高速铁路车站生活污水处理工艺及提效方法探讨

齐峰，尹守迁

（中国铁路上海局集团有限公司 计划统计部，上海 200071）

近年来，随着高速铁路的建成运营，在为沿线居民出行提供便捷、促进当地经济发展的同时，对沿线区域带来的环境污染隐患也越来越受到关注，铁路为改善水环境质量，在加强污水处理设施建设完善等方面进行了积极探索[1-3]。高速铁路建设时一些车站远离市区，车站污水无法纳入市政污水管网进行集中处置，须采用分散式处理设备就地处理后排放，如果处理能力和效率不能满足需要，可能对周边水体造成污染。本文以某铁路局集团公司管内3年内开通运营的高铁车站为研究对象，调查其中未纳管车站污水的处理、排放情况，对不同类别污水处理工艺优缺点进行比较研究，分析污水处理设施建设、运行管理中存在的问题并提出改进建议。

1 车站污水及处理设备现状调查

1.1 运量及污水量

2018年至2020年，该铁路局集团公司管内共有8条高铁线路陆续开通运营，线路总长约1 938.3 km，共设车站70个。据调查，目前8条线路实际旅客发送量受疫情影响均未达到设计发送量的70%。70个新建车站中，污水直排共计11个，均为中小型车站，外排污水均属于生活污水，设计污水处理量平均为39.6 m3/d。11个车站中，目前共有4个车站的日均污水排量超过了设计水量，其中1个车站水量是设计水量的2.25倍，3个车站水量为设计水量的1.1～1.5倍，其余车站污水排量低于设计排水量。

1.2 处理工艺

各车站均采用了“化粪池+一体化设备”组合处理工艺，污水先经化粪池进行厌氧预处理，再利用一体化序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Acti‐vated Sludge Process，SBR)或一体化生物接触氧化法(以下简称“接触氧化”)进行深度处理。11个车站中，8个车站采用一体化SBR工艺，3个车站采用一体化生物接触氧化工艺。

2 工艺应用情况分析

2.1 预处理

预处理阶段主要利用化粪池进行物理沉淀、厌氧消解，以去除污水中部分可沉物及悬浮物，达到初步净化污水的目的。决定化粪池处理效果的因素主要有外界气候条件、容积、进水方式、清掏周期等，其中气候条件为不可控因素，容积及清掏周期各车站差异并不明显，主要区别在于化粪池进水设计。根据《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2019)[4]，允许洗浴、餐厨等污染程度不高的废水(生活废水)与厕所粪便污水(生活污水)混合排入化粪池进行厌氧降解，但大量低浓度生活废水进入化粪池会降低反应底物浓度及水力停留时间，影响处理效果。

根据本次调查，11个车站中共有5个车站采用了污废合流设计，占比近半。对5个车站站房污废分流前后的化粪池进水水量测算可知，采用污废分流方式可以提升化粪池污水水力停留时间[4]，平均水力停留时间约提高5倍(见表1)，可有效强化污染物去除效果。

表1 车站站房污废分流前后水力停留时间

2.2 深度处理

采用的处理工艺共有SBR、接触氧化2类。其中，SBR一般采用活性污泥作为处理介质，以时间为序列在单一反应器中实现曝气、沉淀、厌氧、缺氧、好氧等不同工艺条件交替，兼具时间上理想推流和空间上完全混合的特点；接触氧化法属于生物膜法，反应池中部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点，通过空间分隔和划分不同功能区实现沉淀、厌氧、好氧等不同工艺条件。以下从处理效果、建设成本、运行维护管理等方面对工艺应用情况进行比较。

2.2.1 处理效果

根据相关技术规范，在设备正常运行前提下2类工艺对化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮等污染物的去除率均能达到80%以上[5]，可较好满足车站处理需求[6]，主要区别在于处理运行稳定性方面。接触氧化工艺可在不同反应池中分别进行缺氧、好氧反应，通过空间分隔降低不同反应间的相互影响，处理效果稳定可靠、操作较简便；SBR工艺因采用单池反应器，无法设置回流，工艺参数控制难度较大，对操作人员水平有较高要求。近阶段监测情况(见表2)表明，COD、BOD5、氨氮排放浓度均低于国家规定的排放标准。

表2 车站污水排口监测结果 mg/L

2.2.2 建设及运行管理成本

建设成本包括设备占地面积及建造费用等方面。SBR因采用单池反应器，单位处理量对应的占地面积、建造费用略低于接触氧化设备；2类设备的使用寿命均约10～15年左右。

运行管理成本包含运行费用、人工成本等，其中运行费用指设备运行所需的动力、物料损耗等直接成本。相同处理量，接触氧化与SBR曝气设备功率相当，但接触氧化法为防止填料堵塞出水需要不间断曝气，SBR工艺可以根据进水量情况间歇曝气，动力费用相对较低；接触氧化法采用的缺氧前置、污水回流工艺可减少外加碳源、碱度消耗，降低相应物料成本；接触氧化设备需每4～6年更换1次填料，SBR法不涉及填料维护；SBR法属于活性污泥法，剩余污泥数量远高于接触氧化法。计算本次调查研究的11个车站污水处理设施运行费用可知，SBR工艺平均约为2.16元/m3，接触氧化工艺平均约为1.48元/m3。

