鐵路沿線站區小水量生活污水處理工藝效果比較研究

王睿彤

（中國鐵路呼和浩特局集團有限公司 計劃統計部，內蒙古 呼和浩特 010050）

0 引言

隨著社會的發展，國家對水環境保護越來越重視，污水處理后排放標準的執行日益嚴格，城鎮環保部門對鐵路生活污水排放標準提出了更高的要求。國家發展和改革委員會、科技部、工業和信息化部、生態環境部等十部門聯合出臺《關于推進污水資源化利用的指導意見》(發改環資〔2021〕13 號)[1](以下簡稱“《意見》”)，該《意見》對城鎮生活污水、工業廢水、農村污水資源化利用提出了要求，旨在全面推進污水資源化利用，促進解決水資源短缺、水環境污染、水生態損害的問題?！兑庖姟访鞔_提出，到2025年，基本滿足當地經濟社會發展需要的縣城和城鎮污水處理能力，全國污水收集效率明顯提高。水環境敏感地區污水處理基本實現提標升級；全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上，污水資源化利用政策體系和市場機制基本建立；到2035年，形成系統、安全、環保、經濟的污水資源化利用格局。

近年來，我國鐵路建設得到快速發展，鐵路站段已超過5 000 個，多數為中小車站。這些中小車站大多距離市區較遠，周邊缺乏配套的市政污水收集系統[2]，站區內職工較少，生活污水水質和水量不穩定，氨氮含量較高，有機物含量較少，呈現出碳氮比低的水質特點，對此鐵路采取了多種措施解決污水問題并取得了一定成效，但隨著污水排放標準要求的提高，如何進一步采用適用且有效的污水處理工藝是需要解決的課題。本文基于對鐵路沿線中小站區生活污水特性及處理的調研，通過對當前主要污水處理工藝的比較分析，提出鐵路沿線小水量生活污水的處理工藝選擇建議。

1 鐵路沿線生活污水特點

鐵路沿線生活污水是指車站、站區等在日常生活中產生的廢水，包括廁所糞尿、洗衣水、洗澡水、食堂廚房排水，以及辦公、住宿場所的排水等。近年來，環保部門在環評審批時對鐵路沿線站區污水排放的要求日益嚴格，需處理達標(多為《城市污水再生利用 城市雜用水水質》(GB/T 18920—2020)后排至貯水池或回用，這一標準的環保要求給鐵路中小站污水處理帶來挑戰。以某鐵路局集團公司為例，根據統計資料和現場調研，鐵路沿線生活污水特點如下。

（1）污水量小，水質變化較大。該單位鐵路沿線中小站區職工少，污水產生量小，一般為10～20 m3/d，在中午和下午各有1 個峰值，晚上污水量小。由于水量小且波動大使水質情況不穩定，變化大[3]。

（2）碳氮比低，氨氮值高。由于站區人員少，生活污水多以糞尿水為主，導致水質含氮量高。據統計，鐵路中小站區生活污水COD 一般為50～220 mg/L，碳氮比偏低，一般小于3[3]。

（3）地處偏遠，不具備接入市政管網條件。鐵路小站由于地處偏僻，距離市區較遠，污水排放無法接入市政污水管網，產生的生活污水一般經沉淀等處理后排放。

綜上，由于鐵路中小站區大多所處位置偏僻、人員少，如果采用傳統的污水處理工藝，一旦設施出現故障則難以及時處理；同時，由于水量小，傳統污水處理工藝難以高效發揮作用且運行耗電量較大，運行成本較高[4]。

2 鐵路運輸行業常用生活污水處理工藝

目前鐵路沿線中小站區已有的污水處理工藝多樣，有化糞池、厭氧濾罐、氧化塘、土地處理裝置等，但在處理效果、出水水質、工藝流程、設備先進性方面仍需提高。據調研，站區已使用的污水處理工藝主要有SBR、MBR、BAF、A2/O、AO、氧化塘、周期循環活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，CASS)等或幾種工藝的組合，現針對其中最常用工藝的應用效果進行比較，分析何種工藝更適合鐵路沿線中小站區的實際情況。

2.1 氧化塘法

氧化塘法，也稱生物塘或穩定塘，是自然形成或經人工改造的池塘，利用塘中菌類、藻類、微型動物和植物的自然生態系統對污水中的污染物進行凈化，實現了無動力生活污水的凈化過程[5]，工藝流程如圖1所示。

