高速公路服務站區模塊化式污水處理及中水系統

郭 濤

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

目前，我國高速公路通車里程已超過10×104km，相應的高速服務站區為2 000對以上。為了環境保護和節約能源的需要，這些服務站區大多建有污水處理系統，但目前在用大多數系統的建設標準和污水處理水平只是達到了《GB18919—2002城鎮污水處理污染物濃度排放標準》。由于處理水平較低，處理后的水只能向自然界就近排放而難以回收利用，結果造成了有用資源的浪費。自黨的十八大以來，在國民經濟建設事業中的節能和環境保護問題已引起政府和社會各界的高度重視，高速公路服務站區的污水處理已成為道路交通管理和相關科研部門高度關注的問題之一。

1 原因綜述

1.1 已有污水處理設備存在老化和失養現象

高速服務站區往往遠離城市給排水管網，以自建水井抽取地下水為主要供水方式。筆者曾在山西省多條高速公路實地調查，發現經過多年使用后，很多高速站區的污水處理設備存在老化和失養現象，其污水處理效果已明顯下降。

1.2 蒸發池內的污水在超水位線運行

有些服務站區因土地資源緊張，無法建設符合要求的污水蒸發池，使得蒸發池內的污水在超水位線運行，隨時有溢出可能。這些高速站區的污水處理設備的處理效果難以達標已是不爭的事實。

1.3 設備生產廠家與高速用戶之間的觀念差異

污水處理行業的處理技術在用戶和生產廠家之間處于信息高度不對稱狀態。整體設備及工藝流程與用戶日常工作接觸專業相差較大，一般以出水水質是否達標為唯一檢驗標準。這就造成了以下現象：由于高速公路在我國大陸開始建設和通車（包括高速服務站區）使用不足30年，而前3—5年時間污水處理設備利潤較大，而后隨著大量高速公路陸續建成和投入使用，進入高速站區污水處理工程的行業競爭者大量增加，激烈的行業競爭使得廠家的生產和經營利潤逐漸下降，而生產者為實現利潤最大化，弱化生產過程和制造工藝，以至于只是追求交工驗收時水質是否達標，對于設備維護、維修和長期使用考慮較少。

特別是高速公路服務區站區污水處理設備的質保期均為3年左右。超出質保期后的污水處理系統維修費用很高，而不少單位不想再投入或投入不足，這就是造成很多設備失養或帶故障運行的主要原因。

1.4 重新更換新系統往往難以立項

如果污水處理系統難以維修，最好的辦法是更換新的處理系統。但高速公路通車之后，若更換新的污水處理系統必然涉及新的資金投入，因為這種投入屬于單位固定資產的增加，而投入資金數額較大，因此往往造成長時間難以立項。

顯然，由于上述原因，我國目前高速服務站區一方面是隨著經濟的高速發展使得車流、人流加大，必然伴隨著用水量的加大；另一方面則是大量廢水在高速站區無法順利蒸發或者外排。這種現狀迫切要求找到一種合適的技術方案盡快解決，才能與我國經濟和高速交通的發展相適應。

2 SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用系統的可行性條件

目前國內外技術更為先進且較為成熟的污水處理回用工藝采用MBR膜生化污水處理工藝[1]，針對該工藝生產的設備出水能夠達到回用標準。這種新型的站區模塊化式污水處理及中水系統在高速公路服務區站區的應用具有下述主要的技術和經濟可行性條件。

a）高速公路服務區站區污水出水水質較為穩定，所以針對該客戶群體可采用統一的污水處理工藝，只是針對不同用水量客戶調整建設規模。

b）采用SBR污水處理法與傳統的污水處理AO、A2O或接觸氧化法（圖1）在工藝上有所不同[2]，但SBR污水處理法是一種按間歇曝氣方式來運行的污水處理工藝，能夠以一套整體工藝完成處理過程（圖 2）。

圖1 AO法污水處理工藝

圖2 SBR+MBR生活污水處理工藝

c）SBR污水出水的水質已經達到排放標準，如果需要增加中水回用系統，只需在SBR工藝后端添加MBR膜系統（圖2），出水經過消毒后即可達到回用標準而現場再生利用。

顯然，采用SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用系統不僅能夠替代AO法污水處理工藝，而且成功實現了污水的回收再利用。

