周德柱，劉 煌，胡 燕，許國靜

(招商局生態(tài)環(huán)?？萍加邢薰?，重慶 400067)

根據《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，到2020年底我國高速公路里程將達到15萬km。根據高速公路設計規(guī)范，沿途服務區(qū)的平均間距≤50 km，屆時高速公路服務區(qū)的數量約為3 000對。高速公路服務區(qū)大多設置在遠離城市集中式市政污水管網收集區(qū)外，常采用分散式污水處理后排放方式，高速公路服務區(qū)處理規(guī)模每d約30 t/側～150 t/側，年污水排放量在0.66億t～3.3億t，在當前環(huán)境污染形勢日益嚴峻的背景下，服務區(qū)污水能否得到有效處理，將直接影響和制約我國高速公路的可持續(xù)發(fā)展。

1 國內外高速公路服務區(qū)污水處理工藝技術

1.1 國內常見的處理技術

1) 活性污泥法處理技術

當今城鎮(zhèn)生活污水處理的核心工藝，較早應用于國內高速公路服務區(qū)污水處理的技術之一。常見的有A/O、A2/O、A3/O、氧化溝等連續(xù)運行工藝，也有SBR、CASS等間隙運行處理工藝?；钚晕勰喾ǖ暮诵氖且揽炕钚晕勰噍d體中大量的懸浮微生物吸附分解污染物。該技術十分成熟，污染物去除效果好，運行控制靈活；同時也存在耐沖擊性能力低，活性污泥膨脹等常見問題。

2) 生物膜法處理技術

生物膜法利用載體表面或內部附著生長的生物膜降解污染物。污水與載體上的生物膜充分接觸過程中，有機污染物、氮等在微生物的作用下得以去除。生物膜法的技術形式有多種，如生物接觸氧化法、曝氣生物濾池、移動床生物反應器(MBBR)等。根據相關文獻的統(tǒng)計數據，生物接觸氧化法是近些年高速公路服務區(qū)污水處理中最常見的工藝[1]。采用生物膜工藝處理污水的效果一般優(yōu)于活性污泥法，但生物膜法存在填料系統(tǒng)的投資和運行維護成本較大的問題。

3) 膜生物反應器(MBR)處理技術

利用膜分離技術中的超微濾技術與污水處理中的傳統(tǒng)活性污泥法相結合，用膜組件代替活性污泥法中的二沉池，它是生化處理和膜過濾的有機組合。因該工藝占地面積小，且出水穩(wěn)定，被廣泛應用于服務區(qū)污水處理。目前限制MBR技術應用的主要因素為過濾膜不可避免的堵塞及通量衰減，投資和運行成本較高。

4) 人工濕地類處理技術

模擬自然濕地結構和功能的生態(tài)化污水處理系統(tǒng)，污水在預處理后，有控制地投配到人工種植水生、濕生植物的土地上，通過耐水植物的截留沉淀和土壤的自然降解等作用對污水進行凈化。該技術具有出水水質好、景觀效果好、運行維護簡單等優(yōu)點，在南方有一定場地空間的服務區(qū)具有很好的推廣應用前景，但存在占地面積大、低溫時處理效果較差等問題。

1.2 國外的處理技術

高速公路服務區(qū)一般地處偏遠，服務區(qū)污水處理屬于非常典型的分散式污水處理，國外針對高速公路服務區(qū)污水處理技術研究的文獻資料和報道較少。

針對分散式污水的處理方式，美國的國家環(huán)保署(EPA)推薦采用低投資、低運行成本的處理技術，比如土壤吸收系統(tǒng)、土墩系統(tǒng)、砂濾系統(tǒng)、污水蒸散系統(tǒng)等[2]。

20世紀80年代開始，日本政府也大力推動分散型生活污水的治理。凈化槽作為一種一體化水處理裝備，在日本的普及率每年都呈遞增趨勢，且已形成一套比較完善的法律法規(guī)體系、財政補貼制度、技術標準體系，支撐和規(guī)范著凈化槽技術的應用。凈化槽的處理工藝主要是厭氧過濾+接觸曝氣工藝和反硝化型厭氧過濾+接觸氧化工藝。此外，還有固體處理單元的小型凈化槽、新型膜分離凈化槽和一些有特殊功能的凈化槽。

