污水生化處理技術(shù)在高速公路服務(wù)區(qū)的應(yīng)用與分析

劉智慧

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

高速公路服務(wù)區(qū)地理位置分布零散，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，在為過往車輛和駕乘人員提供便捷服務(wù)的過程中，產(chǎn)生的污水處理不當(dāng)或未經(jīng)處理會對周邊環(huán)境造成不良影響。近年來山西省高速公路事業(yè)發(fā)展迅速，服務(wù)區(qū)運營規(guī)模逐步擴(kuò)大，在運營過程中帶來的水污染問題日益凸顯。

水環(huán)境保護(hù)的相關(guān)政策對高速公路水污染防治工作提出了更加嚴(yán)格的要求：2015年國務(wù)院印發(fā)的“水十條”中明確對推進(jìn)高速公路服務(wù)區(qū)污水處理和利用提出要求；《山西省水污染防治2018年行動計劃》中將“加強(qiáng)交通運輸污染控制”列為重點工作內(nèi)容；2019年通過的《山西省水污染防治條例》要求交通運輸部門要“做好水污染防治工作”。在污水防治嚴(yán)要求和服務(wù)區(qū)污水處理形勢不容樂觀的雙重高壓態(tài)勢下，為滿足現(xiàn)行水污染防治要求，選用適應(yīng)于高速公路服務(wù)區(qū)的污水處理技術(shù)并穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的。

1 服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)工藝研究

不同于市政污水的特征，高速公路服務(wù)區(qū)污水具有污染物濃度高、水質(zhì)水量變化大、運行監(jiān)管難度大、無專業(yè)人員運管、冬季水溫不足、設(shè)備易腐蝕等特征，這為服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)能高效穩(wěn)定運行提出了更高要求[1-2]?？紤]到山西省地理位置、氣候條件等實際情況，服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)主要采用生化處理技術(shù)，包括：AO工藝、AO+MBR工藝、生物轉(zhuǎn)盤工藝、SBR工藝。

1.1 AO工藝

AO工藝是污水生物處理的基礎(chǔ)技術(shù)，依次由缺氧段和好氧段串聯(lián)組成，分別進(jìn)行缺氧反硝化和好氧硝化的生物反應(yīng)過程，在兩段之間設(shè)置內(nèi)循環(huán)回流系統(tǒng)，以保證缺氧段可以正常進(jìn)行脫氮反應(yīng)，同時降解COD、BOD等有機(jī)污染物質(zhì)，實現(xiàn)氮污染物質(zhì)和有機(jī)污染物質(zhì)的同步去除[3]。工藝流程圖見圖1。

圖1 AO工藝流程圖

AO工藝具有流程簡單、占地面積小、運行較穩(wěn)定、污泥產(chǎn)生量少、后期便于升級改造等優(yōu)點，適用于作為高速公路服務(wù)區(qū)小型污水處理系統(tǒng)。單獨利用AO工藝脫氮效率較低，脫氮率一般在70%左右，不能滿足現(xiàn)行環(huán)保要求，通過加大系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)比的方式可以提高脫氮率，但運行管理費用加大，不利于長期運行。因此，為進(jìn)一步處理難降解污染物，提高出水水質(zhì)，以AO生化工藝為基礎(chǔ)單元的多級處理工藝是今后服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1.2 AO+MBR工藝

MBR工藝是以分離膜代替二沉池進(jìn)行泥水分離，并將生化生物處理工藝有機(jī)結(jié)合起來的新型污水處理技術(shù)。在AO生物處理技術(shù)后增設(shè)MBR工藝作為三級處理工藝，利用MBR膜的高效分離能力增強(qiáng)污泥固液分離性能，進(jìn)一步降低出水SS，截留下的活性污泥使反應(yīng)池中的污泥濃度明顯增大，處理效果大幅度提升，出水水質(zhì)較單獨利用AO工藝明顯得到改善[4]。其工藝流程圖見圖2。

