高速服务区污水处理生物滤塔技术应用

文 / 山东高速股份有限公司 王转平 陈凤鸣 杨照兴 王振宁 尹星慧

山东国一中永环保技术服务有限公司 赵燚

本文剖析了高速公路服务区污水的来源及特点，并针对这一分散式污水处理场景，简单介绍了传统的技术工艺，间歇式活性污泥法、膜生物反应器法、厌氧-缺氧-好氧法，以及近年来出现的低能耗新技术、纳米陶瓷生物滤塔反应器技术与《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB/T 18920-2020中的城市绿化标准，最后对服务区污水处理做简单分析。

引言

近年来，随着我国经济的快速发展，高速公路建设十分迅速，高速公路网越织越密。截至2021年底，高速公路通车里程已达11.7万公里，已建成全球最大高速公路网。一般情况下，高速公路每间隔50km左右设一处服务区，其中包含餐厅、卫生间、加油站及休息区等，承载了旅游、休闲、服务等多种功能，业态丰富。

高速公路服务区大多地处偏远且无市政管网接入处，产生的污水通常只能排放至周边河流、农田、水塘等地，会对周围环境造成破坏，导致水质变差、农作物减产和鱼类死亡，严重影响当地老百姓的生产生活。因此，要合理引进污水处理技术设备，从而加强对污水处理，通过实现污水二次回收利用的方式，让水资源循环利用率上升，将污水回收利用再次变成资源。为满足当下的水污染防治要求，需要保证污水处理技术的稳定和可行性，特别是在高速公路服务区，其污水处理技术的稳定与否会更加重要。

高速公路服务区污水来源及特点

服务区用水情况

高速公路服务区污水主要来源为公厕污水、相关工作人员生活污水以及洗车、绿化等方面产生的污水。

通过实地调研得知，服务区日常用水情况为：冲厕用水占比约64%（基本稳定）；厨房餐饮用水占比约11%（相对稳定）；绿化用水占比约13%（浮动较大）；洗漱、饮用水占比约9%(相对稳定);其他用水占比约3%。冲厕和绿化用水最高可占总用水量的77%。

服务区污水特点

1.污水水量特点

服务区根据所处路段位置、大小、不同时段，车流量相差较大，日均污水产量也有较大差别。每日区间用水分布为：6-11时约占比14%；11-14时约占比40%；14-16时约占比16%；16-22时约占比17%；22-次日6时约占比13%。

一般而言，在节假日交通出行高峰季、饭点时段，车流量人流量明显增多，污水量随之上升，且节假日的污水量最高可达到日均产量的3至4倍；而受地区降水和季节影响，夏季污水量一般大于冬季。如果正赶上恶劣天气阻碍交通出行，车流量较少，污水产生量也就相应减少。同时，服务区如果处在偏远地区，污水量也会相对较少。可见，高速公路服务区污水水量随季节、天气、时段、位置波动比较大。

2.污水水质特点

由于服务区污水来源多有不同，因此污染物成分也是千差万别：（1）冲厕产生的污水占比最大，氨氮、悬浮物、磷浓度较高；（2）餐饮废水在高速服务区污水中占比也较大，含有有机物和动植物油；（3）管理人员生活产生的废水，一般污染物较少，也易于处理；（4）洗车、绿化、加油站废水占比较小，主要是泥沙颗粒、碳氢化合物等成分。冲厕、餐饮、加油站产生的污水污染物浓度比较高，而且会根据时间和产生源的不同发生变化，因而在一般服务区污水处理中被视为重点难点。经调研，高速服务区污水指标均值约为：COD≤350mg/L，BOD5≤200mg/L，SS≤200mg/L，总氮≤55mg/L，氨氮≤45mg/L，总磷≤5mg/L。

高速公路服务区污水处理工艺

技术工艺

污水处理的技术工艺多种多样，目前，对于高速公路服务区这一分散式污水处理场景主要采用生化处理。由于服务区污水水量波动较大，水质也相差甚远，处理工艺也会对处理效果产生各种各样的影响。

