高速公路服務設施污水處理工藝的選擇初探

陳 果，姜良軍

0 前言

自上世紀90年代以來，湖南省高速公路通車里程已達2 600多km，在建項目有3 000多km，至今已有二十余年的高速公路運營歷史。在“十二五”期間，湖南省高速公路集中污水排放點(服務區(qū)、收費站、治超站、養(yǎng)護區(qū)、管理區(qū)等)將達到800～1 000個，年排放污水總量將達到1 500～2 000萬t，COD 排放總量將達到 1.2 ～1.8 萬 t/a，這部分污水得到有效治理將為我省節(jié)能減排、COD消減作出重要貢獻，同時有利于“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的建設。

1 高速公路服務設施污水處理的意義

高速公路的建設是社會經濟建設中的一大重要內容，高速公路沿線的收費站、服務區(qū)、養(yǎng)護隊、管理處等又是公路建設和管理中不可缺少的部分，這些服務設施由于人為活動，必然產生大量的生活污水，這些污水含有大量的有機、無機污染物，如不進行徹底處理就排到高速公路沿線生態(tài)區(qū)中，將會對環(huán)境造成極大的污染，影響和破壞生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。同時，還會造成水資源的浪費。

隨著高速公路建設的不斷擴大，這一問題表現(xiàn)得越來越突出。因此，采取合適的污水處理技術，減少污染物排放，節(jié)約資源，減少污水處理能耗具有重要的意義。

2 目前湖南省高速公路服務設施污水處理設施存在的問題

2.1 建設觀念滯后

新建高速公路服務設施的污水處理設施建設存在以降低工程造價和工程驗收為目標，不考慮或很少考慮今后污水處理設施長期穩(wěn)定運行，造成污水處理設施建設在處理工藝技術、成套設備選擇等方面存在隨意性，工程驗收后污水處理設施由于難以管理和維護、運行成本高等原因大多成為擺設。

2.2 污水處理設施運行陷入困境

目前湖南省高速公路污水處理設施的工藝技術大多基于傳統(tǒng)的大中型污水處理廠，一般采用接觸氧化法、活性污泥法、人工濕地等，基于這些技術的污水處理設施需要比較專業(yè)的管理維護人員進行維護和管理。而對于高速公路的污水集中排放及處理設施管理具有以下特點:

1)單個集中排放點污水排放量小，一般在10～150 t/d。

2)污染物排放濃度大，一般含餐飲、公廁污水，大多具備雨污分離的排放條件，因此其污水的污染物排放濃度一般是市政污水的3～5倍。

3)污水處理設施無專業(yè)管理人員，一般由其它維護人員代管。因此，污水處理設施往往由于缺乏專業(yè)的管理和維護而處于停運或報廢狀態(tài)。

4)由于在建和已建的污水處理設施工藝技術不適應于污水的分散處理(量小、濃度大)，造成污水處理效果差、運行成本高。

因此，湖南省高速公路的污水處理設施的建設出現(xiàn)誤區(qū)，管理陷入困境，成為制約行業(yè)節(jié)能減排的障礙。

3 高速公路服務設施污水處理的技術發(fā)展趨勢和技術特點

3.1 傳統(tǒng)高速公路服務設施污水處理技術的弊端

對于污水處理技術，其發(fā)展趨勢是不斷提高處理效率，降低能耗，提高自動化水平。而對于小型污水處理系統(tǒng)來說，傳統(tǒng)污水處理技術存在以下弊端:

1)技術方面:缺乏高效處理技術，難以實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

2)管理方面:自動化程度低，運行管理困難。

3)經濟方面:建設、運行成本高。

4)設備可靠性方面:由于裝置較復雜，設備故障率高。

5)處理能力方面:一般采用一體化設備或人工濕地，處理能力小。

3.2 高速公路服務設施污水處理技術發(fā)展趨勢

由于存在以上弊端，很多污水處理裝置建成后成為擺設，造成極大的浪費。高速公路服務設施污水處理技術未來發(fā)展趨勢必須解決以下幾個問題。

1)如何實現(xiàn)在無專業(yè)人員管理下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行;

2)如何實現(xiàn)運行、維護、管理的簡便;

3)如何降低運行、維護、管理的費用;

為了適應小型污水處理系統(tǒng)的要求，需要在傳統(tǒng)污水處理技術的基礎上做適應性改進，而節(jié)能型模塊化污水處理技術是其中杰出的代表。

4 節(jié)能型模塊化污水處理系統(tǒng)的優(yōu)點分析

4.1 節(jié)能型模塊化污水處理技術簡介

節(jié)能型模塊化污水處理技術(Decentralization Filter Biological Reactor)是分散型滴濾床生物反應器，屬于改進性生物膜法污水處理工藝，它主要由模塊(含特種生物填料)、布水設備組成，當污水由上而下從長有豐富生物膜的濾料的空隙間流過，與生物膜中的微生物充分接觸時，污水中的污染物被微生物吸附并降解，最終轉化CO2和N2，從而使污水得以凈化。節(jié)能型模塊化污水處理的核心技術是在不鼓風曝氣的條件下使污水完成氧氣的轉移吸收并被活性污泥所利用。

