基于水质水量特征分析的服务区污水管理

2013-09-12薛鹏丽孙晓峰程言君孙德智

中国人口·资源与环境 2013年1期

薛鹏丽孙晓峰宋云程言君孙德智

(1.轻工业环境保护研究所，北京 100089;2.北京林业大学，北京 100083）

改革开放以来，我国高速公路快速发展，截至2011年年底，通车里程约8.49万公里，居世界第二，公路越来越成为人们普遍的出行方式。《公路工程技术标准》(JTGB 01－2003）中规定服务区平均设置间距为50km，按此估算，目前我国高速公路服务区的总数约1700对，若全国服务区污水全年平均排放量按照50m3/d计算［1－3］，据此保守估计我国高速公路服务区污水排放量约17万m3/d。

服务区通常沿公路零散分布，大都位于城镇边缘，很难将污水排放纳入市政管网，服务区污水若未经处理或处理不当，将对周边农田、地表水、地下水及生态环境等造成影响。随着高速公路运网出行频率的迅速上升，人流车流量快速的扩张，服务区分散型污水处理及回用已成为制约公路节能减排、绿色低碳发展的重要因素。

与城市污水和工业废水相比，公路服务区污水具有以下特点:①由于车流量受天气、季节、时段及其它因素的影响，服务区用水量波动幅度剧烈且水量难以预测，进而导致污水量的变化系数较大，对服务区污水处理设施的水力冲击负荷有较高的要求;②从水质角度分析，服务区污水主要来自餐饮废水、冲厕废水及洗车废水。杨志敏等分析了全国15个省(市、区）33个高速公路服务区中的PH值等8个水质因子，并将服务区污水与城市生活污水做了集对分析，结果表明:公路服务区污水除SS、石油类等特征污染因子外，与典型的低浓度生活污水水质相似，宜优先采用沉淀、隔油等措施降低SS、石油负荷，然后采用低浓度型生活污水处理工艺［4］。

1 服务区污水水质水量变化特征

服务区污水属于小流量生活污水，但其水量水质受外界因素影响波动较大，服务区污水水质水量特征分析对服务区污水处理工艺及设计参数的选择有重要参考意义。

在对G2京沪、G3京台、G4京港澳、G5京昆、G6京藏、G25长深、G30连霍、G35济广、G40沪陕、G42沪蓉、G45大广、G55二广、G56杭瑞、G60沪昆等14条高速公路服务区污水处理设施基本情况进行实地调研的基础上，为进一步总结服务区污水水量水质变化特征，选择G56杭瑞高速路某服务区进行24小时连续的水质水量测量和分析。

1.1 服务区情况简介

服务区占地80亩，分东、西两个片区，共240名工作人员，主要有停车、餐饮、加油、汽车洗车维修、入厕等服务功能。

1.2 水样的采集

在东侧服务区餐厅污水排口、化粪池污水排口及总污水处理前分别设置三个水样采集点。采样时间从第一日9:00至第二日9:00，每隔2h测量流量并采集水样一次。在水量波动较大的时段，增加流量测量的频次，并取其平均值作为小时流量，并在同一时段，监测进入服务区大、中、小型车的车流量。

1.3 结果分析及讨论

1.3.1 车流量变化特征

24h采样时间内进入服务区各类型车车流量和总车辆随时间的变化如图1所示。从图1可知，该服务区车流量高峰时段主要集中在13:00时段，05:00时段车流量最小，最大车流量是最小车流量的5.5倍。该服务区各类型车车流量总体分布均匀，车流量时变化系数为2.1。

图1 各型车及总车流量变化趋势

1.3.2 污水水质水量波动规律

(1）服务区化粪池排放废水的CODcr浓度和氨氮浓度的监测结果如图2所示。由图可知:该服务区化粪池排放污水的CODcr浓度范围为628－1 052mg/L，最高浓度出现在19:00，最低浓度出现在凌晨01:00点，CODcr平均浓度为826.1mg/L，浓度标准偏差为156，化粪池 CODcr废水浓度变化表现为三个阶段:11:00－19:00时段CODcr浓度逐渐增加;19:00－01:00时段浓度逐渐降低;01:00－9:00时段CODcr浓度呈波动上升。化粪池氨氮浓度范围为68－132mg/L，最高浓度出现在13:00，最低浓度出现在23:00，氨氮平均浓度为 98.3 mg/L，浓度标准偏差为 21.1。服务区化粪池排放污水氨氮浓度变化特征为:11:00－21:00时段氨氮浓度呈下降趋势，21:00－09:00时段氨氮浓度逐渐增加。该服务区化粪池废水属于典型高浓度CODcr和高浓度氨氮废水。

(2）服务区餐厅排放污水的CODcr和氨氮浓度分析结果如图3所示。由图可知:餐厅废水CODcr的浓度范围为650－1 128mg/L，CODcr平均浓度为921 mg/L，浓度标准偏差为238;氨氮的浓度范围为6－20 mg/L，17:00浓度最高，11:00浓度最低，氨氮平均浓度为12.2 mg/L，浓度标准偏差为4.7。由此可知，服务区餐厅污水属于高浓度CODcr废水，其浓度变化特征为:11:00－17:00时段CODcr浓度平缓上升;17:00－01:00时段呈明显下降趋势;01:00－09:00时段CODcr浓度又明显增加。服务区餐厅污水氨氮浓度变化特征为:11:00－17:00时段氨氮浓度呈现明显上升趋势;17:00－9:00浓度逐渐下降。

