鐵路機(jī)車車輛工廠總口污水處理工藝選擇

馬敏杰,翟計紅

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 鐵路機(jī)車車輛工廠污水排放特點(diǎn)和處理原則

我國鐵路機(jī)車車輛工廠大部分建成于20世紀(jì)70年代以前,有的已超過百年,主要產(chǎn)品為機(jī)車、動車、客貨車輛修理、制造。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生鑄造、加工、機(jī)件的煮洗、清洗等含油廢水、有機(jī)化工廢水、冷卻水及部分酸堿廢水。隨著工廠貫徹執(zhí)行清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗、生產(chǎn)工藝升級改造等環(huán)保措施,通過統(tǒng)計部分工廠污水組成得到,其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水量一般占到總排水量的30%～40%,其余為一般生活污水,個別車間根據(jù)污染物排放控制要求,有針對性地建有車間出口點(diǎn)源處理設(shè)施,經(jīng)過預(yù)處理的生產(chǎn)污水與生活污水混合排放,部分工廠還采用雨污合流制排水系統(tǒng)?？傊F路機(jī)車車輛工廠每天排放的污水量具有較大的波動性，且各個時段污水水質(zhì)也很不均衡；總口污水主要為第二類污染物,其中石油類污染物指標(biāo)較高,由于機(jī)車煮洗過程中需要投加大量的堿性洗滌劑,盡管大部分洗滌液重復(fù)使用,少量排放的污水堿性依然非常強(qiáng),一般總口混合污水pH值在9左右,見表1。

表1 部分鐵路機(jī)車車輛工廠總口污水設(shè)計水質(zhì)、水量

污水處理的主要原則如下。

(1)近幾年國內(nèi)各省分別針對國家最新修改2008年6月1日施行的《水污染防治法》,紛紛制定或修改地方污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)或水污染物排放標(biāo)準(zhǔn),污水排放控制指標(biāo)也由單純的有機(jī)物、SS、石油類拓展到氨氮、總磷等。各項污染指標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)值相對國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—96)提高很多。因此鐵路工廠的污水處理工藝也應(yīng)由傳統(tǒng)的“調(diào)節(jié)、隔油、氣浮”為主,逐步過渡到物化、生化有機(jī)結(jié)合,互為補(bǔ)充的綜合工藝,出水水質(zhì)由達(dá)標(biāo)排放逐步升級為中水回用,故選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的污水處理工藝是污水處理設(shè)計應(yīng)執(zhí)行的首要原則。

(2)鐵路工廠污水處理的程度取決于處理后水的出路和去向,根據(jù)工廠所在地的實際情況,合理、科學(xué)地確定排水體系,依據(jù)地方環(huán)保主管部門發(fā)布的受納水體環(huán)境容量,嚴(yán)格控制污水排放對受納水體的污染和生態(tài)破壞。當(dāng)工廠位于有城市污水處理廠的城鎮(zhèn),排入市政下水道的工廠污水應(yīng)達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ3082—1999)要求；對于未建有城市污水處理廠的排入城市下水道或附近水域的,應(yīng)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—96)中一級標(biāo)準(zhǔn)或當(dāng)?shù)刂贫C布的有關(guān)“水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”(DB)要求；鐵路工廠可以根據(jù)清潔生產(chǎn)的要求,將污水作為一種資源進(jìn)行深度處理,在沖洗、冷卻、掃除、綠化、沖廁、景觀補(bǔ)水等方面應(yīng)用,水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T18921)或《鐵路回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T3007—2000)規(guī)定的出水水質(zhì)要求。

(3)按設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)要求,提供滿足污水處理工程系統(tǒng)的設(shè)計方案,并進(jìn)行多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。技術(shù)比較以先進(jìn)、合理、安全、可靠為原則,經(jīng)濟(jì)比較采用投資折現(xiàn)、資金回收率,并結(jié)合運(yùn)行成本進(jìn)行綜合費(fèi)用比較,經(jīng)論證推薦優(yōu)化方案。

