某高速公路服务区污水处理站工程设计文献综述

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1. 文献综述（或调研报告）：

高速公路服务区污水处理现状与分析

摘要：中国在高速公路建设领域取得了重大成就，其总里程已位居世界第一。高速公路服务区常远离城市中心，其产生的各类污水不能纳入城市污水管网系统。污水处理站是高速公路服务区重要的基础设施，影响着高速公路的可持续发展，故其设计、运行始终是人们关注的热点问题。本文综合众多学者的调查研究成果，梳理有关高速公路服务区污水处理的现状，并就现状问题进行分析总结。

关键词：高速公路 服务区 污水处理 现状分析

1. 高速公路服务区污水排放特点及处理工艺
   1. 高速公路服务区污水排放特点

高速公路服务区污水排放点多，污水集中收集处理难度大。服务区污水主要以服务区常住工作人员和过往旅客产生的污水为主，洗车及加油站清洗所排放的污水量相对较小。餐厅、公共厕所、宾馆产生的污水排放量多一些^[1]，各建筑物比较分散，污水收集管道长，污水集中收集处理难度大。

污水处理设施规模小，污水量波动大、不均匀。一般情况下污水单体处理系统的每天处理量在50~250 m³。由于天气、季节、时段以及其它一些特殊状况等因素会造成车辆来往随机性很大，一般在夏季及节假日时污水量较大，冬季时污水量较小，进而导致污水量具有较大的波动性^[2]；每季、每月甚至每天可能都不同，污水量的变化系数较大，在交通高峰时段产生的污水量明显高于其它时段，水力冲击负荷和污染物冲击负荷都很大。

污水中氮、磷浓度高，碳氮比低。高速公路服务区污水主要以餐饮废水和公共厕所粪便污水为主，约占总污水量的85%以上^[3]，污水中含有较高浓度氨、氮和磷等污染物^[4]，碳氮比低。设计时需选用高效可靠的工艺进行脱氮除磷；同时停车区、汽修间及加油站排出的污水中含油脂类污染物。梁丽萍^[5]等对江苏省高速公路服务区污水处理现状调研得到水质如表1所示；荷叶山服务区污水处理设施进出水水质如表2所示。

表 1江苏省高速公路服务区污水水质参考数值^[5] 单位：mg/L

项目	COD	BOD5	TP	TN	动植物油
检测范围	324~621	171~315	5.5~15.5	77~274	40~97
平均值	514	269	12.6	162	65

表 2江苏省荷叶山服务区污水水质参考数值 单位：mg/L

采样点	COD	TP	氨氮	SS	pH
北区进水	502	11.53	136.4	224	7.42
南区进水	466	10.62	124.6	256	7.45
北区出水	140	1.08	7.8	82	7.47
出水汇聚点	117	6.02	63.9	38	7.34

• 1. 常用污水处理技术

高速公路服务区污水的处理工艺可分为：好氧处理、厌氧处理、好氧-厌氧联合处理和生态处理^[6]，如表3所示。

好氧处理包括传统的活性污泥法、SBR法、MBR法、MBBR法以及生物接触氧化等。

厌氧处理包括埋地式一体化反应器、净化沼气池等。好氧/厌氧联合处理包括A/O工艺、A²/0工艺、厌氧水解-ICEAS（周期循环延时曝气系统）、A/O-人工湿地组合等。

生态处理包括生态土壤处理、地下渗滤、人工渗滤、人工湿地、稳定塘等^[7]。

表 3污水处理工艺特征

	好氧处理	厌氧处理	好氧/厌氧处理	生态处理
技术成熟度	工艺成熟，应用广泛	工艺成熟，运行简单	工艺成熟	工艺成熟，应用广泛
稳定性	较好	处理效果难以长期保证	较好	较好
处理效果	COD、N、P去除效果较好，抗水量冲击能力差	COD、N去除效果较好，P去除效果较差	COD、N、P去除效果均较好	COD、N、P去除效果均较好
建设成本	较高	较高	较高	较低
运行成本	较高	较低	较低	较低
可操作性	对自控要求较高，难以维修	易管理，需定期维护	自动化程度高，需专业人员维护	运行管理简单

