城市轨道交通车辆段生产废水处理工艺
摘 要: 通过调研运营多年的城市轨道交通车辆段生产废水处理厂，发现实际生产废水量远小于设计规模，运行中存在隔油沉淀调节池人工刮油困难、重力排泥管道堵塞、气浮设备中的释放器经常堵塞等问题。由此建议: 废水处理厂设计规模宜为 50 ～ 100 m3/ d; 在轴箱清洗和转向架清洗处就地设隔油沉淀池; 将调节和隔油沉淀功能分离，废水泵站兼具水量调节功能，平流式隔油沉淀池承担隔油沉淀功能; 采用压力溶气气浮设备并使用压缩空气冲洗 TV －Ⅱ型溶气释放器。北京地铁某车辆段生产废水处理厂改造采用了以上措施，出水水质优于《污水综合排放标准》( GB8978—1996) 的二级标准。
关键词: 城市轨道交通车辆段生产废水; 平流式隔油沉淀池; 压力溶气气浮设备
轨道交通项目正在大规模建设中，运营多年的城市轨道交通车辆段数量不多，轨道交通车辆段生产废水处理基础资料相对匮乏，为此对 1969 年建段的北京地铁古城车辆段( 56 列位列检能力、两列位厂架修能力，为北京地铁 1 号线所有车辆及 2、4、13号线部分车辆提供维护业务) 、1982 年建段的北京地铁 2 号线太平湖车辆段等几个多年运营的典型车辆段生产废水处理系统进行了调研。
1生产废水含油污染物来源和特征
轨道交通车辆每运行( 1． 8 ～ 2． 2) × 104km 进行月修洗车，40 × 104km 入库洗车、检修，80 × 104km 进行转向架清洗和轴箱清洗，180 × 104km 进行厂架修。车体清洗时少量润滑油、机油会进入清洗废水，是生产废水中石油类污染物的来源之一; 车辆进行厂架修过程中，转向架和轴箱需清洗，转向架和轴箱清洗废水循环使用，平均 20 ～ 30 d 更换一次，成为车辆段生产废水中石油类污染物的主要来源。
轨道交通车辆段生产废水中除石油类、COD、悬浮物外其余污染物指标均不超标，COD 超标是石油类污染物超标的体现; 因废水中悬浮物粘附着润滑油、机油，故与常规生活污水不同，轨道交通车辆段生产废水中悬浮物浓度较高。
2生产废水排放标准和排水体制
不同时期的城市轨道交通车辆段生产废水采用不同的排放标准和排水体制。
早期建设的城市轨道交通车辆段通常将生产、生活污水混合后一并处理，泵站、沉淀调节隔油池、气浮池等处理构筑物内的混合污水发黑、发泡、有强烈的臭味，处理后的混合废水过滤后仍有臭味，不进行回用，直接排放至市政污水管网。
随着环保政策逐渐严格，国家环保局提高了难于生物降解的石油类污染物的排放标准，要求石油类污染物排放执行《污水综合排放标准》( GB8978—1996) 二级标准。古城车辆段在北京环保局指导下将生产废水、生活污水分质排放，生活污水经化粪池处理后排至市政生活污水管道; 含油生产废水进行气浮处理再经生物活性炭过滤处理后回用，回用水处理价格略高于自来水价格。古城车辆段生产废水处理站现状泵站、调节池、沉淀隔油池、气浮池、生物活性炭过滤罐内的废水均没有气味，卫生条件良好。
上海地铁 9、11、12 号线，哈尔滨地铁 1、3 号线，天津市地下铁道 5 号线等项目的环境影响报告书均要求石油类污染物执行《污水综合排放标准》( GB8978—1996) 二级标准，处理后的生产废水排入市政污水管网，为保证出水水质达标，建议新建车辆段采用分质排水方式，生产废水与生活污水分别收集、分类处理。
3废水量和进、出水水质
3. 1 实际生产废水量
古城车辆段生产废水设计能力为 150 m3/ d，已运转42 年，目前实际生产废水量为300 m3/ 月，日平均生产废水量为 10 m3，最大日生产废水量为 20 ～30 m3; 太平湖车辆段生产废水设计能力为 300 m3/d，已运转 29 年，实际生产废水量为 230 m3/ 月，日平均生产废水量为 8 m3，最大日生产废水量为 20 ～30m3。上海地铁 1 号线车辆段、上海地铁莘闵线莘庄车辆段、广州芳村车辆段等也都存在实际水量远小于设计水量的问题。