(4)污水處理站的工藝應(yīng)具有高效、簡潔、節(jié)能,運(yùn)行穩(wěn)定,維護(hù)簡便的特點(diǎn),確保處理效果和處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo),妥善處理好污水處理過程中所產(chǎn)生的污染物,避免二次污染。提高污水處理工程系統(tǒng)的安全性、保證率。

(5)在污水處理站建設(shè)用地范圍內(nèi),遵循便于施工、便于維護(hù)管理、適當(dāng)預(yù)留擴(kuò)建余地和滿足景觀綠化要求的原則,總平面布置盡量做到各處理構(gòu)筑物相對集中,節(jié)約占地,充分利用地形,合理布置處理構(gòu)筑物及水力流程,減少提升次數(shù),降低工程投資,節(jié)約能源,降低日常處理費(fèi)用。

(6)采用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)手段,保證污水處理過程穩(wěn)定、可靠、安全,提高出水水質(zhì),降低能耗、藥耗和人工成本,從而實現(xiàn)污水處理的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和良性運(yùn)行。

2 污水處理工藝確定原則

根據(jù)表1所知,鐵路工廠污水具有一般生活污水的特點(diǎn),因各個工廠生產(chǎn)所用原材料與生產(chǎn)工藝和最終的產(chǎn)品有所不同,總口污水水質(zhì)、水量也有所不同,所以污水處理工藝就呈現(xiàn)出多樣性和靈活性,只有通過調(diào)查研究與實踐才能選擇有效的處理工藝流程。根據(jù)污水最終的出路和用途,深度處理方法與工藝也具有很大的靈活性。單一的方法一般很難達(dá)到治理目的,應(yīng)采取多種處理方法的有機(jī)組合,先易后難、先簡后繁來選擇工藝,因此在鐵路工廠污水處理工藝選擇上宜遵循以下原則。

(1)確定主要污染物在廢水中存在的物理狀態(tài)。

(2)根據(jù)鐵路工廠污水的特點(diǎn)和處理原則,為使處理工藝穩(wěn)定、可靠運(yùn)行,污水應(yīng)選擇高效預(yù)處理措施。

(3)原污水是否能夠采用生化處理,特別是能否適用于生物脫氮、除磷工藝,取決于原污水中各種營養(yǎng)成分的含量和比例能否滿足生物增長的需要,因此首先應(yīng)判斷相關(guān)的指標(biāo)能否滿足要求。

BOD5/COD可作為污水是否適宜于采用生物化學(xué)處理法的一個衡量指標(biāo),一般認(rèn)為BOD5/COD大于0.3的污水才適合采用生化處理,小于0.25不宜生化,大于0.4可生化性較好。

COD /TkN：要達(dá)到脫氮的目的,污水中的可降解有機(jī)物濃度越高,反硝化速率越大。通常只要污水中的C/N>8,氮的去除率可達(dá)80%。一般認(rèn)為BOD5/ TkN值>3～5時,即可認(rèn)為碳源充足。

(4)深度處理(三級處理)應(yīng)用。通常污水處理應(yīng)首先去除懸浮狀態(tài)的污染物(一級處理),調(diào)整pH值,以避免對后續(xù)處理工藝的影響,其次應(yīng)對污水中膠體和溶解性污染物進(jìn)行去除(二級處理),再生水則要進(jìn)行深度處理(三級處理)。

(5)在污水處理過程中必然產(chǎn)生大量浮(沉)渣、油脂、含水率很高的污泥,必須及時處理,以免產(chǎn)生二次污染。

(6)工藝中參數(shù)、指標(biāo)的選擇要符合工程實際,相關(guān)數(shù)據(jù)的采用要與為本工程所做的實驗、試驗、監(jiān)測結(jié)果相協(xié)調(diào),涉及到安全方面應(yīng)滿足現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范及工廠的有關(guān)規(guī)定要求。

3 工藝選擇

3.1 預(yù)處理(一級處理)