操作维护简便性主要体现在调试操作复杂程度、故障发生率及维修难易程度等方面。SBR工艺污泥培养需要约16～24 d，调试操作难度较高，接触氧化法挂膜约需7～15 d，调试操作较简单；接触氧化设备故障率低，但因反应池内填充了生物膜载体填料，故障维修较困难；SBR设备故障率较高，但维修工作难度小。综合比较，接触氧化工艺的操作维护简便，性能优于SBR工艺[7]。根据文献[7]的计算方法，得到本次调查研究的11个车站污水处理设施建设成本及运行管理情况如表3所示。

表3 建设成本及运行管理情况比较

根据以上分析，2类工艺在处理效果、占地面积及建造成本等方面差别并不大，但接触氧化工艺的运行成本略低，并且日常维护操作较简便、设备运行较稳定。

3 存在的主要问题

（1）污水产生量预测存在较大偏差。高速铁路设计时，由于部分地区缺乏历史数据，客运量预测难度较大，导致部分车站污水处理设施的处理能力与实际状况存在较大偏差，造成设计处理能力与实际水量不相匹配，影响处理设备使用效果并增加环保管理难度。

（2）设备选用缺少参考标准。铁路项目在环评及设计阶段原则提出各车站污水处理工艺概念，缺少处理设施设备具体参数，由于市场上处理设备良莠不齐，实际建设过程中选择设备缺少参考标准，难以保证选用的设备满足设计及实际处理需要。

（3）运行期间缺乏专业化维护管理。一体化处理设备工艺设计较复杂，如果车站污水流量持续、稳定，自动化控制设备可以实现无人值守运行，若实际车站污水水量、水质波动较大，则难以满足自动运行条件。目前存在车站未配备专业人员负责相应管理工作，或者配备人员专业水平不能满足设备污泥接种调试、载体挂膜，以及日常投加碳源、补充碱度、风机保养等工作需要等问题。

4 改进建议

4.1 提高客流预测准确度

针对高铁车站客流预测问题，在项目可行性研究阶段，建议设计单位结合当前运量预测的最新理论和实践研究成果，探索适用于高速铁路客流预测的方法模型，进一步提高车站污水产生量预测准确度，并配备相应处理能力的设施设备。

4.2 优化处理工艺设计

对于化粪池集水方式，建议尽可能采用化粪池进水污废分流设计，提升化粪池厌氧处理效果。如果能在化粪池进水污废分流优化的基础上进一步加大节水卫具的推广应用，采用真空负压冲洗设备代替传统便器，将化粪池水力停留时间再延长4～5倍[8]，可提高废水中COD、氨氮等污染物去除效率，进一步降低污水总排口污染物排放浓度[9]。对于深度处理工艺，在可供污水处理站使用的土地面积充裕的情况下，建议新建高铁车站污水深度处理优先选取生物接触氧化工艺。

4.3 规范设备选用标准

在设计阶段，设计单位应按照相关设计规范要求，完善处理设施设计图纸，明确污水处理设施设备具体参数，确定使用条件及各项技术经济指标。建设过程中，进一步加强设备选用、采购环节的技术管理要求；按照设计文件，细化设备购置技术规格书，选择满足现场需要、符合设计要求的处理设备。相关管理单位应根据应用阶段的经验积累，结合国家行业政策变化，逐步制定并完善一体化污水处理设备工艺的设计、选用标准。

4.4 提升运维管理水平

高铁车站应用的一体化处理设备技术复杂、维护管理要求高，如果不能提供专业管理则难以保证设备长期稳定运行，易出现故障处理不及时导致的出水不达标、长期闲置、失修报废等情况，使实际使用达不到设计效果。依靠车站自身实现专业化运维管理，需增加相关技能岗位，建立技能培训、岗位资格评价等职业技能管理体系，从长远来看，部分车站污水无法纳入市政管网是阶段性问题，随着车站周边市政配套设施的逐步完善，最终将纳入市政污水管网进行集中处理，建议可以采用环保管家模式或委托专业机构代为维护管理方式，满足该类车站污水处理设备的运行维护需求。

5 结束语

针对分散生活污水的处理工艺，路内外相关行业已进行了大量的实践研究，通常低成本、易维护的厌氧、生态技术难以确保处理效果，较为专业的集成处理设备受限于运行技术复杂，处理效果难以达到设计处理效率，如何进一步提高高速铁路车站污水处理效果，需在以后应用实践中进一步积累经验，积极探索完善适合铁路行业特点的分散污水处理工艺。