“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區污水處理系統中的應用

摘要：文章以上思至防城港高速公路上思南服務區的污水處理系統為研究對象，驗證“AAO（厭氧-缺氧-好氧）+MBR （膜生物反應器）”工藝應用在高速公路服務區污水處理中的可行性及應用效果，以解決該服務區污水處理系統效能低下的問題。根據服務區污水處理系統進水水質的調查結果，對該系統的需求進行分析，據此設計并實施了“AAO+MBR”工藝方案。通過優化“AAO+MBR”工藝流程和設備配置，上思南服務區污水處理系統在出水水質、適應性、占地面積、運行狀況、水資源循環利用等方面均展現出了顯著優勢，由此驗證了“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區污水處理系統中具有較高的推廣價值，可為高速公路服務區的可持續發展提供技術支撐。

關鍵詞：“AAO+MBR”工藝；高速公路；污水處理系統

中圖分類號：U491.8" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）07-0104-05

0 引言

服務區作為高速公路體系中的關鍵構成部分，其污水處理系統建設對于保障服務區及其周邊的生態環境免受污染、維護生態平衡具有重要作用。隨著我國高速公路網絡的快速擴張，服務區面臨的污水處理量持續增長。由于高速公路服務區遠離城市，其產生的各類污水難以直接接入城市污水處理管網，因此需要配置獨立的污水處理系統。服務區污水具有水量波動大、水質成分復雜及溫度變化大等特點，傳統的污水處理工藝往往難以確保污水出水水質達到排放標準，因此難免會對周圍水環境造成影響［1］。鑒于此，需要探索一套切實可行又經濟高效的高速公路服務區污水處理工藝。目前，國內外學者在污水處理工藝領域展開深入研究，并取得了一定成果。例如：BILADMR等［2］對MBR污水處理工藝進行研究發現，該工藝具有固液分離能力強、出水水質優良及設備占地面積緊湊等優點，但也會受到膜污染問題的影響；WANG等［3］提出了一體化 “A2O+MBR”工藝，該工藝不僅可以有效提高氮、磷去除效率，同時可以改善膜污染程度；顏建國等［4］將“A2O+MBR”工藝應用于旅游景區廁所的高濃度糞污廢水處理工程中，經“A2O+MBR”工藝處理后，反應器出水的COD（化學需氧量）、NH3-N（氨氮）及TP（總磷）平均質量濃度均達標；夏云峰等［5］將“AAO+MBR”短流程工藝應用于地下式污水處理廠，經處理后的污水出水水質能滿足市政污水處理后的達標排放要求，同時該工藝還能有效減少剩余污泥的排放，降低藥耗和人工運輸成本。在前人研究的基礎上，本文以上思至防城港高速公路（簡稱上防高速）上思南服務區為例，探討“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區污水處理系統中的應用，旨在實現服務區污水處理系統的穩定運行，并為同類工程提供參考。

1 工程概況

1.1 上防高速上思南服務區簡介

上思至防城港高速公路全線位于防城港市境內，路線總體為自北向南走向，起點接桂林龍勝（湘桂界）至峒中高速公路南寧吳圩至上思段終點處，與現有合那高速互通相交。上防高速全長62.881 km，采用雙向四車道設計，設計時速為100 km/h，路基寬26.0 m，鋪設瀝青混凝土路面。該項目全線共建設7套污水處理系統，分別位于上思南服務區（含上下行2套）、華石停車區（含上下行2套）、防城西收費站、華石收費站及十萬山收費站。其中，上思南服務區的污水處理系統承擔最大處理量。

上思南服務區位于高速公路起點附近，服務于南北雙向車輛，占地面積約50 000 m2，設有餐廳、超市、停車場、加油站等設施，為過往車輛和旅客提供全方位服務。據統計，該服務區日均車流量約5 000輛次，客流量約1.5萬人次。考慮到服務區的重要性和使用頻率，上思南服務區的2套污水處理系統（分別設置于服務區兩側）的設計和運行對于維護區域環境衛生、保障公共健康具有重要意義。

