適應(yīng)節(jié)假日高峰期的高速公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施升級改造研究

摘要：為減少廣東省高速公路服務(wù)區(qū)水體污染物排放總量，根據(jù)服務(wù)區(qū)存在的實際問題，有必要對服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施進行達標改造技術(shù)研究，保障改造后處理的污水達到相應(yīng)標準。本文以二廣高速公路白沙服務(wù)區(qū)為例，監(jiān)測服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施的水質(zhì)與水量，分析一般工況與節(jié)假日高峰時段進出水水量和水質(zhì)變化對污水處理設(shè)施的影響，提出可行的升級改造措施。經(jīng)進出水水質(zhì)分析，相比改造前，改造后的服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施能夠有效地適應(yīng)節(jié)假日高峰時段的水質(zhì)與水量變化。

關(guān)鍵詞：服務(wù)區(qū)；節(jié)假日高峰；污水處理設(shè)施；水質(zhì)與水量

中圖分類號：X734 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-0-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.055

Study on Upgrading and Renovation of Sewage Treatment Facilities in Expressway Service Areas to Adapt to Holiday Peak Period

——Taking the Baisha Service Area of the Erenhot-Guangzhou Expressway as an Example

HUANG Zhiguo

（Guangdong Road and Bridge Construction and Development Co.， Ltd.， Guangzhou 510635， China）

Abstract： In order to reduce the total discharge of water pollutants in the service areas of expressways in Guangdong Province， it is necessary to conduct technical research on the up-to-standard renovation of sewage treatment facilities in the service areas based on the actual problems existing in the service areas， so as to ensure that the treated sewage after renovation meets the corresponding standards. Taking the Baisha Service Area of Erenhot-Guangzhou Expressway as an example， this paper monitors the water quality and quantity of sewage treatment facilities in the service area， analyzes the impact of the incoming and outgoing water quantity and quality changes in general operating condition and holiday peak period on the sewage treatment facilities， and proposes feasible upgrading and renovation measures. After analyzing the quality of incoming and outgoing water， it is found that compared to before the renovation， the renovated sewage treatment facilities in the service area can effectively adapt to the changes in water quality and quantity in holiday peak period.

Keywords： service area; holiday peak; sewage treatment facilities; water quality and quantity

“十四五”時期是我國經(jīng)濟社會發(fā)展和實體經(jīng)濟轉(zhuǎn)變創(chuàng)新的關(guān)鍵時期，生態(tài)環(huán)境與承載壓力、資源需求等的矛盾越發(fā)突出。近年來，國家積極出臺政策，推進高速公路服務(wù)區(qū)污水處理和利用，服務(wù)區(qū)污水治理與排放要求不斷提高。與此同時，普通國省干線公路也積極建設(shè)服務(wù)區(qū)，同時配套建設(shè)污水處理設(shè)施。高速公路服務(wù)區(qū)污水處理效率主要受進水水量、進水水質(zhì)、污水處理設(shè)施的規(guī)模和完善程度等因素影響[1-4]，它們不僅影響整個服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)的處理效率，也關(guān)系著服務(wù)區(qū)污水處理項目的造價和運行成本。本文以二（連浩特）廣（州）高速公路連州至懷集段白沙服務(wù)區(qū)的污水處理設(shè)施升級改造項目為例，開展適應(yīng)節(jié)假日高峰期的高速公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施升級改造研究，監(jiān)測不同工況的進出水水質(zhì)與水量，對比分析改造前后水質(zhì)與水量，最終得出改造后污水處理效率提升效果明顯。本研究成果能夠為其他服務(wù)區(qū)提供良好的工程示范，切實保護服務(wù)區(qū)周邊環(huán)境，同時實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

1 服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施升級改造

少數(shù)早年建成的高速公路服務(wù)區(qū)沒有配備污水處理裝置，無污水預(yù)處理裝置，只是利用傳統(tǒng)的化糞池進行處理，而污水經(jīng)化糞池處理后，污染程度依然普遍較高。大多數(shù)高速公路服務(wù)區(qū)污水處理裝置的設(shè)計非常簡單，通常無法確定服務(wù)區(qū)日均實際用水量，也無法抵御客流量高峰帶來的污水量突增壓力，尤其是難以解決氨氮濃度顯著超標的難題。污水處理裝置的選擇困難較多，導致現(xiàn)有污水處理裝置無法滿足實際工藝進水量的處理需求[5-7]，同時會影響污水處理效果。污水處理設(shè)備的運維成本較大，主要表現(xiàn)是耗電量大、維護費用高。除了二廣高速公路，全國其他高速公路服務(wù)區(qū)也存在相似的問題。