(3）服务区总污水CODcr和氨氮浓度分析结果如图4所示。由图可知:总污水CODcr的浓度范围为629－1562 mg/L，平均浓度为 874.3mg/L，CODcr的浓度标准偏差为95;氨氮的浓度范围为42－70 mg/L，平均浓度为58mg/L，氨氮浓度标准偏差为11。该服务区污水CODcr及氨氮浓度超过全国服务区污水平均浓度(服务区全国CODcr平均浓度为 357.33 mg/L，氨氮平均浓度为 26.87 mg/L［4］），与典型高浓度生活污水的CODcr及氨氮浓度相接近，因此该服务区污水属于高浓度CODcr高浓度氨氮的生活污水。

服务区总污水CODcr浓度变化包括两个阶段:11:00－01:00时段CODcr浓度逐渐下降;01:00－09:00时段浓度缓慢上升。氨氮浓度变化特征为:11:00－17:00时段浓度呈现明显增加趋势;17:00－01:00时段氨氮浓度逐渐下降;01:00－09:00时段浓度又逐渐上升。

服务区总污水量、餐厅及化粪池污水流量的变化规律如图5所示。由图可知，化粪池排放污水小时最小流量为0.3m3/h，小时最高流量为5.2m3/h，平均小时流量为2.41 m3/h，标准方差为1.5。餐厅废水小时最小流量为1m3/h，小时最高流量为7m3/h，平均小时流量为3.1m3/h，标准方差为4。

监测时段内，服务区产生的总污水量为90m3/d，污水量波动特征为:11:00－17:00时段排放量逐渐增加;17:00－03:00时段排放量波动下降;03:00－09:00时段排放量又逐渐上升，总污水小时最小流量为1.9m3/h，小时最大流量为9.3m3/h，平均小时流量为6.3m3/h，流量标准偏差为2。服务区污水排放量变化规律与生活污水相似，24小时监测范围内，污水量有一个高峰一个低谷，高峰发生在午时左右，低谷通常在深夜或凌晨，高峰低谷时段和污水量的大小和与服务人口区车流量有关。监测时段范围内，服务区总污水时变化系数为1.48，服务区车流量和污水排放量的相关系数为0.66。

2 服务区污水处理工艺的选择

服务区污水水量水质变化远大于城市污水，水量和水质是污水处理设施设计的基本依据，尤其是排水管的设计，考虑服务区污水量的变化系数，才能保证污水最大流量时安全排放;最小流量时，不因流速降低而造成管道沉积淤塞。

我国公路服务区污水基本属于典型高浓度CODcr和高浓度氨氮污水，服务区其它污染物如表面活性剂、碳氢化合物、蛋白质、动植物油、磷、微生物和无机盐等的含量与生活污水接近［5－7］。从污水流量变化系数看，公路服务区污水量时变化系数也不宜采用《室外给排水设计规范》中的方法或按照常规小流量生活污水的时变化系数进行取值［2，8，4］。

由于公路服务区污水排放量及水质的实际测量需要一定的条件，所以我国大部分公路服务区污水处理设备的设计和选择通常与服务区实际污水排放量不符，装置处理能力与实际污水量有较大偏差。从调研结果看，以生物接触氧化法为核心工艺的地埋式处理是目前我国公路服务区应用最广泛的污水处理工艺，约占总调研量的70%以上，而厌氧处理虽然工艺成熟，技术简单，但对P的处理效果差，对COD和N的处理效果也难以长期保证［9－11］，在公路服务区污水处理工艺中较少采用。此外，我国服务区常见的污水处理工艺还有A/O工艺、A2/O工艺以及土壤渗滤、人工湿地、稳定塘等土地处理工艺，其中包括生物接触氧化法在内的好氧处理、好氧－厌氧处理及土地处理均对COD、N、P有较好的处理效果，符合我国公路服务区污水水质处理的特征要求，但好氧工艺抗水量冲击能力差，投资运行成本较高，对服务区产生的经济效益和环境效益均有限;好氧－厌氧处理工艺建设成本高，需要专业技术人员进行定期维护，但由于受管理成本等条件的限制，我国大部分公路服务区还不能实现从污水处理工艺、设备选型到设施维护管理的服务区污水处理全过程控制［12］，导致服务区污水好氧－厌氧处理设施闲置率高;而土地处理工艺成熟，投资运行费用低、运营管理简单，经我国多地区多个服务区的验证，其出水水质可达《城市污水再生利用城市杂用水(GB/T18920－2002）中绿化用水标准，完全可以用于服务区洗车、绿化用水［3，13，14，15］，并且在高程合理的条件下可实现零能耗，在产生环境效益、社会效益的同时带来一定的经济效益，适用于服务区等小型分散污水处理领域。