1.2 污水處理系統需求分析

上思南服務區的污水主要源自餐飲、公共衛生間使用以及日常清潔等活動，具有水量波動大、水質成分復雜的特點。根據服務區規模和使用情況，設計單側污水處理量為150 m3/d。為全面了解污水處理系統的實際需求，對服務區污水處理系統的進水水質進行了全面調查，調查過程中參考了近年來我國南方地區及廣西區內服務區污水處理的典型水質文獻數據。污水處理系統的出水水質執行《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920—2020）中規定的綠化回用水質標準。上思南服務區污水處理系統進水和出水水質標準見表1。

根據服務區污水處理系統進水水質的調查結果，污水呈現出有機物含量高與氨氮濃度較高的特點。考慮到高速公路服務區的實際情況，所設計的污水處理系統應具備以下特性：①處理效果好，出水水質穩定達標。②對于污水水量的波動適應能力強。③占地面積小，便于集成安裝。④運行穩定，維護簡便。⑤水資源可循環利用，以減輕當地水資源的壓力。

基于以上需求分析，選擇合適的污水處理工藝對確保服務區環境衛生和可持續運營至關重要。“AAO+MBR”工藝具有優異的處理效果和適應性，能滿足上思南服務區的污水處理系統占地面積、自動化程度以及運行成本等要求，因此成為最適合的工藝選擇。

2 “AAO+MBR”工藝的應用

2.1 “AAO+MBR”工藝流程

針對上思南服務區污水處理的實際情況，對“AAO+MBR”工藝流程進行了相應的優化處理，其工藝流程見圖1。

服務區污水經格柵井進入調節池，由池內提升泵提升至后續處理單元。污水依次流經厭氧池（A1）、缺氧池（A2）、好氧池（O）和MBR膜池，在A1池內進行磷的釋放，在A2池進行脫氮反應，在O池進行有機物去除，在MBR膜池進行深度處理。處理過程中，A2池內的混合液回流至A1池促進磷的進一步釋放，O池混合液回流至A2池進一步脫氮，MBR膜池混合液則回流至O池以進一步去除有機物。在MBR膜池處理后的污水，經膜過濾、自吸泵抽吸及消毒流程后，最終進入清水池供回用。剩余污泥進入污泥池，需定期進行清掏［6］。

“AAO+MBR”工藝采取了以下幾項優化措施：①在調節池設置自動液位控制系統，可以根據進水量自動調節提升泵，確保后續處理單元的穩定運行。②AAO系統采用分段進水模式，可以根據進水水質的變化調整各池的負荷，提高處理效率。③MBR系統采用內置浸沒式膜組件，便于日常維護和清洗。④通過設置在線監測系統，實時監控關鍵水質指標，如DO（溶解氧）、pH、NH3-N等，為工藝調控提供依據。⑤為了應對服務區污水水量的晝夜變化，設計了靈活的運行模式。在夜間低峰期，采用間歇曝氣模式以節能降耗；在日間高峰期，則全力運行以應對高負荷的污水處理需求。

綜上所述，該服務區污水處理系統的“AAO+MBR”工藝流程在設計上充分考慮了污水處理效果、系統運行穩定性和節能降耗的需求，能夠很好地適應服務區污水的特性，確保出水水質穩定達標，不僅滿足了當前的服務需求，還具備了良好的適應性和可擴展性，為服務區的可持續發展奠定了堅實的基礎。

2.2 污水處理系統主要構筑物和設備

上思南服務區污水處理系統根據工藝流程和處理規模配置了一系列構筑物和設備。構筑物主要包括格柵提升井、調節池、污水一體化處理設備、MBR池等，主要構筑物參數見表2。主要設備包括提升泵、風機、自吸泵、加藥裝置、西門子PLC（可編程邏輯控制器）和10英寸（25.4 cm）觸摸屏等，具體參數見表3。

為確保服務區污水處理系統長期穩定運行，在構筑物和設備選型過程中著重考慮了以下幾個因素：①鑒于服務區污水處理的實際情況，構筑物選用了玻璃鋼和碳鋼等性能優良的材料，以延長設備的使用壽命。②確保所有設備的質量都能達到行業標準，并且性能穩定可靠。③機泵和風機均采用變頻控制，可以根據實際負荷調整運行參數，既保證了處理效果，又降低了能耗。④MBR系統選用高性能膜組件具備高通量、低能耗及強抗污染能力特性，其模塊化設計便于日常維護和更換。同時，配套自動反沖洗與化學清洗系統，有效延長了膜的使用壽命。⑤自動控制系統采用了PLC和觸摸屏，實現了處理流程的全程自動化控制。系統可以根據進水水質和水量的變化，自動調整各個處理單元的運行參數，如曝氣量、回流比等，保障處理效果的穩定性。⑥系統設置遠程監控模塊，運維人員可實時查看設備的運行狀態，從而及時發現和處理異常情況。⑦為確保系統具備連續運行的能力，所有機泵和風機均配置“一用一備”，并在系統中集成自動切換功能，一旦主設備發生故障，備用設備則立即啟動，確保系統的連續運行。