高速公路服务区污水生物处理以接触氧化法、SBR和MBR等主流工艺为主，生态处理主要采用人工湿地技术^[8]。

• • 1. 生物接触氧化法

生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法之间的生物处理技术。该技术的实质是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢作用下，污水中有机物得到去除，污水得到净化^[9]。是目前高速公路服务区污水处理采用最多的一种方法^[10]。

生物接触氧化法之所以能得到广泛应用，主要具有以下优点：水力停留时间短、体积负荷高、抗冲击能力强、剩余污泥产量少、不易污泥膨胀、运行管理方便、可定型化规模生产。

不过经过十几年的运行结果表明，该工艺也存在以下明显的缺陷：不能有效适应污水水源的变化，虽然设置调节池减缓水力负荷的冲击，但收效并不明显；二沉池沉淀效果不好，污泥易上浮；生物填料的使用时限为5~10年，需要定期的更换，出水水质较容易受到水量变化和运行管理因素的影响^[11]。

• • 1. 膜生物反应器

将膜的高效分离能力与传统的活性污泥法降解能力集于一体就是膜生物反应器(MBR)处理工艺。随着制膜工艺的成熟和膜成本的降低，MBR在污水处理中得到越来越广泛的应用^[12]。

膜生物反应器以膜分离过程取代重力沉降过程，不论固体颗粒的沉降性能如何，均可完成固液分离过程。MBR膜可截留了反应池中的微生物，使降解污水的生化反应进行的更迅速彻底，同时由于膜的高过滤精度，又保证了出水透彻，出水水质质量高 ^[13]。其水力停留时间与污泥停留时间相互独立，污泥浓度得到提高，F/M 比值的降低就会减少了剩余污泥的产量，甚至可达到零污泥排放。

当污水中COD、BOD的含量为1000 mg/L以上时，出水BOD、COD的含量仅为10 mg/L左右，可以达到回用水的标准^[14]。张艳^[15]对江苏省高速公路某服务区进行水质检测，发现经过MBR为核心工艺处理过的污水，可满足《公路服务区生活污水再生利用》中的水质要求，出水可用于洗车、冲厕和绿化等。高速公路服务区使用MBR为核心的污水回用技术，有显著的环境效益和社会效益, 同时还可产生一定的经济效益^[16]。

此工艺还可通过同时硝化/反硝化作用进行除氮，污泥保留时间相当长，从而完全保留体系中缓慢生长的硝化细菌。使用膜生物反应器进行污水处理不仅可以节约水资源，还可以节省设备、减少占地、避免二次污染。

有研究表明，MBR对COD的去除效果较好，出水水质也较好，并能耐进水负荷的冲击。对氨氮的去除效果与时间有一定的关系，运行时间长可得到较好的去除率。系统稳定后，氨氮的去除率可达到80%以上，并且还可继续上升。抗进水负荷能力也很好。对COD、氨氮、TP的去除效果受温度的影响较小，受污泥负荷的影响较大。

• • 1. SBR工艺

SBR工艺是一种将初沉、反应和二沉各工序放在同一反应器中交替进行的间歇性活性污泥法工艺。它最根本的特点是处理工序是间歇的、周期性的，污水按批次地顺序经过进水、曝气、沉淀、排水、闲置，然后又周而复始^[17]。污染物的降解主要发生在进水期和反应期,适合于小水量、分散污染源的治理。

SBR工艺中省略了初沉、二沉池，节约了空间。污染物随时间顺序经历好氧、厌氧(缺氧)阶段，可强化脱氮除磷反应。由于间歇运行，对水质、水量有较强的抗冲击负荷能力。

SBR工艺具有以下特点：系统运行管理易实现自动化，操作简单、灵活；占地少；理想静沉，水分离效果好；污泥活性高，可抑制污泥膨胀；耐冲击负荷；运行费用较低；可脱氮除磷,出水水质好^[18]。SBR 工艺的缺点是：自控要求高,对操作管理人员专业水平要求高,日常维护需专业的技术人员操作等^[19]。