由于早期建设的城市轨道交通车辆段缺少实际运营资料，造成生产废水处理规模远远大于实际生产废水量。
3. 2 生产废水进水水质
经调查，轨道交通车辆段生产废水处理厂进水水质见表 1。
3. 3 出水水质
按照车辆段生产废水处理后的不同去向，生产废水处理执行不同的标准。
大多数车辆段生产废水处理后排入市政污水管网( 有城市污水处理厂) ，执行《污水综合排放标准》( GB 8978—1996) 二级标准 ( COD 为 100 mg/L、BOD5为 30 mg/L、SS 为 70 mg/L、pH 值为 6 ～9、石油类为 10 mg/L) 。
部分车辆段生产废水处理后排入附近水体，执行《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》( GB18918—2002) 的一级 A 标准 ( COD 为 50 mg / L、BOD5为 10 mg/L、SS 为 10 mg/L、pH 值为 6 ～9、石油类为 1 mg/L) 。
部分项目考虑回用，生产废水经处理需达到《铁路回用水水质标准》( TB/T 3007—2000) : 浊度≤10 NTU、COD≤30 mg/L、石油类≤5 mg/L、接触30 min 后总余氯≥1． 0 mg / L，生产废水增加回用处理工艺———生物活性炭过滤或超滤，但生产废水回用存在生产废水量小、活性炭再生困难或超滤膜钝化速度快、实际处理成本高于自来水价格、处理后的生产废水仅回用于道路冲洗绿地浇洒等一系列问题。
4废水处理工艺和存在的问题
大多数车辆段生产废水处理站采用“进水/格栅/调节隔油沉淀池( 浮油吸收机除油) /溶气泵气浮”或“进水/格栅/调节池/斜板隔油沉淀池( 撇油管除油) /溶气泵气浮”工艺。
工艺运行中存在以下问题: 由于调节隔油沉淀池工艺将调节和隔油沉淀功能集于一个构筑物中实现，进出水均采用水泵，进出水量的差异导致调节隔油沉淀池液位忽高忽低，部分项目设置浮油吸收机并将罩网孔径加大两号，仍经常出现浮油结块堵塞滤网的现象; 由于浮油吸收机遮挡，使机械刮泥机不能使用; 油泥粘度较大，不能自流至污泥斗且重力流排泥管道经常堵塞，油泥沉积在池底，需定期安排人工清掏，一旦清掏不及时则会造成池内沉泥液位过高，过水高度减小，水力停留时间缩短影响隔油沉淀效果。由于浮油和油泥粘度高，斜板隔油沉淀池经常出现斜板粘挂油泥现象，沉淀效果下降，需要定期清洗浮油除泥才能保证正常运转。
隔油沉淀失效会导致气浮进水悬浮物浓度较高，经气浮后的溶气水悬浮物浓度仍较高，以气浮出水作为溶气水时，停止运营时污水灌入释放器腔内悬浮物沉积导致气浮设备中的溶气释放器经常堵塞，影响整套生产废水处理设备的正常运转。为解决该问题，多数生产废水处理厂采用自来水作为溶气水，从而造成浪费。
另外，在斜板隔油沉淀池出水侧水面上设置了200 ～ 300 mm 钢制集油管除油，沿其长度在管壁的一侧开有切口，集油管可以绕轴线转动。平时切口在水面上，当水面浮油积累到一定厚度时，转动集油管，使切口浸入水面油层之下，油进入管内，再流到池外，由于撇油人工操作，在撇油液位控制不好的情况下，浮油和废水会一并进入集油桶，集油桶中的废水需人工清理，劳动强度较高。
个别车辆段生产废水处理站对含油污泥采用机械脱水法，运营效果不理想，后改为委托外运的方式，若处置不当易造成二次污染。
5改进措施