3 “AAO+MBR”工藝應用效果分析

在“AAO+MBR”工藝中，AAO工藝通過厭氧、缺氧和好氧3個階段，能有效去除污水中的有機物、氮和磷；而MBR工藝不僅能替代傳統的二沉池，大大縮小了占地面積，還能適應上思南服務區有限的空間條件。同時，MBR工藝可處理高濃度和齡長的污泥，有效降低了剩余污泥的產量。綜上所述，上思南服務區污水處理系統采用的“AAO+MBR”工藝，不僅實現了高效的污水處理，還優化了空間利用，達到了雙重目標。

3.1 出水水質

“AAO+MBR”工藝結合了AAO生物脫氮除磷和MBR高效固液分離的特點，能有效去除污水中的有機物、氮和磷［7］。“AAO+MBR”污水處理系統投入運行后，上思南服務區的出水水質連續6個月均滿足《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GB/T 18920—2020）中針對綠化回用的水質標準。為全面分析服務區污水處理系統出水水質情況，對出水水質的主要指標進行整理，具體見表4。

表4中的數據顯示，污水處理系統采用“AAO+MBR”工藝后，出水水質的各項指標均優于標準要求，證明了該工藝對各種污染物的去除效果優異，尤其是在懸浮物和氨氮的去除上表現突出。此外，該系統通過調整MLSS（混合液懸浮固體）、MLVSS（混合液揮發性懸浮固體）、SV（污泥沉降比）、SVI（污泥體積指數）、DO（溶解氧）等運行參數，能有效應對季節交替與溫度變化帶來的挑戰，確保生物處理單元穩定運行與高效處理，為服務區污水處理提供了可靠保障。因此，“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區污水處理系統中的應用具有一定優越性。

3.2 適應性

“AAO+MBR”工藝在上思南服務區污水處理系統中的應用具有良好的適應性，主要體現在污水處理系統對水量、水質、溫度變化的適應能力以及運行模式的靈活性等方面。

（1）水量適應能力。系統設計處理量為150 m3/d，具備較大的水量適應性，其有效處理范圍為設計處理量的10%～110%，即15～165 m3/d，能有效應對服務區日常運營和節假日期間的水量波動。

（2）水質適應能力。在正常運行條件下，系統對進水COD濃度的適應范圍為150～450 mg/L。面對COD濃度的波動，系統通過調整運行參數，確保了處理效果的穩定性與高效性。

（3）溫度適應能力。生物池水溫的適應范圍設定為10～35 ℃，溫度適應范圍廣泛，確保了污水處理系統能在全年穩定運行，顯著降低了季節變化對系統性能的影響。

（4）運行模式靈活性。系統支持連續模式與間歇模式之間的切換，根據服務區的實際用水情況進行調整。在夜間低峰期，通過切換至間歇模式，顯著降低了能源消耗。

3.3 占地面積

由于高速公路服務區空間資源有限，污水處理系統占地面積小的優勢顯得尤為重要。為了說明“AAO+MBR”工藝在此方面的優勢，將其與傳統活性污泥、SBR（序列間歇式活性污泥法）兩種不同污水處理技術的占地面積進行了對比分析，結果見表5。

由表4中的數據可以看出，“AAO+MBR”工藝在占地面積上具有顯著優勢，其單位處理量占地面積僅為0.8 m2/（m3/d），相較于傳統活性污泥工藝的1.87 m2/（m3/d）和SBR工藝的1.33 m2/（m3/d），分別節省了約57%和40%的占地面積。為進一步減少占地需求，對上思南服務區污水處理系統采取了以下措施。

