污水生化處理技術在高速公路服務區的應用與分析

劉智慧

（山西省交通新技術發展有限公司，山西 太原 030012）

高速公路服務區地理位置分布零散，遠離城鎮，在為過往車輛和駕乘人員提供便捷服務的過程中，產生的污水處理不當或未經處理會對周邊環境造成不良影響。近年來山西省高速公路事業發展迅速，服務區運營規模逐步擴大，在運營過程中帶來的水污染問題日益凸顯。

水環境保護的相關政策對高速公路水污染防治工作提出了更加嚴格的要求：2015年國務院印發的“水十條”中明確對推進高速公路服務區污水處理和利用提出要求；《山西省水污染防治2018年行動計劃》中將“加強交通運輸污染控制”列為重點工作內容；2019年通過的《山西省水污染防治條例》要求交通運輸部門要“做好水污染防治工作”。在污水防治嚴要求和服務區污水處理形勢不容樂觀的雙重高壓態勢下，為滿足現行水污染防治要求，選用適應于高速公路服務區的污水處理技術并穩定運行是至關重要的。

1 服務區污水處理技術工藝研究

不同于市政污水的特征，高速公路服務區污水具有污染物濃度高、水質水量變化大、運行監管難度大、無專業人員運管、冬季水溫不足、設備易腐蝕等特征，這為服務區污水處理技術能高效穩定運行提出了更高要求[1-2]。考慮到山西省地理位置、氣候條件等實際情況，服務區污水處理技術主要采用生化處理技術，包括：AO工藝、AO+MBR工藝、生物轉盤工藝、SBR工藝。

1.1 AO工藝

AO工藝是污水生物處理的基礎技術，依次由缺氧段和好氧段串聯組成，分別進行缺氧反硝化和好氧硝化的生物反應過程，在兩段之間設置內循環回流系統，以保證缺氧段可以正常進行脫氮反應，同時降解COD、BOD等有機污染物質，實現氮污染物質和有機污染物質的同步去除[3]。工藝流程圖見圖1。

圖1 AO工藝流程圖

AO工藝具有流程簡單、占地面積小、運行較穩定、污泥產生量少、后期便于升級改造等優點，適用于作為高速公路服務區小型污水處理系統。單獨利用AO工藝脫氮效率較低，脫氮率一般在70%左右，不能滿足現行環保要求，通過加大系統內循環比的方式可以提高脫氮率，但運行管理費用加大，不利于長期運行。因此，為進一步處理難降解污染物，提高出水水質，以AO生化工藝為基礎單元的多級處理工藝是今后服務區污水處理技術的發展趨勢。

1.2 AO+MBR工藝

MBR工藝是以分離膜代替二沉池進行泥水分離，并將生化生物處理工藝有機結合起來的新型污水處理技術。在AO生物處理技術后增設MBR工藝作為三級處理工藝，利用MBR膜的高效分離能力增強污泥固液分離性能，進一步降低出水SS，截留下的活性污泥使反應池中的污泥濃度明顯增大，處理效果大幅度提升，出水水質較單獨利用AO工藝明顯得到改善[4]。其工藝流程圖見圖2。

圖2 AO+MBR工藝流程圖

MBR工藝設施占地面積小，取代了傳統工藝中的二沉池及過濾池，降低基礎建設費用及運行費用；隨著MBR膜技術發展的日趨成熟和膜生產造價的逐步優化，膜組件易受污染、造價高等問題得以改善，在污水處理技術中的應用規模日益擴大；膜工藝的自動化控制技術發展成熟，自動化運行能力強，減少人工成本的投入；同時MBR膜生物技術還具備剩余污泥量少、抗沖擊能力高、運行穩定、出水經消毒可直接實現污水資源化利用等優點，有效增強出水水質和系統穩定運行的保障性，在實現節水目標的過程中增強經濟效益。

1.3 生物轉盤工藝

生物轉盤是一種利用生物膜法凈化污水的旋轉式設備，由氧化水槽和浸沒于水槽中的旋轉圓盤組成。生物膜附著在盤片上生長發育，轉盤在不斷轉動過程中，盤片交替進入空氣和污水中，生物膜上形成一個連續吸附、吸氧、氧化分解的完整過程，如此反復不斷地處理，達到凈化污水的效果[5]。工藝流程圖見圖3。

