廣西高速公路服務區(qū)污水處理工藝及運維策略研究

摘要：文章選取調(diào)查了廣西高速公路沿線服務區(qū)（停車區(qū)）129處污水處理設施現(xiàn)狀，分析總結了這些設施的運行情況、排放要求、處理規(guī)模及工藝選擇等，并對廣西服務區(qū)污水處理的常用技術進行工藝比選。結果表明：生物接觸氧化及膜生物反應器（MBR）更為貼合廣西服務區(qū)污水處理要求；但MBR工藝存在易堵塞、運維難的特點，運用信息化手段主動識別堵塞程度，給出優(yōu)化運維策略，可解決高速路污水處理設施分布廣、間隔遠，日常現(xiàn)場巡檢人力、物力成本高、效率低的問題，為高速公路服務區(qū)污水處理設施運行效果提供保障，降低水污染隱患。

關鍵詞：高速公路服務區(qū)；污水處理工藝；運維策略

中圖分類號：U491.8" " " "文獻標識碼：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.065

文章編號：1673-4874（2024）11-0222-03

0引言

根據(jù)規(guī)劃，至“十四五”末預計廣西高速公路通車總里程達12 000 km。參照相關技術規(guī)范，按每隔50 km設置一對服務區(qū)、25 km設置一對停車區(qū)、30 km設置一處出入口收費站（管理中心合建）進行估算，預計至“十四五”末廣西高速公路沿線將分布1 840處服務管理設施。長期的環(huán)保工作中發(fā)現(xiàn)部分公路服務設施污水不達標外排進入農(nóng)田或魚塘，造成不良環(huán)境影響，受到投訴。隨著國家環(huán)保政策日趨嚴格，同時服務區(qū)污水不達標排放也會導致周邊群眾不停地上訪，造成服務區(qū)與周邊群眾關系緊張，亟須對廣西高速公路服務管理設施污水處理存在的問題提出改進對策。

1高速公路服務區(qū)污水特點

高速公路服務區(qū)（停車區(qū)）的污水產(chǎn)生來自設置有公廁、超市、餐廳加油站等各類服務設施，其中主要以廚房餐廳、衛(wèi)生間排放的污水為主。與城市生活污水相比，高速公路服務區(qū)（停車區(qū)）污水具有排放點位分散且產(chǎn)污量大、水質(zhì)水量波動性強等特征。目前初步統(tǒng)計廣西在運營的污水處理設施至少840座以上。這些設施單個污水排放量不大，一般處理規(guī)模在30～300 m3/d，但分布范圍廣，累計排放總量大。

服務區(qū)（停車區(qū)）車流量易受天氣、節(jié)假日、季節(jié)以及其余特殊情況等多因素的影響，因此其接納的車輛數(shù)量具有較高的不確定性，導致服務區(qū)污水量的變化幅度大，波動性強，綜合變化系數(shù)為2.5～6.0。一般而言，服務區(qū)夏季、節(jié)假日期間污水量較大，冬季、旅游淡季期間污水量較小。根據(jù)水質(zhì)分析，污水有時呈現(xiàn)氨氮和總磷偏高的情況，而COD、BOD5濃度不是很高，與服務區(qū)的用水特點有關。因此高速公路服務區(qū)污水量污水水量、水質(zhì)變幅較大，這對污水處理的設計方案、運維穩(wěn)定、簡便提出了考驗［1］。

2廣西高速公路服務區(qū)污水處理工藝情況調(diào)查

為充分了解廣西高速公路服務區(qū)污水處理工藝情況，本次研究隨機選取了廣西高速公路沿線服務區(qū)（停車區(qū)）129處污水處理設施運行現(xiàn)狀進行系統(tǒng)調(diào)查，具體結果見表1。

由表1可知，存在問題主要有兩個：

（1）有超半數(shù)污水處理設施沒有運行。29處服務區(qū)（停車區(qū)）污水處理設施長期未運行和維護，問題表現(xiàn)為污水量不足、提升泵、污泥泵、風機、電控故障、活性菌種死亡、管網(wǎng)損壞和池體滲漏；無法運行的設施中MBR工藝占82%；55.8%的污水處理設施運行但效果不佳。污水處理設備是專業(yè)性較強的設備，而服務區(qū)保安沒有經(jīng)過系統(tǒng)的培訓和學習，遠遠不能滿足服務區(qū)污水處理設備的運行、維護、管養(yǎng)需求。