• • 1. 人工湿地处理技术

人工湿地是模拟并强化自然湿地的人工生态系统，它是一种由人工建造和监督控制的类似沼泽的地面。它利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化^[20]。

某服务区采用潜流人工湿地系统，建立了人工湿地污水处理系统对其污水进行处理。污水首先经由化粪池或隔油池做初步处理，然后通过格栅井，去除掉大颗粒的无机物后，进入调节沉淀池调节水量和沉淀颗粒污染物，随后流入潜流人工湿地。潜流人工湿地是污水处理系统的主净化单元，采用模块化设计，运行管理方便。湿地铺设采用高效复合材料作为填料，材料孔隙率高，微生物容易附着和繁育，可对高污染物进行有效处理。污水在湿地内靠重力自流，期间与填料及湿地内微生物充分接触，完成水质的净化。最后汇入集水井，经输送管进入回用管网。

在系统运行稳定后，生态系统逐步完善。运行一个月后，湿地微生物和水生腐殖动物大量繁殖，污水处理效果极佳。对出水水质进行多次跟踪监测，结果表明，水质达到城市绿化用水标准^[21]。

根据目前各种工艺特点以及污水特性，对各种工艺的特点及适用性进行分析，总结如表4所示。

表 4高速公路附属设施污水处理工艺的适用性分析

工艺类型	接触氧化	SBR	MBR	人工湿地
设备投资	中	较高	高	低
维护要求	低	中	高	低
运行费用	较高	中	高	低
占地面积	较大	小	较小	大
抗冲击能力	一般	好	好	差
低温适应能力	一般	较好	好	差
适用区域	管理区	管理区 服务区	管理区 服务区	管理区

1. 污水处理现状问题
   1. 设计参数与污水特性不匹配

当前服务区污水处理大都采用一体化地埋式装置，多为面向居民小区、部队医院的成套产品，其设计处理规模、进水水质一般参考典型生活污水的经验参数。各地服务区污水设计处理能力介于50~300 m³/d，多数集中在100~200 m³/d。调查发现，服务区污水实际产量要低于设计处理量，仅为设计值的20~40%^[5]，存在能力过剩现象，运转过程中带来了电耗及维护费用的增加。同时，设计参数与污水特性的不匹配也造成了池体有效容积过大，使得污水实际停留时间（HRT）和污泥龄()过长，易出现水质恶化，污泥上浮现象。尽管进水水质偏高于典型生活污水，一定程度上弥补了低水量造成的有机负荷不足，但间歇性高浓度污水会对微生物处理系统产生较大的有机负荷冲击。

• 1. 处理设施故障率高

由于管养不善或运行年限超期，电控柜、风机、提升泵等设备故障较多，更换维修频繁; 填料脱落、曝气头损坏等现象较为常见。部分格栅、隔油池、化粪池等预处理设施未能及时清理，以致发生堵塞壅水。

• 1. 工艺缺乏脱氮除磷功能

服务区污水处理装置多以缺氧—好氧工艺为主，但普遍未设置硝化液循环和污泥回流环节，微生物脱氮除磷功能受到限制，甚至出现因有机物氨化导致出水氨氮浓度高于进水的现象。检测结果表明，服务区出水氨氮、总磷平均浓度为65.2 mg/L和2.3 mg/L，分别为《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）一级标准限值的4.3倍和4.6倍^[5]。

• 1. 抗负荷冲击能力低

污水生化降解需要对微生物提供源源不断的能量和物质以维持其生存条件，尽管短时间内生物膜具有一定的抗负荷冲击能力，但当进水速率长期不稳定时，仍会造成微生物大量死亡和生物膜脱落。调节池、提升泵和液位控制器组成的联合调节系统，是控制装置进水速率和处理负荷的决定因素。

污水经调节池潜污泵一次提升后，以重力流形式排向后续处理单元，提升泵的启动/关闭通过液位浮球开关控制。由于设计处理量高于污水实际产生量，更兼市场上难以采购小流量污水泵，工程上多采用额定流量为10~15 m³ /h 的污水提升泵，运行方式为间歇运行。因进水量低、调节池体积过大等原因，池内液位长期不能达到水泵开启条件，污水在调节池内长期积累以致恶化发臭；当达到启泵液位高度时，由于水泵额定流量偏高，又导致大量高浓度污水短时间内排入生化处理单元。基于以上原因，调节池未能发挥对污水均质均量的作用， 反而使生化处理单元的水力负荷和有机负荷更不均匀；同时曝气风机多与提升泵联动运行， 曝气时间不足又导致好氧池内溶解氧浓度偏低。现场调查发现，调节池提升泵运行时间间隔多在24 h以上^[5]。