轨道交通车辆段生产废水超标污染物为石油类和悬浮物。根据行业设计经验，石油类污染物主要为润滑油、机油，以浮油和分散油为主，约占石油类污染物的 80%; 浮油油珠粒径一般大于 100 μm ，易浮于水面; 分散油油珠粒径为 10 ～ 100 μm，以微小油珠状态悬浮于水中，易浮于水面形成油层; 少量的乳化油进行破乳处理也可形成浮油，废水中含微量溶解油; 悬浮物为粘附润滑油、机油的灰土和油泥渣。轨道交通车辆段生产废水水温低、油的粘度大。
5. 1 转向架和轴箱维修车间废水就地处理
转向架和轴箱清洗废水循环使用，平均 20 ～30d 更换一次，生产废水量约 20 m3/ 次，废水中石油类污染物含量高，该部分废水量不大且定期排放，故在转向架维修和轴箱车间设 20 m3小型隔油沉淀池就地处理，停留时间为 1 h。定期清除浮油和沉泥，以减少对后续处理构筑物的冲击; 含油浓度高的生产废水经小型隔油沉淀池处理后与含油浓度低的洗车废水等其他生产废水混合并进一步处理。
5. 2 调节隔油沉淀池的功能改进
以设计能力为 10 m3/ h 的车辆段生产废水处理站为例。
① 生产废水泵站兼具水量调节功能
设直径为 4 m 的生产废水泵站，启停泵水位差为 2 m，则调节容积为 25． 12 m3，能调节 2． 5 h 的生产废水量，满足调节容积为日处理量 20% ～30% 的要求。
为防止生产废水在泵站中沉淀，采用圆形泵站并设置了冲洗管道以便于定期冲洗。
②采用平流式隔油沉淀池
平流式隔油沉淀池结构简单、管理方便、应变能力强，具备设置复合式刮油刮泥机的安装条件，正方向刮油，反方向刮泥，可提高对高粘度浮油和油泥的去除率，改善气浮设备溶气释放器的工作条件，降低溶气释放器堵塞频率。
为取得基础设计数据，取样测得生产废水含油量为 150 mg/L，置于 800 mm 高的试验桶中，进行静态浮油实测试验。油珠在静止状态下上浮，上浮120 min 后，可去除粒径 ＞ 45． 80 μm 的油珠。设计中，一般去除粒径 50 μm 以上油珠即可，水力停留时间为 120 min 时，油珠上升速度为 0． 15 mm/s，去除率可达 70%，实际运营中，可将生产废水含油量从 150 mg/L 降到 37． 03 mg/L。该试验结果和《铁路生产污水处理设计规范》( TB 10079—2002) 中第8． 5． 1 条规定平流隔油池的“停留时间宜为 1． 5 ～ 2h”相符。
《铁路生产污水处理设计规范》( TB 10079—2002) 第 8． 4． 1 条规定，平流式隔油沉淀池沉淀阶段“停留时间不宜小于 2 h”，“单格长度与宽度之比不宜小于 4，长度与有效水深之比不宜小于 8，水平流速宜采用 1． 0 ～5． 0 mm/s”; 第 8． 5． 1 条规定平流隔油池的“停留时间宜为 1． 5 ～2 h”，“水平流速宜采用 1． 0 ～3． 0 mm/s”。为便于管理将平流式隔油沉淀池设于室内，隔油沉淀时间确定为 2 h; 隔油水平流速在沉淀水平流速的中下限，按隔油水平流速计算平流式隔油沉淀池设计参数。
经计算，隔油沉淀池有效水深为 800 mm; 沉淀池工艺长度为 8 m，考虑进水区和出水区的设置，沉淀池总长为 9． 1 m; 沉淀池宽为 1． 6 m; 长宽比为 5，长深比为 10; 水平流速为 2． 17 mm/s ＜ 3 mm/s，沉淀时间为2 h。池中油层厚度为20 mm，底部泥层和缓冲层厚为 480 mm，保护高度为 300 mm; 每格设污泥斗 1 个，下口尺寸为 500 mm ×500 mm，上口尺寸为1 600 mm ×1 600 mm，斗深为866 mm。每格池底设 i =0． 02 的坡度坡向污泥斗; 每个污泥斗底部设自动耦合式安装具切削和自动搅匀功能的 Q = 5m3/ h、H = 170 kPa、N = 1． 5 kW 潜污泵一台。