1.1 改造前用水量及進出水水質(zhì)分析

如圖1所示，2020年1月春節(jié)期間，服務(wù)區(qū)北行達到年度的用水量高峰，而南行用水量為全年最低，1月用水量北行遠遠大于南行，可能是因為1月更多的來粵務(wù)工人員返鄉(xiāng)過春節(jié)，而大多數(shù)廣州本地人都是在本地工作。另外，10月國慶節(jié)期間的用水量僅次于1月，在暑期旅游旺季，用水量更是一直居高不下，說明節(jié)假日期間用水量較平常月份急劇升高，服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施可能承載不了如此高的負荷，所以節(jié)假日期間污水處理設(shè)施在超負荷運行的狀態(tài)下不能達到較好的處理效果。超負荷運行期間，如何提高服務(wù)區(qū)的蓄水能力，待高峰期過后再進行正常的處理，緩解高峰側(cè)服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施運行壓力也就成為解決此問題的關(guān)鍵。

無論是2020年五一勞動節(jié)期間，還是國慶節(jié)期間，在假期的前幾日，服務(wù)區(qū)北行的用水量都遠遠高于服務(wù)區(qū)南行的用水量，而在假期后期服務(wù)區(qū)南行用水量又遠遠高于服務(wù)區(qū)北行的用水量。經(jīng)分析，原因可能是廣東省北方的外來務(wù)工人員較多，在假期前期，大量的外來務(wù)工人員返鄉(xiāng)過節(jié)探親，同時北上的游客較多。到了假期后期，務(wù)工人員基本都要返程工作，外出的游客也都會陸續(xù)返程回家。節(jié)假日前期，服務(wù)區(qū)北行用水量會大幅度上升，導致服務(wù)區(qū)北行一側(cè)污水處理設(shè)施超負荷運行，這時可增大調(diào)節(jié)池容積來緩解污水處理壓力，互聯(lián)互通服務(wù)區(qū)兩側(cè)污水處理設(shè)施，運用服務(wù)區(qū)南行一側(cè)的污水處理設(shè)施來協(xié)助處理服務(wù)區(qū)北行一側(cè)的大量污水。反之，節(jié)假日后期，也可運用服務(wù)區(qū)北行一側(cè)來緩解南行一側(cè)壓力。充分運用污水處理技術(shù)及設(shè)施的升級改造優(yōu)勢，使得節(jié)假日期間污水處理效果達到最佳，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益非常好。

如圖2所示，對比分析發(fā)現(xiàn)，一般工況和節(jié)假日期間進水水質(zhì)相差非常大，除pH之外，節(jié)假日高峰期的其他水質(zhì)指標均比一般工況高很多。主要監(jiān)測指標有pH、懸浮物（SS）、化學需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、動植物油和氨氮（NH3-N）[8-10]。

節(jié)假日高峰期用水量比一般工況大大增加，加上客流量的增加，用餐人數(shù)和衛(wèi)生間的使用頻率上升，使水質(zhì)指標濃度大大增加。在用水量大大增加的情況下，原污水處理設(shè)施處理污水的能力也面臨考驗，能否在節(jié)假日用水高峰期保持正常的污水處理能力是需要重點研究的問題，所以要對進水水質(zhì)進行對比分析，并對兩個時期出水水質(zhì)指標進行對比分析，判斷節(jié)假日高峰期服務(wù)區(qū)兩側(cè)出水是否達標。

對比分析發(fā)現(xiàn)，一般工況和節(jié)假日期間的出水水質(zhì)差距較大，一般工況的各項出水水質(zhì)指標遠遠優(yōu)于節(jié)假日高峰。經(jīng)分析，節(jié)假日高峰期間，用水量大幅度增加，加上客流量的增加，用餐人數(shù)和衛(wèi)生間的使用頻率上升，使水質(zhì)指標濃度大大增加。而原有的污水處理設(shè)施存在問題，無法滿足污水處理需求，導致服務(wù)區(qū)兩側(cè)出水水質(zhì)均有超標?！端廴疚锱欧畔拗怠罚―B 44/26—2001）的第二時段一級標準如表1所示，節(jié)假日高峰期，除了pH和SS外，其他水質(zhì)指標均不能達標，而且遠遠超標。而在一般工況下，只有部分指標達標，BOD5和氨氮也有超標的情況。也就是說，不管是節(jié)假日高峰期還是平常，出水水質(zhì)均不能達到《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的第二時段一級標準，服務(wù)區(qū)的改造勢在必行，重點加強服務(wù)區(qū)兩側(cè)污水處理設(shè)施的互聯(lián)互通，緩解高峰時段一側(cè)壓力，加強氨氮處理能力。

