高速公路服务区生活污水特征及其处理工艺研究进展

时间：2024-09-20

田文瑞

（陕西高速环境科技有限公司，陕西西安 710018）

0 引言

近年来，我国高速公路建设事业取得了突出成就，同时高速公路沿线附属设施也在不断建设和发展。高速公路沿线附属设施主要包括收费站、管理所、服务区、停车区、隧道管理站、养护工区等，一般以服务区规模为最大，这些附属设施的运营不可避免地会每日产生大量生活污水。在已有的高速公路上，大约平均50公里有一处服务区，由于高速公路附属设施一般远离城市，污水无法就近排放进入城市污水管网，如果不经处理就地排放，会对周围环境产生不利影响，同时也可能会产生一定的负面社会影响，高速公路附属设施污水处理已经成为高速公路运营过程中不可回避的问题。

2015年4月，国务院印发《水污染防治行动计划》（通常被称为“水十条”），其中第七条提出“推进高速公路服务区污水处理和利用”，这是我国第一次在国家法律法规层面对高速公路服务区污水处理做出规定。不仅如此，某些地区尤其是水源保护区，环保部门明确要求，污水要实现零排放，即不得向服务区外排放污水。服务区污水经过处理达标进行利用，这将是今后污水处理的发展趋势和方向。

本文通过分析高速公路服务区污水特征及其处理工艺，为服务区污水处理的设计人员以及研究人员提供指导，并对污水资源化利用的可行性进行了分析，为实现服务区污水零排放提供有益尝试。

1 高速公路服务区生活污水特征

高速公路服务区污水来源主要有公共卫生间冲厕污水、管理人员及宾客住宿的盥洗废水、餐饮污水、加油站及车辆的清洗污水。

1.1 污水量特征

高速公路服务区生活污水除固定居住的服务区管理人员产生外，主要为进入服务区的司乘人员活动产生的生活污水。由于驶入服务区的车辆随机性很大，即使同一服务区不同时段的污水量也具有很大的波动性。在节假日期间，一般人流量大，污水量也达到高峰时期，同一服务区产生的污水量也受季节影响，一般来说，夏季污水量高于冬季污水量，而不同区域服务区产生的污水量也相差很大，总体来说，南方服务区产生的污水量高于北方地区。张水等[1]对贵州省高速公路久长服务区生活污水的水量进行了采集和统计，分析得出夏季污水量明显大于冬季污水量。林奇[2]对高速公路服务区的污水特性进行了研究，分析得出不同服务区车流量差别较大，从而产生的生活污水也差别较大，不仅如此，在高速公路运行初期车流量小，随后逐年有增大的趋势，随之污水量则在逐年增大。

1.2 污水水质特征

高速公路服务区生活污水主要以冲厕污水，管理人员及宾客住宿产生的污水、餐饮废水为主，加油站及车辆的清洗废水较少，从而导致了其与城市的常规生活污水虽有类似，却有其自身的特点。根据杨志敏等[3]对我国高速公路服务区生活污水水质特征统计（见表1），我国高速公路服务区污水水质各项指标较常规生活污水均更高。

表1 我国高速公路服务区生活污水水质统计（mg/L）Tab.1 Statistics of domestic sewage quality in expressway service area in China（mg/L）

（1）水质变化波动大

由于不同时间车流量、人流量有较大的不同，车辆驶入服务区的随机性又很大，加之季节和节假日的影响，会使得服务区的生活污水进入污水处理设施时有较大的波动性，从而使得污水量的不均对污水处理设施有较强的冲击负荷能力。胡竞[4]对服务区生活污水的水质进行了分析，得出了在各个季节污水水质指标出现了较大波动但水质的日变化相比季节变化较小的结论。

（2）浓度更高

冲厕污水显著特点是悬浮物、有机污染物浓度高，对于污水处理的水质指标来说，就是其COD、氮、磷浓度较高；管理人员及宾客住宿产生的生活污水悬浮物、有机污染物相对较低，利于处理；餐饮废水主要产生的是有机污染物和含油废水，易于生化降解；加油站和车辆的清洗废水主要是以颗粒物和石油类为主，难于生化降解。冲厕污水在服务区各类生活污水中占比较大，从而导致服务区污水相比常规生活污水负荷更高。此外，虽然加油站及车辆的清洗废水占比较少，但也会使得服务区污水成分复杂，处理难度更大。

