刘国伟

（山西省交通环境保护中心站（有限公司），山西 太原 030032）

随着经济社会的快速发展，山西省高速公路的规模逐年增加，根据山西省政府印发的《山西省推进交通强国建设行动计划（2021—2022年）》，到2022年，全省高速公路通车里程将突破6 000 km。为有效控制高速公路运营站区污水超标排放对周边环境造成的污染，同时实现水资源循环利用，对其现有污水处理设施、设备进行升级改造具有十分重要的意义。

本文以山西省某高速公路运营站区污水处理工程升级改造设计为例，通过高速公路运营站区污水进出水水质特征、可生化性分析，并以工艺比选及工艺参数计算为依据，进行了高速公路运营站区污水处理系统化设计，旨在更有效改善收费站污水处理现状，促进污水的资源化利用，为今后高速公路运营站区污水处理提标改造工作提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 运营站区污水处理概况

山西省某高速公路运营站区于2005年建成，站区污水主要来自日常的生活污水以及餐饮废水，含有有机物、蛋白质、总磷、油脂等，由于该高速公路建成通车时间较早，现有污水处理设施较为简单，处理后出水无法满足现有环保要求，造成周边环境污染，因此需要对运营站区污水处理设施、设备进行提标改造。根据运营站区常住人员测算，该运营站区该次设计处理规模为10 m3/d，设计出水水质满足山西省《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019）相关指标要求。

1.2 采样与分析方法

本文高速公路运营站区为研究对象，采集的水样检测项目主要有pH、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP），站区水样的采集与保存要求按《水和废水监测分析方法（第四版）》的规定和要求执行。各水质指标分析方法详见表1。

表1 水质分析方法

1.3 评价标准

本文采用山西省地方标准《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019），各水质指标标准限值详见表2。

表2 污水综合排放标准 mg/L

1.4 数据分析

去除率（COD、BOD5、NH3-N、TP）=(进水浓度 - 出水浓度)/进水浓度×100%.

2 结果与分析

2.1 进水水质分析

高速公路运营站区常驻人员较少，主要为站区工作人员产生的生活及餐饮废水，其水质、水量具有一定的波动性。本文选择某处运营站区污水作为检测对象，于2020年7月和2020年12月分别对其进行采样并检测分析，进水指标情况如表3所示。

表3 运营站区污水进水水质指标一览表

由表3可知，高速公路运营站区的污水水质波动性较大，且进水可生物脱氮除磷较不稳定，水质组成较为简单；与冬季相比，夏季由于洗漱频次变多，用水量增大，使得站区污水水质浓度较低，因此，夏季污水水质整体较冬季好。

2.2 生物脱氮除磷效果分析

通常利用 BOD5/COD、BOD5/TN（即C/N）比值、BOD5/TP比值分别表示污水是否具有可生性和生物脱氮除磷有效性，其中，C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标，理论上C/N≥2.82就能进行生物脱氮[1]，根据设计与工程实践经验，当C/N≥3.5时能进行有效生物脱氮；BOD5/TP比值是衡量能否进行生物除磷的重要指标，一般认为该比值应大于20，比值越大，生物除磷效果越好。

从表4可以看出，高速公路运营站区污水BOD5/COD比值在0.41～0.49之间，表明污水具有可生化性，可以采用生化处理工艺；C/N比值在5.4～11.85之间，表明污水水质满足脱氮要求；BOD5/TP比在18.44～27.09之间，表明采用生物除磷法可获得一定的除磷效果，为达到污水稳定持续达标排放，还须增加化学除磷方式作为辅助。

表4 高速公路运营站区污水进水指标相关比值范围

2.3 工艺比选

通常小型污水处理采用A2O-MBBR、A2O-MBR和SBR（活性污泥法）这3种污水处理技术，每种处理技术各有侧重，在工程特点、适用范围上还是存在一定的差异。各工艺对比分析如表5所示。

表5 3种技术可行性和经济合理性比选一览表

通过表5比选，为了能够稳定达到山西省地方标准《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019），该次设计采用A2O-MBR工艺。

MBR为膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）简称，是一种将膜分离技术与生物技术结合的新型水处理技术，它是用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，具有占地面积小，产泥量少和清洗方便等特点。MBR技术通过膜的分离大大强化了泥水分离能力，使活性污泥浓度提高，其水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，废水生物处理的性能大大改善，使其在高速公路服务区的应用有良好前景[2-4]。

