京通铁路车站污水处理工艺探讨
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摘 要：京通铁路位于北京市、河北省北部地区，全线设车站44座。大部分车站污水需增设污水处理构筑物。污水处理工艺采用微氧水解酸化+化学催化耦合床（CCBF）工艺。污水排放达到了北京市《水污染物综合排放标准》（DB11/307-2013）表1“A级排放限值”要求，符合环保要求。
关键词：铁路；污水处理；化学催化耦合床
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.032
1 项目概况
京通铁路昌平至朝阳地段由北京枢纽铁路昌平车站开始，经北京市昌平区、怀柔区、密云区，河北省承德市滦平县、隆化县、围场县，于朝阳地（蒙冀交界）为止。
线路位于北京市、河北省北部地区，属于温带大陆性季风型燕山山地气候，具有光照充足，四季分明，冬长夏短的特点。春季干旱少雨；夏季温和，多雷阵雨；秋季天高气爽，昼夜温差大；冬季寒冷少雪，昼夜温差较大。
本线既有昌平北、古北口、虎什哈、滦平、窑上、张百湾、白旗、张三营、庙宫、四合永、朝阳地等44个车站。大部分车站距离城区较远，周边无市政污水管网，车站污水均需要设污水处理构筑物处理。
本工程各车站污水主要是生活污水，来自于各车站、办公房屋等的生活污水排放，主要污染物为CODcr、BOD5、NH3-N、SS，另外还有油脂、大肠杆菌菌群数等。参照铁道部科技司研究项目《铁路中小站区生活污水强化一级处理试验研究》中小站水质监测资料，本本工程既有站水质情况和污染物排放量见表1。
2 常用生活污水处理工艺比选
本文对根据项目情况，结合常用生活污水处理工艺方案，进行论证和比选。
（1）人工湿地污水处理工艺是人工湿地污水处理工艺是人工模拟“自然湿地”建造的一个“自然系统”。利用生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用去除污水中的SS、BOD、COD、氮、磷和重金属等污染物，达到对污水的净化。
人工湿地技术是在20 世纪70 年代Kickuth 提出“根区法”理论后，在世界各地逐渐受到重视被运用的。在人工湿地进水污染物浓度较低的条件下，对BOD5的去除率可达84%～96%，CODcr去除率可达80%左右，污水中大部分有机物做为异养微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2、H2O，实现污水处理。
工程设计时重点考虑的几个问题，首先，设计参数应该根据进、出水水质指标要求进行选择。其次，常规的有机负荷参数设计，仅考虑BOD5，而没有考虑其他水质污染物指标。例如，当出水针对总氮指标有要求时，qhs（表面水力负荷）和 qos（表面有机负荷）均未考虑到污水水质的差异。第三，人工湿地是一种自然生态的污水处理技术，污染物去除是借助植物和微生物来完成的，因此温度也是重要的设计参数。总的来说，人工湿地设计需要有丰富的工程经验。
人工湿地是一种越来也越受重视的相对低耗、高效的生活污水、工业废水的自然处理方法，比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的铁路沿线车站小型污水处理。考虑本项目在北京、河北地区，冬季寒冷，人工湿地中的植物不能生长，严重影响出水水质，导致不能达到环保要求。因此，在本项目污水处理没有选用人工湿地工艺。
（2）A2/O工艺。A2/O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧、好氧生物脱氮除磷工艺的简称。该工艺是在70年代由美国专家在厌氧-好氧除磷工艺（A/O）的基础上开发出来的，流程简图见图1。
A2/O工艺是一种典型的脱氮除磷工艺，其生物反应池由厌氧、缺氧和好氧三段组成。这是一种推流式的前置反硝化型BNR 工艺，其特点是厌氧、缺氧、好氧3段功能明确、界线分明，可根据进水条件和出水要求，控制3段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（BOD/TKN≥4）便可达到较高的脱氮率。厌氧区的主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；缺氧区的首要功能是脫氮，硝酸氮通过内循环由好氧区回流至此，在反硝化菌的作用下转化为氮气；好氧区是多功能的，吸收磷，去除BOD5和CODcr，同时在硝化菌所用下，有机氮转化的氨氮继而转化为亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行硝化脱氮。最后实现污水的达标处理。
A2/O法优点是能够脱氮除磷，总的水力停留时间少于其它同类工艺，对污水水质变化适应性强；缺点是脱氮要求有机负荷较低、污泥龄较长，而除磷要求有机负荷较高、污泥龄较短，往往很难平衡；且管理维护费用相对较高。
（3）SBR法。SBR法是序批式活性污泥法，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。SBR系统内只有一个污水处理单元，SBR集进水→曝气→沉淀→排水等功能于同一单元，该单元在不同时间发挥不同的污水处理作用。
SBR工艺特点：1）生物化学反应推动力大，效率高，池内厌氧、缺氧、好氧交替进行，净化效果好。2）污水处理运行效果稳定，在理想的静止状态下进行物理沉淀，时间短、效率高，出水水质好。3）承受较大的冲击负荷，池内滞留的处理水，对新流入的污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和水质的冲击。4）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥的膨胀。5）工程造价低，主体设施只有一个反应器，不设二沉池、污泥回流系统，进水水质稳定的情况下，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积小。
（4）经分析上述工艺经验成熟，污水处理后出水能够达到GB8978-2006《污水综合排放标准》一级标准，但很难达到环评批复的北京市《水污染物综合排放标准》（DB11/307-2013）表1“A级排放限值”。
3 推荐处理工艺
本项目根据选用了一种最新的污水处理工艺----铁基质催化生物载体自养生物深度脱氮除磷污水处理工艺（即化学催化耦合床工艺），该技术进行样品生产及试验，试验结果达到预想效果。
微氧水解酸化+化学催化耦合床（CCBF）工艺原理：污水经化粪池、格栅进入微氧水解酸化池，使原水均质、均量减少整个工序的冲击负荷，微曝气使废水初步水解酸化，然后进入化学催化耦合床（CCBF）。
化学催化耦合床（CCBF）处理基本原理：（1）铁基质催化生物载体通过催化原电池反应由内而外释放[H]或H2，及Fe2+；（2）污水中氨氮在AOB 和NOB的作用下被氧化为硝氮；（3）铁基质催化生物载体与异养、自养反硝化菌耦合协同将硝氮还原为氮气，实现脱氮；（4）污水中的磷与铁基质催化生物载体释放的铁离子结合而被固化去除。磷酸根离子与铁基质催化生物载体产生的 Fe3+反应，并结合 2 分子的水， 生成 FePO4·2H2O 沉淀，实现磷的去除。（5）污水处理达标后，贮存、绿化或排放。
4 结语
铁基质催化生物载体自养生物深度脱氮除磷污水处理技术进行样品生产及试验，试验结果达到预想效果。污水处理效果达到了北京市《水污染物综合排放标准》（DB11/307-2013）表1“A级排放限值”要求。经过本工程成熟实践后，可推广使用。
参考文献：
[1]张润斌.人工湿地设计计算方法探讨[J].给水排水，2017年Vol.43
增刊，146-147.
[2]郑炜晔.基于铁质载体与生物耦合深度处理低C/N比生活污水的研究[D].北京：北京交通大学硕士论文，2018.
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