基于水質水量特征分析的服務區污水管理

薛鵬麗 孫曉峰 宋 云 程言君 孫德智

(1.輕工業環境保護研究所，北京 100089;2.北京林業大學，北京 100083）

改革開放以來，我國高速公路快速發展，截至2011年年底，通車里程約8.49萬公里，居世界第二，公路越來越成為人們普遍的出行方式。《公路工程技術標準》(JTGB 01－2003）中規定服務區平均設置間距為50km，按此估算，目前我國高速公路服務區的總數約1700對，若全國服務區污水全年平均排放量按照50m3/d計算［1－3］，據此保守估計我國高速公路服務區污水排放量約17萬m3/d。

服務區通常沿公路零散分布，大都位于城鎮邊緣，很難將污水排放納入市政管網，服務區污水若未經處理或處理不當，將對周邊農田、地表水、地下水及生態環境等造成影響。隨著高速公路運網出行頻率的迅速上升，人流車流量快速的擴張，服務區分散型污水處理及回用已成為制約公路節能減排、綠色低碳發展的重要因素。

與城市污水和工業廢水相比，公路服務區污水具有以下特點:①由于車流量受天氣、季節、時段及其它因素的影響，服務區用水量波動幅度劇烈且水量難以預測，進而導致污水量的變化系數較大，對服務區污水處理設施的水力沖擊負荷有較高的要求;②從水質角度分析，服務區污水主要來自餐飲廢水、沖廁廢水及洗車廢水。楊志敏等分析了全國15個省(市、區）33個高速公路服務區中的PH值等8個水質因子，并將服務區污水與城市生活污水做了集對分析，結果表明:公路服務區污水除SS、石油類等特征污染因子外，與典型的低濃度生活污水水質相似，宜優先采用沉淀、隔油等措施降低SS、石油負荷，然后采用低濃度型生活污水處理工藝［4］。

1 服務區污水水質水量變化特征

服務區污水屬于小流量生活污水，但其水量水質受外界因素影響波動較大，服務區污水水質水量特征分析對服務區污水處理工藝及設計參數的選擇有重要參考意義。

在對G2京滬、G3京臺、G4京港澳、G5京昆、G6京藏、G25長深、G30連霍、G35濟廣、G40滬陜、G42滬蓉、G45大廣、G55二廣、G56杭瑞、G60滬昆等14條高速公路服務區污水處理設施基本情況進行實地調研的基礎上，為進一步總結服務區污水水量水質變化特征，選擇G56杭瑞高速路某服務區進行24小時連續的水質水量測量和分析。

1.1 服務區情況簡介

服務區占地80畝，分東、西兩個片區，共240名工作人員，主要有停車、餐飲、加油、汽車洗車維修、入廁等服務功能。

1.2 水樣的采集

在東側服務區餐廳污水排口、化糞池污水排口及總污水處理前分別設置三個水樣采集點。采樣時間從第一日9:00至第二日9:00，每隔2h測量流量并采集水樣一次。在水量波動較大的時段，增加流量測量的頻次，并取其平均值作為小時流量，并在同一時段，監測進入服務區大、中、小型車的車流量。

1.3 結果分析及討論

1.3.1 車流量變化特征

24h采樣時間內進入服務區各類型車車流量和總車輛隨時間的變化如圖1所示。從圖1可知，該服務區車流量高峰時段主要集中在13:00時段，05:00時段車流量最小，最大車流量是最小車流量的5.5倍。該服務區各類型車車流量總體分布均勻，車流量時變化系數為2.1。

圖1 各型車及總車流量變化趨勢

1.3.2 污水水質水量波動規律

(1）服務區化糞池排放廢水的CODcr濃度和氨氮濃度的監測結果如圖2所示。由圖可知:該服務區化糞池排放污水的CODcr濃度范圍為628－1 052mg/L，最高濃度出現在19:00，最低濃度出現在凌晨01:00點，CODcr平均濃度為826.1mg/L，濃度標準偏差為156，化糞池 CODcr廢水濃度變化表現為三個階段:11:00－19:00時段CODcr濃度逐漸增加;19:00－01:00時段濃度逐漸降低;01:00－9:00時段CODcr濃度呈波動上升。化糞池氨氮濃度范圍為68－132mg/L，最高濃度出現在13:00，最低濃度出現在23:00，氨氮平均濃度為 98.3 mg/L，濃度標準偏差為 21.1。服務區化糞池排放污水氨氮濃度變化特征為:11:00－21:00時段氨氮濃度呈下降趨勢，21:00－09:00時段氨氮濃度逐漸增加。該服務區化糞池廢水屬于典型高濃度CODcr和高濃度氨氮廢水。

(2）服務區餐廳排放污水的CODcr和氨氮濃度分析結果如圖3所示。由圖可知:餐廳廢水CODcr的濃度范圍為650－1 128mg/L，CODcr平均濃度為921 mg/L，濃度標準偏差為238;氨氮的濃度范圍為6－20 mg/L，17:00濃度最高，11:00濃度最低，氨氮平均濃度為12.2 mg/L，濃度標準偏差為4.7。由此可知，服務區餐廳污水屬于高濃度CODcr廢水，其濃度變化特征為:11:00－17:00時段CODcr濃度平緩上升;17:00－01:00時段呈明顯下降趨勢;01:00－09:00時段CODcr濃度又明顯增加。服務區餐廳污水氨氮濃度變化特征為:11:00－17:00時段氨氮濃度呈現明顯上升趨勢;17:00－9:00濃度逐漸下降。