2 高速公路服务区生活污水处理工艺

目前高速公路服务区污水处理工艺有生物接触氧化法、MBR工艺、AO工艺、SBR工艺、人工湿地以及土壤渗滤等，在我国高速公路已建成的服务区中普遍应用的工艺主要有生物接触氧化法+沉淀工艺、AO+MBR工艺、预处理+人工湿地、生物滤池四种组合工艺。表2对高速公路服务区主要的四种污水处理工艺进行了比较分析。

表2 高速公路服务区污水处理工艺比较分析Tab.2 Comparative analysis of sewage treatment process in expressway service area

2.1 生物接触氧化法+沉淀工艺

生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法。通过在曝气池中投加填料，以填料为载体，将微生物附着在填料上，通过曝气使污水与微生物充分接触，从而将污水净化，兼有活性污泥法和生物膜法的特点。沉淀的作用主要是去除水中的悬浮物，一般在高速公路服务区污水处理中，作为生化处理后泥水分离的设施，主要以斜管沉淀池为主。相比传统的活性污泥法，生物接触氧化法具有表面积大、污泥浓度高、污泥龄长、氧利用率高、污泥产量少、运行费用低、设备易操作、易维修等特点，使得其在现阶段高速公路服务区污水处理中，成为最广泛的一种处理技术。但在长期运行过程中，也发现了此组合工艺对污水水量的波动适应性差、耐冲击负荷能力不强，从而导致出水水质不稳定；填料易堵塞，且需频繁更换；沉淀池受影响因素较多，出水悬浮物较高，影响出水效果。在服务区污水处理中，由于水质中氨氮指标较高，因此一般与厌氧反应（多为水解酸化池）结合使用，通过水解酸化池反硝化以达到去除污水中氨氮的目的，此组合工艺出水水质可达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准以及更高出水标准。梁骥等人[5]将生物接触氧化法应用于柳州到武宣高速段服务区、停车区、收费站的污水处理，出水水质监测结果显示，出水指标pH、SS、CODcr、BOD5、石油类、氨氮均满足《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准。付洁[6]对四川某高速服务区的污水处理的运行效果进行了研究，采用水解酸化池+生物接触氧化法+沉淀工艺，分析得出经该工艺处理后的出水pH、SS、CODcr、BOD5、氨氮、总磷均满足《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准和《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）城市绿化用水标准。

2.2 AO+MBR工艺

AO工艺也叫缺氧好氧工艺，是生物处理污水的基础工艺，依次由缺氧段和好氧段组成，两阶段分别进行缺氧反硝化和好氧硝化的生化反应过程，并在两阶段之间设置硝化液回流系统，即将好氧池末端的混合液回流至缺氧池前端，从而保证缺氧段的正常脱氮反应，在此过程中，可实现对COD、BOD等有机物的降解。MBR工艺即由一种活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术，将膜分离过程取代传统活性污泥法中的二沉池，从而将泥水分离，可分为中空纤维膜和平板膜两类，膜材质主要为PVDF。此方法具有占地面积小、污泥浓度高、污泥产量低、耐冲击负荷强、出水水质好的优点，但也存在运维成本高、膜清洗频繁的缺点，同时需对餐饮废水做好除油预处理，以防对后续膜有影响，出水可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）标准以及更高出水标准。胡锋平[7]等根据江西某高速公路服务区的污水特性，采用缺氧+好氧+MBR工艺，运行结果表明，出水水质可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）标准中的绿化、冲厕、车辆冲洗水质要求。张远国[8]将高速公路服务区的污水处理站工艺由原有的AO+石英砂过滤器改造为AO+MBR工艺，出水水质稳定达标，并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准。黄斌等[9]采用缺氧+MBR工艺对大浏高速服务区污水进行处理，出水水质较好，可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）标准，可用于冲厕、绿化和冲洗用水。

