“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中的應用

摘要：文章以上思至防城港高速公路上思南服務區(qū)的污水處理系統(tǒng)為研究對象，驗證“AAO（厭氧-缺氧-好氧）+MBR （膜生物反應器）”工藝應用在高速公路服務區(qū)污水處理中的可行性及應用效果，以解決該服務區(qū)污水處理系統(tǒng)效能低下的問題。根據(jù)服務區(qū)污水處理系統(tǒng)進水水質(zhì)的調(diào)查結果，對該系統(tǒng)的需求進行分析，據(jù)此設計并實施了“AAO+MBR”工藝方案。通過優(yōu)化“AAO+MBR”工藝流程和設備配置，上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)在出水水質(zhì)、適應性、占地面積、運行狀況、水資源循環(huán)利用等方面均展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢，由此驗證了“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中具有較高的推廣價值，可為高速公路服務區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐。

關鍵詞：“AAO+MBR”工藝；高速公路；污水處理系統(tǒng)

中圖分類號：U491.8" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）07-0104-05

0 引言

服務區(qū)作為高速公路體系中的關鍵構成部分，其污水處理系統(tǒng)建設對于保障服務區(qū)及其周邊的生態(tài)環(huán)境免受污染、維護生態(tài)平衡具有重要作用。隨著我國高速公路網(wǎng)絡的快速擴張，服務區(qū)面臨的污水處理量持續(xù)增長。由于高速公路服務區(qū)遠離城市，其產(chǎn)生的各類污水難以直接接入城市污水處理管網(wǎng)，因此需要配置獨立的污水處理系統(tǒng)。服務區(qū)污水具有水量波動大、水質(zhì)成分復雜及溫度變化大等特點，傳統(tǒng)的污水處理工藝往往難以確保污水出水水質(zhì)達到排放標準，因此難免會對周圍水環(huán)境造成影響［1］。鑒于此，需要探索一套切實可行又經(jīng)濟高效的高速公路服務區(qū)污水處理工藝。目前，國內(nèi)外學者在污水處理工藝領域展開深入研究，并取得了一定成果。例如：BILADMR等［2］對MBR污水處理工藝進行研究發(fā)現(xiàn)，該工藝具有固液分離能力強、出水水質(zhì)優(yōu)良及設備占地面積緊湊等優(yōu)點，但也會受到膜污染問題的影響；WANG等［3］提出了一體化 “A2O+MBR”工藝，該工藝不僅可以有效提高氮、磷去除效率，同時可以改善膜污染程度；顏建國等［4］將“A2O+MBR”工藝應用于旅游景區(qū)廁所的高濃度糞污廢水處理工程中，經(jīng)“A2O+MBR”工藝處理后，反應器出水的COD（化學需氧量）、NH3-N（氨氮）及TP（總磷）平均質(zhì)量濃度均達標；夏云峰等［5］將“AAO+MBR”短流程工藝應用于地下式污水處理廠，經(jīng)處理后的污水出水水質(zhì)能滿足市政污水處理后的達標排放要求，同時該工藝還能有效減少剩余污泥的排放，降低藥耗和人工運輸成本。在前人研究的基礎上，本文以上思至防城港高速公路（簡稱上防高速）上思南服務區(qū)為例，探討“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中的應用，旨在實現(xiàn)服務區(qū)污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并為同類工程提供參考。

1 工程概況

1.1 上防高速上思南服務區(qū)簡介

上思至防城港高速公路全線位于防城港市境內(nèi)，路線總體為自北向南走向，起點接桂林龍勝（湘桂界）至峒中高速公路南寧吳圩至上思段終點處，與現(xiàn)有合那高速互通相交。上防高速全長62.881 km，采用雙向四車道設計，設計時速為100 km/h，路基寬26.0 m，鋪設瀝青混凝土路面。該項目全線共建設7套污水處理系統(tǒng)，分別位于上思南服務區(qū)（含上下行2套）、華石停車區(qū)（含上下行2套）、防城西收費站、華石收費站及十萬山收費站。其中，上思南服務區(qū)的污水處理系統(tǒng)承擔最大處理量。