• 1. 维护管养力度不足

调查中发现多数服务区安装的污水处理设备由水电工进行日常监管^[22]，维护管理力度参差不齐。受地理位置、人员配备、维护经费等因素限制，装置检修、栅渣清运、设备零部件更换等工作存在一定困难，兼职水电工缺乏调试维护的常识技能，导致部分污水处理装置长期处于停用或非正常运行状态。

• 1. 隔油措施和广场地面径流收集系统不完善

服务区经营过程中，厨房排出大量的油污水，汽修车间和广场地面油污及橡胶粉末等污染物，随着雨水的冲刷，直排或进入污水处理系统影响处理效率，同时将对周边环境造成污染。

• 1. 早期污水处理设施无法满足新的环保要求

早期开通的高速公路服务区执行较低的排放标准，有的只设计了化粪池，经过长时间运营出现了设备老化的情况，致使出水水质不达标，对周围环境造成污染。随着公众环保意识的提高以及政府更加重视环保，排放标准也日趋严格，部分服务区的设施已无法满足要求^[23]。

• 1. 综合利用率不高

《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）的第二条第七款中“促进再生水利用”明确提出推进高速公路服务区污水处理和利用^[24]。由于服务区均远离城区，不能与城市自来水管网实现对接，用水大多为地下水，部分山区服务区用水更为困难，因此水资源的循环利用非常重要。服务区中水回用情况并不理想，循环利用水平总体较低，虽然部分服务区在改造中均增设了回用系统，但实际利用的很少；大多数回用系统由于处理效果不稳定、成本等因素未能真正投入使用。

综上所述，设计进水指标偏离实际，以及工艺参数无法满足水处理微生物脱氮除磷和正常生长的稳定环境，是当前服务区污水处理设施的主要技术问题。

1. 结论

1）根据高速公路服务区污水排放特点，应在不同尺度的时间序列上对服务区污水水质水量进行综合调研，并与过往车辆数量和流动人员数量进行关联性分析，以便确定最佳设计参数。

2）高速公路服务区污水处理技术类研究主要关注单种工艺选择和运行条件研究，应加强工艺组合优化、强化脱氮除磷、抗冲击负荷方面的研究。

3）高速公路服务区污水处理工艺优化方面应重点关注强化脱氮除磷和抗冲击负荷等方面的研究，并考虑污水资源化利用。

4）应加强高速公路服务区污水设备的日常管理，做好日常维护保养工作。

参考文献

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1. 方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：
2. 预处理工艺

预处理采用常规处理设施，包括隔油井、格栅和调节池。

1. 核心工艺比选

接触氧化法：以A/O工艺为主，其核心工艺为接触氧化，是高速公路服务区污水处理应用最广泛的工艺。其优点是：水力停留时间短、体积负荷高、抗冲击能力强、剩余污泥产量少、不易污泥膨胀、运行管理方便、可定型化规模生产。缺点：不能有效适应污水水源的变化；需定期更换生物填料，费用大，操作繁琐；受污水量变化和运行管理因素影响较大，污水处理效率和处理效果不能得到长期保证。

MBR工艺：它是一种集传统的活性污泥法和膜分离技术为一体，以膜生物反应器为核心，由膜分离和生物处理相结合的新型、高效的污水处理技术。其优点是：出水水质好，经消毒处理可直接实现污水的回收再利用；具备优良的硝化和反硝化脱氮功能和除磷的能力；具备一定的在较低温度条件下运行的能力；占地面积小，污泥产量低，耐冲击负荷。缺点：系统造价高，运行费用高；污水中大分子物质、胶体和悬浮物会在膜表面沉积或深入膜孔内，造成不可逆的膜污染。

