云南高速公路服务区智能化污水处理技术及应用

摘要：本文在分析云南高速公路服务区污废水特点基础上，针对性地采用生物接触氧化与MBR膜技术组合工艺，辅助以紫外线消毒工艺使得处理后的尾水得以回用于绿化区域灌溉。技术工程实践运行监测结果表明采用的工艺组合对污染物处理效率均达到了95%以上，处理后的尾水满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921－2019）中观赏性景观环境用水—水景类标准。同时，该技术基于无线网的远程控制，通过对运行期间的水质、水量及电耗的实时监控，在发生环境事件时，系统可以实时提供现场情况、应急方案，并辅助环境决策。关键词：高速服务区；污水处理；生物接触氧化；MBR膜技术；远程监控0引言近年来，依靠于我国城镇化的发展，物流、通行、旅游等人民基础需求的提升，我国的高速公路建设发展迅速，总里程超过14.26万公里，居世界第一。2019年底，云南省高速公路通车总里程已达6000公里，全省服务区、停车区、加水站等共计约385个。2015年4月，国务院印发《水污染防治行动计划》（简称为“水十条”），第七条提出“推进高速公路服务区污水处理和利用”，这是我国第一次在国家法规层面对高速公路服务区污水处理做出规定，而且对服务区污水处理提出了更高要求，不仅要处理达标，而且要进行利用。服务区污水从经过处理达标后排放转变为处理达标后进行利用，将是今后的发展趋势和方向。国内有些省份的高速公路服务区污水处理及回用走在了前列，如重庆高速服务区、湖北高速服务区、江西高速服务区等采用不同污水处理系统，且运行稳定，效果良好。云南高速公路服务区污水回用还处于探索起步阶段，在运维管理上还有许多探索的空间。为此，本文在分析云南高速公路服务区污废水特点的基础上，探索智能化污水处理一体化技术工艺在服务区污废水处理及其示范效果，为实现服务区污水达标后排放，同时为具有自动化和高效智慧、能实现安全稳定处理服务点污水且低运维成本的公路污水示范点项目奠定基础。1

云南高速公路服务区污废水特点经前期调查发现云南高速公路服务区污废水具有以下几个特点：（1）高速公路服务区的污水污染物负荷特征因子主要由BOD、COD、动植物油、SS和石油组成，服务区的污水排放点较多，收集困难，用来收集、输送污水的管道较长。（2）污水排量不稳定，在城市出行高峰期的时候容易带来过大的污水负载，当总排污量远远高于负载负荷的时候，容易产生污水处置效率过低的情况。（3）高速公路服务区存在自来水供应管网布设困难的情况，建立一个有效的中水循环利用系统对于简化管网设计，降低水资源的消耗和减少水污染排放总负荷都能起到积极作用。（4）高速公路服务区的污水处理点，缺乏必要的实时监管及处置机制，其设施运维模式通常在问题产生、问题发现和问题处理的每个步骤中产生明显的滞后，对附近山地湖泊、水库等敏感地带具有潜在风险。2

高速公路服务区厕所及污水处理一体化工程2.1

工程目标本次高速公路服务区厕所及污水处理一体化工程主要采用了生物接触氧化与膜技术组合工艺，辅助以紫外线消毒工艺使得处理后的尾水得以100%回用于绿化区域的灌溉，其出水标准满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921－2019）中观赏性景观环境用水—水景类标准。设备前段采取接触氧化工艺，抗污染负荷效果较好，降低污水中悬浮物和有机物浓度，生物接触氧化投资小、运行费用低、自动化程度高；经生化处理后的污水污染负荷较低，后续采用膜反应技术，进一步消减污水中的有机物及悬浮物浓度，保证出水水质；最后杀菌采用紫外线进行处理，可以最大限度减少因操作造成的出水水质余氯超标对绿化回用对植被的影响。配置自动化远程控制系统，实现手机APP或电脑的随时监控管理，该远程中控系统不仅可以监控水池液位、曝气管压力等指标，还可以远程控制风机转速，控制提升泵的启停和故障状态，为平常的运行维护提供便利。2.2