上思南服務區(qū)位于高速公路起點附近，服務于南北雙向車輛，占地面積約50 000 m2，設有餐廳、超市、停車場、加油站等設施，為過往車輛和旅客提供全方位服務。據(jù)統(tǒng)計，該服務區(qū)日均車流量約5 000輛次，客流量約1.5萬人次。考慮到服務區(qū)的重要性和使用頻率，上思南服務區(qū)的2套污水處理系統(tǒng)（分別設置于服務區(qū)兩側）的設計和運行對于維護區(qū)域環(huán)境衛(wèi)生、保障公共健康具有重要意義。

1.2 污水處理系統(tǒng)需求分析

上思南服務區(qū)的污水主要源自餐飲、公共衛(wèi)生間使用以及日常清潔等活動，具有水量波動大、水質(zhì)成分復雜的特點。根據(jù)服務區(qū)規(guī)模和使用情況，設計單側污水處理量為150 m3/d。為全面了解污水處理系統(tǒng)的實際需求，對服務區(qū)污水處理系統(tǒng)的進水水質(zhì)進行了全面調(diào)查，調(diào)查過程中參考了近年來我國南方地區(qū)及廣西區(qū)內(nèi)服務區(qū)污水處理的典型水質(zhì)文獻數(shù)據(jù)。污水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)執(zhí)行《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2020）中規(guī)定的綠化回用水質(zhì)標準。上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)進水和出水水質(zhì)標準見表1。

根據(jù)服務區(qū)污水處理系統(tǒng)進水水質(zhì)的調(diào)查結果，污水呈現(xiàn)出有機物含量高與氨氮濃度較高的特點?？紤]到高速公路服務區(qū)的實際情況，所設計的污水處理系統(tǒng)應具備以下特性：①處理效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標。②對于污水水量的波動適應能力強。③占地面積小，便于集成安裝。④運行穩(wěn)定，維護簡便。⑤水資源可循環(huán)利用，以減輕當?shù)厮Y源的壓力。

基于以上需求分析，選擇合適的污水處理工藝對確保服務區(qū)環(huán)境衛(wèi)生和可持續(xù)運營至關重要?！癆AO+MBR”工藝具有優(yōu)異的處理效果和適應性，能滿足上思南服務區(qū)的污水處理系統(tǒng)占地面積、自動化程度以及運行成本等要求，因此成為最適合的工藝選擇。

2 “AAO+MBR”工藝的應用

2.1 “AAO+MBR”工藝流程

針對上思南服務區(qū)污水處理的實際情況，對“AAO+MBR”工藝流程進行了相應的優(yōu)化處理，其工藝流程見圖1。

服務區(qū)污水經(jīng)格柵井進入調(diào)節(jié)池，由池內(nèi)提升泵提升至后續(xù)處理單元。污水依次流經(jīng)厭氧池（A1）、缺氧池（A2）、好氧池（O）和MBR膜池，在A1池內(nèi)進行磷的釋放，在A2池進行脫氮反應，在O池進行有機物去除，在MBR膜池進行深度處理。處理過程中，A2池內(nèi)的混合液回流至A1池促進磷的進一步釋放，O池混合液回流至A2池進一步脫氮，MBR膜池混合液則回流至O池以進一步去除有機物。在MBR膜池處理后的污水，經(jīng)膜過濾、自吸泵抽吸及消毒流程后，最終進入清水池供回用。剩余污泥進入污泥池，需定期進行清掏［6］。

“AAO+MBR”工藝采取了以下幾項優(yōu)化措施：①在調(diào)節(jié)池設置自動液位控制系統(tǒng)，可以根據(jù)進水量自動調(diào)節(jié)提升泵，確保后續(xù)處理單元的穩(wěn)定運行。②AAO系統(tǒng)采用分段進水模式，可以根據(jù)進水水質(zhì)的變化調(diào)整各池的負荷，提高處理效率。③MBR系統(tǒng)采用內(nèi)置浸沒式膜組件，便于日常維護和清洗。④通過設置在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)控關鍵水質(zhì)指標，如DO（溶解氧）、pH、NH3-N等，為工藝調(diào)控提供依據(jù)。⑤為了應對服務區(qū)污水水量的晝夜變化，設計了靈活的運行模式。在夜間低峰期，采用間歇曝氣模式以節(jié)能降耗；在日間高峰期，則全力運行以應對高負荷的污水處理需求。