UCT工艺：UCT工艺与A²/O工艺十分类似，但有两处不同。回流活性污泥被循环至缺氧区，内循环是从缺氧区回流至厌氧区。其优点是：运行费用低，无污泥膨胀之虞；脱氮除磷效果好；缺点：构筑物多，流程较复杂等。

虽然接触氧化法是高速公路服务区污水处理站应用最广泛的工艺，但就实际运行情况而言，仍存在着很多问题。尽管MBR工艺处理水质好，但系统造价太高，运行费用也很高，膜污染现象的发生更是增加了服务区额外费用支出，从经济角度来看，不推荐使用MBR工艺。UCT工艺脱氮除磷效率很好，这很适用于处理含高浓度氮、磷污染物的污水，尽管构筑物较多，基建费用高，但其运行费用低，而且不会发生污泥膨胀现象。综上所述，选择UCT工艺。

1. 工艺流程

工艺操作与运转说明：

1）格栅：与调节池合建，采用机械格栅，拦截大块污染物。

2）调节池：调节污水量，减缓污水冲击负荷。

3）UCT生化池：由厌氧池、缺氧池及好氧池构成，回流活性污泥被循环至缺氧区，内循环是从缺氧区回流至厌氧区。厌氧池内进行磷的释放，缺氧池反硝化细菌进行反硝化脱氮，好氧池内进行有机物的降解和硝化作用。好氧池的末端设有硝化液回流泵，回流硝化液至缺氧池。

4）沉淀池：进行泥水分离。

5）紫外消毒池：对出水进行消毒处理，以达到中水回用标准。

6）污泥处置：污泥量较少，在完成脱水后，集中处理。

4. 主要设计计算任务

1）确定污水处理工艺流程及主要设计参数。

2）计算污水处理构筑物的尺寸。

3）相关水处理设备的选型，进行投资概算。

4）污泥处理设计。

5）对主体构筑物进行施工图绘制。

1. 文献综述（或调研报告）：

高速公路服务区污水处理现状与分析

摘要：中国在高速公路建设领域取得了重大成就，其总里程已位居世界第一。高速公路服务区常远离城市中心，其产生的各类污水不能纳入城市污水管网系统。污水处理站是高速公路服务区重要的基础设施，影响着高速公路的可持续发展，故其设计、运行始终是人们关注的热点问题。本文综合众多学者的调查研究成果，梳理有关高速公路服务区污水处理的现状，并就现状问题进行分析总结。

关键词：高速公路 服务区 污水处理 现状分析

1. 高速公路服务区污水排放特点及处理工艺
   1. 高速公路服务区污水排放特点

高速公路服务区污水排放点多，污水集中收集处理难度大。服务区污水主要以服务区常住工作人员和过往旅客产生的污水为主，洗车及加油站清洗所排放的污水量相对较小。餐厅、公共厕所、宾馆产生的污水排放量多一些^[1]，各建筑物比较分散，污水收集管道长，污水集中收集处理难度大。

污水处理设施规模小，污水量波动大、不均匀。一般情况下污水单体处理系统的每天处理量在50~250 m³。由于天气、季节、时段以及其它一些特殊状况等因素会造成车辆来往随机性很大，一般在夏季及节假日时污水量较大，冬季时污水量较小，进而导致污水量具有较大的波动性^[2]；每季、每月甚至每天可能都不同，污水量的变化系数较大，在交通高峰时段产生的污水量明显高于其它时段，水力冲击负荷和污染物冲击负荷都很大。

污水中氮、磷浓度高，碳氮比低。高速公路服务区污水主要以餐饮废水和公共厕所粪便污水为主，约占总污水量的85%以上^[3]，污水中含有较高浓度氨、氮和磷等污染物^[4]，碳氮比低。设计时需选用高效可靠的工艺进行脱氮除磷；同时停车区、汽修间及加油站排出的污水中含油脂类污染物。梁丽萍^[5]等对江苏省高速公路服务区污水处理现状调研得到水质如表1所示；荷叶山服务区污水处理设施进出水水质如表2所示。

表 1江苏省高速公路服务区污水水质参考数值^[5] 单位：mg/L

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