高速服務區污水處理生物濾塔技術應用

文 / 山東高速股份有限公司 王轉平 陳鳳鳴 楊照興 王振寧 尹星慧

山東國一中永環保技術服務有限公司 趙燚

本文剖析了高速公路服務區污水的來源及特點，并針對這一分散式污水處理場景，簡單介紹了傳統的技術工藝，間歇式活性污泥法、膜生物反應器法、厭氧-缺氧-好氧法，以及近年來出現的低能耗新技術、納米陶瓷生物濾塔反應器技術與《城市污水再生利用 城市雜用水水質》GB/T 18920-2020中的城市綠化標準，最后對服務區污水處理做簡單分析。

引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，高速公路建設十分迅速，高速公路網越織越密。截至2021年底，高速公路通車里程已達11.7萬公里，已建成全球最大高速公路網。一般情況下，高速公路每間隔50km左右設一處服務區，其中包含餐廳、衛生間、加油站及休息區等，承載了旅游、休閑、服務等多種功能，業態豐富。

高速公路服務區大多地處偏遠且無市政管網接入處，產生的污水通常只能排放至周邊河流、農田、水塘等地，會對周圍環境造成破壞，導致水質變差、農作物減產和魚類死亡，嚴重影響當地老百姓的生產生活。因此，要合理引進污水處理技術設備，從而加強對污水處理，通過實現污水二次回收利用的方式，讓水資源循環利用率上升，將污水回收利用再次變成資源。為滿足當下的水污染防治要求，需要保證污水處理技術的穩定和可行性，特別是在高速公路服務區，其污水處理技術的穩定與否會更加重要。

高速公路服務區污水來源及特點

服務區用水情況

高速公路服務區污水主要來源為公廁污水、相關工作人員生活污水以及洗車、綠化等方面產生的污水。

通過實地調研得知，服務區日常用水情況為：沖廁用水占比約64%（基本穩定）；廚房餐飲用水占比約11%（相對穩定）；綠化用水占比約13%（浮動較大）；洗漱、飲用水占比約9%(相對穩定);其他用水占比約3%。沖廁和綠化用水最高可占總用水量的77%。

服務區污水特點

1.污水水量特點

服務區根據所處路段位置、大小、不同時段，車流量相差較大，日均污水產量也有較大差別。每日區間用水分布為：6-11時約占比14%；11-14時約占比40%；14-16時約占比16%；16-22時約占比17%；22-次日6時約占比13%。

一般而言，在節假日交通出行高峰季、飯點時段，車流量人流量明顯增多，污水量隨之上升，且節假日的污水量最高可達到日均產量的3至4倍；而受地區降水和季節影響，夏季污水量一般大于冬季。如果正趕上惡劣天氣阻礙交通出行，車流量較少，污水產生量也就相應減少。同時，服務區如果處在偏遠地區，污水量也會相對較少。可見，高速公路服務區污水水量隨季節、天氣、時段、位置波動比較大。

2.污水水質特點

由于服務區污水來源多有不同，因此污染物成分也是千差萬別：（1）沖廁產生的污水占比最大，氨氮、懸浮物、磷濃度較高；（2）餐飲廢水在高速服務區污水中占比也較大，含有有機物和動植物油；（3）管理人員生活產生的廢水，一般污染物較少，也易于處理；（4）洗車、綠化、加油站廢水占比較小，主要是泥沙顆粒、碳氫化合物等成分。沖廁、餐飲、加油站產生的污水污染物濃度比較高，而且會根據時間和產生源的不同發生變化，因而在一般服務區污水處理中被視為重點難點。經調研，高速服務區污水指標均值約為：COD≤350mg/L，BOD5≤200mg/L，SS≤200mg/L，總氮≤55mg/L，氨氮≤45mg/L，總磷≤5mg/L。

高速公路服務區污水處理工藝

技術工藝

污水處理的技術工藝多種多樣，目前，對于高速公路服務區這一分散式污水處理場景主要采用生化處理。由于服務區污水水量波動較大，水質也相差甚遠，處理工藝也會對處理效果產生各種各樣的影響。

