高速服務(wù)區(qū)污水處理生物濾塔技術(shù)應(yīng)用

文 / 山東高速股份有限公司 王轉(zhuǎn)平 陳鳳鳴 楊照興 王振寧 尹星慧

山東國一中永環(huán)保技術(shù)服務(wù)有限公司 趙燚

本文剖析了高速公路服務(wù)區(qū)污水的來源及特點(diǎn)，并針對這一分散式污水處理場景，簡單介紹了傳統(tǒng)的技術(shù)工藝，間歇式活性污泥法、膜生物反應(yīng)器法、厭氧-缺氧-好氧法，以及近年來出現(xiàn)的低能耗新技術(shù)、納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器技術(shù)與《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》GB/T 18920-2020中的城市綠化標(biāo)準(zhǔn)，最后對服務(wù)區(qū)污水處理做簡單分析。

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路建設(shè)十分迅速，高速公路網(wǎng)越織越密。截至2021年底，高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)11.7萬公里，已建成全球最大高速公路網(wǎng)。一般情況下，高速公路每間隔50km左右設(shè)一處服務(wù)區(qū)，其中包含餐廳、衛(wèi)生間、加油站及休息區(qū)等，承載了旅游、休閑、服務(wù)等多種功能，業(yè)態(tài)豐富。

高速公路服務(wù)區(qū)大多地處偏遠(yuǎn)且無市政管網(wǎng)接入處，產(chǎn)生的污水通常只能排放至周邊河流、農(nóng)田、水塘等地，會(huì)對周圍環(huán)境造成破壞，導(dǎo)致水質(zhì)變差、農(nóng)作物減產(chǎn)和魚類死亡，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)乩习傩盏纳a(chǎn)生活。因此，要合理引進(jìn)污水處理技術(shù)設(shè)備，從而加強(qiáng)對污水處理，通過實(shí)現(xiàn)污水二次回收利用的方式，讓水資源循環(huán)利用率上升，將污水回收利用再次變成資源。為滿足當(dāng)下的水污染防治要求，需要保證污水處理技術(shù)的穩(wěn)定和可行性，特別是在高速公路服務(wù)區(qū)，其污水處理技術(shù)的穩(wěn)定與否會(huì)更加重要。

高速公路服務(wù)區(qū)污水來源及特點(diǎn)

服務(wù)區(qū)用水情況

高速公路服務(wù)區(qū)污水主要來源為公廁污水、相關(guān)工作人員生活污水以及洗車、綠化等方面產(chǎn)生的污水。

通過實(shí)地調(diào)研得知，服務(wù)區(qū)日常用水情況為：沖廁用水占比約64%（基本穩(wěn)定）；廚房餐飲用水占比約11%（相對穩(wěn)定）；綠化用水占比約13%（浮動(dòng)較大）；洗漱、飲用水占比約9%(相對穩(wěn)定);其他用水占比約3%。沖廁和綠化用水最高可占總用水量的77%。

服務(wù)區(qū)污水特點(diǎn)

1.污水水量特點(diǎn)

服務(wù)區(qū)根據(jù)所處路段位置、大小、不同時(shí)段，車流量相差較大，日均污水產(chǎn)量也有較大差別。每日區(qū)間用水分布為：6-11時(shí)約占比14%；11-14時(shí)約占比40%；14-16時(shí)約占比16%；16-22時(shí)約占比17%；22-次日6時(shí)約占比13%。

一般而言，在節(jié)假日交通出行高峰季、飯點(diǎn)時(shí)段，車流量人流量明顯增多，污水量隨之上升，且節(jié)假日的污水量最高可達(dá)到日均產(chǎn)量的3至4倍；而受地區(qū)降水和季節(jié)影響，夏季污水量一般大于冬季。如果正趕上惡劣天氣阻礙交通出行，車流量較少，污水產(chǎn)生量也就相應(yīng)減少。同時(shí)，服務(wù)區(qū)如果處在偏遠(yuǎn)地區(qū)，污水量也會(huì)相對較少?？梢?，高速公路服務(wù)區(qū)污水水量隨季節(jié)、天氣、時(shí)段、位置波動(dòng)比較大。

