高速公路服务区污水水质特征试验研究

史良于

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

近年来，随着社会经济的发展，高速公路建设取得了辉煌成就，截止2018年底，全国高速公路总里程超过13 万km，山西省高速公路里程超过5 000 km。服务区作为高速公路的重要组成部分，能够带来显著的社会效益和经济效益。随着全社会环保意识的日益提高，水环境污染问题越来越受到学者们的广泛关注。高速公路服务区一般远离城镇，其生活污水难以及时有效地处理，易对周边环境造成污染[1-2]。目前国内对于此类问题的研究多集中于污水处理技术、污水处理设施的运维和管理等[3-5]，对于高速公路服务区的污水水质特征及其评价方面的相关研究较少。因此，开展高速公路服务区污水水质相关研究对于指导其污水有效处理具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

山西省某高速公路服务区位于黄土高原，属温带大陆性气候，受季风的影响，四季分明。春季温和，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷多风。降雨多集中于7—9月，年平均降水量544.9 mm，年平均气温13.5 ℃，年平均风速2.1 m/s，年平均日照时数为2 328 h。服务区共分为南、北两区，北区占地面积为30 000 m2，南区占地面积为18 000 m2，共占地面积为48 000 m2。服务区总建筑面积为5 000 m2，停车场可停放车辆150 辆，餐厅可供300 人同时就餐，可为过往旅客提供加油、餐饮、购物、住宿、汽车修理、配件等服务。该服务区采用地埋式一体化污水处理设备，污水处理工艺为AO 法，污水处理设施缺乏深度处理单元；服务区污水处理设施缺乏日常专业运营维护，服务区管理部门缺乏对污水处理设施运营过程中污水出水水质长期监测和运营监管。

1.2 水质指数法

水质指数法是在所有影响水质的指标中，用最差的水质单项指标所属类别确定水体综合水质类别，即将某种污染物的实测浓度比该种污染物的评价标准，以此来确定水质类别。最后选取水质指标最差的单项指标来确定水体综合水质类别，其他污染因子会被弱化[6]。该评价方法可确定水体中的主要污染因子。水质的单因子污染指数Pi的计算公式为：

式中：Ci为第i 种水质指标的实测浓度，mg/L；Si为第i 种水质指标的评价标准，mg/L。

pH 值的指数计算公式为：

式中：pHj为实测统计代表值；pHsd为评价标准中pH的下限值；pHsu为评价标准中pH 的上限值。

1.3 采样和分析方法

2018年11月6日到7日在服务区的污水处理设备进水口处、出水口处分别取水样，水样的采集与保存要求按《水和废水监测分析方法（第四版）》执行。水质分析评价项目主要有pH、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH4+-N）、总磷（TP）、总氮（TN），具体分析方法见表1。

表1 水质分析方法

1.4 评价标准

本文采用城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918—2002），各水质指标标准限值见表2。

表2 城镇污水处理厂污染物排放标准

2 结果分析

2.1 污水水质特征

表3 服务区污水水质试验分析结果

由表3 可知，污水处理设备的进水口处pH 的范围在7.70～7.88，平均值为7.79；COD 的范围在590～673 mg/L，平均值为629 mg/L；BOD5的范围在166～215 mg/L，平均值为189 mg/L；NH4+-N 的范围在84.1～92.3 mg/L，平均值为87.8 mg/L；TP 的范围在0.72～1.15 mg/L，平均值为0.89 mg/L；TN 的范围在138～176 mg/L，平均值为153 mg/L。污水处理设备的出水口处pH 的范围在7.32～7.58，平均值为7.44；COD 的范围在92～105 mg/L，平均值为98 mg/L；BOD5的范围在13.5～17.9 mg/L，平均值为15.5 mg/L；NH4+-N 的范围在9.8～11.3 mg/L，平均值为10.5 mg/L；TP 的范围在0.46～0.72 mg/L，平均值为0.58 mg/L；TN 的范围在20～26 mg/L，平均值为22 mg/L。因天气、节假日、时段或者其他因素引起车流量随机性变化，从而造成服务区产生污水量具有较大的波动性，污水的水质指标波动性很大，车流量是导致服务区污水量及污水水质变化的关键性影响因素。

2.2 污水水质变化规律

一般服务区污水产生量的高峰发生在午时，低谷发生在深夜或凌晨。由图1 可以看出，服务区未经处理污水的pH、COD、BOD5、NH4+-N、TP、TN 的浓度随时间变化幅度较大，凌晨时的浓度最高。

图1 进水口处污水水质各项指标变化情况

由图2 可以看出，服务区的污水经过处理各项指标均有较大幅度的降低，但是并没有达到城镇污水处理厂污染物排放一级A 标准，这可能是因为服务区的污水处理设施不能适应于水量较大幅度变化。高速公路服务区污水产生总量小，污水产生量变化大，在污水工艺设计阶段并未考虑废水的最大负荷量和峰值，不具有较强的抗冲击负荷能力，污水流量的不均容易对设备造成冲击负荷，导致处理设施频繁开启，造成设备和部件失灵损坏，难以保证污水处理设计的有效水力停留时间。

图2 出水口处污水水质各项指标变化情况

2.3 水质指数法

本文以城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918—2002）中一级A 标准为参考评价标准进行水质指数的计算。由表4 可以看出，服务区污水经处理后pH 水质指数均小于1，说明污水pH 值达标。不同时间段的COD、BOD5、NH4+-N、TN 水质指数均超标，TP 在20：00 和8：00 两个时间段单因子指数达标，其余时间段水质指数不达标。pH、COD、NH4+-N、TP 和TN 在0：00 时间段浓度高于其他时间段。总体来看，服务区污水经过处理后并未达标，COD、BOD5、NH4+-N、TN 和TP 超标严重。

表4 污水水质各项指标评价指数

3 结论和建议

利用水质指数法对山西省某高速公路服务区污水 中 的pH、COD、BOD5、NH4+-N、TP、TN 进 行 了 评价，确定了水质污染的主要因素。

a）污水经处理pH 的范围在7.32～7.58，平均值为7.44；COD 的 范 围 在92～105 mg/L，平 均 值 为98 mg/L；BOD5的范围在13.5～17.9 mg/L，平均值为15.5 mg/L；NH4+-N 的范围在9.8～11.3 mg/L，平均值为10.5 mg/L；TP 的范围在0.46～0.72 mg/L，平均值为0.58 mg/L；TN 的范围在20～26 mg/L，平均值为22 mg/L。

b）服务区污水经处理后pH 值水质指数均小于1，说明污水pH 值达标。不同时间段的COD、BOD5、NH4+-N、TN、TP 单因子评价指数均超标。

高速公路服务区污水产生总量小，污水产生量变化大。在污水工艺设计阶段充分考虑废水的最大负荷量和峰值，具有较强的抗冲击负荷能力。保证污水处理设计的停留时间。污水处理设施配置深度处理单元，能满足污水处理后回用的水质要求。服务区污水处理设施应注重日常专业运营维护，设备正常稳定运行。服务区管理部门应结合服务区水质特点，对污水处理设施运营过程中污水出水水质长期监测和运营监管，详细掌握设施运行状况和水质达标情况。

当前高速公路污水处理领域研究的热点是发展高效、低耗的污水处理技术。该技术具有系统运行稳定、可靠，抗冲击负荷能力强等优点，能高效去除氮、磷，维护简便、投资少、运行费用低，将污水处理与美化环境相结合，同时满足低能耗、节能的要求。实现污水的资源化利用，对水源保护意义重大。