旅游公路驿站生态污水处理系统研究

2018-12-22姚嘉林王冀孔亚平

中国工程咨询 2018年7期

文/姚嘉林王冀孔亚平

引言

随着国民经济发展和消费观念升级，我国旅游业正经历高速发展的阶段。旅游业的迅猛发展与交通建设密不可分，尤其对公路运输的通达性和便捷性提出了更高的要求。国家近年来陆续颁布的《国务院关于加快发展旅游业的意见》、《国务院关于促进旅游业改革发展的若干意见》、《国务院办公厅关于进一步促进旅游投资和消费的若干意见》等关于旅游业的政策文件中，明确提出“完善旅游交通服务”、“加强旅游基础设施建设”等要求。公路交通具有灵活、快速、方便、直达的特点，随着旅游业的大力发展，旅游公路日益受到重视。近几年，我国许多省份都将旅游公路建设作为旅游业发展的重点，并掀起了全国范围内旅游公路规划建设的热潮，以贵州、浙江、四川、山西、新疆、内蒙、宁夏、吉林、湖北省为代表的10多个省份、20多个市县地区已开展各级旅游公路项目规划、设计、建设，规划总里程超过7000公里，设计总里程超过3250公里。

服务区、停车区等基础服务设施是公路运输的重要节点，而驿站则是旅游公路最不可或缺的基础服务设施[1-2]。随着旅游公路规划和建设如火如荼的开展，一大批旅游公路驿站也随即拔地而起。旅游公路不仅连通各处景点，线路本身也经常穿越或毗邻风景优美、环境敏感的山川、河流等旅游资源。分布于旅游公路沿线的驿站作为出行游玩人员经停、休憩和休闲的集散场所[3]，不可避免会产生大量废水，严重威胁旅游公路沿线的生态环境。目前，旅游公路驿站的污水处理一般采用常规的高速公路服务区污水处理方式，缺少针对驿站的特征需求和所在区域的环保要求进行适应性改良，往往出现投资运行成本不经济或处理能力不达标的情况。针对上述情况，笔者以赤水河谷旅游公路驿站为对象，开展关于驿站污水生态处理方面的研究。

1．旅游公路驿站的污水特点

旅游公路驿站污水与高速公路服务区污水相比，在来源、水质和水量等方面均有较大的差异。

首先，污水的来源和组成比例存在差异。高速公路服务区污水来源于冲厕、盥洗、餐饮、机修洗车、加油站清洗等多种综合途径[4-6]。根据调研，卫生间冲厕污水占服务区污水产生总量的40%～80%，管理人员及宾客住宿生活污水占10%～30%，厨房废水占10%～30%，加油站清洗废水占5%～20%，机修及洗车废水占5%～10%。根据调研和国内相关研究[7-13]，以上各类废水的典型水质情况见表1。

旅游公路驿站不提供机修、加油等服务，常驻工作人员也相对较少，废水主要来源于冲厕、盥洗和餐饮活动产生的生活污水。相比于高速公路服务区，旅游公路驿站人流量相对较少，且往来人员在驿站进行餐饮、休闲活动的比例较高速公路服务区更高，产生的冲厕废水比例也相对较少，而盥洗、厨房废水比例更高。

其次，驿站污水的水质存在差异。驿站污水的来源组成及比例的特点，使其悬浮物和有机污染物含量相对更低、可生化性更差，而氨、磷等富营养污染物含量则相对更高。赤水河谷旅游公路淡季部分驿站污水原水测试情况见表2。

第三，驿站污水的水量存在差异。这种差异主要体现为两方面：驿站污水量更低，且驿站污水量波动变化更大。根据调研，高速公路服务区（单侧）日均污水量集中在30m3/天～100m3/天的范围内，而节假日污水产生量超出平时的5～6倍。旅游公路驿站日均污水量通常小于20 m3/天，大部分时候低于10 m3/天，而节假日等旅游旺季的污水量可以达到平时的10倍以上。这种水量的差异与变化主要原因是旅游公路人流量平时较低而旺季暴增。

表1 服务区各类典型废水污染物浓度（单位：mg/L）

表2 赤水河谷旅游公路驿站污水特征污染物浓度（单位：mg/L）

总结以上分析，旅游公路驿站污水主要来源于盥洗废水、冲厕废水和厨房废水等生活污水；其有机污染物含量较低、可生化性较差，而氮磷等富营养污染物含量较高；同时存在污水水量季节性波动变化极大、旺季污水的水量负荷极高等特点。

