高速公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施升級改造應(yīng)用

■邱高順

（福建省交通科研院有限公司， 福州 350005）

近年來，隨著高速公路網(wǎng)不斷完善及私家車的普及，選擇高速出行的人越來越多。 目前福建省高速公路網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化，高速公路通車總里程數(shù)已經(jīng)突破6000 km，路網(wǎng)綜合密度居全國第三位，全省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)0.5 h 上高速， 極大地方便了群眾出行。 服務(wù)區(qū)作為高速公路的一個(gè)重要附屬設(shè)施，其主要功能是為通行車輛和司乘人員提供加油、維修、餐飲、購物、休息、娛樂等服務(wù)[1]。 污水處理系統(tǒng)作為服務(wù)區(qū)污水處理的主要處理設(shè)施，在運(yùn)行多年后易因工藝落后、處理能力不夠、設(shè)備損壞、運(yùn)營不當(dāng)?shù)雀鞣N因素，出現(xiàn)污水設(shè)施系統(tǒng)部分癱瘓，污水處理量不夠，出水水質(zhì)無法滿足排放要求等問題[2-3]。因此有必要對這些服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級改造研究與應(yīng)用探討。

1 污水處理現(xiàn)狀

1.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

福建省某高速公路服務(wù)區(qū)設(shè)有停車場、公共廁所、淋浴房、加油站、車輛修理廠、餐飲和超市購物等附屬功能設(shè)施，其污水主要成分為：生活衛(wèi)浴污水、餐飲污水以及少量的加油站和維修間產(chǎn)生的油污水，主要污染物有：懸浮物（SS）、無機(jī)污染物以及氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)物污染物、油類、微生物等。 污水的產(chǎn)生量受到服務(wù)區(qū)來往司乘人員數(shù)量等因素的影響，以及天氣、季節(jié)和節(jié)假日影響變化較大[4]。 因此該服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)的特征：碳氮比較低，氨氮和SS 濃度高，可生化性強(qiáng)且有機(jī)物濃度較高，但水質(zhì)水量受客流量的影響波動(dòng)性大。 進(jìn)出水水質(zhì)詳見表1。

1.2 工藝現(xiàn)狀

原建有1 套地埋式碳鋼一體化A/O 接觸氧化處理處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)尺寸11 m×2.5 m×3 m，有效容積60 m3，設(shè)計(jì)日均處理量為25 t，設(shè)有調(diào)節(jié)池、缺氧池、好氧池及MBR 膜處理系統(tǒng)。 該工藝具有體積負(fù)荷高、處理效果好、剩余污泥產(chǎn)生量少、無污泥膨脹現(xiàn)象、運(yùn)行管理模式簡單等優(yōu)點(diǎn)，但受服務(wù)區(qū)污水特征影響，碳氮比低微生物活性較低，生物填料需定期更換，費(fèi)用高。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘調(diào)查，該處理系統(tǒng)實(shí)際污水日處理量40～50 t， 污水處理系統(tǒng)各構(gòu)筑物內(nèi)大部分設(shè)施設(shè)備（除MBR 膜系統(tǒng)因長久未維護(hù)、更換，已損壞）均能夠正常運(yùn)行。 從表1 可知，系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)碳氮比低，屬于典型的低碳氮比城市生活污水[4]，因系統(tǒng)無專人運(yùn)營維護(hù)，處理能力嚴(yán)重不足，且部分設(shè)備已損壞，污水出水水質(zhì)超標(biāo)，尤其是氨氮和SS 嚴(yán)重超標(biāo)，已無法滿足GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此有必要對該服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，使該污水系統(tǒng)能夠滿足日常污水處理需求，污水能夠達(dá)標(biāo)排放。

表1 主要進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

2 污水處理改造工藝

考慮到該服務(wù)區(qū)現(xiàn)有污水處理構(gòu)筑物大部分設(shè)施設(shè)備均還能正常運(yùn)行，方案擬盡可能利用現(xiàn)有構(gòu)筑物和設(shè)備，采用最小的投資對現(xiàn)有的地埋式一體化污水設(shè)備進(jìn)行升級改造，同時(shí)通過在缺氧池添加碳源，提高污水碳氮比，用以解決污水碳源不足，微生物活性不夠的問題。

