高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果研究

劉國(guó)偉

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西 太原 030032）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，山西省高速公路的規(guī)模逐年增加，根據(jù)山西省政府印發(fā)的《山西省推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃（2021—2022年）》，到2022年，全省高速公路通車?yán)锍虒⑼黄? 000 km。為有效控制高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水超標(biāo)排放對(duì)周邊環(huán)境造成的污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用，對(duì)其現(xiàn)有污水處理設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造具有十分重要的意義。

本文以山西省某高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理工程升級(jí)改造設(shè)計(jì)為例，通過高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水進(jìn)出水水質(zhì)特征、可生化性分析，并以工藝比選及工藝參數(shù)計(jì)算為依據(jù)，進(jìn)行了高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，旨在更有效改善收費(fèi)站污水處理現(xiàn)狀，促進(jìn)污水的資源化利用，為今后高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理提標(biāo)改造工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理概況

山西省某高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)于2005年建成，站區(qū)污水主要來自日常的生活污水以及餐飲廢水，含有有機(jī)物、蛋白質(zhì)、總磷、油脂等，由于該高速公路建成通車時(shí)間較早，現(xiàn)有污水處理設(shè)施較為簡(jiǎn)單，處理后出水無法滿足現(xiàn)有環(huán)保要求，造成周邊環(huán)境污染，因此需要對(duì)運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行提標(biāo)改造。根據(jù)運(yùn)營(yíng)站區(qū)常住人員測(cè)算，該運(yùn)營(yíng)站區(qū)該次設(shè)計(jì)處理規(guī)模為10 m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)滿足山西省《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/1928—2019）相關(guān)指標(biāo)要求。

1.2 采樣與分析方法

本文高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)為研究對(duì)象，采集的水樣檢測(cè)項(xiàng)目主要有pH、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP），站區(qū)水樣的采集與保存要求按《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》的規(guī)定和要求執(zhí)行。各水質(zhì)指標(biāo)分析方法詳見表1。

表1 水質(zhì)分析方法

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文采用山西省地方標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/1928—2019），各水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值詳見表2。

表2 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) mg/L

1.4 數(shù)據(jù)分析

去除率（COD、BOD5、NH3-N、TP）=(進(jìn)水濃度 - 出水濃度)/進(jìn)水濃度×100%.

2 結(jié)果與分析

2.1 進(jìn)水水質(zhì)分析

高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)常駐人員較少，主要為站區(qū)工作人員產(chǎn)生的生活及餐飲廢水，其水質(zhì)、水量具有一定的波動(dòng)性。本文選擇某處運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水作為檢測(cè)對(duì)象，于2020年7月和2020年12月分別對(duì)其進(jìn)行采樣并檢測(cè)分析，進(jìn)水指標(biāo)情況如表3所示。

表3 運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)一覽表

由表3可知，高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)的污水水質(zhì)波動(dòng)性較大，且進(jìn)水可生物脫氮除磷較不穩(wěn)定，水質(zhì)組成較為簡(jiǎn)單；與冬季相比，夏季由于洗漱頻次變多，用水量增大，使得站區(qū)污水水質(zhì)濃度較低，因此，夏季污水水質(zhì)整體較冬季好。

2.2 生物脫氮除磷效果分析

通常利用 BOD5/COD、BOD5/TN（即C/N）比值、BOD5/TP比值分別表示污水是否具有可生性和生物脫氮除磷有效性，其中，C/N比值是判別能否有效脫氮的重要指標(biāo)，理論上C/N≥2.82就能進(jìn)行生物脫氮[1]，根據(jù)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)C/N≥3.5時(shí)能進(jìn)行有效生物脫氮；BOD5/TP比值是衡量能否進(jìn)行生物除磷的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為該比值應(yīng)大于20，比值越大，生物除磷效果越好。

從表4可以看出，高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水BOD5/COD比值在0.41～0.49之間，表明污水具有可生化性，可以采用生化處理工藝；C/N比值在5.4～11.85之間，表明污水水質(zhì)滿足脫氮要求；BOD5/TP比在18.44～27.09之間，表明采用生物除磷法可獲得一定的除磷效果，為達(dá)到污水穩(wěn)定持續(xù)達(dá)標(biāo)排放，還須增加化學(xué)除磷方式作為輔助。

表4 高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水進(jìn)水指標(biāo)相關(guān)比值范圍

2.3 工藝比選

通常小型污水處理采用A2O-MBBR、A2O-MBR和SBR（活性污泥法）這3種污水處理技術(shù)，每種處理技術(shù)各有側(cè)重，在工程特點(diǎn)、適用范圍上還是存在一定的差異。各工藝對(duì)比分析如表5所示。

表5 3種技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性比選一覽表

通過表5比選，為了能夠穩(wěn)定達(dá)到山西省地方標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/1928—2019），該次設(shè)計(jì)采用A2O-MBR工藝。

MBR為膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）簡(jiǎn)稱，是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合的新型水處理技術(shù)，它是用膜分離裝置將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，具有占地面積小，產(chǎn)泥量少和清洗方便等特點(diǎn)。MBR技術(shù)通過膜的分離大大強(qiáng)化了泥水分離能力，使活性污泥濃度提高，其水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制，廢水生物處理的性能大大改善，使其在高速公路服務(wù)區(qū)的應(yīng)用有良好前景[2-4]。

