高速公路服务站区模块化式污水处理及中水系统

郭 涛

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

目前，我国高速公路通车里程已超过10×104km，相应的高速服务站区为2 000对以上。为了环境保护和节约能源的需要，这些服务站区大多建有污水处理系统，但目前在用大多数系统的建设标准和污水处理水平只是达到了《GB18919—2002城镇污水处理污染物浓度排放标准》。由于处理水平较低，处理后的水只能向自然界就近排放而难以回收利用，结果造成了有用资源的浪费。自党的十八大以来，在国民经济建设事业中的节能和环境保护问题已引起政府和社会各界的高度重视，高速公路服务站区的污水处理已成为道路交通管理和相关科研部门高度关注的问题之一。

1 原因综述

1.1 已有污水处理设备存在老化和失养现象

高速服务站区往往远离城市给排水管网，以自建水井抽取地下水为主要供水方式。笔者曾在山西省多条高速公路实地调查，发现经过多年使用后，很多高速站区的污水处理设备存在老化和失养现象，其污水处理效果已明显下降。

1.2 蒸发池内的污水在超水位线运行

有些服务站区因土地资源紧张，无法建设符合要求的污水蒸发池，使得蒸发池内的污水在超水位线运行，随时有溢出可能。这些高速站区的污水处理设备的处理效果难以达标已是不争的事实。

1.3 设备生产厂家与高速用户之间的观念差异

污水处理行业的处理技术在用户和生产厂家之间处于信息高度不对称状态。整体设备及工艺流程与用户日常工作接触专业相差较大，一般以出水水质是否达标为唯一检验标准。这就造成了以下现象：由于高速公路在我国大陆开始建设和通车（包括高速服务站区）使用不足30年，而前3—5年时间污水处理设备利润较大，而后随着大量高速公路陆续建成和投入使用，进入高速站区污水处理工程的行业竞争者大量增加，激烈的行业竞争使得厂家的生产和经营利润逐渐下降，而生产者为实现利润最大化，弱化生产过程和制造工艺，以至于只是追求交工验收时水质是否达标，对于设备维护、维修和长期使用考虑较少。

特别是高速公路服务区站区污水处理设备的质保期均为3年左右。超出质保期后的污水处理系统维修费用很高，而不少单位不想再投入或投入不足，这就是造成很多设备失养或带故障运行的主要原因。

1.4 重新更换新系统往往难以立项

如果污水处理系统难以维修，最好的办法是更换新的处理系统。但高速公路通车之后，若更换新的污水处理系统必然涉及新的资金投入，因为这种投入属于单位固定资产的增加，而投入资金数额较大，因此往往造成长时间难以立项。

显然，由于上述原因，我国目前高速服务站区一方面是随着经济的高速发展使得车流、人流加大，必然伴随着用水量的加大；另一方面则是大量废水在高速站区无法顺利蒸发或者外排。这种现状迫切要求找到一种合适的技术方案尽快解决，才能与我国经济和高速交通的发展相适应。

2 SBR+MBR模块化污水处理及中水回用系统的可行性条件

目前国内外技术更为先进且较为成熟的污水处理回用工艺采用MBR膜生化污水处理工艺[1]，针对该工艺生产的设备出水能够达到回用标准。这种新型的站区模块化式污水处理及中水系统在高速公路服务区站区的应用具有下述主要的技术和经济可行性条件。

a）高速公路服务区站区污水出水水质较为稳定，所以针对该客户群体可采用统一的污水处理工艺，只是针对不同用水量客户调整建设规模。

b）采用SBR污水处理法与传统的污水处理AO、A2O或接触氧化法（图1）在工艺上有所不同[2]，但SBR污水处理法是一种按间歇曝气方式来运行的污水处理工艺，能够以一套整体工艺完成处理过程（图 2）。