（2）存在違法違規(guī)行為，環(huán)保壓力較大。部分服務區(qū)位于環(huán)境敏感區(qū)，排水要求高，不允許排放。14處服務區(qū)（停車區(qū)）位于敏感區(qū)，根據(jù)現(xiàn)行環(huán)保管控要求，應處理后回用，不外排。其中位于風景名勝區(qū)（6處）、自然保護區(qū)（2處）和水源保護區(qū)（6處），其中有的原工藝為AO或A2O工藝的出水一般情況下只能滿足《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準，這就造成了特別是水源地地帶排污已經(jīng)存在違法風險。

3工藝選用建議

適用于高速公路服務區(qū)的小型污水處理設施的工藝較多，近些年還在不斷有新工藝進行應用。但考慮到污水量變化和污水成分差異，因此本文仍然在較為常用的工藝中進行比選，在實地考察中頻繁遇到的污水處理技術主要包括但不限于：人工濕地系統(tǒng)、氧化溝工藝、序批式活性污泥法（SBR）、曝氣生物濾池法（BAF）、生物接觸氧化工藝以及膜生物反應器（MBR）等。高速公路沿線設施污水處理技術的對比見表2。

根據(jù)廣西的經(jīng)濟和技術特征進過對比分析，生物接觸氧化具有投資成本低、處理效率高、設計負荷高、操作管理簡易等特點；MBR工藝具有出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定、剩余污泥少、自動化潛力高等特點，同時滿足《污水綜合排放標準》一級標準和《城市污水再生利用—城市雜用水水質(zhì)》標準要求，分別適用在污水排放和污水回用的場景。生物接觸氧化和MBR工藝能較為有效地解決現(xiàn)存廣西高速公路服務區(qū)污水處理問題，十分符合廣西高速公路服務區(qū)小水量分散式污水處理的發(fā)展要求。

4推薦工藝運維策略

生物接觸氧化、MBR兩種推薦工藝中，生物接觸氧化可靠性較高，運行維護策略簡單。日常運維中定期檢查曝氣設備、攪拌器等設備的工作狀態(tài)、定期清理管道和泵防止堵塞，即可較為有效的保障設施正常運行，適用于需要排放的情景，適用場景相對單一。而MBR工藝因同時滿足《污水綜合排放標準》一級標準和《城市污水再生利用—城市雜用水水質(zhì)》標準要求，適用范圍更廣，但需要解決定期清洗，運行維護費用相對高的問題。因此如何準確識別膜污染程度，減少膜清洗次數(shù)，降低MBR工藝運維工作成本，保障設施長期正常運行是處理工藝選擇及運維需要重點考慮的關鍵［5-6］。

4.1典型設施MBR工藝概況

選取廣西某服務區(qū)為研究對象，該污水處理設施為A2O+MBR工藝，設計規(guī)模為150 m3/d，2022年投入運行。通過自建立的分布式環(huán)保設施監(jiān)控管理信息化平臺，對設施運行狀況實時監(jiān)控，每10 s進行一次數(shù)據(jù)采集。2024年4月底MBR膜發(fā)生堵塞現(xiàn)象，跨膜壓差（Trans-Membrane Pressure， TMP）最高達76.5 kPa。

4.2觀測情況

2024-04-30對MBR膜進行在線清洗后，于2024-05-01日至2024-07-09 開展為期70 d的連續(xù)觀測。期間出水量采用9.0 m3/h恒定出水量運行（膜通量為10 L/m2/h）。一般情況下膜污染將會造成TMP增大，膜通量減??；因此將TMP作為本次觀測的指標。

4.3數(shù)據(jù)處理及分析

由于云臺平臺的采集頻率較高，需要對瞬時TMP值處理，排除異常值的干擾。以6月11日00：00-04：00采集到的1 440個數(shù)據(jù)為例，篩選30～40 kPa區(qū)間的正常值進行算術平均計算，取得平均值為33.6 kPa。見圖1。