圖3 生物轉盤工藝流程圖

生物轉盤工藝具有剩余污泥量少、利用自然曝氣實現節能、對水質變化適應性高、運行費用低等特點。但該工藝水量適用性弱，尤其是針對高速公路服務區水量時變化、日變化差距很大的情況，適用性更弱，導致處理效果不佳；溫度對生物膜的特性影響明顯，山西地區氣候寒冷，生物轉盤需設在室內或采取保溫措施，增加了基建投資；同時盤片本身存在材質易被腐蝕，價格較貴等問題。結合山西省高速公路服務區污水處理實際情況，生物轉盤工藝的應用相對受限。

1.4 SBR工藝

SBR污水處理工藝是將作用機理不同的初沉池、反應池和二沉池置于一個反應器中，周期性地依次進行進水、曝氣、沉淀、排水、閑置5個工序，完成污染物降解和泥水分離過程的活性污泥法[6]。工藝流程圖見圖4。

圖4 SBR工藝流程圖

SBR工藝省去傳統活性污泥法中的沉淀池和污泥回流系統，結構簡單、占地小、基建運行費用低、抗沖擊負荷能力強。潷水裝置是SBR工藝的重要組件，費用較高，需匹配安置，否則會對出水效果造成不利影響；該工藝在運行維護過程中對工作人員專業素質水平要求高，而服務區專業人員很難配備齊全，不利于后期運行維護，縮短使用壽命，使其應用受到局限。

2 服務區污水處理工藝的選擇

2.1 服務區污水處理工藝現狀

2019年采用區域分片的方式對山西省全省高速公路共95處服務區、185個污水處理設備的實際情況展開了實地調研，通過歸納、比較對調研情況進行分析，表明山西省高速公路服務區污水處理采用的工藝主要為AO工藝，約占76%，其中包括9%的污水處理設施在AO工藝后設置介質過濾處理，其他工藝包括AO+MBR工藝、生物轉盤工藝和SBR工藝，分別約占9%、2%和1%。AO工藝實際運行狀況不好，處理效果低，中水基本為零回用，在AO工藝后增設介質過濾工藝后出水水質有一定的改善，但仍不滿足回用要求，甚至更高的標準要求；AO+MBR工藝運行相對穩定，出水水質達到回用標準要求；生物轉盤工藝對服務區水量變化適用性差，對出水狀況造成不利影響；SBR工藝的后期運行、維護不當，有效利用能力下降。還有約8%的設施僅設多級沉淀池，生物降解能力低下；4%的污水處理設施由于服務區建設年代久遠、相關人員調整等原因導致污水設施具體情況不詳，極少數服務區甚至無相關設備。約13%的污水處理設施因建設年代久遠或管理不善目前處于報廢或癱瘓狀態；可運轉的污水處理設備僅占25%，其中正常運行的設施僅有1/3，可運行率低。

2.2 服務區污水處理工藝選擇

選取全省污水處理工藝不同的服務區進行進、出水水質取樣檢測，檢測結果如表1。

表1 服務區污水處理工藝及進、出水水質

以《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920—2002）和《公路服務區污水再生利用第1部分：水質》（JT/T 645.3—2016）兩部分標準為參照對象，對表1數據分析可知：AO+MBR工藝大部分指標同時滿足兩部分標準的綠化用水標準和沖廁用水標準，可用于公路服務區污水綠化和沖廁回用；AO+介質過濾工藝基本滿足綠化用水標準，COD指標出現高于水質要求的情況，BOD5和NH3-N這兩項指標不滿足城市污水沖廁回用水標準，僅可用于服務區污水綠化回用；生物轉盤工藝大部分指標達到城市綠化回用水標準，但COD指標明顯高，不能用于公路服務區污水回用。

3 結論

根據對目前山西省高速公路服務區污水處理存在的問題分析，結合服務區各污水處理工藝得出結論：

a）選用適應于服務區的污水處理技術并保證穩定運行會直接影響出水達標能力和污水處理設施長期的高效利用情況。

b）AO二級污水處理工藝和MBR工藝結合應用，具有耐沖擊負荷、運行可靠、易于實現污水資源化利用、自動化控制程度高、維護管理便捷，后期便于提質增效等優點，具有較高的技術實用性、運行可靠性、管理可控性和運營經濟性，在實現節能減排目標的同時，也為推動山西省打造綠色生態高速公路提供有力保障。