高速公路服務(wù)區(qū)生活污水特征及其處理工藝研究進展

田文瑞

（陜西高速環(huán)境科技有限公司，陜西 西安 710018）

0 引言

近年來，我國高速公路建設(shè)事業(yè)取得了突出成就，同時高速公路沿線附屬設(shè)施也在不斷建設(shè)和發(fā)展。高速公路沿線附屬設(shè)施主要包括收費站、管理所、服務(wù)區(qū)、停車區(qū)、隧道管理站、養(yǎng)護工區(qū)等，一般以服務(wù)區(qū)規(guī)模為最大，這些附屬設(shè)施的運營不可避免地會每日產(chǎn)生大量生活污水。在已有的高速公路上，大約平均50公里有一處服務(wù)區(qū)，由于高速公路附屬設(shè)施一般遠離城市，污水無法就近排放進入城市污水管網(wǎng)，如果不經(jīng)處理就地排放，會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，同時也可能會產(chǎn)生一定的負面社會影響，高速公路附屬設(shè)施污水處理已經(jīng)成為高速公路運營過程中不可回避的問題。

2015年4月，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計劃》（通常被稱為“水十條”），其中第七條提出“推進高速公路服務(wù)區(qū)污水處理和利用”，這是我國第一次在國家法律法規(guī)層面對高速公路服務(wù)區(qū)污水處理做出規(guī)定。不僅如此，某些地區(qū)尤其是水源保護區(qū)，環(huán)保部門明確要求，污水要實現(xiàn)零排放，即不得向服務(wù)區(qū)外排放污水。服務(wù)區(qū)污水經(jīng)過處理達標進行利用，這將是今后污水處理的發(fā)展趨勢和方向。

本文通過分析高速公路服務(wù)區(qū)污水特征及其處理工藝，為服務(wù)區(qū)污水處理的設(shè)計人員以及研究人員提供指導(dǎo)，并對污水資源化利用的可行性進行了分析，為實現(xiàn)服務(wù)區(qū)污水零排放提供有益嘗試。

1 高速公路服務(wù)區(qū)生活污水特征

高速公路服務(wù)區(qū)污水來源主要有公共衛(wèi)生間沖廁污水、管理人員及賓客住宿的盥洗廢水、餐飲污水、加油站及車輛的清洗污水。

1.1 污水量特征

高速公路服務(wù)區(qū)生活污水除固定居住的服務(wù)區(qū)管理人員產(chǎn)生外，主要為進入服務(wù)區(qū)的司乘人員活動產(chǎn)生的生活污水。由于駛?cè)敕?wù)區(qū)的車輛隨機性很大，即使同一服務(wù)區(qū)不同時段的污水量也具有很大的波動性。在節(jié)假日期間，一般人流量大，污水量也達到高峰時期，同一服務(wù)區(qū)產(chǎn)生的污水量也受季節(jié)影響，一般來說，夏季污水量高于冬季污水量，而不同區(qū)域服務(wù)區(qū)產(chǎn)生的污水量也相差很大，總體來說，南方服務(wù)區(qū)產(chǎn)生的污水量高于北方地區(qū)。張水等[1]對貴州省高速公路久長服務(wù)區(qū)生活污水的水量進行了采集和統(tǒng)計，分析得出夏季污水量明顯大于冬季污水量。林奇[2]對高速公路服務(wù)區(qū)的污水特性進行了研究，分析得出不同服務(wù)區(qū)車流量差別較大，從而產(chǎn)生的生活污水也差別較大，不僅如此，在高速公路運行初期車流量小，隨后逐年有增大的趨勢，隨之污水量則在逐年增大。

1.2 污水水質(zhì)特征

高速公路服務(wù)區(qū)生活污水主要以沖廁污水，管理人員及賓客住宿產(chǎn)生的污水、餐飲廢水為主，加油站及車輛的清洗廢水較少，從而導(dǎo)致了其與城市的常規(guī)生活污水雖有類似，卻有其自身的特點。根據(jù)楊志敏等[3]對我國高速公路服務(wù)區(qū)生活污水水質(zhì)特征統(tǒng)計（見表1），我國高速公路服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)各項指標較常規(guī)生活污水均更高。