2．旅游公路驿站污水处理思路

基于对旅游公路驿站的污水水质水量特点分析和水环境保护需求，驿站的污水处理应遵循以下几方面思路和原则。

第一，提高出水水质，保证排放达标

驿站污水经处理后能够满足当地环境保护相关达标排放要求，并在条件允许的情况下，尽可能地提高出水水质，降低环境冲击负荷。污水处理达标排放是最基本的环境保护刚性约束，也是坚持可持续发展战略的必要条件。旅游公路驿站污水处理系统的工艺设计、设备选取、施工监督和运营管理的最终目的都是控制水源污染、满足达标排放。在此基础上，由于旅游公路驿站通常位于风景优美、环境敏感的区域，从更好地保护旅游资源和生态环境的角度出发，应该对污水处理工艺、运行参数和维护管理作进一步优化，以期达到更优的出水水质。针对这方面考虑，旅游公路驿站污水处理系统需要重点解决两个问题：一个是需要提高对氨氮和总磷的去除，同时能够提升排放出水的色度、气味等感官性指标；另一个是需要具备良好的抗冲击负荷能力，能够应对水量季节性变化波动较大的情况。前者需要针对污水处理工艺和流程进行适应性调整，增加能够提高氮、磷等污染物去除效果并具有更好的沉淀、吸附、吸收机制的污水深度处理环节。后者需要对污水处理设施和结构进行具有大容量调节和放空排淤的优化设计，使系统既能在淡季人流稀少时低水量的条件下稳定运行，又能应对旅游旺季的高负荷处理需求。

第二，降低建设成本，简化维护管养

高速公路服务区最常用的地埋式一体化污水处理装置，其建设费用一般在30～180万元。旅游公路通常由低等级公路升级改造，建设投资规模和运营管理养护水平与高速公路无法比拟，且驿站设置比高速公路服务区更加密集，需要分散建设的驿站污水处理设施数量比高速公路更多。此外，驿站污水波动变化远大于服务区，而平时的污水处理需求远小于服务区。因此旅游公路驿站在参考借鉴高速公路服务区污水处理的基础上，应特别注意从控制处理规模和采用小型、分散的工艺流程两方面来降低建设和运营成本，同时污水处理系统的设计要遵循简易管养的原则，在符合驿站管理养护水平的条件下使系统能够长期稳定运行。

第三，融合驿站绿化，提升景观效果

旅游公路沿线的自然景观和人文资源非常丰富，其线形设计和服务设施设置都要充分考虑与周边环境和景色的协调搭配，使旅游公路本身成为一道亮丽的风景线。驿站作为旅游公路最重要的基础服务设施，其绿化和景观的整体效果需要重点注意。建于室外的污水处理设施不仅要减少结构设施对驿站景观的破坏，避免臭气、废水对驿站往来人员的感官影响，甚至还要尽可能地融入驿站的场地布局中，起到提升景观效果的作用。此外，应将机电设备置于驿站综合楼内，通过消声设计降低水泵等机械设备的噪声，设置隐蔽的排水口等，有条件的情况下可以考虑在远离人员活动范围的地方设置观景池。

3．旅游公路驿站生态污水处理案例

赤水河谷旅游公路全长154公里，沿线修建了茅台驿站、九龙屯驿站等12处极具地方特色和民俗文化、拥有先进服务水平和基础设施的驿站。这些驿站为往来游客提供住宿、餐饮、旅游咨询、卫生应急等便捷服务，为运营人员提供管理办公场所，也为附近乡民提供就业和旅游产业创收机会。旅游公路驿站在发挥其功能作用的同时，也面临着严峻的排污问题。针对这一情况，结合上述处理思路，开展了旅游公路驿站生态污水处理系统研究，下面以九龙屯驿站为例进行详细介绍。

3．1 设计参数与处理工艺

在进行参数设计时，驿站尚处于建设期，没有掌握实测数据的情况下，参照其他类似小型、分散的污水处理情况进行水量和水质指标设计。设计水量为1 m3/h和20 m3/天，设计进出水质见表3。

根据建成后的实际监测情况，设计的水量超出了驿站淡季时的污水处理量，在调试运行期采用了延长曝气泵启停间隔的方式进行调整。旺季时污水处理量超过设计水量，一方面生化处理模块的调节池容积在设计时已作扩大处理，能够很好地调节瞬时大量污水的进入，另一方面对深度处理模块的配水渠和景观池进行了加深，增大了系统应对大水量冲击的能力。