節(jié)能型模塊化污水處理技術的微生物以固定式生物膜的形式存在，提高了單位反應器體積微生物濃度，從而可有效地提高反應器的容積負荷，增強了系統(tǒng)整體的抗沖擊負荷能力和處理效果，降低了運行成本。

廢水生物處理工藝可分為兩種主要類型:懸浮生長工藝與附著生長(或生物膜)工藝。兩種方式都依靠微生物自然的積累，但懸浮生長工藝是靠微生物絮體的形成、沉降和回流積累，比較典型的如活性污泥法;而附著生長工藝主要是依靠微生物在載體表面的附著來積累。當廢水流過附著生長在惰性填料上的微生物(生物膜)時，水中的懸浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有機廢物而生長繁殖，逐漸在載體表面形成一層黏液狀的生物膜。污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物在濃度差的推動下，擴散至介質周圍的生物膜，進而被其中的微生物捕捉和吸收;進入微生物體內的有機污染物被微生物作為能源和營養(yǎng)物質吸附轉化為H2O、CO2、NH3和微生物細胞物質。微生物代謝產物如H2O、SO42－、NO3－及脫落的生物膜能通過液膜，隨水流走，如圖1所示。

圖1 生物膜結構示意圖

生物膜中的微生物主要有細菌(包括好氧、厭氧及兼性細菌)、真菌、放線菌、原生動物和較高等生物，其中藻類、較高等生物比活性污泥法處理時更為多見。與懸浮生長工藝相比，附著生長工藝有抗沖擊負荷能力強、污泥問題少、能處理低濃度污水、能耗低和管理較簡單等優(yōu)點，但同時也有基建投資較高、受供氧能力限制，對高濃度有機廢水的處理效率相對較低等缺點。附著生長工藝用于廢水處理已有一個多世紀，主要有生物濾池、生物轉盤接觸器(RBC)和20世紀70年代發(fā)展出的淹沒式附著生長生物反應器(SAGB)。

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生物濾池法是以土壤自凈原理為依據(jù)，在污水灌溉的實踐基礎上，經砂濾池和接觸池而發(fā)展起來的人工生物處理法。1893年在英國人試著直接將污水噴灑在粗填料上進行凈化的試驗取得成功。1900年以后，這種方法得到公認，被命名為生物濾池法，其構筑物則稱生物濾池(Bio—filter)，開始用于污水處理實踐，并迅速在歐洲和美洲等地得到廣泛應用。其特征是細菌以生物膜的方式附著在固體表面上，棲息在生物膜上的微生物即攝取污水中的有機污染物作為營養(yǎng)，從而使污水得到凈化。

生物濾池內生物膜生長在填料表層，而填料的選型一般為碎石或塑料制品。污水均勻地噴灑到填料表面，以水滴形式向下滲瀝，或以波狀膜的形式向下滲流，并在填料表面形成生物膜。生物膜從污水中吸取有機污染物作為營養(yǎng)源，并形成新的微生物機體，當膜的厚度到達一定程度時，氧就無法透入生物膜內層，造成內層的厭氧狀態(tài)，使膜的附著力減弱。此時，在水流的沖刷下，生物膜開始脫落。隨后在填料上又會生長新的生物膜，如此循環(huán)往復。污水流經生物膜后，得以凈化。

自20世紀初，生物濾池由于其能耗低、運行簡單、抗沖擊負荷好、無廢棄污泥問題等特點而被廣泛地應用于各類污水處理中。

但大量的工程應用表明，傳統(tǒng)生物濾池仍存在一些不足，如很難依靠自然通風滿足微生物對氧的需求，通常需要借助機械通風作用，才能夠保證空氣能均勻流過濾床內所有的填料，使微生物降解作用正常發(fā)揮;填料采用逐層疊加的方式置于填料床，如果進水預處理不當，所含的塑料、碎布片、纖維等物質很容易引起填料的堵塞;傳統(tǒng)生物濾池運行模式簡單，通常是根據(jù)特定進水水質水量進行設計的，耐沖擊負荷能力差;生物濾池運行過程中滋生大量濾池蠅，導致一定的環(huán)境衛(wèi)生問題，特別是影響了濾池操作人員和附近居民的生活。

