可达到回用标准。

(2)北方铁路生产污水水量一般为200～800 m3/d，每日污水排放主要在3个时段，9:00～12:00为第1时段，13:00～16:00为第2时段，19:00～22:00为第3时段，其中2、3时段峰值较为明显;污水处理实际需要的调节有效容积和设备处理能力应至少为其日排放量的22.16%和4.17%，该结论可指导北方铁路生产单位污水处理设施的设计和运行控制。

(3)目前北方铁路生产污水处理仍存在着污水处理工艺与污水不匹配、设备老化严重、设备更新不及时、污水处理站运行管理欠佳、设备运行得不到专业指导、工作人员工作环境差等问题;大多数单位没有污水回用工艺，污水处理达标后直接进入市政管网，造成水资源浪费;北方铁路生产污水应以沉淀→一级气浮→二级气浮→生物处理单元→过滤→吸附→消毒工艺为主导，再根据具体情况做出适当调整，处理出水可回用于站房清扫、冲厕、站场绿化、浇洒道路等。

(4)建议加大在水处理、回用上的投资，及时更新设备、改造工艺;加强对工作人员进行污水处理专业知识和业务的培训、指导，提高驾驭设备的能力;加大监督、管理力度，使污水处理设备管理真正纳入设备管理渠道，提高处理效率和达标率;建议根据本调查分析结果有针对性的对目前污水处理、回用技术仍落后的单位进行有针对性的投资和管理;建立污水回用机制，在污水处理工艺基础上增加回用工艺，减少污水排放量和自来水使用量，建设绿色铁路，推进铁路事业的可持续发展。

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Investigation and Analysis on Characteristics of Wastewater Caused by Railway Operation and Treatment Situation in Northern China

DENG Shi-hai，LI De-sheng，LU Yang-yang，ZENG Qi-jing，ZHU Shan-bin
(Municipal and Environmental Engineering Department，School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

The influence of the wastewater from railway operation on the environment has been taken seriously by railway authority and other related departments.Through field investigations on seventeen railway factories in northern China from which the wastewater were discharged，the characteristics of the wastewater caused by railway operation were analyzed qualitatively and quantitatively;also both the pollution index variation and the technical characteristics of wastewater treatment in railway operation were discussed.Further，the current situations of wastewater treatment and reuse in railway operation in northern China were analyzed in detail.Finally，the problems in every kind of railway factory involving the matters of wastewater discharging were pointed out，and the solutions to these problems and some rationalization proposals were put forward.

wastewater cause by railway operation;investigation of current situation;water quality and quantity features;reuse technology

X703.1

A

1004-2954(2013)10-0121-04

2013-03-28;

2013-05-15

铁道部科技研究开发计划项目(2011Z003-A)，(2010Z003-B)

邓时海(1989—)，男，硕士研究生，E-mail:12121127@bjtu.edu.cn。

book=125,ebook=68