1.2 改造概況

為了強化生化系統(tǒng)的污水處理能力，解決好氧單元內(nèi)掛膜偏少的問題，開發(fā)新型流化復合生物球反應(yīng)器，以實現(xiàn)高效且低成本的污水生物處理效果。針對好氧工藝段水力停留時間短的問題，延長新型流化復合生物球反應(yīng)器和原有好氧池的水力停留時間，同時增設(shè)缺氧池，增加硝化液回流，構(gòu)成厭氧好氧（AO）工藝，以便后續(xù)利用好氧池進行硝化。

此外，還結(jié)合物化法強化服務(wù)區(qū)污水處理效果，尤其是氨氮。一方面開發(fā)針對性的除氨技術(shù)，在消毒工藝段外加藥劑，實現(xiàn)氨氮的深度脫除，另一方面通過強化混凝技術(shù)實現(xiàn)混凝與除氨的有效結(jié)合。同時，新增的強化除氨方法可以作為側(cè)流工藝投入使用，服務(wù)區(qū)出現(xiàn)用水高峰時啟動該處理方法。最后，研發(fā)污水處理改造配套工藝。可增設(shè)隔油池和平面格柵，加大調(diào)節(jié)池的容積，加強改造后工藝流程對服務(wù)區(qū)客流高峰時污水量突增的適應(yīng)性。

1.3 具體改造措施

可充分利用原有污水處理設(shè)施，對原有設(shè)備進行維修和局部改造，如圖3所示。經(jīng)現(xiàn)場勘查，現(xiàn)有污水處理設(shè)備防腐、結(jié)構(gòu)及強度良好，機電設(shè)備運行正常，可通過更換生物填料、改進曝氣系統(tǒng)等提升改造后作為部分處理單元。3月24日，經(jīng)水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)有設(shè)備CODCr、氨氮的去除率保持在40%～55%，其具備一定的處理能力。

改造后，污水處理采用AO工藝，好氧工藝段水力停留時間提升至16 h。AO工藝適合處理服務(wù)區(qū)低碳高氮污水，而白沙服務(wù)區(qū)現(xiàn)有污水處理設(shè)施同樣采用AO工藝，為達標改造提供便利的工藝條件。將原有好氧段串聯(lián)新增的處理單元（流化復合生物球反應(yīng)器），將改造后好氧工藝段水力停留時間提升至16 h，增大微生物系統(tǒng)生物量，提升處理系統(tǒng)的脫氮能力，滿足達標改造要求。另外，通過提升裝置利用調(diào)節(jié)池閑置空間，增大原調(diào)節(jié)池有效容積至212 m3?；ヂ?lián)互通兩側(cè)服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施，緩解高峰側(cè)服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施運行壓力。

針對高峰工況，增設(shè)物化處理裝置，應(yīng)急處理超標氨氮。高峰工況氨氮超標時，通過物化處理裝置投加除氨劑及少量聚合氯化鋁（PAC），可實現(xiàn)快速脫氨，提高出水的清澈度。高峰期來臨前，通過提高處理量和處理時間騰空兩側(cè)調(diào)節(jié)池的空間，用于儲存高峰期污水，為污水處理設(shè)施贏得更長的處理時間。高峰期來臨前，可適當投加碳源，增加污泥濃度，避免高峰期污泥負荷過高。針對低峰工況，采用變頻器自動降頻，避免微生物過度氧化和內(nèi)源呼吸。

2 改造結(jié)果分析

改造前后出水水質(zhì)指標的對比分析結(jié)果如圖4所示。服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)改造后，南區(qū)、北區(qū)的出水水質(zhì)均有了比較大的改觀，各項水質(zhì)指標均達到《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的第二時段一級標準要求。改造后，加強服務(wù)區(qū)兩側(cè)的互聯(lián)互通，增大調(diào)節(jié)池容積，增加強化除氨、強化混凝等單元，服務(wù)區(qū)對節(jié)假日高峰期比較大的用水量所形成的污水有了較強的處理能力。