針對傳統(tǒng)生物濾池存在的問題，通過對傳統(tǒng)生物濾池做了大幅度的改進與優(yōu)化設計，研究開發(fā)了節(jié)能高效的節(jié)能型模塊化生物濾池技術。節(jié)能型模塊化污水處理技術是針對傳統(tǒng)生物滴濾池技術存在的問題，通過對生物滴濾池的池體結構、填料選型及填裝方法、運行方式、環(huán)境衛(wèi)生等方面做了優(yōu)化設計，研究開發(fā)了系列節(jié)能型模塊化生物濾池技術。

4.2 節(jié)能型模塊化污水處理系統(tǒng)特點

以節(jié)能型模塊化污水處理系統(tǒng)，將污水處理的各個單元模塊化、系列化，通過模塊的有機組合，滿足不同條件下的污水處理要求。

節(jié)能型模塊化污水處理系統(tǒng)的特點:

1)污水處理系統(tǒng)采用工廠化生產、模塊化現(xiàn)場組裝。

2)根據(jù)不同的污、廢水，可以程序化的靈活配置污水處理流程;可根據(jù)需要處理的污、廢水的性質及處理要求，靈活配置處理流程和模塊型號，達到處理效果、投資、運行成本的統(tǒng)一。

3)采用總體規(guī)劃分步實施的方式，根據(jù)實際情況逐步擴充處理模塊適應污水處理量的逐年增加，降低項目建設門檻;針對污、廢水處理量近期與遠期差距較大的場合，采用總體規(guī)劃分步實施的方式，先配置與近期處理量相適應的模塊，隨著處理量的增加，逐步增加處理模塊，使資金利用率最大化，同時降低項目建設門檻。

4)處理規(guī)模適應性強，處理能力可從每天數(shù)噸至數(shù)千噸;對污水污染程度適應性強，高、低濃度污水均能處理。

5)耐沖擊負荷。遇到污水沖擊負荷時(如濃度突然變化)，系統(tǒng)自我修復能力強、恢復快。

6)一次投資長期受益。模塊設備采用耐腐蝕材料制造，壽命長，可搬遷、可反復使用;由于模塊均為工廠化生產的定型產品，具有耐腐蝕、壽命長、可移動的特點，對于可能搬遷的企業(yè)，可保護投資。

7)能耗低。污水處理過程采用自然充氧，與傳統(tǒng)污水處理方法相比，能耗降低60% ～80%。

8)系統(tǒng)產泥量小。由于采用生物膜法，其生物多樣性較好、生物鏈較長，產泥量降低了80% ～90%。

9)控制簡單、管理簡便。通過程序化的污水處理流程配置，將復雜的污水處理流程傻瓜化，使系統(tǒng)的調試、運行和維護變得非常簡單。

10)運行成本低。由于能耗低、管理簡單、污泥量小，使系統(tǒng)運行的成本非常低，其運行成本只有傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)的1/2～1/3，每噸生活污水處理成本只有0.1 ～0.2 元左右。

11)無二次污染。無曝氣設備，運行無噪聲;具生物除臭功能，運行無臭味。

12)對建設場地條件要求較低，由于采用模塊化組裝，對建設場地的地形、地質條件等要求相對較低。

13)脫氮除磷效果好。可方便、靈活地組合成多種處理工藝流程，達到較理想的脫氮除磷效果。

14)采用分散式污水處理時，可大幅度降低管網投資(甚至節(jié)省的管網投資的費用即可完成污水處理系統(tǒng)的全部建設)和運行成本。

15)可配套污水深度處理模塊，實現(xiàn)水就地回用，使環(huán)保投資見效益。

16)可通過無線網絡實現(xiàn)集中控制、現(xiàn)場無人值守方式實現(xiàn)規(guī)?；芾怼?/p>

4.3 節(jié)能型模塊化污水處理技術與現(xiàn)有污水處理技術對比

見表1。

表1 節(jié)能型模塊化污水處理技術與現(xiàn)有污水處理技術對比

5 結束語

綜上所述，高速公路服務設施污水作為污水處理的一個特殊體，工程技術人員應在充分分析高速公路污水性質、水量、工藝本身等方面進行細致研究，選擇最為合適的工藝進行處理，達到節(jié)水的目的，具有良好的社會效益和經濟效益，減少污染和保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展理念。

［1］沈耀良，王寶貞.廢水生物處理新技術一理論與應用［M］.北京:中國環(huán)境科學出版社，1999.

［2］崔理華，盧少勇.污水處理的人工濕地構建技術［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［3］住房和城鄉(xiāng)建設部標準定額研究所.人工濕地污水處理技術導則［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版，2007.

［4］GB 50015 －2003，建筑給水排水設計規(guī)范［S］.