某中原地區鐵路機務段主要承擔總計近400 km的貨運及部分客運的牽引和段內40多條專用線的調車任務，同時擔負著內燃機車中修、小修、輔修任務，年均用水量達50萬m3以上。由于該機務段所處地區水資源極為匱乏，用水緊張制約了該段正常生產的組織開展；同時由于內燃機車廢水污染嚴重，而原有廢水處理站設備老化，難以正常運轉，造成廢水排放不能達標，外排水中石油類物質及COD超標，對當地環境造成較大危害。對此，決定對原有廢水處理工程進行升級改造，使處理后廢水得以回用，既解決了用水緊張的難題，又減少了廢水排放帶來的環境污染。

1 工程概況
 
鐵路機務段廢水主要包括：內燃機車洗車廢水、油庫降溫廢水、段內鍋爐房沖渣及除塵器廢水、職工澡堂廢水、打風機降溫冷卻廢水、清洗機車配件廢水、沖洗地面及段區辦公樓廢水等，其水質：COD 111~273 mg/L，SS 86~139 mg/L，石油類27~126 mg/L，pH 6.9~7.6。經站內用排水統計分析，進入污水 站的水量為1 000 m3/d，考慮安全系數1.2，廢水處理站的設計規模確定為50 m3/h。

處理后回用水擬主要用于油庫降溫、機車沖洗、鍋爐房除塵、沖廁、澆灑綠地及人工湖補充用水等，需滿足《鐵路回用水水質標準》（TB/T 3007—2000）的要求。改造工程設計進出水水質如表 1所示。

表 1 設計進出水水質

2 原有工藝分析
 
原廢水處理工藝流程如圖 1所示。

 原廢水處理設施是按照《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的二級排放標準（COD≤150 mg/L，石油類≤10 mg/L，SS≤150 mg/L）進行設計與建設的，運行幾年后因設備老化，處理后的廢水不能實現穩定達標排放。近年來，隨著污染的加劇及周圍居民環保意識的增強，廢水排放需執行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級排放標準（COD≤100 mg/L，石油類≤5 mg/L，SS≤70 mg/L）。為徹底實現廢水達標排放并改善和緩解該段用水緊張問題，在最大限度利用原有廢水處理設施的基礎上，對廢水處理工程進行升級改造。

3 改造工藝選擇及主要構筑物設計
 
3.1 改造工藝選擇
 
針對原污水處理設施存在的不足，為保證廢水達標排放并滿足中水回用水質要求，對原處理工藝進行改造。經多方案技術經濟比較，結合原有處理設施，改造后的工藝流程如圖 2所示。

 3.2 主要構筑物設計
 
（1）格柵改造。原有格柵間隙太大，靠人工撈除懸浮物困難，現改為細格柵。選用機械格柵1臺，GSHZ300-1500-10-600-75°，B=300 mm，H=1 500 mm，電機功率1.5 kW，柵寬0.6 m，柵條間隙10 mm，安裝傾角75 °。

（2）調節池內新增油水自動分離裝置。原調節池深達9 m，原有吸油裝置吸油效果不好，需要人工清油，缺乏油水分離措施，吸上來的是油、水、泥混合物，而且油已乳化，很難分離。為改善除油效果，將調節池水位最大限度地提高（調整后水深為4 m），采用真空吸油，設置油、水、泥三相分離設施，設備型號JF-200，Q=50 m3/h，吸油量可達150 kg/h，徹底克服了池中浮油吸出困難，吸出后油已乳化不能自動分離的弊端，提高了油的回收率。

（3）新增生物接觸氧化處理單元。因廢水經原流程處理后，COD、BOD、含油量均達不到《鐵路回用水水質標準》（TB/T 3007—2000）的要求，因此增加生物處理單元。該處理技術的實質是在曝氣池內充填比表面積大的填料，為微生物的生長提供便利條件，便于世代時間較長的硝化菌群的附著生長，可以同時去除COD、BOD、N、P和油類物質。

生物接觸氧化池尺寸為6 m×8.5 m×5 m，填料采用框架式組合彈性纖維填料，填料裝填高度為 2.5 m。采用羅茨風機供氧，型號LSR80-80A，風量5.01 m3/min，N=5.5 kW，曝氣裝置采用穿孔管。

（4）新增過濾砂缸。因原設備過濾能力只有20 m3/h，新增加2臺Q=30 m3/h的L1400過濾砂缸，使過濾單元處理能力滿足50 m3/h。1臺20 m3/h和2臺30 m3/h的過濾裝置可以按需要進行組合，且反沖洗時也可以保持最大處理能力。配套新增過濾泵，型號65DFWQ-160，Q=30 m3/h，H=26 m，N=5.5 kW。

（5）新增二氧化氯消毒設備。消毒裝置型號 CPF-100XD1，二氧化氯發生量可達100 g/h，折合有效氯≥300 g/h，處理水消毒后，可滿足鐵道部規定的回用水細菌指標。

（6）新建清水池。新建清水池容積50 m3，鋼筋混凝土結構，用于蓄存已達回用標準的水。

（7）新增變頻調速供水裝置。新增回用水供水裝置，包括3臺水泵（DFG65-200A/2/5.5，2用1備），變頻恒壓儀表電控裝置（BHGC16/2-0.60）等，可在0.35 MPa下恒壓供水。

（8）新增中水回用管網系統。根據需水點新建1套壓力為0.35 MPa的中水供應管網系統。新建供水干管4條，分別為2條400 m的DN65管線，1條 1 000 m的DN65管線，1條1 500 m的DN80管線。DN25的中水回用支管，總長度5 000 m。