原有污水處理設(shè)施增設(shè)格柵和強化混凝單元，相較于改造前，改造后SS至少下降90%。原有污水處理設(shè)施增加新型流化復合生物球反應(yīng)器和強化混凝單元，相較于改造前，改造后CODCr至少下降60%，并且擴增的調(diào)節(jié)池對進水水質(zhì)和水量具有緩沖作用，增強整個污水處理系統(tǒng)的處理效果。強化混凝單元與各生物處理設(shè)施均對BOD5產(chǎn)生比較好的去除效果，相較于改造前，改造后BOD5也至少下降60%。與改造前相比，氨氮下降至少95%，氨氮去除效果顯著提升，改造后將生物處理與物化處理相結(jié)合，共同增強氨氮的去除效果。新型流化復合生物球反應(yīng)器可發(fā)生硝化反硝化反應(yīng)，促進氨氮去除，而在好氧池前增設(shè)缺氧池，形成AO工藝，也可增強系統(tǒng)的硝化反硝化能力，提升氨氮去除效果。二級生物處理工藝受到?jīng)_擊，出水氨氮超標時，強化除氨技術(shù)可用于去除氨氮。生物處理和物化處理相結(jié)合下，氨氮去除得到很好的強化。白沙服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施的升級改造取得良好的處理效果，有效保障水質(zhì)安全，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

3 效益分析

新型流化復合生物球反應(yīng)器的開發(fā)和AO工藝的加入可以實現(xiàn)高效且低成本的污水生物處理效果。生物質(zhì)大量積累，經(jīng)硝化反硝化反應(yīng)，廢水中的氨氮實現(xiàn)高效去除。同時，新型流化復合生物球反應(yīng)器發(fā)生短程硝化反硝化反應(yīng)，使得整體曝氣量降低，降低污水處理系統(tǒng)的運行能耗，減少整個系統(tǒng)的運行成本。

物化法可以強化氨氮去除效果，尤其是混凝，消毒工藝段可以增設(shè)藥劑投加裝置，實現(xiàn)一藥多用、一池多用，不必增設(shè)專門的反應(yīng)池來除氨，同時降低整體藥耗和采購成本，經(jīng)濟效益明顯。新型流化復合生物球反應(yīng)器短程硝化反硝化的碳源投加量減少，整體藥耗減少，間接降低碳排放，有效地降低出水中的SS、氨氮、BOD5和CODCr，提高污水處理效率，改善服務(wù)區(qū)周邊環(huán)境，環(huán)境效益突出。高速公路服務(wù)區(qū)污水處理工藝升級改造是大勢所趨，有助于保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，同時實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

4 結(jié)論

高速公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施的升級改造是實現(xiàn)水資源循環(huán)利用的重要手段，污水處理達到排放標準，從而減輕對服務(wù)區(qū)周邊的環(huán)境污染。二廣高速公路白沙服務(wù)區(qū)客流高峰時段污水量遠超原設(shè)施的處理規(guī)模，氨氮濃度突增，因此對生化處理設(shè)施進行改造升級，增設(shè)物化處理單元。為了強化生化系統(tǒng)的污水處理效果，解決好氧單元內(nèi)掛膜偏少的問題，開發(fā)新型流化復合生物球反應(yīng)器，實現(xiàn)污水生物處理的經(jīng)濟、高效。好氧工藝段水力停留時間短，可延長新型流化復合生物球反應(yīng)器和原有好氧池的水力停留時間，同時增設(shè)缺氧池，構(gòu)成AO工藝，以便后續(xù)利用好氧池進行硝化。物化法可以強化服務(wù)區(qū)污水處理效果，尤其是氨氮。強化混凝技術(shù)可實現(xiàn)混凝與除氨的有效結(jié)合。最后，研發(fā)污水處理設(shè)施改造的配套工藝，加強改造后工藝對服務(wù)區(qū)客流高峰期污水量突增的適應(yīng)性。本項目改造采用新型污水處理工藝，具有獨特優(yōu)勢和創(chuàng)新性，易于管理，能實現(xiàn)高速公路服務(wù)區(qū)污水的達標排放，保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，同時實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，這對其他高速公路服務(wù)區(qū)具有廣泛的示范意義。

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