綜上所述,預(yù)處理是保證后續(xù)處理穩(wěn)定運(yùn)行的前提,鐵路工廠污水原水含油濃度較高,部分工廠污水乳化程度嚴(yán)重,污水預(yù)處理工藝宜以去除“石油類”物質(zhì)為核心,當(dāng)“石油類”污染物濃度達(dá)到處理要求時,其他污染物指標(biāo)也相應(yīng)得到降低,同時石油的去除也為其他污染物的去除創(chuàng)造條件。

一級處理通常采用物理法,在處理站進(jìn)水端設(shè)置格柵、沉砂池，調(diào)節(jié)中和、隔油、沉淀處理,可參照《鐵路生產(chǎn)污水處理設(shè)計規(guī)范》(TB10079—2002)推薦的工藝流程選定。

3.2 達(dá)標(biāo)排放處理(二級處理)

在二級處理中物化法應(yīng)用廣泛,生化處理工藝在近幾年的工程應(yīng)用中逐步增多。

物理化學(xué)處理法系運(yùn)用物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的方法。它是由物理方法和化學(xué)方法組成的廢水處理系統(tǒng),或是包括物理過程和化學(xué)過程的單項處理方法,如浮選、吹脫、結(jié)晶、吸附、萃取、電解、電滲析、離子交換、反滲透等。和生物處理法相比,此法優(yōu)點(diǎn)：占地面積少；出水水質(zhì)好且比較穩(wěn)定；對廢水水量、水溫和濃度變化適應(yīng)性強(qiáng)；可去除有害的重金屬離子；除磷、脫氮、脫色效果好；管理操作易于自動檢測和自動控制等。但是,處理系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)和日常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)較高。對于鐵路工廠總口污水處理來講,浮選是常用的方法,而其他方法多用于車間出口點(diǎn)源治理或生物處理的后續(xù)深度處理措施。美中不足的是浮選工藝對總氮和氨氮去除效率較低。

經(jīng)統(tǒng)計，大部分鐵路工廠總口污水進(jìn)水水質(zhì)的BOD5/COD>0.3；BOD5/NH3>8。均能滿足生物處理及生物脫氮的水質(zhì)要求。根據(jù)相關(guān)資料,采用低負(fù)荷的污水生化處理工藝,可以滿足出水BOD5≤20 mg/L,同時,為滿足硝化要求,處理系統(tǒng)必須有足夠的污泥齡,因而污泥負(fù)荷也不能太高,從而保證較高的有機(jī)物去除率。

鐵路工廠污水因具有可生化性,在工藝選擇上可首選生物處理工藝,根據(jù)脫氮除磷需要,分為厭氧、缺氧和好氧區(qū)。生物處理方法目前主要有：活性污泥法和生物膜法。傳統(tǒng)的理念是生物膜法適應(yīng)于生活小區(qū)或小城鎮(zhèn)以及工業(yè)廢水的生化處理,活性污泥法廣泛用于城市污水處理,然而鐵路工廠的污水一般均具有循環(huán)回用的目的,水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求較高,水質(zhì)水量變化較大,選擇的工藝還要求能夠有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力；且工廠提供的污水處理站的場地一般較為狹小,可選擇的工藝也要滿足占地小的特點(diǎn)。在目前比較流行和新型、成熟的活性污泥法工藝中有：氧化溝、AB法、SBR法、A/O法、A2/O法等工藝。這些工藝都具有處理效率高、出水水質(zhì)好、除氮脫磷效率高等優(yōu)點(diǎn)。生物膜法根據(jù)微生物附著生長載體的狀態(tài),生物膜反應(yīng)器可以劃分為固定床和流動床兩大類。主要的生物膜反應(yīng)器有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法、曝氣生物濾池、生物流化床等。

哪個方法更適用于鐵路工廠污水量較小、中低濃度特點(diǎn)的污水處理工藝需要進(jìn)一步分析。活性污泥法中氧化溝、AB法、A/O法、A2/O法更適用于城市大、中型污水處理,通過分析可知SBR法因池型簡單、抗沖擊能力強(qiáng)、占地少等突出優(yōu)點(diǎn),較為適宜鐵路工廠。近幾年來SBR法經(jīng)過多年的研究和演變,已發(fā)展成多種改良型,主要有：傳統(tǒng)SBR法、ICEAS法、CASS(CAST)法、UNITANK法等,對于小水量,要求脫氮除磷,場地狹小的工程及自動化控制技術(shù)成熟發(fā)展,比較適合的是CAST工藝。