圖2 AO+MBR工藝流程圖

MBR工藝設(shè)施占地面積小，取代了傳統(tǒng)工藝中的二沉池及過濾池，降低基礎(chǔ)建設(shè)費用及運行費用；隨著MBR膜技術(shù)發(fā)展的日趨成熟和膜生產(chǎn)造價的逐步優(yōu)化，膜組件易受污染、造價高等問題得以改善，在污水處理技術(shù)中的應(yīng)用規(guī)模日益擴(kuò)大；膜工藝的自動化控制技術(shù)發(fā)展成熟，自動化運行能力強(qiáng)，減少人工成本的投入；同時MBR膜生物技術(shù)還具備剩余污泥量少、抗沖擊能力高、運行穩(wěn)定、出水經(jīng)消毒可直接實現(xiàn)污水資源化利用等優(yōu)點，有效增強(qiáng)出水水質(zhì)和系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障性，在實現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)的過程中增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 生物轉(zhuǎn)盤工藝

生物轉(zhuǎn)盤是一種利用生物膜法凈化污水的旋轉(zhuǎn)式設(shè)備，由氧化水槽和浸沒于水槽中的旋轉(zhuǎn)圓盤組成。生物膜附著在盤片上生長發(fā)育，轉(zhuǎn)盤在不斷轉(zhuǎn)動過程中，盤片交替進(jìn)入空氣和污水中，生物膜上形成一個連續(xù)吸附、吸氧、氧化分解的完整過程，如此反復(fù)不斷地處理，達(dá)到凈化污水的效果[5]。工藝流程圖見圖3。

圖3 生物轉(zhuǎn)盤工藝流程圖

生物轉(zhuǎn)盤工藝具有剩余污泥量少、利用自然曝氣實現(xiàn)節(jié)能、對水質(zhì)變化適應(yīng)性高、運行費用低等特點。但該工藝水量適用性弱，尤其是針對高速公路服務(wù)區(qū)水量時變化、日變化差距很大的情況，適用性更弱，導(dǎo)致處理效果不佳；溫度對生物膜的特性影響明顯，山西地區(qū)氣候寒冷，生物轉(zhuǎn)盤需設(shè)在室內(nèi)或采取保溫措施，增加了基建投資；同時盤片本身存在材質(zhì)易被腐蝕，價格較貴等問題。結(jié)合山西省高速公路服務(wù)區(qū)污水處理實際情況，生物轉(zhuǎn)盤工藝的應(yīng)用相對受限。

1.4 SBR工藝

SBR污水處理工藝是將作用機(jī)理不同的初沉池、反應(yīng)池和二沉池置于一個反應(yīng)器中，周期性地依次進(jìn)行進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、閑置5個工序，完成污染物降解和泥水分離過程的活性污泥法[6]。工藝流程圖見圖4。

圖4 SBR工藝流程圖

SBR工藝省去傳統(tǒng)活性污泥法中的沉淀池和污泥回流系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、占地小、基建運行費用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。潷水裝置是SBR工藝的重要組件，費用較高，需匹配安置，否則會對出水效果造成不利影響；該工藝在運行維護(hù)過程中對工作人員專業(yè)素質(zhì)水平要求高，而服務(wù)區(qū)專業(yè)人員很難配備齊全，不利于后期運行維護(hù)，縮短使用壽命，使其應(yīng)用受到局限。

