服务区污水处理方法

目前，高速公路服务区采用的污水处理技术主要有化粪池处理、生物处理和生态处理等。由于化粪池属于一级处理方式，其出水水质较差，现在单独应用于新建服务区已不多见。而具有耐冲击负荷、处理效率高的二级处理技术逐渐成为主流，其中生物处理法以接触氧化、SBR和MBR等工艺为主，生态处理法常用的是人工湿地和土壤渗滤技术，各处理工艺技术的关系如图5-3所示。

图5-3　服务区污水处理主要工艺技术

（一）生物处理技术

1. 接触氧化工艺

接触氧化工艺属于生物膜法的一种，是在生物反应池内装充填料，在曝气的条件下，污水以一定的流速流经填料。污水与填料上的生物膜充分接触，在微生物新陈代谢的作用下，污水中的污染物得以去除，水质得到净化。接触氧化设施主要由生物反应池、填料、供气装置、布水集水装置及排泥等部分组成。填料是生物膜的载体，是接触氧化工艺的关键部分，直接影响处理效果，目前采用的主要是纤维状填料。

多年来服务区污水处理普遍使用的地埋式一体化污水处理设施就是采用的接触氧化工艺。其他常见工艺如A／O法、A2／O法，其实质也是设置了厌氧／好氧条件的接触氧化工艺，而非传统活性污泥法中的A／O工艺。

接触氧化工艺具有设施成本较低，抗冲击能力强，处理效果稳定，污泥产量低等优点，但是其生物填料需定期更换，费用较高，操作烦琐，维护复杂，运行管理要求高。

2. SBR工艺

SBR （Sequencing Batch Reactor） 工艺属于一种活性污泥法，其利用微生物在反应器中按照一定的时间顺序间歇操作。SBR集进水、缺氧、好氧、沉淀、出水功能于一池，采用按时间有序运行的工艺过程。反应池在一定时间间隔内充满水，然后曝气进行生物降解，处理后的混合液沉淀一段时间后，从池中排出上清液，沉淀的生物污泥留在池内，用于再次与进水混合处理，这样依次反复运行，构成了序批式的处理工艺。用于滗除上清液的滗水器是SBR工艺最为关键的机械装置之一，其设计选型对处理效果起着决定性作用。

SBR工艺占地小、造价低，系统间歇运行可以降低运行成本，特别是能够进行脱氮除磷，出水优于活性污泥法。但由于需配置自动控制系统，设备易出现故障，对管理人员的技术能力要求较高。近年来，SBR又出现了一些改进型工艺，如ICEAS、CAST、DAT-IAT、UNITANK、MSBR等。

3. MBR工艺

MBR（Membrane Bio-Reactor）工艺，即膜生物反应器。MBR是现代分离技术与生物技术有机结合的一种新型污水处理技术，其集传统的活性污泥法降解能力与膜的高效分离能力于一体，利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有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度大大提高，实现水力停留时间和污泥停留时间分别控制，将难降解的大分子有机物截留在反应池中不断反应、降解。膜生物反应器主要包括膜组件、集水系统、出水系统、曝气系统和计量装置等。膜组件是MBR工艺的核心部件，其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，均可实现固液分离，并且可以避免因生物体流失而造成的系统失效。MBR工艺的容积负荷高，占地面积很小，污泥产量很低，在低温时亦能维持高处理能力。出水消毒后能达到回用水标准，可用于冲厕、洗车、绿化、消防等。MBR已成为技术日趋成熟、应用日益广泛的新型污水处理工艺，但因其采用膜组件，系统造价与维护运行费用相对较高，目前主要适于占地受限、出水水质要求高、资金条件好的场合。

