高速公路服务区污水处理设施升级改造应用

■邱高顺

（福建省交通科研院有限公司， 福州 350005）

近年来，随着高速公路网不断完善及私家车的普及，选择高速出行的人越来越多。 目前福建省高速公路网已实现全面优化，高速公路通车总里程数已经突破6000 km，路网综合密度居全国第三位，全省各乡镇实现0.5 h 上高速， 极大地方便了群众出行。 服务区作为高速公路的一个重要附属设施，其主要功能是为通行车辆和司乘人员提供加油、维修、餐饮、购物、休息、娱乐等服务[1]。 污水处理系统作为服务区污水处理的主要处理设施，在运行多年后易因工艺落后、处理能力不够、设备损坏、运营不当等各种因素，出现污水设施系统部分瘫痪，污水处理量不够，出水水质无法满足排放要求等问题[2-3]。因此有必要对这些服务区污水处理系统进行升级改造研究与应用探讨。

1 污水处理现状

1.1 水质现状

福建省某高速公路服务区设有停车场、公共厕所、淋浴房、加油站、车辆修理厂、餐饮和超市购物等附属功能设施，其污水主要成分为：生活卫浴污水、餐饮污水以及少量的加油站和维修间产生的油污水，主要污染物有：悬浮物（SS）、无机污染物以及氮、磷等植物营养物质、有机物污染物、油类、微生物等。 污水的产生量受到服务区来往司乘人员数量等因素的影响，以及天气、季节和节假日影响变化较大[4]。 因此该服务区污水水质的特征：碳氮比较低，氨氮和SS 浓度高，可生化性强且有机物浓度较高，但水质水量受客流量的影响波动性大。 进出水水质详见表1。

1.2 工艺现状

原建有1 套地埋式碳钢一体化A/O 接触氧化处理处理系统，设计尺寸11 m×2.5 m×3 m，有效容积60 m3，设计日均处理量为25 t，设有调节池、缺氧池、好氧池及MBR 膜处理系统。 该工艺具有体积负荷高、处理效果好、剩余污泥产生量少、无污泥膨胀现象、运行管理模式简单等优点，但受服务区污水特征影响，碳氮比低微生物活性较低，生物填料需定期更换，费用高。

经现场踏勘调查，该处理系统实际污水日处理量40～50 t， 污水处理系统各构筑物内大部分设施设备（除MBR 膜系统因长久未维护、更换，已损坏）均能够正常运行。 从表1 可知，系统进水水质碳氮比低，属于典型的低碳氮比城市生活污水[4]，因系统无专人运营维护，处理能力严重不足，且部分设备已损坏，污水出水水质超标，尤其是氨氮和SS 严重超标，已无法满足GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准要求，因此有必要对该服务区污水处理系统进行升级改造，使该污水系统能够满足日常污水处理需求，污水能够达标排放。

表1 主要进出水水质指标

2 污水处理改造工艺

考虑到该服务区现有污水处理构筑物大部分设施设备均还能正常运行，方案拟尽可能利用现有构筑物和设备，采用最小的投资对现有的地埋式一体化污水设备进行升级改造，同时通过在缺氧池添加碳源，提高污水碳氮比，用以解决污水碳源不足，微生物活性不够的问题。

升级改造工艺为：在地面新增设1 套半地埋式碳钢一体化构筑物，作为缺氧池和好氧池，利用现有的地埋式碳钢结构， 改造为1 个好氧池和MBR膜反应池， 污水工艺为 “A/O 生物接触氧化+MBR膜”处理工艺，工艺流程如图1 所示。具体来看，（1）系统采用缺氧池作为生化处理前段，含油污水和生活污水经过预处理后进入调节池，通过污水提升泵将污水提升至缺氧池；（2）通过对污水进行缺氧处理，并利用硝化液回流， 在缺氧系统培养反硝化菌群，监测进水水质碳氮比，通过添加碳源使得反硝化细菌具有足够的碳源， 实现对氨氮的无害化处理，为后续生化系统提供良好的预处理；（3）经缺氧池处理后的污水通过重力流将污水引至后续好氧池中，池内设置的组合式填料为好氧硝化细菌等微生物提供良好的着床点，为优势菌种的繁育、新陈代谢提供良好条件，微生物充分与污水接触，硝化细菌将污水中氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐同时将有机物进行降解处理；（4）经好氧池处理后的污水经过MBR 膜进行固液分离处理， 出水自流进入排放口，可达到排放标准。 生物处理系统产生的少量剩余污泥采用定期委托外运无害化处置[5]。

图1 工艺流程

通过对原有工艺进行升级改造，污水处理能力得到提升，同时在缺氧池中补充微生物代谢所需要的碳源，提高了碳氮比，提高了微生物活性，使得污水及其最终转化的污泥均得到妥善的处理，主要污染物、有机物基本被微生物去除，氨氮基本转化为氮气、悬浮物形成污泥定期委托外运。 整个过程均不产生二次污染且以生物处理为主，降低了运行成本，污水得到有效处理，最终实现污染处理。