（1）AAO生化池立式一體化設計。通過垂直集成3個功能區，有效縮減了生化反應區的占地面積。

（2）MBR系統取代傳統二沉池。該措施不僅直接減少了占地面積，還簡化了污水處理的整體流程，例如在上思南服務區內，一個占地為10.5 m2的MBR池即可替代需要更大空間的二沉池，進一步節省了土地資源。

（3）內置浸沒式膜組件與生化池集成。這一設計大大減少了對設備占地面積的需求，同時確保了污水處理效率與質量。

通過緊湊的設計，“AAO+MBR”工藝不僅充分發揮了其占地面積小的優勢，滿足了上思南服務區有限空間的條件；還為未來可能的擴建預留了空間，降低了基礎設施投資成本，充分體現了該工藝在占地面積和擴展性方面的優越性。

3.4 運行狀況

對上思南服務區污水處理系統的運行穩定性進行評估，依據一年內的運行數據進行了全面統計，關鍵評估指標包括出水水質達標率、設備完好率、膜通量波動范圍、系統運行負荷范圍以及年度運行天數，這些指標綜合反映了系統在日常運行中的穩定性和可靠性。

（1）出水水質達標率。基于日平均水質監測，系統出水水質達標率高達99.5%，證明污水處理效果的穩定性和可靠性。

（2）設備完好率。在不計入計劃性維護停機時間的前提下，設備完好率為98%，反映了系統機械和電氣設備的可靠性。

（3）膜通量波動范圍。在標準運行條件下，膜通量波動被嚴格控制在±10%以內，表明不存在明顯的膜污染問題。

（4）系統運行負荷范圍。系統可靈活應對服務區的水量變化，運行負荷在設計處理量（150 m3/d）的10%～110%波動，即15～165 m3/d，該負荷范圍能有效應對服務區日常和節假日的水量波動。

（5）年度運行天數。全年運行天數達到360 d，包括日常運營、維護和檢修周期，因此日常維護和檢修對污水處理系統運行的影響極小。

上述污水處理系統運行關鍵數據表明，“AAO+MBR”工藝在上思南服務區污水處理系統實際運行中具有優異的穩定性，各項關鍵數據均達到或超過預期目標，為服務區的可持續發展提供了堅實保障。

3.5 水資源循環利用

“AAO+MBR”工藝在上思南服務區污水處理系統中的應用，不僅確保了污水達標排放，還實現了水資源的循環利用。系統投運后，出水水質完全滿足綠化用水的標準，在一定程度上減少了服務區對新鮮水的消耗。上思南服務區水資源循環利用框架圖見圖2。

運行一年以來，“AAO+MBR”污水處理系統展現出優越的性能。該系統設計規模為150 m3/d，靈活應對了初期車流量少、污水量大的情況，實際日平均處理污水量約為30 m3/d，年運行天數為360 d，累計污水處理量為10 800 m3。該系統實現了90%的污水資源化利用，年回用水量達9 720 m3。回用水主要用于服務區綠化灌溉，顯著減少了自來水使用量。此水資源循環利用模式為服務區創造了可觀的經濟效益，年節約自來水量達9 720 m3，按每立方米水3元計，可節約2.916萬元。水資源循環利用不僅有效緩解了當地水資源的壓力，體現了重要的生態價值，還提高了公眾的環保意識，為建設生態文明、推動綠色發展起到了良好的示范作用。

4 結論

“AAO+MBR”工藝具有出水水質好、適應性強、占地面積小、運行穩定、污水回用率高等優勢，符合高速公路服務區污水處理系統的需求。在上防路上思南服務區污水處理系統建設中，通過優化“AAO+MBR”工藝流程和設備配置，取得了良好的污水處理效果。該工藝的成功應用，充分展現了其在高速公路服務區污水處理方面的優越性。因此，隨著國家對環境保護和水資源管理的日益重視，“AAO+MBR”工藝將在該領域發揮更大的效能，不斷推動高速公路服務區的綠色可持續發展。

5 參考文獻

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【作者簡介】胡云劍，男，湖南衡陽人，工程師，研究方向：公路、水運等交通環保咨詢及工程。

【引用本文】胡云劍.“AAO+MBR”工藝在高速公路服務區污水處理系統中的應用［J］.企業科技與發展，2024（7）：104-107，112.