升級改造工藝為：在地面新增設(shè)1 套半地埋式碳鋼一體化構(gòu)筑物，作為缺氧池和好氧池，利用現(xiàn)有的地埋式碳鋼結(jié)構(gòu)， 改造為1 個(gè)好氧池和MBR膜反應(yīng)池， 污水工藝為 “A/O 生物接觸氧化+MBR膜”處理工藝，工藝流程如圖1 所示。具體來看，（1）系統(tǒng)采用缺氧池作為生化處理前段，含油污水和生活污水經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過污水提升泵將污水提升至缺氧池；（2）通過對污水進(jìn)行缺氧處理，并利用硝化液回流， 在缺氧系統(tǒng)培養(yǎng)反硝化菌群，監(jiān)測進(jìn)水水質(zhì)碳氮比，通過添加碳源使得反硝化細(xì)菌具有足夠的碳源， 實(shí)現(xiàn)對氨氮的無害化處理，為后續(xù)生化系統(tǒng)提供良好的預(yù)處理；（3）經(jīng)缺氧池處理后的污水通過重力流將污水引至后續(xù)好氧池中，池內(nèi)設(shè)置的組合式填料為好氧硝化細(xì)菌等微生物提供良好的著床點(diǎn)，為優(yōu)勢菌種的繁育、新陳代謝提供良好條件，微生物充分與污水接觸，硝化細(xì)菌將污水中氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽同時(shí)將有機(jī)物進(jìn)行降解處理；（4）經(jīng)好氧池處理后的污水經(jīng)過MBR 膜進(jìn)行固液分離處理， 出水自流進(jìn)入排放口，可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的少量剩余污泥采用定期委托外運(yùn)無害化處置[5]。

圖1 工藝流程

通過對原有工藝進(jìn)行升級改造，污水處理能力得到提升，同時(shí)在缺氧池中補(bǔ)充微生物代謝所需要的碳源，提高了碳氮比，提高了微生物活性，使得污水及其最終轉(zhuǎn)化的污泥均得到妥善的處理，主要污染物、有機(jī)物基本被微生物去除，氨氮基本轉(zhuǎn)化為氮?dú)?、懸浮物形成污泥定期委托外運(yùn)。 整個(gè)過程均不產(chǎn)生二次污染且以生物處理為主，降低了運(yùn)行成本，污水得到有效處理，最終實(shí)現(xiàn)污染處理。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)說明

3.1 預(yù)處理構(gòu)筑物

預(yù)處理構(gòu)筑物主要包括化糞池和隔油池。 均利用服務(wù)區(qū)現(xiàn)有的構(gòu)筑物， 對化糞池和隔油進(jìn)行清掏、補(bǔ)漏。 其中化糞池為玻璃鋼材質(zhì)，公稱通徑（DN）為2.5 m×6.0 m，有效容積為20 m3；隔油池為磚混結(jié)構(gòu)，尺寸為2.0 m×1.50 m×1.50 m，有效容積為3.6 m3。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池采用原有的構(gòu)筑物，采用地埋式玻璃鋼結(jié)構(gòu)， 公稱通徑 （DN） 為3 m×5 m， 有效容積為22 m3，水力停留時(shí)間約7 h，內(nèi)設(shè)2 臺（1 用1 備）污水提升泵， 流量為9 m3·h-1， 揚(yáng)程為6 m， 功率為0.25 kW，浮球液位計(jì)1 套。

3.3 生化反應(yīng)池

3.3.1 缺氧池

新增半地埋式碳鋼設(shè)備1 套， 尺寸為3 m×3 m×3 m，內(nèi)部刷玻璃纖維環(huán)氧樹脂漆防腐，有效容積為25.2 m3，水力停留時(shí)間為8.4 h；池內(nèi)布置1 套公稱通徑（DN）為0.15 m×2 m 的半軟性填料，上面布滿生物膜， 在填料的下方布置1 套微孔曝氣器；配有加藥系統(tǒng)1 套， 耐腐蝕計(jì)量泵流量≥9 L·h-1，含加藥桶。

