高速公路服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)特征試驗(yàn)研究

史良于

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路建設(shè)取得了輝煌成就，截止2018年底，全國高速公路總里程超過13 萬km，山西省高速公路里程超過5 000 km。服務(wù)區(qū)作為高速公路的重要組成部分，能夠帶來顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著全社會(huì)環(huán)保意識(shí)的日益提高，水環(huán)境污染問題越來越受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。高速公路服務(wù)區(qū)一般遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，其生活污水難以及時(shí)有效地處理，易對(duì)周邊環(huán)境造成污染[1-2]。目前國內(nèi)對(duì)于此類問題的研究多集中于污水處理技術(shù)、污水處理設(shè)施的運(yùn)維和管理等[3-5]，對(duì)于高速公路服務(wù)區(qū)的污水水質(zhì)特征及其評(píng)價(jià)方面的相關(guān)研究較少。因此，開展高速公路服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)相關(guān)研究對(duì)于指導(dǎo)其污水有效處理具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省某高速公路服務(wù)區(qū)位于黃土高原，屬溫帶大陸性氣候，受季風(fēng)的影響，四季分明。春季溫和，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬季寒冷多風(fēng)。降雨多集中于7—9月，年平均降水量544.9 mm，年平均氣溫13.5 ℃，年平均風(fēng)速2.1 m/s，年平均日照時(shí)數(shù)為2 328 h。服務(wù)區(qū)共分為南、北兩區(qū)，北區(qū)占地面積為30 000 m2，南區(qū)占地面積為18 000 m2，共占地面積為48 000 m2。服務(wù)區(qū)總建筑面積為5 000 m2，停車場可停放車輛150 輛，餐廳可供300 人同時(shí)就餐，可為過往旅客提供加油、餐飲、購物、住宿、汽車修理、配件等服務(wù)。該服務(wù)區(qū)采用地埋式一體化污水處理設(shè)備，污水處理工藝為AO 法，污水處理設(shè)施缺乏深度處理單元；服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施缺乏日常專業(yè)運(yùn)營維護(hù)，服務(wù)區(qū)管理部門缺乏對(duì)污水處理設(shè)施運(yùn)營過程中污水出水水質(zhì)長期監(jiān)測和運(yùn)營監(jiān)管。

1.2 水質(zhì)指數(shù)法

水質(zhì)指數(shù)法是在所有影響水質(zhì)的指標(biāo)中，用最差的水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別確定水體綜合水質(zhì)類別，即將某種污染物的實(shí)測濃度比該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此來確定水質(zhì)類別。最后選取水質(zhì)指標(biāo)最差的單項(xiàng)指標(biāo)來確定水體綜合水質(zhì)類別，其他污染因子會(huì)被弱化[6]。該評(píng)價(jià)方法可確定水體中的主要污染因子。水質(zhì)的單因子污染指數(shù)Pi的計(jì)算公式為：

式中：Ci為第i 種水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測濃度，mg/L；Si為第i 種水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L。

pH 值的指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：pHj為實(shí)測統(tǒng)計(jì)代表值；pHsd為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中pH的下限值；pHsu為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中pH 的上限值。

1.3 采樣和分析方法

2018年11月6日到7日在服務(wù)區(qū)的污水處理設(shè)備進(jìn)水口處、出水口處分別取水樣，水樣的采集與保存要求按《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》執(zhí)行。水質(zhì)分析評(píng)價(jià)項(xiàng)目主要有pH、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）、總氮（TN），具體分析方法見表1。

表1 水質(zhì)分析方法

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文采用城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918—2002），各水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值見表2。

表2 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果分析

2.1 污水水質(zhì)特征

表3 服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)試驗(yàn)分析結(jié)果

由表3 可知，污水處理設(shè)備的進(jìn)水口處pH 的范圍在7.70～7.88，平均值為7.79；COD 的范圍在590～673 mg/L，平均值為629 mg/L；BOD5的范圍在166～215 mg/L，平均值為189 mg/L；NH4+-N 的范圍在84.1～92.3 mg/L，平均值為87.8 mg/L；TP 的范圍在0.72～1.15 mg/L，平均值為0.89 mg/L；TN 的范圍在138～176 mg/L，平均值為153 mg/L。污水處理設(shè)備的出水口處pH 的范圍在7.32～7.58，平均值為7.44；COD 的范圍在92～105 mg/L，平均值為98 mg/L；BOD5的范圍在13.5～17.9 mg/L，平均值為15.5 mg/L；NH4+-N 的范圍在9.8～11.3 mg/L，平均值為10.5 mg/L；TP 的范圍在0.46～0.72 mg/L，平均值為0.58 mg/L；TN 的范圍在20～26 mg/L，平均值為22 mg/L。因天氣、節(jié)假日、時(shí)段或者其他因素引起車流量隨機(jī)性變化，從而造成服務(wù)區(qū)產(chǎn)生污水量具有較大的波動(dòng)性，污水的水質(zhì)指標(biāo)波動(dòng)性很大，車流量是導(dǎo)致服務(wù)區(qū)污水量及污水水質(zhì)變化的關(guān)鍵性影響因素。