2.污水水質(zhì)特點(diǎn)

由于服務(wù)區(qū)污水來源多有不同，因此污染物成分也是千差萬別：（1）沖廁產(chǎn)生的污水占比最大，氨氮、懸浮物、磷濃度較高；（2）餐飲廢水在高速服務(wù)區(qū)污水中占比也較大，含有有機(jī)物和動(dòng)植物油；（3）管理人員生活產(chǎn)生的廢水，一般污染物較少，也易于處理；（4）洗車、綠化、加油站廢水占比較小，主要是泥沙顆粒、碳?xì)浠衔锏瘸煞帧_廁、餐飲、加油站產(chǎn)生的污水污染物濃度比較高，而且會(huì)根據(jù)時(shí)間和產(chǎn)生源的不同發(fā)生變化，因而在一般服務(wù)區(qū)污水處理中被視為重點(diǎn)難點(diǎn)。經(jīng)調(diào)研，高速服務(wù)區(qū)污水指標(biāo)均值約為：COD≤350mg/L，BOD5≤200mg/L，SS≤200mg/L，總氮≤55mg/L，氨氮≤45mg/L，總磷≤5mg/L。

高速公路服務(wù)區(qū)污水處理工藝

技術(shù)工藝

污水處理的技術(shù)工藝多種多樣，目前，對于高速公路服務(wù)區(qū)這一分散式污水處理場景主要采用生化處理。由于服務(wù)區(qū)污水水量波動(dòng)較大，水質(zhì)也相差甚遠(yuǎn)，處理工藝也會(huì)對處理效果產(chǎn)生各種各樣的影響。

1.間歇式活性污泥法（SBR）

間歇式活性污泥法 (SBR)，又稱序批式活性污泥法，是一種按照間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，這種技術(shù)既可以進(jìn)水、又可以進(jìn)行沉淀、出水等，是一種將眾多用途集于一身的一體化設(shè)備。該方法主要優(yōu)點(diǎn)是省略了初沉池和二沉池，間歇式活性污泥法所需要的占地面積較小，生產(chǎn)成本也比較地，并且能夠有效地脫除水中含有的磷和氮，因?yàn)槠涑杀镜停蛛x效果好等優(yōu)點(diǎn)，成為了一種理想的處理污水的手段。但是由于該方法對于科學(xué)技術(shù)的要求較高，對運(yùn)營維護(hù)人員技能也有諸多要求，設(shè)備也易出現(xiàn)故障等特點(diǎn)，難以廣泛推廣。

2.膜生物反應(yīng)器法（MBR）

膜生物反應(yīng)器法（MBR）是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型工藝，可以利用膜分離設(shè)備將污水中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)提高的目的。該方法優(yōu)點(diǎn)是污泥余量少、能夠抗擊外力、運(yùn)行穩(wěn)定等，它的出水經(jīng)消毒可直接實(shí)現(xiàn)污水資源化利用，同時(shí)，設(shè)備緊湊，占地少，較適用于技改。但是運(yùn)維成本高，一方面是因?yàn)槟な褂萌曜笥?，基本都需要更換，另一方面是因?yàn)槭褂酶吖β实钠貧庠O(shè)備，能耗高。且膜需要經(jīng)常清洗，管理人員必須經(jīng)過專業(yè)系統(tǒng)的培訓(xùn)才能勝任，這在高速公路服務(wù)區(qū)的管理中較難實(shí)現(xiàn)。

3.厭氧-缺氧-好氧法（A2/O）

A2/O工藝目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，在我國很多大型市政污水處理廠都有廣泛應(yīng)用。該工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、硝化及反硝化工藝及生物除磷工藝的綜合，脫氮除磷效果較好。但是A2/O工藝的基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較高，對維護(hù)管理人員專業(yè)要求也高。