生物膜法在小型工業(yè)廢水中的應(yīng)用較多,各種工藝都有工程實例,經(jīng)進(jìn)一步分析可知,生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤的處理效果、衛(wèi)生條件不如曝氣生物濾池工藝,而淹沒式生物濾池獨(dú)特的硝化技術(shù)對于寒冷地區(qū)特別適用,故在生物膜法中曝氣生物濾池工藝具有相對優(yōu)勢。

綜合以上的分析,鐵路工廠污水二級處理工藝,宜選擇在生化處理工藝活性污泥法中的CAST工藝和生物膜法的曝氣生物濾池工藝進(jìn)行進(jìn)一步比較。

3.3 回用深度處理(三級處理)

在確保二級生化處理達(dá)到預(yù)期效果的情況下,鐵路工廠污水若達(dá)到循環(huán)用水目的,應(yīng)進(jìn)行深度處理。三級深化處理中的絮凝、過濾工序是水質(zhì)達(dá)標(biāo)回用的關(guān)鍵,回用處理規(guī)模一般根據(jù)工廠所需雜用水量按需制備供給,通常采用濾池(罐)過濾。對于較高水質(zhì)要求的場所,傳統(tǒng)的機(jī)械過濾往往達(dá)不到要求,需要增加吸附或膜分離手段,相應(yīng)增加能耗和投資。在前述生物膜法中BAF工藝具有過濾和進(jìn)一步降解去除溶解性和膠體態(tài)的污染物功能,是較為適合鐵路工廠有較高回用水質(zhì)要求的工藝。

3.4 污泥處置

污泥處理是污水處理工藝中的一個重要組成部分,在污水處理過程中必然產(chǎn)生大量含水率很高的污泥、浮(沉)渣,必須及時處理,以免產(chǎn)生二次污染。一般鐵路工廠污泥處置采用干化場自然蒸發(fā)和滲濾濃縮,是最經(jīng)濟(jì)的脫水方式,但它受自然氣候條件和環(huán)境衛(wèi)生的限制,濃縮后的污泥不能作為一般的垃圾來最終處置,且存在干化場的清掏也很費(fèi)工費(fèi)力、占地較大等弊端。隨著技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械脫水的使用越來越廣泛。機(jī)械脫水與干化場相比具有脫水效果好、效率高、占地小、不受氣候、環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。常用的脫水機(jī)械有真空過濾脫水機(jī)、加壓過濾、離心機(jī)、帶式過濾機(jī)等。較為適用的為結(jié)構(gòu)緊湊、附屬設(shè)備少、臭味小、能長期自動運(yùn)轉(zhuǎn)的離心脫水機(jī)。污泥的最終處理包括農(nóng)田綠地利用、建筑材料利用、填埋、焚燒、投海等。比較常用的處置方法為農(nóng)田綠地利用和填埋,或由環(huán)保部門收集集中處置。

3.5 消毒、除臭

(1)污水經(jīng)生物處理和混凝過濾后,出水中一般仍含有大量的致病細(xì)菌,必須進(jìn)行消毒處理才能達(dá)到中水回用水質(zhì)要求。目前國內(nèi)中水回用常用的消毒方法有液氯、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧、紫外線等。液氯消毒、紫外線消毒多用于大型水廠,小水量一般多采用次氯酸鈉消毒或二氧化氯消毒。鐵路工廠中水回用消毒宜采用次氯酸鈉消毒或二氧化氯消毒工藝。