圖1 氧化塘法處理工藝流程

2.2 G-BAF法

G-BAF法，即固定化高效曝氣生物濾池技術，是利用物理或化學方法將游離微生物限定于多孔網狀復合聚氨酯的高效懸浮專用載體中[6]，使微生物高度富集，能夠保持其活性、反復利用，可大幅提高污染物降解速度，并在載體內部自然形成厭氧、缺氧和好氧的微環境，提高微生物對游離氨毒性的耐受性，促進同步硝化反硝化，使其能夠高效發揮作用，處理效果更好更穩定。該處理工藝核心部分G-BAF 池分厭氧池、好氧池、好氧池、消毒池4級運行模式[7]，處理工藝流程如圖2所示。

圖2 G-BAF法處理工藝流程

2.3 A2/O-MBR法

A2/O法即厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝，是一種常用的污水生化處理工藝，具有良好的脫氮除磷效果，可用于二級或三級污水處理及中水回用。該工藝將傳統活性污泥池分為3 個池，通過控制不同的曝氣方式，使3 個池分別以厭氧菌、缺氧菌和好氧菌為優勢菌在不同的池中產生反應，各池之間又相互作用，可以同時完成有機物的去除、硝化脫氮和生物除磷。

膜生物反應器(Membrane Bioreactor，MBR)法是將膜分離技術與生物技術有機結合[8]，其最大特點是利用膜組件替代常規活性污泥法中的二沉池[9]，對懸浮固體和濁度有著良好的去除效果，在膜滲透原理作用下，可使活性污泥中大分子溶解性物質和微生物絮體被截留，最終實現泥水高效分離，也可使反應器中微生物保持高濃度、高活性，減少污水處理設施占地面積，減少剩余污泥產生量。

將上述2 種工藝相結合可有效提高污水處理效率和出水水質穩定性，提高水質達標率，工藝流程如圖3所示。

圖3 A2/O-MBR法處理工藝流程

2.4 SBR法

SBR法即間歇活性污泥法，是一種采用間歇曝氣的方式進行污水處理的技術。工藝的主體是一個活性污泥池，在該活性污泥池內依次完成污水進水、攬拌曝氣、靜置沉淀、出水和閑置，通過控制曝氣方式來改變活性污泥的生長環境，厭氧、缺氧和好氧反應在同一個池內發生，工藝流程如圖4所示。

圖4 SBR法處理工藝流程

3 生活污水處理工藝應用效果

3.1 氧化塘法

氧化塘法可緩解污水直接排入環境對周邊造成的污染，對個別地區解決用水緊張有一定的意義。結合國內一些應用經驗，氧化塘對污水的處理效果如表1所示。

表1 氧化塘工藝處理效果[10]

由表1 可知，氧化塘法對懸浮物(SS)的去除率為84%左右，對COD、BOD5、氨氮和油類的去除效率不高，分別為65.08%、62.35%、50.98%和60.36%。

3.2 G-BAF法

對該單位部分使用G-BAF法進行生活污水處理的站區進行調研。在污水處理設施運行3 個月后，以其中某一站區為例，從污水處理設施的進水口和出水口進行采樣，并對污水進行水質分析，站區污水處理效果如表2所示。

表2 G-BAF工藝處理效果

由表2可知，該工藝去除水中污染物的效果顯著。其中，懸浮物(SS)去除率為95.65%，COD 去除率為95.31%，BOD5去除率為98.64%，氨氮去除率為99.92%，油類為84.21%。G-BAF 工藝在生活污水處理中效果明顯[7]。

3.3 A2/O-MBR法

A2/O 與 MBR 工藝相結合，在發揮A2/O 脫氮除磷優勢的同時，能夠保證出水的泥水高度分離，可實現出水水質穩定、污染物指標去除率高等。該工藝目前應用范圍廣，對生活污水的處理效果如表3所示。

表3 A2/O-MBR工藝處理效果分析[11]

由表3 可知，該工藝對COD 的去除率為90.96%，對BOD5的去除率為95.41%，對氨氮的去除率為98.09%，A2/O-MBR 工藝在生活污水中的處理效果顯著。

3.4 SBR法

我國自20 世紀80 年代開始對SBR 工藝開展研究以來，很多城鎮污水處理廠和企業廣泛使用該工藝，工藝對生活污水的處理效果如表4所示。

表4 SBR工藝處理效果分析[12]