綜上所述，該服務區(qū)污水處理系統(tǒng)的“AAO+MBR”工藝流程在設計上充分考慮了污水處理效果、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和節(jié)能降耗的需求，能夠很好地適應服務區(qū)污水的特性，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，不僅滿足了當前的服務需求，還具備了良好的適應性和可擴展性，為服務區(qū)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎。

2.2 污水處理系統(tǒng)主要構筑物和設備

上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)根據(jù)工藝流程和處理規(guī)模配置了一系列構筑物和設備。構筑物主要包括格柵提升井、調(diào)節(jié)池、污水一體化處理設備、MBR池等，主要構筑物參數(shù)見表2。主要設備包括提升泵、風機、自吸泵、加藥裝置、西門子PLC（可編程邏輯控制器）和10英寸（25.4 cm）觸摸屏等，具體參數(shù)見表3。

為確保服務區(qū)污水處理系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，在構筑物和設備選型過程中著重考慮了以下幾個因素：①鑒于服務區(qū)污水處理的實際情況，構筑物選用了玻璃鋼和碳鋼等性能優(yōu)良的材料，以延長設備的使用壽命。②確保所有設備的質(zhì)量都能達到行業(yè)標準，并且性能穩(wěn)定可靠。③機泵和風機均采用變頻控制，可以根據(jù)實際負荷調(diào)整運行參數(shù)，既保證了處理效果，又降低了能耗。④MBR系統(tǒng)選用高性能膜組件具備高通量、低能耗及強抗污染能力特性，其模塊化設計便于日常維護和更換。同時，配套自動反沖洗與化學清洗系統(tǒng)，有效延長了膜的使用壽命。⑤自動控制系統(tǒng)采用了PLC和觸摸屏，實現(xiàn)了處理流程的全程自動化控制。系統(tǒng)可以根據(jù)進水水質(zhì)和水量的變化，自動調(diào)整各個處理單元的運行參數(shù)，如曝氣量、回流比等，保障處理效果的穩(wěn)定性。⑥系統(tǒng)設置遠程監(jiān)控模塊，運維人員可實時查看設備的運行狀態(tài)，從而及時發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。⑦為確保系統(tǒng)具備連續(xù)運行的能力，所有機泵和風機均配置“一用一備”，并在系統(tǒng)中集成自動切換功能，一旦主設備發(fā)生故障，備用設備則立即啟動，確保系統(tǒng)的連續(xù)運行。

3 “AAO+MBR”工藝應用效果分析

在“AAO+MBR”工藝中，AAO工藝通過厭氧、缺氧和好氧3個階段，能有效去除污水中的有機物、氮和磷；而MBR工藝不僅能替代傳統(tǒng)的二沉池，大大縮小了占地面積，還能適應上思南服務區(qū)有限的空間條件。同時，MBR工藝可處理高濃度和齡長的污泥，有效降低了剩余污泥的產(chǎn)量。綜上所述，上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)采用的“AAO+MBR”工藝，不僅實現(xiàn)了高效的污水處理，還優(yōu)化了空間利用，達到了雙重目標。

3.1 出水水質(zhì)

“AAO+MBR”工藝結合了AAO生物脫氮除磷和MBR高效固液分離的特點，能有效去除污水中的有機物、氮和磷［7］?！癆AO+MBR”污水處理系統(tǒng)投入運行后，上思南服務區(qū)的出水水質(zhì)連續(xù)6個月均滿足《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2020）中針對綠化回用的水質(zhì)標準。為全面分析服務區(qū)污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)情況，對出水水質(zhì)的主要指標進行整理，具體見表4。