(2)隨著人類生活水平的提高和公眾環(huán)境意識的增強(qiáng),污水處理廠的除臭問題正引起越來越多的關(guān)注。在污水處理工藝中產(chǎn)生氣味物質(zhì)主要由碳、氮和硫元素組成,只有少數(shù)的氣味物質(zhì)是無機(jī)化合物。除臭的方法可以分成廢氣吸收吸附法和燃燒法兩種。吸附法又包括；化學(xué)吸收法、生物吸收法、活性炭吸附法。鐵路工廠污水處理站產(chǎn)生臭氣的主要區(qū)域包括調(diào)節(jié)沉淀池、生化池和污泥脫水間。一般根據(jù)項目的特點(diǎn),污水處理站選址前應(yīng)考盡量考慮遠(yuǎn)離生活區(qū)、辦公區(qū),盡量避免站址處于上述區(qū)域的上風(fēng)向,當(dāng)無法避開以上區(qū)域時應(yīng)考慮除臭方案。但考慮占地和投資等方面的原因,一般可將上述構(gòu)筑物考慮實現(xiàn)密閉的條件,臭氣通過軸流風(fēng)機(jī)集中收集通過生物或者化學(xué)吸附裝置凈化后高空排放。

3.6 自動化控制

為提高污水處理站的現(xiàn)代化管理水平,減輕勞動強(qiáng)度,降低運(yùn)營成本,在水處理工藝中,應(yīng)采用國內(nèi)外先進(jìn)成熟的PLC集中和分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng),實行集中監(jiān)測和分散控制,使其在確保出水水質(zhì),降低能耗,安全運(yùn)行和提高管理水平等方面發(fā)揮重要作用。

污水處理系統(tǒng)的控制自上而下宜采用3級：中央計算機(jī)調(diào)度管理系統(tǒng),現(xiàn)場PLC自動控制系統(tǒng)和現(xiàn)場手動操作系統(tǒng)3部分,并在工藝流程各個環(huán)節(jié)中設(shè)置過程控制儀表,確保對工藝全過程的運(yùn)行狀態(tài)、水量、水質(zhì)的監(jiān)控,滿足各環(huán)節(jié)的自動控制要求。

4 結(jié)論

鐵路工廠污水處理是一個系統(tǒng)工程,在項目前期工作中，污水處理工藝的論證選擇是一個至關(guān)重要的階段。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,新的污水處理方法和工藝不斷產(chǎn)生,控污標(biāo)準(zhǔn)也逐步提高,各個鐵路工廠在確定污水的最終出路和去向時,結(jié)合工廠產(chǎn)品技術(shù)升級改造、節(jié)能減排的要求和企業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展需要,新建或改造既有的污水處理設(shè)施,采用新型成熟先進(jìn)的污水處理工藝,實現(xiàn)節(jié)能減排使污水變成資源再利用,提高用水循環(huán)利用率,使污水治理不但能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益,而且提升環(huán)境效益和社會效益。

[1] 婁金生,等.水污染治理新工藝與設(shè)計[M].北京：海洋出版社,1999.

[2] 翟計紅,石玉川,程學(xué)營.鐵路機(jī)車車輛制造行業(yè)污水治理設(shè)施改造技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2011(5)：105-107.

[3] 陳為民.鐵路機(jī)車車輛工廠污水處理工藝變化分析和探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2009(5)：114-116.

[4] 程義元.鐵路車輛廠含油生產(chǎn)廢水的處理和回用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2005(1)：92-93.

[5] 翟計紅,程學(xué)營,葉坤孝.CAST曝氣生物濾池工藝處理含油廢水[J].中國給水排水,2009(10)：63-65.

[6] 鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.戚墅堰機(jī)車車輛廠南廠總口污水處理工程方案研究報告[R].天津：鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2006.

[7] 鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.洛陽機(jī)車有限公司襄樊分公司污水處理工程初步設(shè)計[Z].天津：鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2009.

[8] 鐵道第四勘察設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·給水排水[M].3版.北京：中國鐵道出版社,2004.

[9] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50014—2006 室外排水設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[10] 中華人民共和國鐵道部.TB10079—2002 鐵路生產(chǎn)污水處理設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2002.

[11] 陳為民.鐵路機(jī)車車輛工廠污水處理工藝變化分析和探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009(5)：114-116.