处理工艺整个污水处理的工艺流程主要由以下几个部分组成（见图1）。图1污水处理工艺示意图Fig.1Schematicdiagramofsewagetreatmentprocess（1）前期处理设施隔油池：用于去除菜叶、淀粉块等大颗粒悬浮物，防止后期管道淤塞；同时去除浮油，降低后续污水处理设施的负担。化粪池：初步收集公厕废水，静置分层固体/液体废物，同时给粪便等有机固体垃圾充足的时间通过厌氧消化水解，达到有效的初级处理效果。本次选用2.6m3（1.8m×1.2m×1.2m）的玻璃钢化粪池，该化粪池由三个小池组成，三个池的主要功能依次分为截留沉淀与发酵池、再次发酵池和贮粪池。其设备特点有抗压强度高、占地面积小、安装方便、密封效果好并且耐久性好。本产品采用的是高分子复合材料，该材料抗氧化性、抗酸碱、抗老化、抗变形、耐腐蚀性都很强，在正常使用的情况下其寿命和建筑物相当。（2）中期处理设施作为重要的污水中期处理设备，中期处理设施采用地埋式一体化污水处理设备，共包括了三个主要部分：调节池、A/O反应池和二级沉淀池。一体化污水处理设备将厌氧池、好氧池、二次沉淀池、污泥池集于一体，便于缩小整体设备占地面积。一体化污水处理工艺适用于经济条件较好、区域较小、用地较为紧张，同时对污水排放要求高的地区。一体化污水处理设备受气候因素影响较小，适用于云南省九湖流域地区及经济发达，已建水冲厕和化粪池，收集系统为雨污分流制，进水浓度高，污水量稳定的区域。调节池：调节水量，再一次沉淀污水并均化出水水质，由于下一步处理工艺采用了好氧/厌氧反应工艺，调节池同时起到了缓冲有机物负荷的作用，防止生物处理系统在意外情况下产生急剧变化。A/O反应池：通过微生物的缺氧富氧反应去除污水中的氨氮和有机物。缺氧段靠兼氧微生物将污水中难溶解有机物转化为可溶解性有机物，将大分子有机物水解成小分子有机物，同时通过回流的硝态氮在硝化菌的作用下，可进行部分硝化和反硝化，去除氨氮。富氧段通过去除污水中的各种有机物质，使污水中的有机物含量大幅度降低，并通过硝化菌的作用，在氧量充足的条件下降解污水中的氨氮，同时也使污水中的COD值降低到更低的水平，使污水得以净化。二级沉淀池：通过重力作用将悬浮物和液体分层，起到絮凝沉淀作用，方便分离具有生物活性的污泥，提高过滤效果，延长膜系统的使用寿命并减少运营成本。（3）末端处理设备外置式MBR膜生物反应器通过将生化池内的污泥-水混合液直接打入膜管内，在压力的驱动下进行固液分离，透过膜的清水进入产水箱或直接排放，而浓液再次回到生化池继续参与生化反应。与传统MBR相比，省去了出水抽吸泵与间歇出水的控制单元，结构紧凑、占地面积小，易于实现自动化控制。外置式MBR的膜组件安装在固液分离区的侧面，易于安装、拆卸，便于膜组件的维护和清洗。由于本次中水回用后主要应用于服务区内绿化灌溉，根据相关标准，为了避免含氯药剂消毒在操作过程中造成的出水影响绿化回用对植被的影响，在处理末端加入紫外线消毒器，使用ZXB紫外线破坏及改变微生物的DNA结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，以达到杀菌的目的。紫外线消毒器属于纯物理消毒方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点，随着各种新型设计的紫外线灯管的推出，紫外线杀菌的应用范围也不断在扩大。2.3

技术运维及投资控制

在管理维护上采样PLC电控系统自动控制运行，系统可靠性高。可以用手机APP或电脑随时监控管理，非重大问题不必去现场就可以处理。此远程管理系统能做到远程监控集水井液位高低、曝气管的压力、中间水池的液位、回用水箱的液位等，同时在故障排障方面，远程端可以控制风机的转速、可以控制提升泵的启停状态以及设置设备运行时间。一体化污水处理设施遵照“因地制宜，统一设计，分步实施，分散布置”的原则，合理确定规模，进行模块化设计，采用一体化集成设备，地面布置，系统采用溶解氧在线监测与风机变频控制实现污水处理最佳供氧的状态控制，从而实现在保证污水稳定达标的前提下的最低能耗。方便于今后根据处理规模需要进行扩容，直接购买增量模块即可升级，现有设施可以继续利用而无需另外购买全套全新设备，从而节约投资。3

技术工程示范效果及其技术优势技术示范工程的处理效果如表1所示，检测分析表明该示范点采用的工艺搭配其污染物处理效率均达到了95%以上。本污水处理站的排水将回用于服务站内景观灌溉，其验收标准建立在满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921－2019）中观赏性景观环境用水—水景类标准。同时该工艺系统自动控制，处理环节比较简捷，运行成本较低，在处理效果上脱氮效果显著，同步或单独强化除磷。中水处理工艺采用“MBR处理+紫外线消毒”，这种中水处理不会增加水中含盐量，没有氯残留，特别适合绿化和洗车。对其他高速公路服务区污废水技术文献分析发现，高速公路采用一体化处理设施，氨氮、悬浮物达标率可达75%以上，对于NH3-N的削减，MBR反应器削减率平均值为75.8%，刚开始的NH3-N的去除率较低，在第16天后基本稳定在80%以上；对于TP的削减率平均值为75.8%。但对于本技术工艺组合而言，该工艺组合更紧凑，设备占地更少。出水水质相对稳定，水质优异。生物膜的使用促进了污泥与水的高效分离，分离效果远好于传统沉淀池，处理后出水极其清澈。膜生物反应技术能够对有机废水进行有效清理，实现对其中的悬浮物的深度分离，改善出水水质，缩减污泥体积，确保大分子的高效降解，强化污水处理效果。无需专门配置污泥处理系统。膜生物反应处理技术的污泥产量极低，无需专门的污泥处理系统，与传统工艺相比，既可以减少污泥的处理费用，又可以减少因污泥处理导致的占地问题。

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结论与建议

本次高速公路服务区污水处理设施的实践，在新工艺叠加的技术之下达到了预期的效果，完成了初期的目标，运用可扩展、可强化的技术