通过以上措施确保平流式隔油沉淀池液位稳定，在隔油沉淀池上设复合式刮油刮泥机，沿水流方向刮油，逆水流方向刮泥。
多年运转后车辆段生产废水中含油率会逐渐上升，75%的石油类污染物在隔油沉淀池中去除，因此平流式隔油沉淀池在车辆段生产废水处理工艺中具有非常重要的位置，为便于人员巡视和维护，将平流式隔油沉淀池设成半地下式，池顶位于地面上 1． 28m。
运营中，水量达不到设计水量时，每天至少排泥一次; 生产废水达到设计水量时，平流式隔油沉淀池2 h 刮泥刮油一次。
5. 3 采用压力溶气气浮及新型溶气释放器
气浮设备是车辆段生产废水处理的另一核心设备，气浮效果主要取决于溶气释气的效果。为此，采用压力溶气气浮设备，设备设置 10 min 反应时间的折板反应槽，使投加的 PAC 经管道混合器在折板反应槽内与生产废水充分混合、聚凝，气浮系统回流比为 40%，释气量为 40 mg/L，溶气压力为 0． 25 ～0． 4MPa，溶气罐的溶释气效率不应小于 80% ，并采用TV － Ⅱ型溶气释放器，在气浮工艺后段设 2 m3中间水箱与过滤泵相连。
通过溶气罐、水泵、空压机将大量空气溶于水，形成溶气水，通过释放器在溶气释放槽骤然减压，快速释放产生大量微细气泡粘附于经过混合反应的絮体和油珠上，上浮形成浮渣，采用刮渣机定时刮除，从而使污染物质从水中分离出来，使生产废水中的悬浮物浓度大大降低。每天系统停止运营后使用压缩空气冲洗 TV － Ⅱ型溶气释放器腔内沉淀的杂物，以防止堵塞; 定期更换胶皮制刮渣板，确保浮渣清除。
5. 4 采用压力过滤后的生产废水作为溶气水
在采用以上措施的基础上，生产废水经多介质过滤器后作为压力溶气水水源。正常运转情况下，多介质过滤器每隔 2 ～3 天反冲洗一次。
5. 5 采用污泥浓缩罐和污泥干化场
生产废水中的悬浮物会粘附润滑油、机油的灰土和油泥渣，常规机械脱水设备脱水效果不理想，为降低污泥量采用污泥浓缩罐浓缩污泥，上清液排回废水泵站，浓缩污泥排至污泥干化场，缩短污泥成饼周期。
6运行工艺及效果
采取以上改进措施后，轨道交通车辆段生产废水处理工艺流程见图 1。
北京地铁已开展厂架修业务的某车辆段目前生产废水处理站常规进水水质如下: COD 为 90 ～ 110mg / L、BOD5为 10 ～ 20 mg/L、SS 为 90 ～ 120 mg/L、pH 值为 6 ～ 9、石油类为 30 ～ 60 mg / L，生产废水处理系统改造方案采用以上工艺流程，通过强化隔油沉淀池设计大大提高了对 SS 和石油类污染物的去除率，以气浮出水作为溶气水，溶气释放器无堵塞现象，沉淀池排泥管道未出现堵塞，系统运行顺畅，出水水质: COD 为 70 mg/L、BOD5为 5 ～ 10 mg/L、SS为 50 ～70 mg/L、pH 值为 6 ～9、石油类为 5 ～8 mg/L，优于《污水综合排放标准》( GB 8978—1996) 的二级标准( 有城市污水处理厂) 。经广泛论证，新建工程哈尔滨轨道交通 1 号线太平桥车辆段生产废水处理亦采用该改造工艺。
7结论
① 城市轨道交通车辆段生产废水处理厂设计水量宜确定为 50 ～100 m3/ d。
② 应在轴箱清洗和转向架清洗处就地设隔油沉淀池处理生产废水。
③ 将调节和隔油沉淀功能分离，泵站负责水量调节，平流式隔油沉淀池负责隔油沉淀。
④采用压力溶气气浮设备并使用压缩空气冲洗 TV － Ⅱ型溶气释放器，以滤后水作溶气水水源。
⑤ 污泥浓缩罐和污泥干化场联合使用，缩短污泥成饼周期。
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