表4中的數(shù)據(jù)顯示，污水處理系統(tǒng)采用“AAO+MBR”工藝后，出水水質(zhì)的各項指標均優(yōu)于標準要求，證明了該工藝對各種污染物的去除效果優(yōu)異，尤其是在懸浮物和氨氮的去除上表現(xiàn)突出。此外，該系統(tǒng)通過調(diào)整MLSS（混合液懸浮固體）、MLVSS（混合液揮發(fā)性懸浮固體）、SV（污泥沉降比）、SVI（污泥體積指數(shù)）、DO（溶解氧）等運行參數(shù)，能有效應對季節(jié)交替與溫度變化帶來的挑戰(zhàn)，確保生物處理單元穩(wěn)定運行與高效處理，為服務區(qū)污水處理提供了可靠保障。因此，“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中的應用具有一定優(yōu)越性。

3.2 適應性

“AAO+MBR”工藝在上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中的應用具有良好的適應性，主要體現(xiàn)在污水處理系統(tǒng)對水量、水質(zhì)、溫度變化的適應能力以及運行模式的靈活性等方面。

（1）水量適應能力。系統(tǒng)設計處理量為150 m3/d，具備較大的水量適應性，其有效處理范圍為設計處理量的10%～110%，即15～165 m3/d，能有效應對服務區(qū)日常運營和節(jié)假日期間的水量波動。

（2）水質(zhì)適應能力。在正常運行條件下，系統(tǒng)對進水COD濃度的適應范圍為150～450 mg/L。面對COD濃度的波動，系統(tǒng)通過調(diào)整運行參數(shù)，確保了處理效果的穩(wěn)定性與高效性。

（3）溫度適應能力。生物池水溫的適應范圍設定為10～35 ℃，溫度適應范圍廣泛，確保了污水處理系統(tǒng)能在全年穩(wěn)定運行，顯著降低了季節(jié)變化對系統(tǒng)性能的影響。

（4）運行模式靈活性。系統(tǒng)支持連續(xù)模式與間歇模式之間的切換，根據(jù)服務區(qū)的實際用水情況進行調(diào)整。在夜間低峰期，通過切換至間歇模式，顯著降低了能源消耗。

3.3 占地面積

由于高速公路服務區(qū)空間資源有限，污水處理系統(tǒng)占地面積小的優(yōu)勢顯得尤為重要。為了說明“AAO+MBR”工藝在此方面的優(yōu)勢，將其與傳統(tǒng)活性污泥、SBR（序列間歇式活性污泥法）兩種不同污水處理技術的占地面積進行了對比分析，結果見表5。

由表4中的數(shù)據(jù)可以看出，“AAO+MBR”工藝在占地面積上具有顯著優(yōu)勢，其單位處理量占地面積僅為0.8 m2/（m3/d），相較于傳統(tǒng)活性污泥工藝的1.87 m2/（m3/d）和SBR工藝的1.33 m2/（m3/d），分別節(jié)省了約57%和40%的占地面積。為進一步減少占地需求，對上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)采取了以下措施。

（1）AAO生化池立式一體化設計。通過垂直集成3個功能區(qū)，有效縮減了生化反應區(qū)的占地面積。

（2）MBR系統(tǒng)取代傳統(tǒng)二沉池。該措施不僅直接減少了占地面積，還簡化了污水處理的整體流程，例如在上思南服務區(qū)內(nèi)，一個占地為10.5 m2的MBR池即可替代需要更大空間的二沉池，進一步節(jié)省了土地資源。

（3）內(nèi)置浸沒式膜組件與生化池集成。這一設計大大減少了對設備占地面積的需求，同時確保了污水處理效率與質(zhì)量。

通過緊湊的設計，“AAO+MBR”工藝不僅充分發(fā)揮了其占地面積小的優(yōu)勢，滿足了上思南服務區(qū)有限空間的條件；還為未來可能的擴建預留了空間，降低了基礎設施投資成本，充分體現(xiàn)了該工藝在占地面積和擴展性方面的優(yōu)越性。