德國在21世紀初就開始推行建設分散市鎮(zhèn)基礎設施系統(tǒng)，無法接入市政管網的分散式生活污水推薦采用膜生物反應器和PKA濕地污水處理系統(tǒng)進行處理。PKA濕地屬于人工濕地的概念范疇，與普通人工濕地的區(qū)別主要有以下幾點：1) 介質層由不同介質按特定配比混合組成，介質層可多達6層，分層鋪設，每一層的配合比、組成成分、厚度、土力學特性等參數均不相同。2) PKA濕地表面干燥，沒有積水，人可在上面行走。PKA濕地本身就是綠化，在處理污水的同時還是景觀綠地。3) 日常運行費用很低，處理1 t污水的費用為0.03元～0.05元[3]。

上述國外的處理技術已在國內得到引進及應用，但是由于專利技術等原因，其建設投資成本一般明顯高于國內常規(guī)的污水處理系統(tǒng)。此外，凈化槽采用模具一體化成型，一般適用于極小規(guī)模的分散式污水處理(≤20 t/d)，PKA技術也同樣存在占地面積大等缺點。

1.3 新技術應用綜述

近些年，針對高速公路服務區(qū)污水處理領域，在既有研究成果的基礎上，逐步出現(xiàn)了一些新的技術。

陳磊等[4]研究了工程菌+曝氣生物濾池(EM-BAF)工藝的一體化裝置對高速公路生活污水中的COD、氨氮的去除效果。試驗結果表明，EM-BAF工藝啟動掛膜迅速，可有效去除高速公路生活污水中的COD、氨氮等污染物，去除效率分別高達94.45%和94.53%，出水完全可滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級A類標準，裝置停運后再啟動僅在48 h內處理后出水水質即恢復正常。

彭帥等[5]基于對高速公路服務區(qū)水質特征及處理現(xiàn)狀的調研，以自行研制復合活性催化載體為工藝基礎，將微生物脫氮作用與化學催化作用進行耦合，開發(fā)出一種適合高速公路服務區(qū)生活污水深度處理的系統(tǒng)工藝。通過實驗室小試與現(xiàn)場工藝中試在不同參數((HRT，DO、回流比)下的長期穩(wěn)定運行驗證，物化與生化耦合多級A/O系統(tǒng)實現(xiàn)了低溫條件下的高效脫氮除磷。實際工程中物化與生化耦合多級A/O系統(tǒng)最佳HRT為7.5 h(厭氧反應器為4.5 h，好氧反應器為3.0 h)，最佳DO濃度為4.0 mg/L，最佳回流比為4。系統(tǒng)異養(yǎng)反硝化作用占總反硝化作用的64.5%，而物化與生化耦合催化生物膜反應器中存在基于復合活性催化載體的自養(yǎng)反硝化作用的貢獻率>35%。

王恒等[6]針對高速公路服務區(qū)需水量多和生活污水氨氮濃度高的特點，研究采用聚鋁與沸石床過濾的組合工藝來處理這類污水，以便中水回用。結果表明，污水中COD、SS等指標可通過混凝沉淀處理得到有效去除，而水中的氨氮濃度可通過沸石床去除。采用沸石再生處理裝置并用再生液進行再生處理，再生處理后的沸石返回。經核算，該工藝每t水的回用處理成本約為1.33元，經濟和環(huán)境效益十分顯著。

Hongbo Chen等[7]將延長靜置段的好氧生物除磷工藝(AEI)應用于某高速公路服務區(qū)的生活污水處理。該工藝以聚磷菌的厭氧-好氧生物除磷理論為基礎，結合序批式生物反應器(SBR)工藝，將生物除磷過程完全在好氧池內進行。在對AEI反應周期的不同靜置時間對其影響的研究中，當靜置時間為8 h時，系統(tǒng)除磷效率最高，其平均除磷率達到95.18%。

Ian N. Balcom等[8]研究了位于美國佛蒙特州的高速公路觀光服務區(qū)內一處污水處理站對藥物及微污染物的處理效果。該污水處理站采用了生態(tài)型的污水處理系統(tǒng)，提高了微污染物的處理效果。工藝流程為“缺氧+厭氧+三級植生好氧+沉淀過濾”，該工藝在好氧池表面栽植了大量的水生植物，利用植物/微生物交互反應分解污染物。

