陳長君，金建軍，李亞密，楊帆，盧雅文

（1.中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 北京工程項(xiàng)目管理部，北京 100038；2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

水體污染、水資源短缺已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。近幾年，國家對(duì)環(huán)保行業(yè)的重視程度和支持力度不斷提升，污水處理行業(yè)快速發(fā)展。在環(huán)保治污領(lǐng)域，鐵路站房生活污水處理屬于典型的分散型“點(diǎn)源”污染控制難題。地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的鐵路站房生活污水處理過程中，通常面臨以下問題和挑戰(zhàn)：（1）位置偏僻，周圍無成熟的市政管網(wǎng)，難以納入市政污水處理廠進(jìn)行集中處理，只有采用自行處理的方式［1-2］；有些處于山區(qū)，受地勢(shì)影響，不具備建設(shè)常規(guī)污水處理設(shè)施的條件［3］；（2）污水來源分散，產(chǎn)生量不均勻，排水量少且波動(dòng)大［4］；（3）對(duì)于建設(shè)較早的大型鐵路站房污水處理設(shè)備和材料長期同污染物接觸導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備現(xiàn)狀已難滿足污水處理需求，導(dǎo)致大量未達(dá)標(biāo)污染物外排，給地區(qū)環(huán)境帶來不良影響［5］；（4）人工濕地、厭氧接觸氧化等常規(guī)的分散型生活污水處理工藝雖然具備免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，但占地面積較大，且處理效果受氣候和植物影響，出水水質(zhì)難以保證［6］；（5）車站缺少專職污水處理操作管理人員，難以應(yīng)用管理復(fù)雜和運(yùn)行費(fèi)用高的污水處理工藝。

隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，對(duì)于鐵路站房污水的治理與排放、公眾的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐步提高，鐵路污水處理要求越來越高。2013年北京市環(huán)境保護(hù)局為防治水污染、保護(hù)和改善水環(huán)境，發(fā)布的DB 11/307—2013《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：排入北京市Ⅱ類、Ⅲ類水體的污水執(zhí)行A排放限值，COD（化學(xué)需氧量）為20mg/L，NH3-N（氨氮）為1.0 mg/L，TP（總磷）為0.2 mg/L；排入北京市Ⅳ類、Ⅴ類水體的污水執(zhí)行B排放限值，COD為30 mg/L，NH3-N為1.5 mg/L，TP為0.3 mg/L，要求的污水排放標(biāo)準(zhǔn)高于生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至超過地表水Ⅲ類、Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，這使鐵路污水處理工藝選擇面臨很大挑戰(zhàn)，需選擇合適的處理工藝。

針對(duì)生活污水處理設(shè)備出水難以達(dá)到DB 11/307—2013中A排放限值要求的問題，介紹一種生物生態(tài)耦合工藝，即采用PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)的工藝，將其應(yīng)用于工程實(shí)踐，通過工藝優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整，使設(shè)備出水達(dá)標(biāo)，滿足水質(zhì)要求，解決小型鐵路站房生活污水處理困難的問題，改善因鐵路站房污水造成的車站周邊水污染情況，同時(shí)也為分散式污水的高標(biāo)準(zhǔn)處理積累經(jīng)驗(yàn)，為工程實(shí)踐提供參考。

1 工藝概況

北京某鐵路站房日排生活污水量約2 m3，通過對(duì)該線路多個(gè)既有站房生活污水實(shí)地調(diào)研和取樣檢測(cè)，表明鐵路污水的BOD5/CODcr等于0.33及大于0.3，污水可生化性較好。其中CODcr平均濃度為278 mg/L，BOD5（五日生化需氧量）平均濃度為97 mg/L，NH3-N平均濃度為38 mg/L，SS懸浮物平均濃度為85 mg/L。TN代表總氮。根據(jù)該項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書要求，處理后出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行DB 11/307—2013中A排放限值。鐵路站房污水處理設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 鐵路站房污水處理設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

對(duì)于這樣一個(gè)小規(guī)模、高處理標(biāo)準(zhǔn)、分散型的生活污水治理項(xiàng)目，按照節(jié)約投資、建設(shè)安裝簡便、處理成本低以及運(yùn)維管理簡單的要求，在工藝選擇上采取有機(jī)污染物及氮磷物質(zhì)多重強(qiáng)化生物處理技術(shù)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。通過方案比選，該項(xiàng)目確定采用PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)。

2 PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)

2.1 技術(shù)構(gòu)成

PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)是一種由A2/O法與人工濕地技術(shù)相結(jié)合的新型污水處理技術(shù)，能同時(shí)去除有機(jī)物及氮、磷等污染物，該技術(shù)使用設(shè)備由生物處理罐和生態(tài)處理罐2部分構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試情況見圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試情況

