铁路站段生产污水处理及污水资源化利用的经济效益分析

李德生，邓时海，卢阳阳，曾琪静

(北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)

铁路机务段、车辆段等站段所产生的生产污水多以含油污水为主［1，2］。站段污水处理后未经资源化利用直接排入站段附近的江河沟渠或市政排水管网，是一种资源浪费，因此研究其污水资源化及其经济效益具有重要意义。

铁路站段生产污水通过资源化处理，可应用于站房清扫、冲厕、站场绿化、浇洒道路等一些水质要求不高的用水点。目前铁路系统对污水处理后资源化利用还存在处理技术不够成熟、控制指标不够明确、处理成本相对偏高、回用工程不完善等问题，同时也存在着认识不足、缺少合理规划等问题［3-6］。这些问题的存在对铁路事业的可持续发展将产生不利影响［7-9］。

本研究针对我国铁路主要站段的生产污水的处理现状及污水资源化进行现场调查分析，提出合理的污水资源化方案，并从经济效益分析入手探讨铁路站段生产污水资源化的重要性，以及铁路行业实施污水零排放的可行性，从而为绿色生态铁路的可持续发展提供技术支持。

1 生产污水处理

1.1 生产污水水质分析

目前各站段仅对含油生产污水的石油类、COD、SS、氨氮和pH 值等指标进行检测。

表1 为典型站段的水质调查。

表1 铁路部分站段生产污水水质 ρ/(mg·L -1)

从表1 可知，铁路各站段含油生产污水水质无较大差别，主要以石油类、COD、SS 等为主要污染物，其污染物浓度范围分别为57～300 mg/L，200～400 mg/L 和50～200 mg/L。

1.2 生产污水处理工艺特点

表2 铁路部分站段生产污水主要处理工艺

表2 表明，铁路站段生产污水处理主要以气浮工艺为主［10，11］，处理出水大多直接排放到市政管网。从现场调查发现，个别站段处理后出水回用效果不理想，其主要原因是出水水质不稳定，除油不彻底，难以实现长期稳定地用于生产或绿化。

2 生产污水资源化利用的可行性分析

以典型站段用水量与污水处理量为研究对象，分析铁路站段生产污水资源化利用的可行性。表3 为铁路典型站段日用水量和排污量统计。

由表3 可知，典型铁路站段每日消耗的自来水量主要分布在车间检修、绿化用水和办公场所用水，生产污水水量较小。根据现场调查发现，站段污水污染物以石油类为主，有机物和氨氮浓度偏低，污水虽得到处理，但目前污水处理仍存在一些问题:(1)由于设备老化，污染物处理效率偏低;(2)以气浮除油工艺为主，COD 和氨氮的去除率偏低，处理出水难以达到排放和回用标准;(3)污水处理工艺未随站段改造更新，导致处理出水不达标或直接停用;(4)污水处理站运行管理不规范，导致设备处理效率低下，设备寿命缩短;(5)污水回用设施不够完善，未充分实现污水资源化利用;(6)对污水资源化利用缺乏充分的认识和评估。总之，站段污水处理后实现资源化利用可以减少绿化、办公场所和车间检修对自来水的消耗，可明显降低生产成本。

表3 铁路部分站段日用水量和排污量 V/(m3·d -1)

根据站段污水特点，提出污水资源化利用的工艺方案可为铁路站段生产污水处理及节能减排提供保障。(1)对于石油类含量较高的站段生产污水采用两级气浮除油，再加后续生物接触氧化处理，处理出水经砂滤、活性炭吸附和消毒后可达到回用要求，工艺流程如图1。(2)对于石油类含量较低的站段生产污水采用一级气浮除油，后加曝气生物滤池处理，处理出水经砂滤、活性炭吸附和消毒后可达到回用要求，工艺流程如图2。

图1 石油类含量较高的铁路站段生产污水资源化处理工艺

图2 石油类含量较低的铁路站段生产污水资源化处理工艺

目前，我国各个铁路站段生产污水处理现状差异较大［12-14］，但均可根据站段污水水质以及目前处理现状对处理工艺进行改造，使处理出水达到铁路中水回用标准并回用于绿化、景观、中水办公系统、厂区道路及车间冲洗。

3 生产污水资源化利用的经济效益分析

以北京铁路局某站段生产污水为例，污水处理以二级气浮→生物接触氧化为主要工艺，处理水量为200 m3/d，污水水质见表4。

表4 北京铁路局某站段生产污水处理进出水水质

表4 表明，该站段污水处理出水水质达到了《铁路回用水水质标准》(TB/T 3007—2000)中铁路生活杂用水和铁路景观用水水质要求［15］。若将此水质直接排放，可造成资源浪费。若将该站段生产污水进行资源化利用，其经济效益分析如下:

(1)工程投资及运行成本分析

以二级气浮→生物接触氧化为主要处理工艺，处理200 m3/d 的生产污水，其工程投资、运行、管理费用［2，3，6，9，16］见表5。

表5 工程投资费用明细

污水处理运行电费取0.5 元/m3;人工费取0.5 元/m3;加药费取0.15 元/m3;土建及设备折旧平均按15 a 计，平均每年折旧费为9.2 万元，折合污水处理为1.02 元/m3;合计污水处理运行成本为2.17 元/m3;污水资源化管网系统运行费［17］0.74 元/m3，年污水处理资源化利用运行成本为209 520元。

