高速公路服務區污水處理設施升級改造應用

■邱高順

（福建省交通科研院有限公司， 福州 350005）

近年來，隨著高速公路網不斷完善及私家車的普及，選擇高速出行的人越來越多。 目前福建省高速公路網已實現全面優化，高速公路通車總里程數已經突破6000 km，路網綜合密度居全國第三位，全省各鄉鎮實現0.5 h 上高速， 極大地方便了群眾出行。 服務區作為高速公路的一個重要附屬設施，其主要功能是為通行車輛和司乘人員提供加油、維修、餐飲、購物、休息、娛樂等服務[1]。 污水處理系統作為服務區污水處理的主要處理設施，在運行多年后易因工藝落后、處理能力不夠、設備損壞、運營不當等各種因素，出現污水設施系統部分癱瘓，污水處理量不夠，出水水質無法滿足排放要求等問題[2-3]。因此有必要對這些服務區污水處理系統進行升級改造研究與應用探討。

1 污水處理現狀

1.1 水質現狀

福建省某高速公路服務區設有停車場、公共廁所、淋浴房、加油站、車輛修理廠、餐飲和超市購物等附屬功能設施，其污水主要成分為：生活衛浴污水、餐飲污水以及少量的加油站和維修間產生的油污水，主要污染物有：懸浮物（SS）、無機污染物以及氮、磷等植物營養物質、有機物污染物、油類、微生物等。 污水的產生量受到服務區來往司乘人員數量等因素的影響，以及天氣、季節和節假日影響變化較大[4]。 因此該服務區污水水質的特征：碳氮比較低，氨氮和SS 濃度高，可生化性強且有機物濃度較高，但水質水量受客流量的影響波動性大。 進出水水質詳見表1。

1.2 工藝現狀

原建有1 套地埋式碳鋼一體化A/O 接觸氧化處理處理系統，設計尺寸11 m×2.5 m×3 m，有效容積60 m3，設計日均處理量為25 t，設有調節池、缺氧池、好氧池及MBR 膜處理系統。 該工藝具有體積負荷高、處理效果好、剩余污泥產生量少、無污泥膨脹現象、運行管理模式簡單等優點，但受服務區污水特征影響，碳氮比低微生物活性較低，生物填料需定期更換，費用高。

經現場踏勘調查，該處理系統實際污水日處理量40～50 t， 污水處理系統各構筑物內大部分設施設備（除MBR 膜系統因長久未維護、更換，已損壞）均能夠正常運行。 從表1 可知，系統進水水質碳氮比低，屬于典型的低碳氮比城市生活污水[4]，因系統無專人運營維護，處理能力嚴重不足，且部分設備已損壞，污水出水水質超標，尤其是氨氮和SS 嚴重超標，已無法滿足GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準要求，因此有必要對該服務區污水處理系統進行升級改造，使該污水系統能夠滿足日常污水處理需求，污水能夠達標排放。

表1 主要進出水水質指標

2 污水處理改造工藝

考慮到該服務區現有污水處理構筑物大部分設施設備均還能正常運行，方案擬盡可能利用現有構筑物和設備，采用最小的投資對現有的地埋式一體化污水設備進行升級改造，同時通過在缺氧池添加碳源，提高污水碳氮比，用以解決污水碳源不足，微生物活性不夠的問題。

升級改造工藝為：在地面新增設1 套半地埋式碳鋼一體化構筑物，作為缺氧池和好氧池，利用現有的地埋式碳鋼結構， 改造為1 個好氧池和MBR膜反應池， 污水工藝為 “A/O 生物接觸氧化+MBR膜”處理工藝，工藝流程如圖1 所示。具體來看，（1）系統采用缺氧池作為生化處理前段，含油污水和生活污水經過預處理后進入調節池，通過污水提升泵將污水提升至缺氧池；（2）通過對污水進行缺氧處理，并利用硝化液回流， 在缺氧系統培養反硝化菌群，監測進水水質碳氮比，通過添加碳源使得反硝化細菌具有足夠的碳源， 實現對氨氮的無害化處理，為后續生化系統提供良好的預處理；（3）經缺氧池處理后的污水通過重力流將污水引至后續好氧池中，池內設置的組合式填料為好氧硝化細菌等微生物提供良好的著床點，為優勢菌種的繁育、新陳代謝提供良好條件，微生物充分與污水接觸，硝化細菌將污水中氨氮轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽同時將有機物進行降解處理；（4）經好氧池處理后的污水經過MBR 膜進行固液分離處理， 出水自流進入排放口，可達到排放標準。 生物處理系統產生的少量剩余污泥采用定期委托外運無害化處置[5]。

圖1 工藝流程

通過對原有工藝進行升級改造，污水處理能力得到提升，同時在缺氧池中補充微生物代謝所需要的碳源，提高了碳氮比，提高了微生物活性，使得污水及其最終轉化的污泥均得到妥善的處理，主要污染物、有機物基本被微生物去除，氨氮基本轉化為氮氣、懸浮物形成污泥定期委托外運。 整個過程均不產生二次污染且以生物處理為主，降低了運行成本，污水得到有效處理，最終實現污染處理。