从污水处理工艺的情况来看，高速公路服务区污水处理工艺主要有地埋式一体生化处理设备、SBR法、膜生物反应器、生态渗滤深度处理、人工湿地、土壤渗滤等。

（二）生态处理技术

1. 人工湿地法

由上节可知，人工湿地是利用“土壤—植物—微生物”复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物同化分解和植物吸收等途径，来去除污水中的悬浮物、有机物、氮和磷等，同时，通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现污水的资源化与无害化。根据水流类型，人工湿地可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。人工湿地处理系统一般由1～3级人工湿地组成，内填不同粒径、级配的填料（碎石、砂、土以及特殊除磷填料等），并栽种耐水、多年生及根茎发达的水生植物，如芦苇、美人蕉、香蒲、风车草、灯心草等。此外，在湿地内通过蚯蚓等生物作用，可提高稳定处理效果。

相比较而言，人工湿地的最大特点是景观效果好，故可以利用服务区规划的绿化用地修建，此外还具有系统运行费用低，无须专人看管，维护简易的优点，在保证一定的有机负荷下，出水可以达到回用水标准。但是，人工湿地的缺点也较为突出，且难以克服：存在植物的枯死衰退、杂草丛生和根系扩展较浅等问题；易造成基质淤积堵塞，影响处理效果，故需要人工定期养护；占地面积较大，一般说来人工湿地的处理负荷越低，占地面积就越大。因此，在服务区应用人工湿地技术，宜综合考虑服务区场地条件和景观要求，并根据当地气候慎重选择植物品种，最好保留并恢复原污水处理设作预处理单元。目前，人工湿地的基质易堵塞和北方地区冬季处理效果差等突出问题尚未有效解决，由此成为该技术在服务区广泛应用的瓶颈。

2. 稳定塘法

稳定塘是一种构造简单、管理维护容易、处理效果稳定可靠的污水处理方法。稳定塘可以作为化粪池的后续处理，也可单独使用。当服务区附近有取土坑（或洼地）可以利用时，可以将其修整作为稳定塘处理设施排水。稳定塘对污水中污染物的去除机理是使污水在塘内经较长时间的停留和贮存，通过微生物（细菌、真菌、藻类、原生动物等）的代谢活动与分解作用，对污水中的有机污染物进行生物降解，最后达到稳定。

稳定塘分为厌氧塘、兼性塘、好氧塘和曝气塘4种。其中前3种对污染物的去除都是在自然条件下进行的，所以，污染物的分解速率低，所需池塘容积大。曝气塘是设有曝气设备的好氧塘或兼性塘，适用于土地面积有限，不足以建成完全以自然净化为特征的池塘系统的场合，通常接在兼性塘之后。

厌氧塘有效水深一般在3.0～5.0 m，旨在充分利用厌氧反映高效低耗的特点降低有机负荷，改善原污水的可生化降解性，设计上不以出水达到常规二级处理水平为目的，而是尽量减少占地面积，通常仅作为初级处理设施。兼性塘应用较为广泛，有效水深1.2～2.5 m，其内存在着好氧层、兼性层和厌氧层3个区域。好氧层因有阳光透入，藻类光合作用旺盛，溶解氧充足，好氧微生物生化代谢活跃。兼性层因在中间，白天、夜间好氧状态不同，故藻类光合作用微弱，兼性微生物占优势。塘的底部厌氧微生物占主导，对沉淀池底污泥进行酸性和甲烷发酵。兼性塘适宜处理BOD5在100～300 mg／L之间的污水。由于厌氧、兼性和好氧反应功能并存其中，既可与其他类型的塘串联构成组合塘系统，也可以自成系统。所以，其设计既可以是尽可能多地去除有机物来保证后续塘的正常运行（高负荷），也可以是直接确保出水达标排放。好氧塘的有效水深一般小于l m，阳光可以投至池底，藻类通过光合作用而释放大量底氧，加之塘表面由于风力搅动而进行自然复氧，使塘内保持“好氧”条件。好氧微生物对有机污染物进行氧化分解，代谢产物CO2供藻类光合作用所需碳源。藻类利用CO2、H2O、无机盐及光能合成其细胞质，并放出O2。好氧塘适宜处理BOD5小于l00 mg/L的污水。通常与其他塘（特别是兼性塘）串联组成系统或接在其他生物处理设施的出水处。在部分气温适宜的地区，也可自成系统，其功能和设计目标是使塘出水水质至少达到常规二级处理水平。