2.3 生物预处理+人工湿地工艺

生物预处理工艺是指采用生物处理技术（一般为厌氧反应和好氧反应或为两者的结合），或生物处理技术与膜处理技术相结合的污水处理工艺，大多为厌氧水解工艺、曝气生物滤池工艺、厌氧生物滤池工艺、AO工艺、厌氧+缺氧工艺，厌氧水解+MBR工艺等。人工湿地工艺是一种模拟自然湿地结构和功能的生态化污水处理系统，污水经预处理后通过管道输送均匀分配到人工种植的水生、湿生植物的土地中，通过耐水植物的截留沉淀和土壤的自然降解等作用实现对污水的净化。该工艺实现了污水处理和生态治理的有效结合，实现了污水的资源化利用，具有出水水质稳定、成本低、操作简便等优点，但其占地面积大，不适用于寒冷地区，出水水质一般可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）标准以及更高出水标准。姬国斌[10]等以厌氧水解+缺氧和人工湿地为主体工艺对高速公路服务区的污水进行处理，并探讨了其处理效果，结果表明，对污水中的COD、BOD5、氨氮、总氮的去除率均大于95%，出水水质满足《城市污水再利用景观环境用水》（GB/T 18921—2002）要求，达到污水回用标准。张磊[11]采用水解酸化+MBR+水平潜流人工湿地组合工艺处理高速公路服务区污水，运行结果表明，出水效果良好，出水水质可以稳定达到类地表Ⅳ类水标准，并具有一定的抗冲击负荷能力，具有很好的经济和环境效益。

2.4 曝气生物滤池

曝气是指在滤池底部设置进水管和排泥管，在中上层采用轻质填料，以滤料为载体，在滤料上附着大量微生物，污水由滤池下层进入，通过滤料层，将污水中的悬浮物拦截在滤层中，通过曝气让微生物利用滤层中的有机物进行好氧反应，从而达到净化水质的目的。该工艺维护管理方便，工艺流程短，出水效果好，具有良好的抗冲击能力，低温条件下可运行，缺点是仅适用低浓度COD和SS进水，产泥量高且污泥稳定性差。胡勇[12]等研制出一种新型一体化复合生物滤池，将该设备应用于广东某高速服务区进行中试试验，研究发现，该设备对氨氮、BOD5和浊度的去除率可达到86%以上，出水水质可达到《城市污水再利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）的城市杂用水水质。刘学欣[13]等为解决寒区冬季高速公路服务区污水处理无法达标的难题，通过对吉林某服务区污水处理进行多介质生物滤池工程应用研究，结果发现，系统出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准，该技术低温处理效果好，抗冲击能力强。

3 污水资源化利用可行性

污水资源化利用是指按照国家地表水资源的标准，根据不同用途不同类别标准，采用对人体和环境无害的方法对污水进行处理，形成再生水，实现水资源循环利用。由表3可知，不同污水处理工艺处理污水均可达到《城市污水再生利用城市杂用水》（GB/T18920—2002）标准或更高标准，将处理后的污水用于绿化、冲厕等回用用途，在水质上是可行的；运行费用均低于自来水费用（以自来水费用3.0元/m3计），在经济上是可行的。将服务区污水用于中水回用，不仅可实现污水资源化利用，保护周围环境，而且可减少服务区运营成本，同时实现环境效益和经济效益。刘智慧[21]对山西省全省不同污水处理工艺的服务区进行进、出水水质取样检测，结果显示，AO+MBR工艺大部分指标可同时满足《城市污水再生利用城市杂用水》（GB/T18920—2002）和《公路服务区污水再生利用第Ⅰ部分：水质》（JT/T645.3—2016）两部分标准，可用于服务区绿化和冲厕回用。徐洪斌[22]采用AO+人工湿地+氧化塘+消毒工艺处理河南某高速服务区污水，其出水水质良好，可用于冲厕、绿化和洗车。

表3 高速公路服务区污水处理回用情况一览表Tab.3 List of sewage treatment reuse in expressway service area