Yoo Hyun等[9]將污水處理與污泥處理進行有機結合，并應用在某高速公司服務區(qū)的污水處理站。將污水處理站的剩余污泥與過量石灰石混合調理后再進行壓濾處理，濾液作為堿度返回污水系統(tǒng)，從而增加了污染物的處理效果。當剩余污泥與石灰石的比例為1∶2時，有機物降解速率、硝化速率及脫氮速率分別提高了64%、35%及68%。該技術既有效處理了污泥，也提高了污水處理效率。

2 當前服務區(qū)污水處理存在的問題

影響服務區(qū)污水處理工藝技術方案的主要因素有進水水質、水量規(guī)模、投資、占地面積等。本文僅從污水水質及水量規(guī)模2個因素分別分析當前服務區(qū)污水處理技術存在的問題。

2.1 設計進水水質參數選擇不當

服務區(qū)污水中沖廁污水所占比例很大，根據調研結果達到40%～80%，因此污染負荷更高。根據簡麗等[1]對全國7省239對公路服務區(qū)污水處理設施的現(xiàn)狀調研結果，對典型污水處理設施進水水質進行了監(jiān)測，COD實際可高達700 mg/L，氨氮達到100 mg/L，實際污染物指標遠高于設計值。馬聰、胡博、史良于等[10-12]在服務區(qū)污水處理的研究中對服務區(qū)污水水質進行了統(tǒng)計，結果見表1。

表1 服務區(qū)生活污水的典型水質情況 mg/L

根據《水污染控制工程(修訂版)》[13]，典型的生活污水水質見表2。服務區(qū)污水的COD和氨氮平均濃度分別接近和超過表中典型的高濃度型生活污水的COD和氨氮濃度，屬于高濃度型生活污水。

表2 典型的生活污水水質 mg/L

此外，節(jié)假日期間，服務區(qū)一般都超負荷運行，污水水質可長時間維持在上表中的各區(qū)間的上限，屬于超高濃度型的生活污水。因此，在服務區(qū)污水處理工程的設計階段，需要因“質”而宜?，F(xiàn)行的污水設計規(guī)范大多適用于一般的城鎮(zhèn)生活污水，其中某些設計參數可能并不適用于高濃度的服務區(qū)污水處理設計。例如，由于COD等污染物濃度較高，則服務區(qū)污水在生化段的停留時間必然要明顯大于傳統(tǒng)的市政污水的停留時間。

根據服務區(qū)水質調查統(tǒng)計[1]，設計進水水質參數選擇不當而導致污水處理負荷過高，是當前許多高速公路服務區(qū)污水處理站建成之后出水不達標的重要原因。

2.2 污水水量波動影響較大

因天氣、節(jié)假日、時段或者其它因素引起車流量隨機性變化，從而造成服務區(qū)產生污水量具有較大的波動性，車流量是導致服務區(qū)污水量變化的關鍵因素。

1) 一般夏季污水量較大，冬季較小。

2) 污水量在1 d中也會有較大的波動，一般服務區(qū)污水量的高峰發(fā)生在中午，低谷發(fā)生在深夜或凌晨。

3) 高速公路運行初期車流量較小，隨后逐年增大，污水量也呈逐年增加趨勢。

4) 節(jié)假日，尤其法定長假期間，許多服務區(qū)的接待車流量一般會是日常平均值的2倍及以上。此時，服務區(qū)的污水產生量一般也會隨之以相應的倍數增長。

上述4個導致水量波動的因素中，尤以節(jié)假日因素對服務區(qū)污水處理站的沖擊影響最為明顯和突出。據調查，我國西部某高速服務區(qū)在春節(jié)期間的日污水量達到平時污水量的5倍。不同于污水量在1 d中的波動，節(jié)日假期間的污水量則會持續(xù)幾天維持在高位，大大超出了一般污水處理站富裕處理規(guī)模。污水處理站生化處理段一般是可短時間的沖擊負荷，但對長時間的高濃度大水量的來水，生化系統(tǒng)很難達到穩(wěn)定合格的出水水質。