（1）生物處理罐?；贏2/O生物脫氮除磷工藝原理設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)采用較低的設(shè)計(jì)容積負(fù)荷 Fr為 0.14 kgCOD/（m3·d），系統(tǒng)運(yùn)行過程中，混合液連續(xù)回流，剩余污泥采用間歇自動(dòng)運(yùn)行方式進(jìn)行回流與排放，旨在保證出水水質(zhì)達(dá)到最佳。

（2）生態(tài)處理罐。采用好氧接觸氧化、光合生態(tài)濕地以及濾料物理吸附相結(jié)合的工藝技術(shù)，一方面利用系統(tǒng)填料進(jìn)行微生物掛膜與繁殖生長，促進(jìn)微生物的新陳代謝；另一方面利用植物根系的吸附作用和植物光合作用，進(jìn)一步吸收降解污水中的有機(jī)物和氮磷，構(gòu)建了一個(gè)表層植物床和底層生物反應(yīng)床組成的復(fù)合生物生態(tài)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部持續(xù)供氧形成好氧、缺氧等不同區(qū)域。表層植物床分別選育栽種了根系發(fā)達(dá)和污染物吸收能力強(qiáng)的水生和景觀植物，不僅起到凈化污水的作用，而且外觀美觀。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)利用污泥原位減量技術(shù)反應(yīng)原理中的內(nèi)源代謝和微生物捕食［7］實(shí)現(xiàn)污泥減量，污泥原位減量可達(dá)到85%以上，從而保證在出水排放滿足要求的情況下，整個(gè)污水處理系統(tǒng)向外排放的剩余污泥量達(dá)到最少。為避免污泥處置問題，生物處理罐直接排放剩余污泥至鐵路站房的化糞池，這樣既保證了生物降解工藝的運(yùn)行，同時(shí)又大大簡化了污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行操作。

PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：

（1）污水處理系統(tǒng)可依靠自身植物生態(tài)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部持續(xù)供氧。單獨(dú)的生物污水處理系統(tǒng)極少利用外部能量，節(jié)約能源。

（2）污水處理系統(tǒng)利用微生物、植物的雙重污染物凈化作用，單獨(dú)的生物污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低耗能、高效凈化水質(zhì)的目標(biāo)。

（3）污水處理系統(tǒng)是單獨(dú)的生物污水處理系統(tǒng)，在長期缺水或無水的狀態(tài)下可自行維持系統(tǒng)的處理活性，菌種無水存活時(shí)間達(dá)12個(gè)月。

（4）污水處理系統(tǒng)主體為地埋式，地面部分為植物，外觀形似植物花壇，對(duì)周圍環(huán)境無影響且可與周圍環(huán)境完美契合，具有集約、生態(tài)、美觀的特點(diǎn)。

（5）污水處理系統(tǒng)高度集約，占地面積小，平面布置靈活、安裝方便。

（6）該技術(shù)具備抗堵塞和免維護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行，運(yùn)行過程中不產(chǎn)生剩余活性污泥。

（7）污水處理系統(tǒng)不需投加碳源和化學(xué)藥劑，用電設(shè)備少、設(shè)備功率低，具有運(yùn)行管理簡單、運(yùn)維成本低的特點(diǎn)。

（8）設(shè)備殼體采用不銹鋼材料，耐腐蝕、可承重、安全性高，常壓下壽命可達(dá)30年。同時(shí)具備保溫功能，能保證在低溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行，保證出水效果。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程

鐵路站房生活污水處理工藝流程見圖2。

圖2 鐵路站房生活污水處理工藝流程

（1）生活污水先經(jīng)過化糞池，部分懸浮性有機(jī)物在池內(nèi)沉淀，上清液受重力流入格柵調(diào)節(jié)池內(nèi)，經(jīng)格柵過濾后污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均化，然后由調(diào)節(jié)池內(nèi)提升泵提升至PTS處理系統(tǒng)。

（2）污水在PTS處理系統(tǒng)中分別進(jìn)入生物處理罐的厭氧段、缺氧段及生態(tài)處理罐的好氧段，在植物和微生物的共同降解下，COD、BOD5、NH3-N、SS以及各種形式存在的氮磷被去除。

（3）生態(tài)凈化后的污水進(jìn)入過濾消毒池被深度處理后達(dá)標(biāo)排放。

3.2 格柵調(diào)節(jié)池

格柵為初級(jí)過濾設(shè)備，不銹鋼材質(zhì)，柵條間隙3.0 mm，用于去除污水中大于3 mm的懸浮、漂浮物，對(duì)后續(xù)處理設(shè)備起有效保護(hù)作用，人工定期清運(yùn)外送柵渣［8］。

調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)水量，池內(nèi)設(shè)置2臺(tái)潛水提升泵，1用1備，設(shè)備參數(shù)Q（輸出流量）=0.5 m3/h，H（輸出壓力）=6 m，N（額定功率）=0.37 kW，將污水提升至PTS系統(tǒng)，降低PTS系統(tǒng)埋深及造價(jià)。