2.4 工艺流程及说明

该次高速公路运营站区污水处理工艺流程如图1所示。

图1 A2O-MBR污水处理工艺流程图

高速公路运营站区生活污水及餐饮废水分别经过化粪池、隔油池后，通过格栅去除水中大块漂浮物；而后进入调节池，调节池通过液位升降变化，对原水均质均量；调节池出水经过厌氧—缺氧—好氧-MBR一体化污水处理设备，通过微生物的吸附、氧化代谢等反应，实现对水中氮、磷、COD等污染物的降解去除，经过生化反应去除污染物的出水，通过次氯酸钠消毒系统进一步去除水中大肠杆菌，保证出水达到相关标准，达标出水贮存于中水池用于场区绿化等回用。

2.5 工程设计

该次高速公路运营站区污水处理工程设计范围包括：格栅井、调节池、一体化污水处理设备、消毒单元、中水回用池，主要构筑物及设计参数如下。

2.5.1 格栅井

运营站区污水中含有一定的大体积悬浮物，一旦大体积悬浮物进入后续工艺处理环节，会引发堵塞现象，为了防止堵塞，确保污水处理系统正常运行，设置格栅一道，主要用于去除杂质。该次设计格栅井采用全地下钢混凝土结构1座，设计规格为1.5 m×1.0 m×4.0 m，有效水深为0.6 m，内部采用提篮格栅，栅间距5～10 mm。

2.5.2 调节池

由于运营站区污水水质、水量波动较大，只有足够的调节停留时间，才能保障后续生化工艺段进水水质与水量稳定。该次设计调节池有效容积为9 m3，水力停留时间为21.6 h，采用全地下钢混凝土结构1座，规格为3.0 m×2.0 m×2.0 m，设潜水搅拌机1台。

2.5.3 一体化污水处理设备

一体化污水处理设备是该次设计的核心，采用全地下碳钢结构1座，规格为5.0 m×2.0 m×2.0 m，有效容积为18 m3，水力停留时间为43 h。设潜水搅拌机1台，推力 138 N，功率0.37 kW，叶桨转速 960 r/min；组合填料一套；φ215膜片式微孔曝气装置1套；MBR膜组一套，处理能力10 m3/d，采用PVDF材料，膜通量10～15 L/（m2/h）。

2.5.4 消毒单元

运营站区污水经工艺设备处理后进入中水回用池，在池内加入次氯酸钠进行消毒，消毒后出水可用于站区绿化或场地喷洒。

2.5.5 中水回用池

为了便于运营站区中水回用，该次设计考虑设置中水回用池，采用全地下钢混凝土结构1座，规格为4.0 m×3.0 m×2.0 m，有效容积为18 m3，水力停留时间为43 h。

3 系统调试及运行

3.1 系统调试

该高速公路运营站区污水处理工程于2020年10月底开始系统调试，接种污泥选用当地污水处理厂的活性污泥，接种率约30%.到2020年12月底，污水处理系统进水负荷稳定，经检测，出水各指标合格，调试工作结束，系统进入生产运行阶段。

3.2 处理效果

运营站区污水处理工程经一段时间运行后，各项出水指标均达到山西省地方标准《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019）规定的限值。2021年 1—12月实际水质监测数据见表6。

由表6可知，运营站区污水处理系统COD去除率在 88.6%～92.2%之间，BOD5去除率在 92.6%～96.4%之间，氨氮去除率在97.3%～98.8%之间，总磷去除率在94.9%～96.9%之间，同时出水稳定，表明该污水处理工艺对高速公路运营站区污水具有较好的效果。

表6 2021年1—12月污水处理效果 mg/L

4 结语

生态环境保护是我国一项基本国策，在国家和地方不断加强生态环境保护监督检查工作的形势下，高速公路沿线站区作为高速公路的重要组成部分，由于建设跨度大，现有污水处理工艺落后，缺乏相应的专业技术人员，导致核心处理设备功能丧失，污水处理设备无法正常运行，污水处理后出水水质处于超标排放状态，不满足国家现行环保要求，存在一定的环境污染风险。因此，无论是从国家和地方环保要求、行业可持续发展，还是从高速公路生态环境保护工作自身需求来看，采用合理的工程设计及处理工艺，并结合水资源循环利用基本要求，通过污水处理系统长期稳定运行，达到地方环保要求，并建立长期有效的运维管护机制是十分迫切和必要的。