将污水全部资源化处理后，用于景观、绿化、厂区冲洗及车间检修、中水办公系统等，可节约站段自来水的消耗。按北京市工业用水价格6.21元/m3计算［18］，站段自来水月节约用水费用=200×30×6.21=37 260(元/月)，年节约水费447 120元。若将节约的水费扣除污水处理站运行成本及污水资源化管网系统运行费，可净收益237 600元/年，即站段每年只要利用污水资源化水量≥33 739 m3，就可实现站段节水经济效益大于污水处理站运行成本。由此可见，污水资源化利用不但免交排污费，每年还可节约447 120元的自来水使用费。因此，将站段生产污水资源化利用于景观、绿化、厂区冲洗及车间检修、中水办公系统等可取得良好的经济效益、环境效益和社会效益。

(2)污水资源化利用的综合效益分析

污水资源化利用的经济效益、环境效益和社会效益统称为综合效益。采用费用—效益分析法对污水资源化利用进行经济综合效益评价:当污水资源化的总投入值小于总产出值时，该污水资源化利用对整个社会是合理的［19，20］，具体公式如下:

式中:E—污水资源化利用投入值，包括:土建、处理设备安装费、污水资源化管网系统投资、折旧费、运行管理费等折合到每立方米的投资费用(元/m3);

E1—节省城市引水、净水的边际费用(元/m3);

E2—节水可增加财政收入(按缺水造成财政损失计)(元/m3);

E3—减少环境污染而减少的社会损失(元/m3);

E4—节省城市排水设施建设运行费(元/m3)。

E1节水边际效益:El=自来水水价-污水处理成本=6.21 -2.17=4.04(元/m3);

E2节水可增加国家财政收入［17］:E2=5.48(元/m3);

E3减少环境污染损失［17］:E3=1.37(元/m3);

E4节省排污设施建设费(73 000 m3/a 污水排污设施费约15 000 元):E4=15 000/73 000=0.2(元/m3)。

据上述条件可知:E1+E2+E3+E4=11.09(元/m3)。

E 污水资源化利用工程的投入值为［17］:污水处理运行成本为2.17 元/m3+污水资源化管网系统运行费0.74 元/m3=2.91 元/m3。

因此，E ＜E1+E2+E3+E4。

说明该站段污水资源化利用的总投入值远小于总产出值，此项工程对整个社会的发展是有利的、合理的。

4 结论

(1)铁路站段生产污水以石油类、COD、SS 等为主要污染物，若以气浮处理工艺为主，其水中有机物的去除有限，难以实现将中水长期用于生产或绿化。

(2)根据站段污水特点，提出的污水资源化利用工艺方案，可将处理后的污水用于景观、绿化、厂区冲洗及车间检修、中水办公系统等，减少对自来水的消耗，降低生产成本。

(3)站段污水经资源化应用不但免交排污费，每年还能节约相应的自来水使用费，可取得良好的经济效益、环境效益和社会效益。

(4)从污水资源化经济效益分析可知，污水资源化处理总投入小于总产出，说明污水处理和资源化利用有利于铁路运输和社会的可持续发展。

［1］李欣.铁路车辆段污水回用的探讨［J］.科技情报发展与经济，2011，21(32):193 -195.

［2］汪小姝.铁路含油污水处理及回用技术探讨［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2002，29(3):109 -111.

［3］雷乐成.污水回用新技术及工程设计［M］.北京:化学工业出社，2002.

［4］Petala M，Tsiridis V，Samaras P，et al.Wastewater reclamation by advanced treatment of secondary effluent［J］.Desalination，2006，195:109 -118.

［5］Crook，James，Surampalli，Rao Y.Water reclamation and reuse criteria in the U.S.［J］.Water Science and Technology，1996，33(10 -11):451 -462.

［6］刘宁.MBR 工艺在铁路车站污水回用中的技术经济分析［J］.给水排水，2011，12(5):422 -423.

［7］曹宁泓，熊移民.加强铁路污水处理设施管理提高设备处理效能［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2000，27(4):232-235.

［8］杨洪泽.新疆铁路站区污水资源化管理对策［J］.中国环境管理，2006(4):35 -36.

［9］徐达.铁路含油污水处理与回用浅析［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2006，19(5):109 -118.

［10］高维寅.高效气浮在铁路含油污水处理中的应用［J］.环境工程，1996，14(1):58 -59.

［11］杨淑静.加压溶气气浮与涡凹气浮工艺在铁路污水处理中的应用比较［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2001，28(2):78 -81.

［12］杨少武.铁路车站污水处理工艺选择初探［J］.铁道建筑技术，2011(8):101 -103.

［13］Petala M，Tsiridis V，Samaras P，et al.Feasibility of railway washing wastewater disposal by improved CRI［J］.Advanced Materials Research，2011，10:1947 -1950.

［14］朱杰.铁路典型站段污水排放规律及处理技术的匹配［J］.中国给水排水，2008，24(10):21 -24.

［15］TB/T 3007—2000，铁路回用水水质标准［S］.

［16］余健.给水排水项目经济评价与概预算［M］.北京:化学工业出版社，2002:10 -15.

［17］邬扬善，屈燕.北京市中水设施的成本效益分析［J］.给水排水，1996，22(4):31 -33.

［18］北京市发改委.［2009］2400 号，北京市非居民用水价格调整文件［S］.

［19］Y.J.阿里德，P.达斯加帕塔，K.G 梅勒.环境决策—费用—效益分析的应用［M］.北京:中国环境科学出版社，1988:121 -156.

［20］王岳能，苏为华.经济效益综合评价方法研究［M］.杭州:杭州大学出版社，1997:21 -88.