3.3 PTS光合生態(tài)型處理系統(tǒng)

（1）生物處理罐主要有6部分：調(diào)節(jié)池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、清水池。尺寸為L×W×H=1.5 m×3.5 m×3.0 m，數(shù)量是1個(gè)，材質(zhì)是SUS304。其中，生化系統(tǒng)設(shè)計(jì)容積負(fù)荷是0.14 kgCOD/（m3·d），設(shè)計(jì)停留時(shí)間是1.5 d，設(shè)計(jì)容積是3.5 m3。主要設(shè)備有2臺(tái)攪拌機(jī)，1用1備，設(shè)備參數(shù)N=0.22 kW；以及配套的曝氣系統(tǒng)。

（2）生態(tài)處理罐數(shù)量是2個(gè)，材質(zhì)是SUS304，尺寸是Φ×H=2.0 m×2.0 m。

經(jīng)過研究不同植物對(duì)污水中COD和氨氮的去除效果以及景觀觀賞效果比選［9］，選擇種植菖蒲和美人蕉2種植物。設(shè)計(jì)單株植物COD吸收量為0.07 g/d，吸收氨氮量為0.05 g/d，植物約1 000棵。

主要設(shè)備有2臺(tái)空氣泵，1用1備，設(shè)備參數(shù)Q=100 L/min，H=0.03 MPa，N=0.20 kW；2臺(tái)潛水回流泵，1用1備，設(shè)備參數(shù)Q=0.5 m3/h，H=6 m，N=0.37 kW；以及其他配套曝氣系統(tǒng)、填料、濾料和水生植物。

3.4 過濾吸附消毒系統(tǒng)（兼回用水池）

該系統(tǒng)數(shù)量是1個(gè)，材質(zhì)是不銹鋼，尺寸是L×W×H=1 m×1 m×2 m。

主要設(shè)備有2臺(tái)潛水回用泵，1套紫外線消毒系統(tǒng)；還有1 m3復(fù)合吸附除磷填料。

4 運(yùn)行效果

該污水處理系統(tǒng)操作簡便，只涉及到攪拌機(jī)、污水泵和風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)與停止，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停及故障切換功能。長期運(yùn)行過程中，由于化糞池出水中攜帶的不溶性固體物質(zhì)會(huì)在調(diào)節(jié)池底部沉積，因此需每年清掏1次。在冬季，需要對(duì)植物枯萎的葉子進(jìn)行清理。

設(shè)備運(yùn)行成本低，每天運(yùn)行用電量約3.5 kW/m3，可采用220 V電壓供電，且無需專業(yè)人員管理。

試運(yùn)行以來，實(shí)際進(jìn)水水量達(dá)到1～2（m3·d-1），系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定，出水?dāng)?shù)據(jù)優(yōu)于DB 11/307—2013中A排放限值要求。

為了驗(yàn)證PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)在不同季節(jié)、不同溫度環(huán)境的處理效果，選擇2個(gè)站房的污水處理系統(tǒng)分別在夏、冬2個(gè)季節(jié)調(diào)試運(yùn)行，站房1在7月份調(diào)試完畢，而站房2在12月份調(diào)試完畢，通過降低污泥負(fù)荷、延長污泥齡、增加水力停留時(shí)間和采取池體保溫等措施有效提高了低溫污水處理效率，最終均保證了出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2021年7月和12月測(cè)得的鐵路站房污水處理進(jìn)、出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 鐵路站房污水處理進(jìn)、出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

從運(yùn)行效果分析，PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)污水處理效率高，設(shè)備全年運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其中對(duì)CODcr、BOD5、NH3-N的去除率達(dá)到95%以上，對(duì)TN和TP的去除率達(dá)到80%～90%。

5 結(jié)束語

生物生態(tài)耦合工藝的PTS光合生態(tài)型污水處理技術(shù)采用較低的設(shè)計(jì)容積負(fù)荷0.14 kgCOD/（m3·d），并利用菖蒲和美人蕉等具備較高污染物降解能力的水生植物降解氮、磷等污染物，實(shí)現(xiàn)了不同氣溫條件出水水質(zhì)均可符合DB 11/307—2013的A排放限值的目標(biāo)。該技術(shù)應(yīng)用于分散式小水量的鐵路車站污水處理工程中，驗(yàn)證了其污水處理效果是有效、可行的；將污水處理、植物凈化、生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，達(dá)到了美化環(huán)境、高效低耗運(yùn)行的目的，取得了良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［10］。

該技術(shù)具有工藝簡單、投資及運(yùn)行費(fèi)用少、處理效果好、無人值守、觀賞性強(qiáng)、中水可回用等諸多優(yōu)勢(shì)，可有效滿足今后污水排放標(biāo)準(zhǔn)的更高要求，不僅為小型鐵路車站污水處理、還為分散式污水處理積累了經(jīng)驗(yàn)，可在同類分散點(diǎn)源式污水處理中推廣應(yīng)用。