表1 我國高速公路服務(wù)區(qū)生活污水水質(zhì)統(tǒng)計（mg/L）Tab.1 Statistics of domestic sewage quality in expressway service area in China（mg/L）

（1）水質(zhì)變化波動大

由于不同時間車流量、人流量有較大的不同，車輛駛?cè)敕?wù)區(qū)的隨機性又很大，加之季節(jié)和節(jié)假日的影響，會使得服務(wù)區(qū)的生活污水進入污水處理設(shè)施時有較大的波動性，從而使得污水量的不均對污水處理設(shè)施有較強的沖擊負荷能力。胡競[4]對服務(wù)區(qū)生活污水的水質(zhì)進行了分析，得出了在各個季節(jié)污水水質(zhì)指標出現(xiàn)了較大波動但水質(zhì)的日變化相比季節(jié)變化較小的結(jié)論。

（2）濃度更高

沖廁污水顯著特點是懸浮物、有機污染物濃度高，對于污水處理的水質(zhì)指標來說，就是其COD、氮、磷濃度較高；管理人員及賓客住宿產(chǎn)生的生活污水懸浮物、有機污染物相對較低，利于處理；餐飲廢水主要產(chǎn)生的是有機污染物和含油廢水，易于生化降解；加油站和車輛的清洗廢水主要是以顆粒物和石油類為主，難于生化降解。沖廁污水在服務(wù)區(qū)各類生活污水中占比較大，從而導(dǎo)致服務(wù)區(qū)污水相比常規(guī)生活污水負荷更高。此外，雖然加油站及車輛的清洗廢水占比較少，但也會使得服務(wù)區(qū)污水成分復(fù)雜，處理難度更大。

2 高速公路服務(wù)區(qū)生活污水處理工藝

目前高速公路服務(wù)區(qū)污水處理工藝有生物接觸氧化法、MBR工藝、AO工藝、SBR工藝、人工濕地以及土壤滲濾等，在我國高速公路已建成的服務(wù)區(qū)中普遍應(yīng)用的工藝主要有生物接觸氧化法+沉淀工藝、AO+MBR工藝、預(yù)處理+人工濕地、生物濾池四種組合工藝。表2對高速公路服務(wù)區(qū)主要的四種污水處理工藝進行了比較分析。

表2 高速公路服務(wù)區(qū)污水處理工藝比較分析Tab.2 Comparative analysis of sewage treatment process in expressway service area

2.1 生物接觸氧化法+沉淀工藝

生物接觸氧化法是從生物膜法派生出來的一種廢水生物處理法。通過在曝氣池中投加填料，以填料為載體，將微生物附著在填料上，通過曝氣使污水與微生物充分接觸，從而將污水凈化，兼有活性污泥法和生物膜法的特點。沉淀的作用主要是去除水中的懸浮物，一般在高速公路服務(wù)區(qū)污水處理中，作為生化處理后泥水分離的設(shè)施，主要以斜管沉淀池為主。相比傳統(tǒng)的活性污泥法，生物接觸氧化法具有表面積大、污泥濃度高、污泥齡長、氧利用率高、污泥產(chǎn)量少、運行費用低、設(shè)備易操作、易維修等特點，使得其在現(xiàn)階段高速公路服務(wù)區(qū)污水處理中，成為最廣泛的一種處理技術(shù)。但在長期運行過程中，也發(fā)現(xiàn)了此組合工藝對污水水量的波動適應(yīng)性差、耐沖擊負荷能力不強，從而導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定；填料易堵塞，且需頻繁更換；沉淀池受影響因素較多，出水懸浮物較高，影響出水效果。在服務(wù)區(qū)污水處理中，由于水質(zhì)中氨氮指標較高，因此一般與厭氧反應(yīng)（多為水解酸化池）結(jié)合使用，通過水解酸化池反硝化以達到去除污水中氨氮的目的，此組合工藝出水水質(zhì)可達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準以及更高出水標準。梁驥等人[5]將生物接觸氧化法應(yīng)用于柳州到武宣高速段服務(wù)區(qū)、停車區(qū)、收費站的污水處理，出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，出水指標pH、SS、CODcr、BOD5、石油類、氨氮均滿足《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準。付潔[6]對四川某高速服務(wù)區(qū)的污水處理的運行效果進行了研究，采用水解酸化池+生物接觸氧化法+沉淀工藝，分析得出經(jīng)該工藝處理后的出水pH、SS、CODcr、BOD5、氨氮、總磷均滿足《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準和《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）城市綠化用水標準。

