污水生化处理技术在高速公路服务区的应用与分析

刘智慧

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

高速公路服务区地理位置分布零散，远离城镇，在为过往车辆和驾乘人员提供便捷服务的过程中，产生的污水处理不当或未经处理会对周边环境造成不良影响。近年来山西省高速公路事业发展迅速，服务区运营规模逐步扩大，在运营过程中带来的水污染问题日益凸显。

水环境保护的相关政策对高速公路水污染防治工作提出了更加严格的要求：2015年国务院印发的“水十条”中明确对推进高速公路服务区污水处理和利用提出要求；《山西省水污染防治2018年行动计划》中将“加强交通运输污染控制”列为重点工作内容；2019年通过的《山西省水污染防治条例》要求交通运输部门要“做好水污染防治工作”。在污水防治严要求和服务区污水处理形势不容乐观的双重高压态势下，为满足现行水污染防治要求，选用适应于高速公路服务区的污水处理技术并稳定运行是至关重要的。

1 服务区污水处理技术工艺研究

不同于市政污水的特征，高速公路服务区污水具有污染物浓度高、水质水量变化大、运行监管难度大、无专业人员运管、冬季水温不足、设备易腐蚀等特征，这为服务区污水处理技术能高效稳定运行提出了更高要求[1-2]。考虑到山西省地理位置、气候条件等实际情况，服务区污水处理技术主要采用生化处理技术，包括：AO工艺、AO+MBR工艺、生物转盘工艺、SBR工艺。

1.1 AO工艺

AO工艺是污水生物处理的基础技术，依次由缺氧段和好氧段串联组成，分别进行缺氧反硝化和好氧硝化的生物反应过程，在两段之间设置内循环回流系统，以保证缺氧段可以正常进行脱氮反应，同时降解COD、BOD等有机污染物质，实现氮污染物质和有机污染物质的同步去除[3]。工艺流程图见图1。

图1 AO工艺流程图

AO工艺具有流程简单、占地面积小、运行较稳定、污泥产生量少、后期便于升级改造等优点，适用于作为高速公路服务区小型污水处理系统。单独利用AO工艺脱氮效率较低，脱氮率一般在70%左右，不能满足现行环保要求，通过加大系统内循环比的方式可以提高脱氮率，但运行管理费用加大，不利于长期运行。因此，为进一步处理难降解污染物，提高出水水质，以AO生化工艺为基础单元的多级处理工艺是今后服务区污水处理技术的发展趋势。

1.2 AO+MBR工艺

MBR工艺是以分离膜代替二沉池进行泥水分离，并将生化生物处理工艺有机结合起来的新型污水处理技术。在AO生物处理技术后增设MBR工艺作为三级处理工艺，利用MBR膜的高效分离能力增强污泥固液分离性能，进一步降低出水SS，截留下的活性污泥使反应池中的污泥浓度明显增大，处理效果大幅度提升，出水水质较单独利用AO工艺明显得到改善[4]。其工艺流程图见图2。

图2 AO+MBR工艺流程图

MBR工艺设施占地面积小，取代了传统工艺中的二沉池及过滤池，降低基础建设费用及运行费用；随着MBR膜技术发展的日趋成熟和膜生产造价的逐步优化，膜组件易受污染、造价高等问题得以改善，在污水处理技术中的应用规模日益扩大；膜工艺的自动化控制技术发展成熟，自动化运行能力强，减少人工成本的投入；同时MBR膜生物技术还具备剩余污泥量少、抗冲击能力高、运行稳定、出水经消毒可直接实现污水资源化利用等优点，有效增强出水水质和系统稳定运行的保障性，在实现节水目标的过程中增强经济效益。

1.3 生物转盘工艺

生物转盘是一种利用生物膜法净化污水的旋转式设备，由氧化水槽和浸没于水槽中的旋转圆盘组成。生物膜附着在盘片上生长发育，转盘在不断转动过程中，盘片交替进入空气和污水中，生物膜上形成一个连续吸附、吸氧、氧化分解的完整过程，如此反复不断地处理，达到净化污水的效果[5]。工艺流程图见图3。