2 服務(wù)區(qū)污水處理工藝的選擇

2.1 服務(wù)區(qū)污水處理工藝現(xiàn)狀

2019年采用區(qū)域分片的方式對山西省全省高速公路共95處服務(wù)區(qū)、185個污水處理設(shè)備的實際情況展開了實地調(diào)研，通過歸納、比較對調(diào)研情況進(jìn)行分析，表明山西省高速公路服務(wù)區(qū)污水處理采用的工藝主要為AO工藝，約占76%，其中包括9%的污水處理設(shè)施在AO工藝后設(shè)置介質(zhì)過濾處理，其他工藝包括AO+MBR工藝、生物轉(zhuǎn)盤工藝和SBR工藝，分別約占9%、2%和1%。AO工藝實際運行狀況不好，處理效果低，中水基本為零回用，在AO工藝后增設(shè)介質(zhì)過濾工藝后出水水質(zhì)有一定的改善，但仍不滿足回用要求，甚至更高的標(biāo)準(zhǔn)要求；AO+MBR工藝運行相對穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)要求；生物轉(zhuǎn)盤工藝對服務(wù)區(qū)水量變化適用性差，對出水狀況造成不利影響；SBR工藝的后期運行、維護(hù)不當(dāng)，有效利用能力下降。還有約8%的設(shè)施僅設(shè)多級沉淀池，生物降解能力低下；4%的污水處理設(shè)施由于服務(wù)區(qū)建設(shè)年代久遠(yuǎn)、相關(guān)人員調(diào)整等原因?qū)е挛鬯O(shè)施具體情況不詳，極少數(shù)服務(wù)區(qū)甚至無相關(guān)設(shè)備。約13%的污水處理設(shè)施因建設(shè)年代久遠(yuǎn)或管理不善目前處于報廢或癱瘓狀態(tài)；可運轉(zhuǎn)的污水處理設(shè)備僅占25%，其中正常運行的設(shè)施僅有1/3，可運行率低。

2.2 服務(wù)區(qū)污水處理工藝選擇

選取全省污水處理工藝不同的服務(wù)區(qū)進(jìn)行進(jìn)、出水水質(zhì)取樣檢測，檢測結(jié)果如表1。

表1 服務(wù)區(qū)污水處理工藝及進(jìn)、出水水質(zhì)

以《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）和《公路服務(wù)區(qū)污水再生利用第1部分：水質(zhì)》（JT/T 645.3—2016）兩部分標(biāo)準(zhǔn)為參照對象，對表1數(shù)據(jù)分析可知：AO+MBR工藝大部分指標(biāo)同時滿足兩部分標(biāo)準(zhǔn)的綠化用水標(biāo)準(zhǔn)和沖廁用水標(biāo)準(zhǔn)，可用于公路服務(wù)區(qū)污水綠化和沖廁回用；AO+介質(zhì)過濾工藝基本滿足綠化用水標(biāo)準(zhǔn)，COD指標(biāo)出現(xiàn)高于水質(zhì)要求的情況，BOD5和NH3-N這兩項指標(biāo)不滿足城市污水沖廁回用水標(biāo)準(zhǔn)，僅可用于服務(wù)區(qū)污水綠化回用；生物轉(zhuǎn)盤工藝大部分指標(biāo)達(dá)到城市綠化回用水標(biāo)準(zhǔn)，但COD指標(biāo)明顯高，不能用于公路服務(wù)區(qū)污水回用。

3 結(jié)論

根據(jù)對目前山西省高速公路服務(wù)區(qū)污水處理存在的問題分析，結(jié)合服務(wù)區(qū)各污水處理工藝得出結(jié)論：

a）選用適應(yīng)于服務(wù)區(qū)的污水處理技術(shù)并保證穩(wěn)定運行會直接影響出水達(dá)標(biāo)能力和污水處理設(shè)施長期的高效利用情況。

b）AO二級污水處理工藝和MBR工藝結(jié)合應(yīng)用，具有耐沖擊負(fù)荷、運行可靠、易于實現(xiàn)污水資源化利用、自動化控制程度高、維護(hù)管理便捷，后期便于提質(zhì)增效等優(yōu)點，具有較高的技術(shù)實用性、運行可靠性、管理可控性和運營經(jīng)濟(jì)性，在實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的同時，也為推動山西省打造綠色生態(tài)高速公路提供有力保障。