(3）服務區總污水CODcr和氨氮濃度分析結果如圖4所示。由圖可知:總污水CODcr的濃度范圍為629－1562 mg/L，平均濃度為 874.3mg/L，CODcr的濃度標準偏差為95;氨氮的濃度范圍為42－70 mg/L，平均濃度為58mg/L，氨氮濃度標準偏差為11。該服務區污水CODcr及氨氮濃度超過全國服務區污水平均濃度(服務區全國CODcr平均濃度為 357.33 mg/L，氨氮平均濃度為 26.87 mg/L［4］），與典型高濃度生活污水的CODcr及氨氮濃度相接近，因此該服務區污水屬于高濃度CODcr高濃度氨氮的生活污水。

服務區總污水CODcr濃度變化包括兩個階段:11:00－01:00時段CODcr濃度逐漸下降;01:00－09:00時段濃度緩慢上升。氨氮濃度變化特征為:11:00－17:00時段濃度呈現明顯增加趨勢;17:00－01:00時段氨氮濃度逐漸下降;01:00－09:00時段濃度又逐漸上升。

服務區總污水量、餐廳及化糞池污水流量的變化規律如圖5所示。由圖可知，化糞池排放污水小時最小流量為0.3m3/h，小時最高流量為5.2m3/h，平均小時流量為2.41 m3/h，標準方差為1.5。餐廳廢水小時最小流量為1m3/h，小時最高流量為7m3/h，平均小時流量為3.1m3/h，標準方差為4。

監測時段內，服務區產生的總污水量為90m3/d，污水量波動特征為:11:00－17:00時段排放量逐漸增加;17:00－03:00時段排放量波動下降;03:00－09:00時段排放量又逐漸上升，總污水小時最小流量為1.9m3/h，小時最大流量為9.3m3/h，平均小時流量為6.3m3/h，流量標準偏差為2。服務區污水排放量變化規律與生活污水相似，24小時監測范圍內，污水量有一個高峰一個低谷，高峰發生在午時左右，低谷通常在深夜或凌晨，高峰低谷時段和污水量的大小和與服務人口區車流量有關。監測時段范圍內，服務區總污水時變化系數為1.48，服務區車流量和污水排放量的相關系數為0.66。

2 服務區污水處理工藝的選擇

服務區污水水量水質變化遠大于城市污水，水量和水質是污水處理設施設計的基本依據，尤其是排水管的設計，考慮服務區污水量的變化系數，才能保證污水最大流量時安全排放;最小流量時，不因流速降低而造成管道沉積淤塞。

我國公路服務區污水基本屬于典型高濃度CODcr和高濃度氨氮污水，服務區其它污染物如表面活性劑、碳氫化合物、蛋白質、動植物油、磷、微生物和無機鹽等的含量與生活污水接近［5－7］。從污水流量變化系數看，公路服務區污水量時變化系數也不宜采用《室外給排水設計規范》中的方法或按照常規小流量生活污水的時變化系數進行取值［2，8，4］。

由于公路服務區污水排放量及水質的實際測量需要一定的條件，所以我國大部分公路服務區污水處理設備的設計和選擇通常與服務區實際污水排放量不符，裝置處理能力與實際污水量有較大偏差。從調研結果看，以生物接觸氧化法為核心工藝的地埋式處理是目前我國公路服務區應用最廣泛的污水處理工藝，約占總調研量的70%以上，而厭氧處理雖然工藝成熟，技術簡單，但對P的處理效果差，對COD和N的處理效果也難以長期保證［9－11］，在公路服務區污水處理工藝中較少采用。此外，我國服務區常見的污水處理工藝還有A/O工藝、A2/O工藝以及土壤滲濾、人工濕地、穩定塘等土地處理工藝，其中包括生物接觸氧化法在內的好氧處理、好氧－厭氧處理及土地處理均對COD、N、P有較好的處理效果，符合我國公路服務區污水水質處理的特征要求，但好氧工藝抗水量沖擊能力差，投資運行成本較高，對服務區產生的經濟效益和環境效益均有限;好氧－厭氧處理工藝建設成本高，需要專業技術人員進行定期維護，但由于受管理成本等條件的限制，我國大部分公路服務區還不能實現從污水處理工藝、設備選型到設施維護管理的服務區污水處理全過程控制［12］，導致服務區污水好氧－厭氧處理設施閑置率高;而土地處理工藝成熟，投資運行費用低、運營管理簡單，經我國多地區多個服務區的驗證，其出水水質可達《城市污水再生利用城市雜用水(GB/T18920－2002）中綠化用水標準，完全可以用于服務區洗車、綠化用水［3，13，14，15］，并且在高程合理的條件下可實現零能耗，在產生環境效益、社會效益的同時帶來一定的經濟效益，適用于服務區等小型分散污水處理領域。

3 結論與建議

(1）該服務區排放污水的CODcr濃度范圍為629－1 562mg/L，平均濃度為874.3mg/L，標準偏差為95;氨氮的濃度范圍為42－70 mg/L，平均濃度為58mg/L，氨氮濃度標準偏差為11。該服務區污水屬于高濃度CODcr高濃度氨氮的生活污水。

(2）該服務區監測當日污水的最大流量為9.3m3/h，平均小時流量為6.3m3/h，流量標準偏差為2。監測時段范圍內，服務區污水時變化系數為1.48，服務區車流量和污水排放量的相關系數為0.66。

(3）基于水質水量特征分析的服務區污水管理可為污水處理工藝、設備選型提供主要依據，是服務區污水回用標準編制的客觀需求，同時也為公路建設環境影響評價及其環境管理提供重要技術支撐。

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