1.間歇式活性污泥法（SBR）

間歇式活性污泥法 (SBR)，又稱序批式活性污泥法，是一種按照間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，這種技術既可以進水、又可以進行沉淀、出水等，是一種將眾多用途集于一身的一體化設備。該方法主要優點是省略了初沉池和二沉池，間歇式活性污泥法所需要的占地面積較小，生產成本也比較地，并且能夠有效地脫除水中含有的磷和氮，因為其成本低，分離效果好等優點，成為了一種理想的處理污水的手段。但是由于該方法對于科學技術的要求較高，對運營維護人員技能也有諸多要求，設備也易出現故障等特點，難以廣泛推廣。

2.膜生物反應器法（MBR）

膜生物反應器法（MBR）是一種將高效膜分離技術與傳統活性污泥法相結合的新型工藝，可以利用膜分離設備將污水中的活性污泥和大分子有機物截留住，從而實現水質提高的目的。該方法優點是污泥余量少、能夠抗擊外力、運行穩定等，它的出水經消毒可直接實現污水資源化利用，同時，設備緊湊，占地少，較適用于技改。但是運維成本高，一方面是因為膜使用三年左右，基本都需要更換，另一方面是因為使用高功率的曝氣設備，能耗高。且膜需要經常清洗，管理人員必須經過專業系統的培訓才能勝任，這在高速公路服務區的管理中較難實現。

3.厭氧-缺氧-好氧法（A2/O）

A2/O工藝目前已經相當成熟，在我國很多大型市政污水處理廠都有廣泛應用。該工藝是傳統活性污泥工藝、硝化及反硝化工藝及生物除磷工藝的綜合，脫氮除磷效果較好。但是A2/O工藝的基建費用和運行費用較高，對維護管理人員專業要求也高。

4.納米陶瓷生物濾塔反應器法

納米陶瓷生物濾塔反應器法是近年來出現的新型生化處理技術。污水被循環噴灑到反應器頂端進行接觸式反應然后隨重力流入下方循環池中，以實現污染物的去除。如圖1所示，納米陶瓷載體對折垂掛于系統中，形成“鰓”狀結構，它可以為微生物提供適宜的生長環境，微生物在載體上生長并且繁殖，慢慢發展形成生物膜，生物膜厚度隨這時間的增長不斷增加。微生物從生物膜與水接觸的地方可以不斷地從中獲取營養物質，從而繼續生長。其利用微生物新陳代謝過程發熱這一特點，產生的溫差實現反應器內部的空氣自然流動，因此設備無需使用高能耗的曝氣機，大大降低污水處理運營成本。同時，在空氣流動過程中，氧氣自然消耗，在縱向維度自然產生好氧和厭氧區間，實現有機物、氮、磷的去除。

圖1 納米陶瓷生物濾塔反應器原理圖

圖2 納米陶瓷生物濾塔反應器法工藝流程圖

由于特殊的設計，納米陶瓷生物濾塔反應器法能耗很低，污泥產量少，從而后期維護費用減少，而且對于維護人員的要求低。因此納米陶瓷生物濾塔反應器法是一種較為理想的適用于高速公路服務區分散式污水處理的新型技術。

納米陶瓷生物濾塔反應器法的應用

工藝流程

納米陶瓷生物濾塔反應器法工藝流程如圖2所示，污水經污水管道收集后從污水井流入格柵、隔油池，經過提升泵(液位開關自動控制)進入調節池，進行水量、水質調節，然后從調節池內設置的溢流槽溢流至循環池，循環池內設置循環提升泵，將污水提升至納米陶瓷生物濾塔內進行處理，經過處理的水溢流至沉淀區進行泥水分離，上層清水收集后經過提升泵進入過濾區，經過濾后的水再進行消毒處理后流入回用水池，作為綠化水源。

出水水質

出水水質可達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質》GB/T 18920-2020中的城市綠化標準，主要出水指標：BOD為8.6 mg/L，氨氮為3.4 mg/L，溶解性總固體為430 mg/L，濁度3.255（NTU），色度4（鉑鈷色度），pH值6.32。

能耗

調節池內的提升泵功率為0.25kW，由液位開關控制，按每日工作8小時計算；循環池內的泵功率為0.25kW，24小時工作；次氯酸鈉計量泵0.37kW，每日加藥時間按1小時計，則日耗電量為8.37kW·h，從而每噸水的能耗為0.837kW·h。

結語

綜上，適用于高速公路服務區的分散式污水處理技術都較為成熟，而納米陶瓷生物濾塔反應器技術由于獨特的設計，整套工藝系統無需使用能耗較高的機械曝氣設備，因此在后期運行維護、耗電量方面有著明顯的優勢，為服務區污水處理提供了一種新的選擇。