2.2 AO+MBR工藝

AO工藝也叫缺氧好氧工藝，是生物處理污水的基礎(chǔ)工藝，依次由缺氧段和好氧段組成，兩階段分別進行缺氧反硝化和好氧硝化的生化反應(yīng)過程，并在兩階段之間設(shè)置硝化液回流系統(tǒng)，即將好氧池末端的混合液回流至缺氧池前端，從而保證缺氧段的正常脫氮反應(yīng)，在此過程中，可實現(xiàn)對COD、BOD等有機物的降解。MBR工藝即由一種活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，將膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，從而將泥水分離，可分為中空纖維膜和平板膜兩類，膜材質(zhì)主要為PVDF。此方法具有占地面積小、污泥濃度高、污泥產(chǎn)量低、耐沖擊負荷強、出水水質(zhì)好的優(yōu)點，但也存在運維成本高、膜清洗頻繁的缺點，同時需對餐飲廢水做好除油預(yù)處理，以防對后續(xù)膜有影響，出水可達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）標準以及更高出水標準。胡鋒平[7]等根據(jù)江西某高速公路服務(wù)區(qū)的污水特性，采用缺氧+好氧+MBR工藝，運行結(jié)果表明，出水水質(zhì)可達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）標準中的綠化、沖廁、車輛沖洗水質(zhì)要求。張遠國[8]將高速公路服務(wù)區(qū)的污水處理站工藝由原有的AO+石英砂過濾器改造為AO+MBR工藝，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，并優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。黃斌等[9]采用缺氧+MBR工藝對大瀏高速服務(wù)區(qū)污水進行處理，出水水質(zhì)較好，可達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）標準，可用于沖廁、綠化和沖洗用水。

2.3 生物預(yù)處理+人工濕地工藝

生物預(yù)處理工藝是指采用生物處理技術(shù)（一般為厭氧反應(yīng)和好氧反應(yīng)或為兩者的結(jié)合），或生物處理技術(shù)與膜處理技術(shù)相結(jié)合的污水處理工藝，大多為厭氧水解工藝、曝氣生物濾池工藝、厭氧生物濾池工藝、AO工藝、厭氧+缺氧工藝，厭氧水解+MBR工藝等。人工濕地工藝是一種模擬自然濕地結(jié)構(gòu)和功能的生態(tài)化污水處理系統(tǒng)，污水經(jīng)預(yù)處理后通過管道輸送均勻分配到人工種植的水生、濕生植物的土地中，通過耐水植物的截留沉淀和土壤的自然降解等作用實現(xiàn)對污水的凈化。該工藝實現(xiàn)了污水處理和生態(tài)治理的有效結(jié)合，實現(xiàn)了污水的資源化利用，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、成本低、操作簡便等優(yōu)點，但其占地面積大，不適用于寒冷地區(qū)，出水水質(zhì)一般可達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）標準以及更高出水標準。姬國斌[10]等以厭氧水解+缺氧和人工濕地為主體工藝對高速公路服務(wù)區(qū)的污水進行處理，并探討了其處理效果，結(jié)果表明，對污水中的COD、BOD5、氨氮、總氮的去除率均大于95%，出水水質(zhì)滿足《城市污水再利用 景觀環(huán)境用水》（GB/T 18921—2002）要求，達到污水回用標準。張磊[11]采用水解酸化+MBR+水平潛流人工濕地組合工藝處理高速公路服務(wù)區(qū)污水，運行結(jié)果表明，出水效果良好，出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達到類地表Ⅳ類水標準，并具有一定的抗沖擊負荷能力，具有很好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