因此，由于水量的劇烈波動產生的沖擊負荷，也是影響我國現(xiàn)有高速服務區(qū)的污水處理設施正常穩(wěn)定運行的重要因素。

2.3 主要污水處理技術對服務區(qū)污水的適應性分析

當前國內常用的服務區(qū)污水處理技術對服務區(qū)污水的適應性分析見表3。

表3 主要污水處理技術對服務區(qū)污水的適應性分析

3 應對策略

3.1 合理選擇進水水質及工藝設計參數

1) 設計前需對服務區(qū)的污水進行調研監(jiān)測，確定實際進水水質。

2) 合理選擇污水處理的工藝設計參數。服務區(qū)的生活污水主要以高濃度的糞便污水為主，需謹慎選擇污泥負荷率、水力停留時間、溶解氧濃度、污泥齡等工藝設計參數，切忌直接照搬中等濃度或低濃度市政生活污水的設計經驗參數。核心的設計參數則建議通過小試試驗確定。

3) 適當提高服務區(qū)一體化污水處理設備的富裕處理量。一體化污水處理設備因處理規(guī)模小，在服務區(qū)污水處理領域的應用越來越廣泛。但市場上有許多設備是基于中低濃度的生活污水進行設計的，不可直接應用于服務區(qū)污水處理。因此建議擬購設備的處理規(guī)模至少為服務區(qū)設計水量的1.5～2.0倍。

3.2 優(yōu)化污水處理工藝流程

針對服務區(qū)生活污水濃度高、水量波動大的特點，提出以下幾點優(yōu)化污水處理工藝流程的建議:

1) 前段設置厭氧處理工序。通過厭氧細菌和兼性細菌的厭氧消化或發(fā)酵，降解有機污染物，產生沼氣和少量污泥，適用于處理高濃度有機污水。增設厭氧處理工藝，既節(jié)能，又大大減輕后續(xù)處理單元的負荷，降低污泥處置費用。在服務區(qū)污水處理中，可設置厭氧罐、UASB、EGSB等厭氧反應器，此外增大化糞池容積也是一種簡單有效厭氧處理方式。

2) 提高調節(jié)池容積。由于污水水量波動較大，增大調節(jié)池容積可提高污水水量的調節(jié)能力。同時，在調節(jié)池內投放一定量大尺寸的懸浮填料，封閉條件下也可實現(xiàn)厭氧處理功能。

3) 前端設置化學強化一級處理。通過向污水中添加適當的化學藥劑，將離散的顆粒物質化學脫穩(wěn)，并通過異向絮凝形成較大的顆粒，較大的顆粒易于用沉淀或過濾的方式去除。根據以往的研究結果，前段設置化學強化一級處理后，污水中污染物的去除率可達60%，有效降低了后續(xù)單元的處理負荷。

4) 提高抗沖擊負荷能力。好氧接觸氧化、生物轉盤等生物膜法工藝較活性污泥法具有較好的耐沖擊負荷能力。在生化反應池內設置固定填料或懸浮填料，一般可明顯提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因物化法的污水處理效率與可靠性均優(yōu)于傳統(tǒng)生化處理法，在污水排放流量波動較大、用地緊張、增擴調節(jié)池容積困難的情況下，物化/生化聯(lián)用法是一個值得嘗試的探索。當系統(tǒng)處于低水量負荷時，核心工藝采用常規(guī)生化處理工藝；當高水量負荷時，則暫停生化處理功能，利用生化池的空間作物化處理。水量恢復正常后，再將生化池切換至生化處理功能。

4 結束語

隨著我國經濟的快速發(fā)展，未來高速公路服務區(qū)的污水處理規(guī)模日益龐大，對污水處理設施的出水合格率、效率、節(jié)能等方面的要求也必將愈來愈嚴格，新建或改建高速公路服務區(qū)污水處理設施的建設需考慮以下幾點：

1) 生態(tài)節(jié)能是當下社會發(fā)展的主流趨勢，在篩選服務區(qū)污水處理工藝技術時，既要考慮成熟可靠的常規(guī)處理技術，也可因地制宜地選擇應用一些新技術、低能耗、生態(tài)型的污水處理工藝。

2) 服務區(qū)污水一般屬于高濃度污水，且水量波動大，影響服務區(qū)污水處理設施的正常穩(wěn)定運行。

3) 服務區(qū)污水處理站建設時，需進行調研監(jiān)測，合理選擇進水水質及工藝設計參數，切忌直接照搬中等濃度或低濃度市政生活污水的設計經驗參數。

4) 在前段設置厭氧處理工序、提高調節(jié)池容積、前端設置化學強化一級處理、提高抗沖擊負荷能力等方式優(yōu)化污水處理工藝流程。