3 主要構筑物及設計說明

3.1 預處理構筑物

預處理構筑物主要包括化糞池和隔油池。 均利用服務區現有的構筑物， 對化糞池和隔油進行清掏、補漏。 其中化糞池為玻璃鋼材質，公稱通徑（DN）為2.5 m×6.0 m，有效容積為20 m3；隔油池為磚混結構，尺寸為2.0 m×1.50 m×1.50 m，有效容積為3.6 m3。

3.2 調節池

調節池采用原有的構筑物，采用地埋式玻璃鋼結構， 公稱通徑 （DN） 為3 m×5 m， 有效容積為22 m3，水力停留時間約7 h，內設2 臺（1 用1 備）污水提升泵， 流量為9 m3·h-1， 揚程為6 m， 功率為0.25 kW，浮球液位計1 套。

3.3 生化反應池

3.3.1 缺氧池

新增半地埋式碳鋼設備1 套， 尺寸為3 m×3 m×3 m，內部刷玻璃纖維環氧樹脂漆防腐，有效容積為25.2 m3，水力停留時間為8.4 h；池內布置1 套公稱通徑（DN）為0.15 m×2 m 的半軟性填料，上面布滿生物膜， 在填料的下方布置1 套微孔曝氣器；配有加藥系統1 套， 耐腐蝕計量泵流量≥9 L·h-1，含加藥桶。

3.3.2 好氧池

好氧池3 個，其中新增半地埋式碳鋼化構筑物2 個，利用原有的地埋式污水處理構筑物改造1 個，風機利用原有的，回轉式鼓風機2 臺（1 用1 備），功率為2.2 kW，風量為84 m3·h-1。 其中單個新增半地埋式好氧池尺寸為5.5 m×3 m×3 m 內部刷玻璃纖維環氧樹脂漆防腐，有效容積約44 m3，水力停留時間約14 h； 池內布置1 套公稱通徑 （DN）為0.15 m×2 m 的半軟性填料， 表面附著生物膜，在填料的下方布置1 套微孔曝氣器； 利用原有構筑物改造的好氧池尺寸為8 m×2.5 m×3 m， 有效容積約50 m3，水力停留時間為16 h，填料、曝氣系統均利用原構筑物內的。

3.4 MBR 膜池

MBR 膜池利用原有的地埋式構筑物的MBR膜池，尺寸為3 m×2.5 m×3 m，內部刷玻璃纖維環氧樹脂漆防腐，更換原有破損的MBR 膜組件1 套，處理能力為4 m3·h-1，不銹鋼支架1 套，曝氣系統1套，自吸泵2 臺（1 用1 備），功率為0.75 kW，流量為6 m3·h-1， 混合液回流泵2 臺 （1 用1 備）， 功率為0.4 kW，揚程為6 m，流量為9 m3·h-1。

4 系統運行評價

4.1 系統調試運行

系統調試運行具體步驟如下：（1）通過接種經過馴化調配的活性污泥，調試馴化好氧池和厭氧池中微生物著床富集、生長及掛膜，并適應該污水處理系統環境， 從而初步實現對污水中污染物的去除；（2）調試馴化成熟后，通過回流率、曝氣量以及碳源等因素的調節，逐步提高并穩定系統對污水中各項污染物的去除水平。

4.2 系統運行效果分析

本項目服務區污水系統受節假日客流量影響，水質、 水量波動變化較大， 污水處理量約為40～50 m3·d-1，系統調試運行正常后，對系統進出口進行連續3 d 采樣監測。 根據表2 水質監測結果，該服務區污水處理系統升級改進后， 系統運行效果穩定，出水水質各項指標均達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級標準。

表2 污水進出口水質監測結果

5 經濟效益分析

本工程總投資約為38 萬元， 污水處理系統運行穩定后， 系統運行費用約1.99 元/t， 其中電費約0.49 元/t，藥劑費約1.5 元/t，藥劑的費用主要是因系統進水碳氮比低，為提高碳源濃度添加乙酸鈉的費用。 本系統采用基于物聯網技術的遠程智能控制系統，進行全自動控制和遠程的監控，運行管理方便快捷。

6 結論

通過對該服務區污水處理系統進行升級改造，采用“A/O 生物接觸氧化+MBR 膜”處理工藝對污水進行處理， 系統能夠滿足該服務區處理水量要求，出水效果良好，出水水質各項指標均達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級標準。 該服務污水處理設施改造案例盡可能利用了原有的污水處理工藝和設施，以最少的投資進行升級改造，同時通過添加碳源等方式提高污水碳氮比，提高微生物活性，保證處理效果，具有投資少、運行管理方便、社會經濟效益好等特點， 適用于處理能力不足、工藝落后的老舊服務區污水處理設施的改造，具有較高的推廣應用價值。