1.间歇式活性污泥法（SBR）

间歇式活性污泥法 (SBR)，又称序批式活性污泥法，是一种按照间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，这种技术既可以进水、又可以进行沉淀、出水等，是一种将众多用途集于一身的一体化设备。该方法主要优点是省略了初沉池和二沉池，间歇式活性污泥法所需要的占地面积较小，生产成本也比较地，并且能够有效地脱除水中含有的磷和氮，因为其成本低，分离效果好等优点，成为了一种理想的处理污水的手段。但是由于该方法对于科学技术的要求较高，对运营维护人员技能也有诸多要求，设备也易出现故障等特点，难以广泛推广。

2.膜生物反应器法（MBR）

膜生物反应器法（MBR）是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型工艺，可以利用膜分离设备将污水中的活性污泥和大分子有机物截留住，从而实现水质提高的目的。该方法优点是污泥余量少、能够抗击外力、运行稳定等，它的出水经消毒可直接实现污水资源化利用，同时，设备紧凑，占地少，较适用于技改。但是运维成本高，一方面是因为膜使用三年左右，基本都需要更换，另一方面是因为使用高功率的曝气设备，能耗高。且膜需要经常清洗，管理人员必须经过专业系统的培训才能胜任，这在高速公路服务区的管理中较难实现。

3.厌氧-缺氧-好氧法（A2/O）

A2/O工艺目前已经相当成熟，在我国很多大型市政污水处理厂都有广泛应用。该工艺是传统活性污泥工艺、硝化及反硝化工艺及生物除磷工艺的综合，脱氮除磷效果较好。但是A2/O工艺的基建费用和运行费用较高，对维护管理人员专业要求也高。

4.纳米陶瓷生物滤塔反应器法

纳米陶瓷生物滤塔反应器法是近年来出现的新型生化处理技术。污水被循环喷洒到反应器顶端进行接触式反应然后随重力流入下方循环池中，以实现污染物的去除。如图1所示，纳米陶瓷载体对折垂挂于系统中，形成“鳃”状结构，它可以为微生物提供适宜的生长环境，微生物在载体上生长并且繁殖，慢慢发展形成生物膜，生物膜厚度随这时间的增长不断增加。微生物从生物膜与水接触的地方可以不断地从中获取营养物质，从而继续生长。其利用微生物新陈代谢过程发热这一特点，产生的温差实现反应器内部的空气自然流动，因此设备无需使用高能耗的曝气机，大大降低污水处理运营成本。同时，在空气流动过程中，氧气自然消耗，在纵向维度自然产生好氧和厌氧区间，实现有机物、氮、磷的去除。

图1 纳米陶瓷生物滤塔反应器原理图

图2 纳米陶瓷生物滤塔反应器法工艺流程图

由于特殊的设计，纳米陶瓷生物滤塔反应器法能耗很低，污泥产量少，从而后期维护费用减少，而且对于维护人员的要求低。因此纳米陶瓷生物滤塔反应器法是一种较为理想的适用于高速公路服务区分散式污水处理的新型技术。

纳米陶瓷生物滤塔反应器法的应用

工艺流程

纳米陶瓷生物滤塔反应器法工艺流程如图2所示，污水经污水管道收集后从污水井流入格栅、隔油池，经过提升泵(液位开关自动控制)进入调节池，进行水量、水质调节，然后从调节池内设置的溢流槽溢流至循环池，循环池内设置循环提升泵，将污水提升至纳米陶瓷生物滤塔内进行处理，经过处理的水溢流至沉淀区进行泥水分离，上层清水收集后经过提升泵进入过滤区，经过滤后的水再进行消毒处理后流入回用水池，作为绿化水源。

出水水质

出水水质可达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB/T 18920-2020中的城市绿化标准，主要出水指标：BOD为8.6 mg/L，氨氮为3.4 mg/L，溶解性总固体为430 mg/L，浊度3.255（NTU），色度4（铂钴色度），pH值6.32。

能耗

调节池内的提升泵功率为0.25kW，由液位开关控制，按每日工作8小时计算；循环池内的泵功率为0.25kW，24小时工作；次氯酸钠计量泵0.37kW，每日加药时间按1小时计，则日耗电量为8.37kW·h，从而每吨水的能耗为0.837kW·h。

结语

综上，适用于高速公路服务区的分散式污水处理技术都较为成熟，而纳米陶瓷生物滤塔反应器技术由于独特的设计，整套工艺系统无需使用能耗较高的机械曝气设备，因此在后期运行维护、耗电量方面有着明显的优势，为服务区污水处理提供了一种新的选择。