九龙屯驿站生态污水处理系统由微动力生化处理模块和人工湿地深度处理模块两个子系统组成。生化处理模块主要包括化粪池、调节池和接触氧化池三个功能池体及其他附属结构；深度处理模块包含三级潜流人工湿地和一个表面流人工湿地以及相应的配水渠、排水渠和放空渠。生化处理模块对驿站生活污水的水质、水量进行初步调节，同时对有机污染物、悬浮颗粒物和其他固态杂质起到主要去除作用，使来水经过生化处理后满足进入人工湿地系统的水质水量要求。人工湿地主要利用植物和湿地基质对氨氮、磷等富营养污染物进行吸附和去除，并对其他污染物进行进一步净化和降解，使出水能够满足排放要求。九龙屯驿站生态污水处理系统的工艺流程见图1，主要处理单元见表4。

表3 九龙屯驿站生态污水处理系统设计进出水质

表4 主要处理单元一览表

图1 九龙屯驿站生态污水处理系统工艺流程

3．2 生态污水处理流程

驿站产生的各类生活污水（其中厨房污水先经过隔油处理）经室内排水管汇集进入化粪池。化粪池是湿热缺氧的环境，通过沉淀和厌氧微生物发酵的作用对粪便等悬浮物固体进行污泥化降解。污水在化粪池停留12h到24h，可去除50%～60%左右的悬浮物，当水量较小时，污水在化粪池的停留时间更久，悬浮物去除效率也相应地更高。化粪池会不断积累底部污泥，需要定期清掏外运并做填埋或消毒肥料化处理。在化粪池末端设置格栅，去除未能分解的较大固体悬浮物和漂浮物。格栅累积过滤杂质的清除频率要高于化粪池污泥清掏。

污水经过化粪池和格栅后，进入调节池。调节池设计的有效容积为平均处理量的10倍，起到调节水量和均化水质的作用，减少瞬时污水冲击对后续生化处理单元的影响。调节池内设置潜污泵，其提升启停由安装在室内的PLC电气控制柜控制，保证额定流量提升至后续生化处理单元，避免来水减少引起接触氧化池缺水干化。

污水由调节池泵入接触氧化池，主要进行可生化有机污染物的降解。接触氧化池内设有固定式生物填料和潜水曝气泵。各种好氧微生物附着在填料上形成生物膜，同时在水中形成少量活性污泥。微生物利用污水中的可生化有机污染物作为碳源（电子供体）和氮源，利用曝气泵带来的溶解氧作为电子受体，进行其代谢活动。在这过程中，以BOD为主的可生化有机污染物大量降解，去除率可达90%。接触氧化池之后的毛发过滤装置对水中纤维物质进行过滤，水体经集水池调节后，依靠重力顺地形进入人工湿地深度处理模块。

九龙屯生态污水处理系统的一、二、三级人工湿地均为垂直潜流人工湿地，上一级湿地的排水渠即为下一级湿地的配水渠。从配水渠进入湿地的水通过布水管从上往下渗入各层湿地土壤基质中，通过吸附、滞留、过滤、沉淀、植物吸收、微生物降解、氧化还原等作用去除微小悬浮颗粒、氨氮、总磷、难溶有机物等各类污染物质，然后由池底集水管收集进入下一级湿地配水渠。为了提高对氨氮和总磷的去除效果，选用了多孔隙材料作为湿地底层基质。

污水经过生化处理和三级人工湿地后，基本完成了主要污染物的去除，进入表面流人工湿地，并作为生态污水处理系统的处理出水景观展示，最终从景观池高液位溢流口对外排放。

3．3 系统运行效果

九龙屯生态污水处理系统于2016年3月建成，经过短暂调试后开始投入使用，至今已持续运行两年。从运行情况来看，生化处理设施运转良好，未出现堵塞或设备损坏现象；人工湿地经过几次收割，植物生长茂盛，湿地中可见虫鸟活动，形成了稳定的微生态系统。同时，人工湿地和景观池与河谷周边环境充分融合，为驿站和慢性通道的往来人员提供了一处秀美的绿化景观。整个系统采用了微动力设计，仅用两台泵和一套电控柜，大量借助地形重力进行水流引导，节省了运营成本。系统平时自动运行，只需要定期清运化粪池、清理格栅渣和收割湿地植物，易于维护管理。

图2 九龙屯驿站生态污水处理系统实景

图3 生态污水处理系统COD、氨氮和总磷的检测结果

为了测试生态污水处理系统的污染物去除效果，于2017年9月对系统各环节取水样并进行了COD、氨氮和总磷三项主要污染物指标的现场快速测定，结果见图3。对比污水原水和生化处理出水可知，生化处理对COD等有机污染物有明显的去除效果，去除率约为68%；对氨氮去除效果较差，去除率仅有18%；对总磷几乎没有去除效果。结合人工湿地出水对比可知，人工湿地深度处理对氨氮和总磷的去除率分别为86%和90%，证明了人工湿地对这类富营养污染物的良好去除效果[14]。最终出水的COD和氨氮含量满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的一级标准，总磷含量满足二级标准。