3.4 運行狀況

對上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性進行評估，依據(jù)一年內(nèi)的運行數(shù)據(jù)進行了全面統(tǒng)計，關鍵評估指標包括出水水質(zhì)達標率、設備完好率、膜通量波動范圍、系統(tǒng)運行負荷范圍以及年度運行天數(shù)，這些指標綜合反映了系統(tǒng)在日常運行中的穩(wěn)定性和可靠性。

（1）出水水質(zhì)達標率。基于日平均水質(zhì)監(jiān)測，系統(tǒng)出水水質(zhì)達標率高達99.5%，證明污水處理效果的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）設備完好率。在不計入計劃性維護停機時間的前提下，設備完好率為98%，反映了系統(tǒng)機械和電氣設備的可靠性。

（3）膜通量波動范圍。在標準運行條件下，膜通量波動被嚴格控制在±10%以內(nèi)，表明不存在明顯的膜污染問題。

（4）系統(tǒng)運行負荷范圍。系統(tǒng)可靈活應對服務區(qū)的水量變化，運行負荷在設計處理量（150 m3/d）的10%～110%波動，即15～165 m3/d，該負荷范圍能有效應對服務區(qū)日常和節(jié)假日的水量波動。

（5）年度運行天數(shù)。全年運行天數(shù)達到360 d，包括日常運營、維護和檢修周期，因此日常維護和檢修對污水處理系統(tǒng)運行的影響極小。

上述污水處理系統(tǒng)運行關鍵數(shù)據(jù)表明，“AAO+MBR”工藝在上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)實際運行中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，各項關鍵數(shù)據(jù)均達到或超過預期目標，為服務區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供了堅實保障。

3.5 水資源循環(huán)利用

“AAO+MBR”工藝在上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中的應用，不僅確保了污水達標排放，還實現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用。系統(tǒng)投運后，出水水質(zhì)完全滿足綠化用水的標準，在一定程度上減少了服務區(qū)對新鮮水的消耗。上思南服務區(qū)水資源循環(huán)利用框架圖見圖2。

運行一年以來，“AAO+MBR”污水處理系統(tǒng)展現(xiàn)出優(yōu)越的性能。該系統(tǒng)設計規(guī)模為150 m3/d，靈活應對了初期車流量少、污水量大的情況，實際日平均處理污水量約為30 m3/d，年運行天數(shù)為360 d，累計污水處理量為10 800 m3。該系統(tǒng)實現(xiàn)了90%的污水資源化利用，年回用水量達9 720 m3。回用水主要用于服務區(qū)綠化灌溉，顯著減少了自來水使用量。此水資源循環(huán)利用模式為服務區(qū)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，年節(jié)約自來水量達9 720 m3，按每立方米水3元計，可節(jié)約2.916萬元。水資源循環(huán)利用不僅有效緩解了當?shù)厮Y源的壓力，體現(xiàn)了重要的生態(tài)價值，還提高了公眾的環(huán)保意識，為建設生態(tài)文明、推動綠色發(fā)展起到了良好的示范作用。

4 結論

“AAO+MBR”工藝具有出水水質(zhì)好、適應性強、占地面積小、運行穩(wěn)定、污水回用率高等優(yōu)勢，符合高速公路服務區(qū)污水處理系統(tǒng)的需求。在上防路上思南服務區(qū)污水處理系統(tǒng)建設中，通過優(yōu)化“AAO+MBR”工藝流程和設備配置，取得了良好的污水處理效果。該工藝的成功應用，充分展現(xiàn)了其在高速公路服務區(qū)污水處理方面的優(yōu)越性。因此，隨著國家對環(huán)境保護和水資源管理的日益重視，“AAO+MBR”工藝將在該領域發(fā)揮更大的效能，不斷推動高速公路服務區(qū)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

5 參考文獻

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【作者簡介】胡云劍，男，湖南衡陽人，工程師，研究方向：公路、水運等交通環(huán)保咨詢及工程。

【引用本文】胡云劍.“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區(qū)污水處理系統(tǒng)中的應用［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（7）：104-107，112.