2.4 工藝流程及說明

該次高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 A2O-MBR污水處理工藝流程圖

高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)生活污水及餐飲廢水分別經(jīng)過化糞池、隔油池后，通過格柵去除水中大塊漂浮物；而后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池通過液位升降變化，對(duì)原水均質(zhì)均量；調(diào)節(jié)池出水經(jīng)過厭氧—缺氧—好氧-MBR一體化污水處理設(shè)備，通過微生物的吸附、氧化代謝等反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中氮、磷、COD等污染物的降解去除，經(jīng)過生化反應(yīng)去除污染物的出水，通過次氯酸鈉消毒系統(tǒng)進(jìn)一步去除水中大腸桿菌，保證出水達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)出水貯存于中水池用于場(chǎng)區(qū)綠化等回用。

2.5 工程設(shè)計(jì)

該次高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理工程設(shè)計(jì)范圍包括：格柵井、調(diào)節(jié)池、一體化污水處理設(shè)備、消毒單元、中水回用池，主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

2.5.1 格柵井

運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水中含有一定的大體積懸浮物，一旦大體積懸浮物進(jìn)入后續(xù)工藝處理環(huán)節(jié)，會(huì)引發(fā)堵塞現(xiàn)象，為了防止堵塞，確保污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行，設(shè)置格柵一道，主要用于去除雜質(zhì)。該次設(shè)計(jì)格柵井采用全地下鋼混凝土結(jié)構(gòu)1座，設(shè)計(jì)規(guī)格為1.5 m×1.0 m×4.0 m，有效水深為0.6 m，內(nèi)部采用提籃格柵，柵間距5～10 mm。

2.5.2 調(diào)節(jié)池

由于運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，只有足夠的調(diào)節(jié)停留時(shí)間，才能保障后續(xù)生化工藝段進(jìn)水水質(zhì)與水量穩(wěn)定。該次設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池有效容積為9 m3，水力停留時(shí)間為21.6 h，采用全地下鋼混凝土結(jié)構(gòu)1座，規(guī)格為3.0 m×2.0 m×2.0 m，設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)。

2.5.3 一體化污水處理設(shè)備

一體化污水處理設(shè)備是該次設(shè)計(jì)的核心，采用全地下碳鋼結(jié)構(gòu)1座，規(guī)格為5.0 m×2.0 m×2.0 m，有效容積為18 m3，水力停留時(shí)間為43 h。設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)，推力 138 N，功率0.37 kW，葉槳轉(zhuǎn)速 960 r/min；組合填料一套；φ215膜片式微孔曝氣裝置1套；MBR膜組一套，處理能力10 m3/d，采用PVDF材料，膜通量10～15 L/（m2/h）。

2.5.4 消毒單元

運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水經(jīng)工藝設(shè)備處理后進(jìn)入中水回用池，在池內(nèi)加入次氯酸鈉進(jìn)行消毒，消毒后出水可用于站區(qū)綠化或場(chǎng)地噴灑。

2.5.5 中水回用池

為了便于運(yùn)營(yíng)站區(qū)中水回用，該次設(shè)計(jì)考慮設(shè)置中水回用池，采用全地下鋼混凝土結(jié)構(gòu)1座，規(guī)格為4.0 m×3.0 m×2.0 m，有效容積為18 m3，水力停留時(shí)間為43 h。

3 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行

3.1 系統(tǒng)調(diào)試

該高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理工程于2020年10月底開始系統(tǒng)調(diào)試，接種污泥選用當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S的活性污泥，接種率約30%.到2020年12月底，污水處理系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷穩(wěn)定，經(jīng)檢測(cè)，出水各指標(biāo)合格，調(diào)試工作結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)行階段。

3.2 處理效果

運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理工程經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到山西省地方標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/1928—2019）規(guī)定的限值。2021年 1—12月實(shí)際水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表6。

由表6可知，運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水處理系統(tǒng)COD去除率在 88.6%～92.2%之間，BOD5去除率在 92.6%～96.4%之間，氨氮去除率在97.3%～98.8%之間，總磷去除率在94.9%～96.9%之間，同時(shí)出水穩(wěn)定，表明該污水處理工藝對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)站區(qū)污水具有較好的效果。

表6 2021年1—12月污水處理效果 mg/L

4 結(jié)語

生態(tài)環(huán)境保護(hù)是我國(guó)一項(xiàng)基本國(guó)策，在國(guó)家和地方不斷加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)督檢查工作的形勢(shì)下，高速公路沿線站區(qū)作為高速公路的重要組成部分，由于建設(shè)跨度大，現(xiàn)有污水處理工藝落后，缺乏相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員，導(dǎo)致核心處理設(shè)備功能喪失，污水處理設(shè)備無法正常運(yùn)行，污水處理后出水水質(zhì)處于超標(biāo)排放狀態(tài)，不滿足國(guó)家現(xiàn)行環(huán)保要求，存在一定的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，無論是從國(guó)家和地方環(huán)保要求、行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，還是從高速公路生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作自身需求來看，采用合理的工程設(shè)計(jì)及處理工藝，并結(jié)合水資源循環(huán)利用基本要求，通過污水處理系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到地方環(huán)保要求，并建立長(zhǎng)期有效的運(yùn)維管護(hù)機(jī)制是十分迫切和必要的。