图3 生物转盘工艺流程图

生物转盘工艺具有剩余污泥量少、利用自然曝气实现节能、对水质变化适应性高、运行费用低等特点。但该工艺水量适用性弱，尤其是针对高速公路服务区水量时变化、日变化差距很大的情况，适用性更弱，导致处理效果不佳；温度对生物膜的特性影响明显，山西地区气候寒冷，生物转盘需设在室内或采取保温措施，增加了基建投资；同时盘片本身存在材质易被腐蚀，价格较贵等问题。结合山西省高速公路服务区污水处理实际情况，生物转盘工艺的应用相对受限。

1.4 SBR工艺

SBR污水处理工艺是将作用机理不同的初沉池、反应池和二沉池置于一个反应器中，周期性地依次进行进水、曝气、沉淀、排水、闲置5个工序，完成污染物降解和泥水分离过程的活性污泥法[6]。工艺流程图见图4。

图4 SBR工艺流程图

SBR工艺省去传统活性污泥法中的沉淀池和污泥回流系统，结构简单、占地小、基建运行费用低、抗冲击负荷能力强。滗水装置是SBR工艺的重要组件，费用较高，需匹配安置，否则会对出水效果造成不利影响；该工艺在运行维护过程中对工作人员专业素质水平要求高，而服务区专业人员很难配备齐全，不利于后期运行维护，缩短使用寿命，使其应用受到局限。

2 服务区污水处理工艺的选择

2.1 服务区污水处理工艺现状

2019年采用区域分片的方式对山西省全省高速公路共95处服务区、185个污水处理设备的实际情况展开了实地调研，通过归纳、比较对调研情况进行分析，表明山西省高速公路服务区污水处理采用的工艺主要为AO工艺，约占76%，其中包括9%的污水处理设施在AO工艺后设置介质过滤处理，其他工艺包括AO+MBR工艺、生物转盘工艺和SBR工艺，分别约占9%、2%和1%。AO工艺实际运行状况不好，处理效果低，中水基本为零回用，在AO工艺后增设介质过滤工艺后出水水质有一定的改善，但仍不满足回用要求，甚至更高的标准要求；AO+MBR工艺运行相对稳定，出水水质达到回用标准要求；生物转盘工艺对服务区水量变化适用性差，对出水状况造成不利影响；SBR工艺的后期运行、维护不当，有效利用能力下降。还有约8%的设施仅设多级沉淀池，生物降解能力低下；4%的污水处理设施由于服务区建设年代久远、相关人员调整等原因导致污水设施具体情况不详，极少数服务区甚至无相关设备。约13%的污水处理设施因建设年代久远或管理不善目前处于报废或瘫痪状态；可运转的污水处理设备仅占25%，其中正常运行的设施仅有1/3，可运行率低。

2.2 服务区污水处理工艺选择

选取全省污水处理工艺不同的服务区进行进、出水水质取样检测，检测结果如表1。

表1 服务区污水处理工艺及进、出水水质

以《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）和《公路服务区污水再生利用第1部分：水质》（JT/T 645.3—2016）两部分标准为参照对象，对表1数据分析可知：AO+MBR工艺大部分指标同时满足两部分标准的绿化用水标准和冲厕用水标准，可用于公路服务区污水绿化和冲厕回用；AO+介质过滤工艺基本满足绿化用水标准，COD指标出现高于水质要求的情况，BOD5和NH3-N这两项指标不满足城市污水冲厕回用水标准，仅可用于服务区污水绿化回用；生物转盘工艺大部分指标达到城市绿化回用水标准，但COD指标明显高，不能用于公路服务区污水回用。

3 结论

根据对目前山西省高速公路服务区污水处理存在的问题分析，结合服务区各污水处理工艺得出结论：

a）选用适应于服务区的污水处理技术并保证稳定运行会直接影响出水达标能力和污水处理设施长期的高效利用情况。

b）AO二级污水处理工艺和MBR工艺结合应用，具有耐冲击负荷、运行可靠、易于实现污水资源化利用、自动化控制程度高、维护管理便捷，后期便于提质增效等优点，具有较高的技术实用性、运行可靠性、管理可控性和运营经济性，在实现节能减排目标的同时，也为推动山西省打造绿色生态高速公路提供有力保障。