2.4 曝氣生物濾池

曝氣是指在濾池底部設(shè)置進水管和排泥管，在中上層采用輕質(zhì)填料，以濾料為載體，在濾料上附著大量微生物，污水由濾池下層進入，通過濾料層，將污水中的懸浮物攔截在濾層中，通過曝氣讓微生物利用濾層中的有機物進行好氧反應(yīng)，從而達到凈化水質(zhì)的目的。該工藝維護管理方便，工藝流程短，出水效果好，具有良好的抗沖擊能力，低溫條件下可運行，缺點是僅適用低濃度COD和SS進水，產(chǎn)泥量高且污泥穩(wěn)定性差。胡勇[12]等研制出一種新型一體化復(fù)合生物濾池，將該設(shè)備應(yīng)用于廣東某高速服務(wù)區(qū)進行中試試驗，研究發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備對氨氮、BOD5和濁度的去除率可達到86%以上，出水水質(zhì)可達到《城市污水再利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）的城市雜用水水質(zhì)。劉學(xué)欣[13]等為解決寒區(qū)冬季高速公路服務(wù)區(qū)污水處理無法達標的難題，通過對吉林某服務(wù)區(qū)污水處理進行多介質(zhì)生物濾池工程應(yīng)用研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級B標準，該技術(shù)低溫處理效果好，抗沖擊能力強。

3 污水資源化利用可行性

污水資源化利用是指按照國家地表水資源的標準，根據(jù)不同用途不同類別標準，采用對人體和環(huán)境無害的方法對污水進行處理，形成再生水，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。由表3可知，不同污水處理工藝處理污水均可達到《城市污水再生利用 城市雜用水》（GB/T18920—2002）標準或更高標準，將處理后的污水用于綠化、沖廁等回用用途，在水質(zhì)上是可行的；運行費用均低于自來水費用（以自來水費用3.0元/m3計），在經(jīng)濟上是可行的。將服務(wù)區(qū)污水用于中水回用，不僅可實現(xiàn)污水資源化利用，保護周圍環(huán)境，而且可減少服務(wù)區(qū)運營成本，同時實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。劉智慧[21]對山西省全省不同污水處理工藝的服務(wù)區(qū)進行進、出水水質(zhì)取樣檢測，結(jié)果顯示，AO+MBR工藝大部分指標可同時滿足《城市污水再生利用 城市雜用水》（GB/T18920—2002）和《公路服務(wù)區(qū)污水再生利用第Ⅰ部分：水質(zhì)》（JT/T645.3—2016）兩部分標準，可用于服務(wù)區(qū)綠化和沖廁回用。徐洪斌[22]采用AO+人工濕地+氧化塘+消毒工藝處理河南某高速服務(wù)區(qū)污水，其出水水質(zhì)良好，可用于沖廁、綠化和洗車。

表3 高速公路服務(wù)區(qū)污水處理回用情況一覽表Tab.3 List of sewage treatment reuse in expressway service area

4 結(jié)論

高速公路服務(wù)區(qū)污水與常規(guī)生活污水相比，具有水量波動大，濃度高的特點，因此在進行服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)計時，需合理選擇污水量和進水水質(zhì)。

對于服務(wù)區(qū)不同污水處理工藝的選擇，需著重考慮對服務(wù)區(qū)出水水質(zhì)的要求以及不同工藝的適用條件。

高速公路服務(wù)區(qū)污水處理后進行中水回用，在水質(zhì)和經(jīng)濟上都是可行的，中水回用不僅可緩解服務(wù)區(qū)用水緊張的問題，同時可實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，因此，對于需污水處理升級改造的服務(wù)區(qū)或是新建的服務(wù)區(qū)，增加中水回用系統(tǒng)十分必要。