4 調試運行
 
設備安裝完成后即進入調試階段。按照單機試車、聯合試車順序對各單元進行調試，各單元機械設備和電氣控制達到設計要求后進行系統調試。系統調試主要分為強化預除油調試、生化系統調試、深度處理單元調試。

4.1 強化預除油調試
 
預除油單元主要包含自動油水分離裝置、斜板隔油池及氣浮設備。自動油水分離裝置可去除50%的浮油，且回收的一部分油可外售。斜板隔油池可進一步去除粒徑＞80 μm的油珠，去除率可達40%。經隔油后的廢水進入氣浮池，通過投加破乳劑、混凝劑及助凝劑去除分散油和懸浮物〔2〕。調試結果表明，氣浮設備在容器壓力為0.35 MPa、回流量為30%、PAC投加量為60 mg/L、PAM投加量為3 mg/L時，出水水質較好，除油率穩定達到80%以上，SS去除率穩定達到60%以上，COD去除率達40%以上。油類物質經此3單元的處理，總去除率可達到94%。

4.2 生化系統調試
 
生物接觸氧化池中的微生物采用接種培養與馴化。菌種采用城市污水處理廠的脫水污泥，投加量為生化池有效容積的20%。接種污泥后，先進行2 d的間歇式曝氣培養，使微生物有一定的適應階段，之后開始小水量進水，2~3 d提高一次進水流量，每次增加不超過20%，逐步培養馴化生物膜。此過程中控制生化池溶解氧為2~4 mg/L，并定時取水樣監測廢水中各污染物的去除情況以考察生物膜的生長情況。經過15 d左右的掛膜培養，廢水中各污染物的去除基本穩定，填料表面出現了一層灰褐色黏性膜狀物質，進行顯微鏡觀察，發現生物膜中微生物豐富，且含有一定數量的鐘蟲、輪蟲等，標志著填料表面生物膜逐漸成熟。二沉池出水較清澈，水質穩定達標，掛膜啟動成功。馴化階段結束，進入穩定運行階段。

采用鼓風曝氣方式充氧，氣水比不易過大，可根據進水水質進行調節，一般采用（4~6）∶1。氣水比過大，會有部分老化脫落的生物膜和固體顆粒被沖出生物接觸氧化池而導致出水濁度升高；氣水比過小，會造成溶解氧不足，導致生物接觸氧化池中生物膜脫落、氣泡直徑變大、出水渾濁、處理效果劣化等。

4.3 深度處理單元調試
 
生化系統運行穩定后，其出水進入過濾單元進行深度處理。濾速為4 m/h，過濾周期24 h。反沖洗方式采用氣水反沖洗，這種沖洗方式可以減小反沖洗用水量且沖洗效果優于常規水反沖洗。關閉進出水閥門，先用氣進行沖洗，沖洗強度為10~12 L/（m2·s），時間3~5 min；之后采用水反沖洗，沖洗強度為8~10 L/（m2·s），時間8~10 min。

過濾處理后的水經消毒直接進入清水池，消毒劑采用二氧化氯，投加量為1.5~2 mg/L，折合氯投加量為4~5 mg/L。

4.4 運行效果
 
到目前為止，該工程運行已接近2 a，出水水質穩定。消毒處理后的出水SS ＜ 5 mg/L、COD ＜ 32 mg/L、石油類 ＜ 3 mg/L、濁度 ＜ 3 NTU、總大腸桿菌 ＜ 5 L-1，優于鐵路回用水水質標準中的鐵路景觀用水水質標準，可分別回用于機車配件蒸煮和沖洗、綠化景觀補水、沖洗廁所等。

5 環境、經濟效益分析
 
5.1 環境效益分析
 
回用水量按季節存在一定差異，冬季因綠化、冷卻及人工湖補充用水少回用水量較少，春、夏、秋季回用水量較大，以年為單位進行核算，年平均廢水回用率＞50%。進入廢水處理站的水量按1 000 t/d計，廢水回用率按50%計，則改造前后的排污狀況及污染物削減量如表 2所示。

5.2 經濟效益分析
 
經核算，與原污水處理工藝相比，改造后廢水處理站運行功率增加32.8 kW，電費按平均0.6 元/（kW·h）計，則運行費用增加0.47元/m3，每年按360 d計，處理規模按1 000 m3/d計，則每年增加運行費16.92萬元。而每立方新鮮水水價為2.8元，每年可利用回用水按18萬m3（回用率50%，回用水量500 m3/d，1 a按360 d計算）計，每年可節約水費32.69萬元，加上閉路回用減少排污費、超標費 15萬元，每年可節約30.77萬元。改造工程總投資為124萬元，4 a即可收回全部投資，經濟效益顯著。

總之，該項目的建設不僅具有顯著的環境效益和社會效益，而且有顯著的經濟效益。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。

6 結論
 
針對原廢水處理工藝設計標準低、處理設備老化、出水水質不達標等問題，結合中水回用的循環用水理念，對原處理工藝進行了改造。增加了除油單元以降低原廢水中的油類物質；增加了生物接解氧化單元，利用微生物去除水中的有機污染物質；增加了過濾消毒單元，進一步去除廢水中的懸浮物和微量有機物。經生化和消毒處理后，廢水pH、COD、SS和油類等指標均達到了回用水標準。

進行處理工藝改造后，廢水處理費用增加了16.92萬元，但處理后廢水達到鐵路回用水水質標準，在回用水率達50%的情況下，每年可節省新鮮水用量18萬m3，節約水費32.69萬元，并可節省排污費15萬元，合計每年可節約30.77萬元。由于出水水質的提高，可減少向淮河排放COD 27 t/a，石油類21.06 t/a，經濟效益和環境效益顯著。