4.納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法

納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法是近年來出現(xiàn)的新型生化處理技術(shù)。污水被循環(huán)噴灑到反應(yīng)器頂端進(jìn)行接觸式反應(yīng)然后隨重力流入下方循環(huán)池中，以實(shí)現(xiàn)污染物的去除。如圖1所示，納米陶瓷載體對折垂掛于系統(tǒng)中，形成“鰓”狀結(jié)構(gòu)，它可以為微生物提供適宜的生長環(huán)境，微生物在載體上生長并且繁殖，慢慢發(fā)展形成生物膜，生物膜厚度隨這時(shí)間的增長不斷增加。微生物從生物膜與水接觸的地方可以不斷地從中獲取營養(yǎng)物質(zhì)，從而繼續(xù)生長。其利用微生物新陳代謝過程發(fā)熱這一特點(diǎn)，產(chǎn)生的溫差實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部的空氣自然流動(dòng)，因此設(shè)備無需使用高能耗的曝氣機(jī)，大大降低污水處理運(yùn)營成本。同時(shí)，在空氣流動(dòng)過程中，氧氣自然消耗，在縱向維度自然產(chǎn)生好氧和厭氧區(qū)間，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物、氮、磷的去除。

圖1 納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器原理圖

圖2 納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法工藝流程圖

由于特殊的設(shè)計(jì)，納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法能耗很低，污泥產(chǎn)量少，從而后期維護(hù)費(fèi)用減少，而且對于維護(hù)人員的要求低。因此納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法是一種較為理想的適用于高速公路服務(wù)區(qū)分散式污水處理的新型技術(shù)。

納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法的應(yīng)用

工藝流程

納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器法工藝流程如圖2所示，污水經(jīng)污水管道收集后從污水井流入格柵、隔油池，經(jīng)過提升泵(液位開關(guān)自動(dòng)控制)進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水量、水質(zhì)調(diào)節(jié)，然后從調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置的溢流槽溢流至循環(huán)池，循環(huán)池內(nèi)設(shè)置循環(huán)提升泵，將污水提升至納米陶瓷生物濾塔內(nèi)進(jìn)行處理，經(jīng)過處理的水溢流至沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離，上層清水收集后經(jīng)過提升泵進(jìn)入過濾區(qū)，經(jīng)過濾后的水再進(jìn)行消毒處理后流入回用水池，作為綠化水源。

出水水質(zhì)

出水水質(zhì)可達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》GB/T 18920-2020中的城市綠化標(biāo)準(zhǔn)，主要出水指標(biāo)：BOD為8.6 mg/L，氨氮為3.4 mg/L，溶解性總固體為430 mg/L，濁度3.255（NTU），色度4（鉑鈷色度），pH值6.32。

能耗

調(diào)節(jié)池內(nèi)的提升泵功率為0.25kW，由液位開關(guān)控制，按每日工作8小時(shí)計(jì)算；循環(huán)池內(nèi)的泵功率為0.25kW，24小時(shí)工作；次氯酸鈉計(jì)量泵0.37kW，每日加藥時(shí)間按1小時(shí)計(jì)，則日耗電量為8.37kW·h，從而每噸水的能耗為0.837kW·h。

結(jié)語

綜上，適用于高速公路服務(wù)區(qū)的分散式污水處理技術(shù)都較為成熟，而納米陶瓷生物濾塔反應(yīng)器技術(shù)由于獨(dú)特的設(shè)計(jì)，整套工藝系統(tǒng)無需使用能耗較高的機(jī)械曝氣設(shè)備，因此在后期運(yùn)行維護(hù)、耗電量方面有著明顯的優(yōu)勢，為服務(wù)區(qū)污水處理提供了一種新的選擇。