由表4 可知，SBR 工藝對SS 去除率為94.00%，COD去除率為86.86%，BOD5去除率為94.00%，氨氮的去除率為39.33%，該工藝對氨氮的去除率低。

4 鐵路沿線小水量生活污水處理工藝選擇分析

鐵路沿線中小站區大多地處偏遠，交通不便利，人員稀少，污水量小，來源分散。建議污水處理工藝的選用以一體化和集約化、安裝方便、操作簡單、自動化程度高、占地面積小為宜。通過對以上幾種常用工藝的比較分析可總結如下。

（1）氧化塘構造簡單，維護管理方便，一般就地取材，基建投資少，無電動設備，可節省能源，后期運行成本低。但是，其缺點是占地面積大，大多利用天然自凈功能去處理污水，處理效果受天氣等因素影響較大，可能引起周圍污染。出水處理效果不穩定，難以達到回用水標準[5]，不適用于小水量生活污水的處理。

（2）A2/O 工藝是當前脫氮除磷效果最好的工藝，但對土建工程要求高，需具備足夠大的土建污水池，當池深達到5～6 m時，其脫氮除磷效果可發揮至最佳，是大型污水處理廠的首選工藝。但是，如果應用于一體式裝置中，因反應池深度有限，其脫氮除磷效果的發揮受到影響。此外，設備占地大、機械部件多、日常運轉程序繁雜、故障率較高，此工藝更適用于中大型城鎮污水處理廠。

（3）MBR工藝的優點是處理效率高，出水水質穩定優良，占地面積小，自動控制容易實現，操作管理簡便[13]。該工藝通過使用膜技術，利用滲透原理將廢水進行固液分離，替代了傳統工藝中的二沉池，作用是將污泥中有用的活性菌和有機分子截留，防止其流失，間接提高反應區的效率，但該工藝中膜及膜組件屬于耗材，前期投資高，后期2～3 年需更換1 次，維護費用高；使用中膜材質易堵塞、易被堅硬物劃破，還需額外配置膜的防護罩和藥洗裝置，此工藝適用于對水質要求高的單位或城鎮污水處理廠。

（4）SBR 工藝核心反應區僅有1 個土建污水池，池中放置大量活性污泥，通過對污泥進行間歇式曝氣使泥中同時具備厭氧菌、缺氧菌和好氧菌，但因所有過程都在一個池中進行，無法很好保證厭氧菌、缺氧菌和好氧菌的交替工作。因此，該工藝在大型污水處理廠或一體式裝置的應用中，脫氮除磷效果較差，并且對自動化的控制水平要求高，此工藝適用于處理水流不連續、間斷性排水的污水。

（5）G-BAF工藝采用新型的比表面積極大的高分子材料作為載體，將經過提純的具有特異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凈化效率，微生物負載量顯著提高，可縮小反應器的體積、減少占地面積。由于載體微孔多，微生物被固定在其中，內部形成多個微型的反硝化反應器，故而在同一個反應器當中同時發生氨氧化、硝化和反硝化聯合作用，對氨氮、總氮有較高的去除率。同時，可有效防止微生物的流失、減少微生物用量、提高生物處理效率。由于該工藝采用固定化微生物載體，厭氧和好氧同時存在，微生物呈現分層和分群現象，生物鏈長，污泥產生量少，沒有污泥膨脹的問題，不需要污泥回流，運行維護管理簡單。G-BAF工藝對于處理小水量污水具有優勢且處理效果明顯，可以在地處偏遠、水量較小的鐵路中小站區推廣應用[7]。

5 結束語

針對鐵路沿線中小站區污水水量小且碳氮比低、氨氮高等特點，工藝選擇應考慮采用高度濃縮、提純、針對性強的高效菌；設備選擇應側重一體式、集裝箱式、集約化、模塊化的處理設施，處理水量可靈活調節，占地面積小，基建周期短。針對鐵路沿線中小站區分散、地處偏僻等情況，工藝及設備的選擇需保證運行操作簡單、維護保養簡便易行，自動化程度高。因此，從長遠來看，高效曝氣生物濾池體積調控靈活，可采用新型材料為活性污泥替代品承載微生物，在鐵路中小站區生活污水處理中具有一定的推廣應用價值。