图1 AO法污水处理工艺

图2 SBR+MBR生活污水处理工艺

c）SBR污水出水的水质已经达到排放标准，如果需要增加中水回用系统，只需在SBR工艺后端添加MBR膜系统（图2），出水经过消毒后即可达到回用标准而现场再生利用。

显然，采用SBR+MBR模块化污水处理及中水回用系统不仅能够替代AO法污水处理工艺，而且成功实现了污水的回收再利用。

3 SBR+MBR模块化污水处理及中水回用系统的基本组成

依据SBR+MBR污水处理工艺（图2），其处理模块可分为标准的二级处理模块和三级处理模块。用户可根据自己的实际日处理污水量及出水要求及是否需要现场回用等需求条件选择模块数量及种类。

3.1 SBR模块

污水处理系统采用标准化罐体、固定容积及相应的生产工艺。为防止氧化和腐蚀，罐体采用PE材质制作，内部加装支撑结构以增加刚度和强度。在寒冷地区使用时外部必须配装保温层（保温材料以玻璃丝、硅酸铝岩棉等绝热性能好且材料比重较低材料为宜）。将曝气结构固定安装于罐体内，罐体预留标准化法兰接口已实现进、出水曝气等接口。客户依据需要处理水量大小进行SBR模块数量选择（图3）。

图3 SBR模块示意图

3.2 MBR模块

将MBR膜组件集成在与标准化罐体中，其外形尺寸、接口等参数与SBR模块相同。这些结构均可在工地实现现场的快速组装（图4）。

图4 MBR膜处理模块

3.3 清水储存模块

通过MBR膜处理模块的水已经达到回用标准（系统中可称为中水），中水存储在标准化罐体中。用户可根据自己用水量的多少和使用频率进行储水罐模块数量的配置和增减。

3.4 SBR+MBR模块化污水处理及中水回用控制系统

将各个模块供电电路及控制电路统一接入统一的集中控制系统。控制系统除了应具备普通电气系统的控制功能外，特别增加了污水处理及中水回用过程中的水量、水温、水质等物化指标的检测、显示和控制功能，从而保证系统的正常运行和全过程自动化控制，并具有即时故障报警功能。

如上所述，SBR+MBR模块化污水处理能够实现各模块的标准化生产和模块化快速组装连接，现场安装及调试速度快捷。通过模块数量的增减实现对不同客户水量增加或减少的调整。针对客户是否实现中水回用增加MBR模块。整个系统技术先进、作业可靠，性能指标能够满足污水处理和回收利用的各项需求。

4 工程应用实例

山西高速公路某服务区的污水处理量为30 t/d，要求所处理的污水用于本服务区的绿化浇洒、道路清洗、冲厕的实际要求。根据需要采用SBR+MBR模块化污水处理及中水回用系统完成。

根据对服务区单位时间内的污水处理量和水质的要求进行基本分析和计算基础上，决定其工程实际配置采用两个标准化SBR模块进行污水的处理。又因业主对处理后的水有回用需求，故增加一个MBR模块。处理后的水存入清水储存模块中，以便随用随取（图5）。

图5 处理量为30 t/d的模块化污水处理回用系统

整个污水处理回用系统由4个模块构成，接口采用标准法兰及PVC-U管道连接。设备可根据业主要求和现场温度情况采用半地埋式进行安装（安装方式可选择采用地埋式、半地埋式、地上式）。由于罐体的标准化生产，大大减少了土建费用。

模块化的电器控制线路统一接入电器控制柜，以快速插头方式连接。防护等级需达到IP55。整体设备运行、控制、参数监控等功能的实现全部在电控柜中实现。

整个污水处理回用系统自投产以来，至今已安全运行3年。其各项性能指标，特别是污水净化性能符合要求。自投产以来由于成功实现了污水的再生利用，使得该服务区每年的正常用水节约35%以上。

5 总结

SBR+MBR模块化污水处理及中水回用系统的模块化生产和组装实现了系统结构制作和安装的标准化和模块化，各模块之间具有良好的互换性，由此有效缩短了工程的安装、调试及投产周期，减少了建设费用。通过模块化安装，和新型控制监控系统，可对出水量及水质进行适时监测和设备的故障报警，保证了污水处理效果。其模块化结构也使得设备的维护和更换更为方便且作业维修成本更低。

综上所述，SBR+MBR模块化污水处理及中水回用系统以其诸多优点在高速公路服务站区具有良好的应用和推广前景。