采用上述方法對70 d觀測周期內(nèi)的日均TMP，統(tǒng)計結果見圖2。根據(jù)TMP變化劃分成為恢復階段（快速恢復期和恢復期）、平穩(wěn)階段、污染階段（污染期和快速污染期），各時期的天數(shù)及膜污染速率統(tǒng)計結果見表3。污染期最大污染增幅0.5 kPa/d出現(xiàn)在6月19日，當日污水處理量為94.67 m3/d，以通量計算膜污染速率為0.53 kPa/100 m3。

4.4MBR工藝運維策略

影響MBR膜運行效率、污染速率的因素很多：膜通量、TMP、污泥特性（例如污泥濃度）、曝氣強度等。通過本研究將MBR膜清洗恢復劃分成了3個階段，為利用TMP作為單一指標偵測奠定了基礎。在實際運維過程中可將0.36 kPa/d膜污染速率或者0.53 kPa/100 m3作為膜污染的警戒值。通過環(huán)保設施云平臺的遠程偵測功能，可以實時監(jiān)測MBR系統(tǒng)的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可以采取以下策略來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行：

（1）監(jiān)測膜通量變化：利用云平臺的數(shù)據(jù)分析功能，持續(xù)監(jiān)測膜通量的變化趨勢，以便及時識別膜污染的早期跡象。

（2）適時調(diào)整膜通量：根據(jù)膜污染的程度，適時調(diào)整膜通量。當膜通量下降表明膜污染正在累積時，應適當降低膜通量以減輕膜的負擔，避免過早或過度降低通量導致能耗增加。

（3）遠程自動清洗：利用可編程邏輯控制器（PLC）實現(xiàn)全流程遠程自動清洗功能。當云平臺監(jiān)測到膜污染跡象時，系統(tǒng)自動觸發(fā)清洗程序，進行物理清洗（如空氣擦洗）和化學清洗，以去除膜表面的污染物。

通過這些策略的實施，不僅可以有效控制膜污染，延長膜的使用壽命，還可以提高MBR系統(tǒng)的運行效率和可靠性，減少不必要的能耗和維護成本，從而實現(xiàn)更加高效和可持續(xù)的污水處理過程。

5結語

高速公路線路長，服務管理設施點位分散。由于污水排放量小，當發(fā)生污水不達標排放時，影響的范圍不大，污染問題較為隱蔽。因此，高速公路服務管理設施環(huán)境問題的暴露主要靠沿線群眾舉報，從環(huán)境執(zhí)法層面來說，比較容易被有關部門忽視，存在環(huán)境監(jiān)管的盲區(qū)。為響應我國低碳環(huán)保、綠色交通的可持續(xù)發(fā)展政策，需要對比選擇適用于服務區(qū)污水治理的有效工藝。經(jīng)過實地調(diào)查及對比分析，生物接觸氧化、MBR兩種工藝的污染物去除效率高及運行效果穩(wěn)定，處理能力強及設計負荷高。針對MBR工藝易堵塞，維護難的特點，還可以通過建立環(huán)保信息化云平臺，實現(xiàn)環(huán)保設施的自動化數(shù)據(jù)采集、智能化運行、綜合展示和遠程控制。通過對跨膜壓差（TMP）的偵測判斷膜污染程度，采取適當降低膜通量和預防性清洗等手段，可有效避免因堵塞造成的設施停運，確保MBR工藝的穩(wěn)定運行，提高交通環(huán)保設施運行效果和人員運維的效率。

參考文獻：

［1］周德柱，劉煌，胡燕，等.高速公路服務區(qū)污水處理現(xiàn)狀問題及應對策略淺析［J］.公路交通技術，2020，36（6）：131-142.

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［6］陸王燁，陳悅，李向陽，等.A～2O工藝系統(tǒng)絲狀菌膨脹原因分析及對策［J］.工業(yè)用水與廢水，2023，54（1）：37-41，79.

基金項目：廣西重點研發(fā)計劃項目“公路跨敏感水環(huán)境保護和風險防控關鍵技術研究（自籌）”（編號：桂科AB22080021）；廣西重點研發(fā)計劃項目“基于云邊端智能協(xié)同的公路服務設施污水處理節(jié)能降碳關鍵技術研究及應用”（編號：桂科AB24010070）

作者簡介：陸豫（1979—），碩士，高級工程師，主要從事環(huán)境工程設計與咨詢相關工作。

收稿日期：2024-05-16