3. 土壤渗滤法

土壤渗滤法是一种就地污水处理技术。经化粪池、调节池等预处理的污水引入土壤渗滤系统，通过配水系统均匀布水，由于毛细管作用水经过不同生物滤层，污染物在土壤中的动物、植物、微生物作用以及土壤的物理、化学过程，通过分解、利用和吸附等形式被去除。土壤渗滤法对水质净化的原理主要包括以下几个方面。

（1）毛细管、虹吸及物理化学吸附过程。通过土壤的毛细管现象及表面张力原理，将水与污染物中的胶体部分、溶解部分分离，土壤颗粒间的空隙能截留、滤除污水中的悬浮物及胶体物质，起到渗滤作用，土壤颗粒则吸附溶解性污染物于土壤中。

（2）微生物代谢和有机物的分解过程。土壤中的微生物可对污水中的悬浮固体、胶性体、溶解性污染物进行生物降解，并利用污水中的有机物为营养物进行新陈代谢。

（3）植物的净化过程。表层土壤中种植的草坪、花卉或灌丛等植物，在生长过程中通过根系吸收、富集污水中的氮、磷等。

生态土壤处理系统从上至下依次为植物层、改良土壤层、主反应层、布水层和防渗层。防渗层位于最底层，其主要作用是防止污水下渗，在该层经预处理的污水直接进入，并形成最高水势，使砾石层经常处于水饱和状态，促使水分的毛细上升；布水层由直径为20 ～ 40 mm的砾石和粒径为0.25 ～ 1.00 mm的粗沙组成，主要是承托整个单元均匀布水，为以生物膜为载体悬浮生长的微生物提供生长的空间，内设干管、支管布水管；主反应层由经过工程驯化培养的生物菌种和生物填料组成，其作用主要是阻挡污水中的悬浮物进入主反应层，由次反应层和布水层一起构成初步兼氧和厌氧反应层，是污水净化的主要作用层；土壤层由腐质土构成，具有较好的通透性，作为植物生长的基质，厚度在10 ～ 20 cm范围内，其上种植当地适生植物；植物层种植具有观赏性、根系发达的灌草植物，通过深入分布土壤中的根系吸收土壤中的氮、磷元素，从而进一步净化污水，同时植物的根系还可增加土壤水力渗透作用，改善植物根区微环境，促进微生物对污染物的降解。

土壤渗滤系统中生长着大量细菌、真菌、酵母、霉菌、原生动物、后生动物，在净化污水的过程中相互依存、协同、制约，是维持土壤生态系统和完成物质和能量转化的重要组成部分，它们不仅参与有机质的分解和腐殖质的合成，而且也参与矿物质的分解和合成，土壤代谢作用中60%～80%是由土壤微生物活性（包括酶活性）所引起的。试验表明，对于具有驯化微生物土壤的土地处理场地，有机负荷（以COD计）即使高达11 186 kg／（ha·d），仍能有效地进行净化。对于某些处理易生物降解的工业废水的土地处理系统，进水BOD浓度即使达到1 000 mg／L或者更高的情况下，系统仍能有效地运行。土壤渗滤法的出水可达到中水回用标准。

土壤渗滤与人工湿地都属于土地生态处理技术，工艺特点比较类似，只是在配水方式、基质种类、床体结构、栽种植物以及污染物的主要去除机理等方面有所区别。一般来说，同等条件下土壤渗滤系统占地面积更大，处理效果更好些。土壤渗滤工艺基于自然生态原理，与其他污水处理技术相比，其具有以下优点：可以处理低负荷进水，且对负荷的变化适应性强；出水水质好、稳定，特别是对氮、磷的去除率高；建设容易，基建及运行费用低，维护简便；规模较小，置于地下，对地表景观影响小；受外界气温影响小；可以将污水处理与绿化景观以及回用结合起来。目前，土壤渗滤处理技术日趋成熟、可靠，作为一种分散式生活污水处理的适用技术，尤其适合于高速公路服务区应用。图5-4展示的是一种土壤渗滤污水处理设施原理及结构。

图5-4　一种土壤渗滤污水处理设施原理及结构