3.3.2 好氧池

好氧池3 個(gè)，其中新增半地埋式碳鋼化構(gòu)筑物2 個(gè)，利用原有的地埋式污水處理構(gòu)筑物改造1 個(gè)，風(fēng)機(jī)利用原有的，回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)2 臺（1 用1 備），功率為2.2 kW，風(fēng)量為84 m3·h-1。 其中單個(gè)新增半地埋式好氧池尺寸為5.5 m×3 m×3 m 內(nèi)部刷玻璃纖維環(huán)氧樹脂漆防腐，有效容積約44 m3，水力停留時(shí)間約14 h； 池內(nèi)布置1 套公稱通徑 （DN）為0.15 m×2 m 的半軟性填料， 表面附著生物膜，在填料的下方布置1 套微孔曝氣器； 利用原有構(gòu)筑物改造的好氧池尺寸為8 m×2.5 m×3 m， 有效容積約50 m3，水力停留時(shí)間為16 h，填料、曝氣系統(tǒng)均利用原構(gòu)筑物內(nèi)的。

3.4 MBR 膜池

MBR 膜池利用原有的地埋式構(gòu)筑物的MBR膜池，尺寸為3 m×2.5 m×3 m，內(nèi)部刷玻璃纖維環(huán)氧樹脂漆防腐，更換原有破損的MBR 膜組件1 套，處理能力為4 m3·h-1，不銹鋼支架1 套，曝氣系統(tǒng)1套，自吸泵2 臺（1 用1 備），功率為0.75 kW，流量為6 m3·h-1， 混合液回流泵2 臺 （1 用1 備）， 功率為0.4 kW，揚(yáng)程為6 m，流量為9 m3·h-1。

4 系統(tǒng)運(yùn)行評價(jià)

4.1 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行

系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行具體步驟如下：（1）通過接種經(jīng)過馴化調(diào)配的活性污泥，調(diào)試馴化好氧池和厭氧池中微生物著床富集、生長及掛膜，并適應(yīng)該污水處理系統(tǒng)環(huán)境， 從而初步實(shí)現(xiàn)對污水中污染物的去除；（2）調(diào)試馴化成熟后，通過回流率、曝氣量以及碳源等因素的調(diào)節(jié)，逐步提高并穩(wěn)定系統(tǒng)對污水中各項(xiàng)污染物的去除水平。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

本項(xiàng)目服務(wù)區(qū)污水系統(tǒng)受節(jié)假日客流量影響，水質(zhì)、 水量波動(dòng)變化較大， 污水處理量約為40～50 m3·d-1，系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行正常后，對系統(tǒng)進(jìn)出口進(jìn)行連續(xù)3 d 采樣監(jiān)測。 根據(jù)表2 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，該服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)升級改進(jìn)后， 系統(tǒng)運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。

表2 污水進(jìn)出口水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程總投資約為38 萬元， 污水處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后， 系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用約1.99 元/t， 其中電費(fèi)約0.49 元/t，藥劑費(fèi)約1.5 元/t，藥劑的費(fèi)用主要是因系統(tǒng)進(jìn)水碳氮比低，為提高碳源濃度添加乙酸鈉的費(fèi)用。 本系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，進(jìn)行全自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程的監(jiān)控，運(yùn)行管理方便快捷。

6 結(jié)論

通過對該服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，采用“A/O 生物接觸氧化+MBR 膜”處理工藝對污水進(jìn)行處理， 系統(tǒng)能夠滿足該服務(wù)區(qū)處理水量要求，出水效果良好，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。 該服務(wù)污水處理設(shè)施改造案例盡可能利用了原有的污水處理工藝和設(shè)施，以最少的投資進(jìn)行升級改造，同時(shí)通過添加碳源等方式提高污水碳氮比，提高微生物活性，保證處理效果，具有投資少、運(yùn)行管理方便、社會經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)， 適用于處理能力不足、工藝落后的老舊服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施的改造，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。