3 主要构筑物及设计说明

3.1 预处理构筑物

预处理构筑物主要包括化粪池和隔油池。 均利用服务区现有的构筑物， 对化粪池和隔油进行清掏、补漏。 其中化粪池为玻璃钢材质，公称通径（DN）为2.5 m×6.0 m，有效容积为20 m3；隔油池为砖混结构，尺寸为2.0 m×1.50 m×1.50 m，有效容积为3.6 m3。

3.2 调节池

调节池采用原有的构筑物，采用地埋式玻璃钢结构， 公称通径 （DN） 为3 m×5 m， 有效容积为22 m3，水力停留时间约7 h，内设2 台（1 用1 备）污水提升泵， 流量为9 m3·h-1， 扬程为6 m， 功率为0.25 kW，浮球液位计1 套。

3.3 生化反应池

3.3.1 缺氧池

新增半地埋式碳钢设备1 套， 尺寸为3 m×3 m×3 m，内部刷玻璃纤维环氧树脂漆防腐，有效容积为25.2 m3，水力停留时间为8.4 h；池内布置1 套公称通径（DN）为0.15 m×2 m 的半软性填料，上面布满生物膜， 在填料的下方布置1 套微孔曝气器；配有加药系统1 套， 耐腐蚀计量泵流量≥9 L·h-1，含加药桶。

3.3.2 好氧池

好氧池3 个，其中新增半地埋式碳钢化构筑物2 个，利用原有的地埋式污水处理构筑物改造1 个，风机利用原有的，回转式鼓风机2 台（1 用1 备），功率为2.2 kW，风量为84 m3·h-1。 其中单个新增半地埋式好氧池尺寸为5.5 m×3 m×3 m 内部刷玻璃纤维环氧树脂漆防腐，有效容积约44 m3，水力停留时间约14 h； 池内布置1 套公称通径 （DN）为0.15 m×2 m 的半软性填料， 表面附着生物膜，在填料的下方布置1 套微孔曝气器； 利用原有构筑物改造的好氧池尺寸为8 m×2.5 m×3 m， 有效容积约50 m3，水力停留时间为16 h，填料、曝气系统均利用原构筑物内的。

3.4 MBR 膜池

MBR 膜池利用原有的地埋式构筑物的MBR膜池，尺寸为3 m×2.5 m×3 m，内部刷玻璃纤维环氧树脂漆防腐，更换原有破损的MBR 膜组件1 套，处理能力为4 m3·h-1，不锈钢支架1 套，曝气系统1套，自吸泵2 台（1 用1 备），功率为0.75 kW，流量为6 m3·h-1， 混合液回流泵2 台 （1 用1 备）， 功率为0.4 kW，扬程为6 m，流量为9 m3·h-1。

4 系统运行评价

4.1 系统调试运行

系统调试运行具体步骤如下：（1）通过接种经过驯化调配的活性污泥，调试驯化好氧池和厌氧池中微生物着床富集、生长及挂膜，并适应该污水处理系统环境， 从而初步实现对污水中污染物的去除；（2）调试驯化成熟后，通过回流率、曝气量以及碳源等因素的调节，逐步提高并稳定系统对污水中各项污染物的去除水平。

4.2 系统运行效果分析

本项目服务区污水系统受节假日客流量影响，水质、 水量波动变化较大， 污水处理量约为40～50 m3·d-1，系统调试运行正常后，对系统进出口进行连续3 d 采样监测。 根据表2 水质监测结果，该服务区污水处理系统升级改进后， 系统运行效果稳定，出水水质各项指标均达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级标准。

表2 污水进出口水质监测结果

5 经济效益分析

本工程总投资约为38 万元， 污水处理系统运行稳定后， 系统运行费用约1.99 元/t， 其中电费约0.49 元/t，药剂费约1.5 元/t，药剂的费用主要是因系统进水碳氮比低，为提高碳源浓度添加乙酸钠的费用。 本系统采用基于物联网技术的远程智能控制系统，进行全自动控制和远程的监控，运行管理方便快捷。

6 结论

通过对该服务区污水处理系统进行升级改造，采用“A/O 生物接触氧化+MBR 膜”处理工艺对污水进行处理， 系统能够满足该服务区处理水量要求，出水效果良好，出水水质各项指标均达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级标准。 该服务污水处理设施改造案例尽可能利用了原有的污水处理工艺和设施，以最少的投资进行升级改造，同时通过添加碳源等方式提高污水碳氮比，提高微生物活性，保证处理效果，具有投资少、运行管理方便、社会经济效益好等特点， 适用于处理能力不足、工艺落后的老旧服务区污水处理设施的改造，具有较高的推广应用价值。