2.2 污水水質(zhì)變化規(guī)律

一般服務(wù)區(qū)污水產(chǎn)生量的高峰發(fā)生在午時(shí)，低谷發(fā)生在深夜或凌晨。由圖1 可以看出，服務(wù)區(qū)未經(jīng)處理污水的pH、COD、BOD5、NH4+-N、TP、TN 的濃度隨時(shí)間變化幅度較大，凌晨時(shí)的濃度最高。

圖1 進(jìn)水口處污水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)變化情況

由圖2 可以看出，服務(wù)區(qū)的污水經(jīng)過處理各項(xiàng)指標(biāo)均有較大幅度的降低，但是并沒有達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，這可能是因?yàn)榉?wù)區(qū)的污水處理設(shè)施不能適應(yīng)于水量較大幅度變化。高速公路服務(wù)區(qū)污水產(chǎn)生總量小，污水產(chǎn)生量變化大，在污水工藝設(shè)計(jì)階段并未考慮廢水的最大負(fù)荷量和峰值，不具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，污水流量的不均容易對(duì)設(shè)備造成沖擊負(fù)荷，導(dǎo)致處理設(shè)施頻繁開啟，造成設(shè)備和部件失靈損壞，難以保證污水處理設(shè)計(jì)的有效水力停留時(shí)間。

圖2 出水口處污水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)變化情況

2.3 水質(zhì)指數(shù)法

本文以城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918—2002）中一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)為參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)指數(shù)的計(jì)算。由表4 可以看出，服務(wù)區(qū)污水經(jīng)處理后pH 水質(zhì)指數(shù)均小于1，說明污水pH 值達(dá)標(biāo)。不同時(shí)間段的COD、BOD5、NH4+-N、TN 水質(zhì)指數(shù)均超標(biāo)，TP 在20：00 和8：00 兩個(gè)時(shí)間段單因子指數(shù)達(dá)標(biāo)，其余時(shí)間段水質(zhì)指數(shù)不達(dá)標(biāo)。pH、COD、NH4+-N、TP 和TN 在0：00 時(shí)間段濃度高于其他時(shí)間段?？傮w來看，服務(wù)區(qū)污水經(jīng)過處理后并未達(dá)標(biāo)，COD、BOD5、NH4+-N、TN 和TP 超標(biāo)嚴(yán)重。

表4 污水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)指數(shù)

3 結(jié)論和建議

利用水質(zhì)指數(shù)法對(duì)山西省某高速公路服務(wù)區(qū)污水 中 的pH、COD、BOD5、NH4+-N、TP、TN 進(jìn) 行 了 評(píng)價(jià)，確定了水質(zhì)污染的主要因素。

a）污水經(jīng)處理pH 的范圍在7.32～7.58，平均值為7.44；COD 的 范 圍 在92～105 mg/L，平 均 值 為98 mg/L；BOD5的范圍在13.5～17.9 mg/L，平均值為15.5 mg/L；NH4+-N 的范圍在9.8～11.3 mg/L，平均值為10.5 mg/L；TP 的范圍在0.46～0.72 mg/L，平均值為0.58 mg/L；TN 的范圍在20～26 mg/L，平均值為22 mg/L。

b）服務(wù)區(qū)污水經(jīng)處理后pH 值水質(zhì)指數(shù)均小于1，說明污水pH 值達(dá)標(biāo)。不同時(shí)間段的COD、BOD5、NH4+-N、TN、TP 單因子評(píng)價(jià)指數(shù)均超標(biāo)。

高速公路服務(wù)區(qū)污水產(chǎn)生總量小，污水產(chǎn)生量變化大。在污水工藝設(shè)計(jì)階段充分考慮廢水的最大負(fù)荷量和峰值，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。保證污水處理設(shè)計(jì)的停留時(shí)間。污水處理設(shè)施配置深度處理單元，能滿足污水處理后回用的水質(zhì)要求。服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施應(yīng)注重日常專業(yè)運(yùn)營維護(hù)，設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。服務(wù)區(qū)管理部門應(yīng)結(jié)合服務(wù)區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)污水處理設(shè)施運(yùn)營過程中污水出水水質(zhì)長期監(jiān)測和運(yùn)營監(jiān)管，詳細(xì)掌握設(shè)施運(yùn)行狀況和水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況。

當(dāng)前高速公路污水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)是發(fā)展高效、低耗的污水處理技術(shù)。該技術(shù)具有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能高效去除氮、磷，維護(hù)簡便、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，將污水處理與美化環(huán)境相結(jié)合，同時(shí)滿足低能耗、節(jié)能的要求。實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用，對(duì)水源保護(hù)意義重大。