3 SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用系統的基本組成

依據SBR+MBR污水處理工藝（圖2），其處理模塊可分為標準的二級處理模塊和三級處理模塊。用戶可根據自己的實際日處理污水量及出水要求及是否需要現場回用等需求條件選擇模塊數量及種類。

3.1 SBR模塊

污水處理系統采用標準化罐體、固定容積及相應的生產工藝。為防止氧化和腐蝕，罐體采用PE材質制作，內部加裝支撐結構以增加剛度和強度。在寒冷地區使用時外部必須配裝保溫層（保溫材料以玻璃絲、硅酸鋁巖棉等絕熱性能好且材料比重較低材料為宜）。將曝氣結構固定安裝于罐體內，罐體預留標準化法蘭接口已實現進、出水曝氣等接口。客戶依據需要處理水量大小進行SBR模塊數量選擇（圖3）。

圖3 SBR模塊示意圖

3.2 MBR模塊

將MBR膜組件集成在與標準化罐體中，其外形尺寸、接口等參數與SBR模塊相同。這些結構均可在工地實現現場的快速組裝（圖4）。

圖4 MBR膜處理模塊

3.3 清水儲存模塊

通過MBR膜處理模塊的水已經達到回用標準（系統中可稱為中水），中水存儲在標準化罐體中。用戶可根據自己用水量的多少和使用頻率進行儲水罐模塊數量的配置和增減。

3.4 SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用控制系統

將各個模塊供電電路及控制電路統一接入統一的集中控制系統。控制系統除了應具備普通電氣系統的控制功能外，特別增加了污水處理及中水回用過程中的水量、水溫、水質等物化指標的檢測、顯示和控制功能，從而保證系統的正常運行和全過程自動化控制，并具有即時故障報警功能。

如上所述，SBR+MBR模塊化污水處理能夠實現各模塊的標準化生產和模塊化快速組裝連接，現場安裝及調試速度快捷。通過模塊數量的增減實現對不同客戶水量增加或減少的調整。針對客戶是否實現中水回用增加MBR模塊。整個系統技術先進、作業可靠，性能指標能夠滿足污水處理和回收利用的各項需求。

4 工程應用實例

山西高速公路某服務區的污水處理量為30 t/d，要求所處理的污水用于本服務區的綠化澆灑、道路清洗、沖廁的實際要求。根據需要采用SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用系統完成。

根據對服務區單位時間內的污水處理量和水質的要求進行基本分析和計算基礎上，決定其工程實際配置采用兩個標準化SBR模塊進行污水的處理。又因業主對處理后的水有回用需求，故增加一個MBR模塊。處理后的水存入清水儲存模塊中，以便隨用隨取（圖5）。

圖5 處理量為30 t/d的模塊化污水處理回用系統

整個污水處理回用系統由4個模塊構成，接口采用標準法蘭及PVC-U管道連接。設備可根據業主要求和現場溫度情況采用半地埋式進行安裝（安裝方式可選擇采用地埋式、半地埋式、地上式）。由于罐體的標準化生產，大大減少了土建費用。

模塊化的電器控制線路統一接入電器控制柜，以快速插頭方式連接。防護等級需達到IP55。整體設備運行、控制、參數監控等功能的實現全部在電控柜中實現。

整個污水處理回用系統自投產以來，至今已安全運行3年。其各項性能指標，特別是污水凈化性能符合要求。自投產以來由于成功實現了污水的再生利用，使得該服務區每年的正常用水節約35%以上。

5 總結

SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用系統的模塊化生產和組裝實現了系統結構制作和安裝的標準化和模塊化，各模塊之間具有良好的互換性，由此有效縮短了工程的安裝、調試及投產周期，減少了建設費用。通過模塊化安裝，和新型控制監控系統，可對出水量及水質進行適時監測和設備的故障報警，保證了污水處理效果。其模塊化結構也使得設備的維護和更換更為方便且作業維修成本更低。

綜上所述，SBR+MBR模塊化污水處理及中水回用系統以其諸多優點在高速公路服務站區具有良好的應用和推廣前景。