薛鵬麗 孫曉峰 宋 云 程言君 孫德智

(1.輕工業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所，北京 100089;2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083）

改革開放以來，我國(guó)高速公路快速發(fā)展，截至2011年年底，通車?yán)锍碳s8.49萬公里，居世界第二，公路越來越成為人們普遍的出行方式?！豆饭こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB 01－2003）中規(guī)定服務(wù)區(qū)平均設(shè)置間距為50km，按此估算，目前我國(guó)高速公路服務(wù)區(qū)的總數(shù)約1700對(duì)，若全國(guó)服務(wù)區(qū)污水全年平均排放量按照50m3/d計(jì)算［1－3］，據(jù)此保守估計(jì)我國(guó)高速公路服務(wù)區(qū)污水排放量約17萬m3/d。

服務(wù)區(qū)通常沿公路零散分布，大都位于城鎮(zhèn)邊緣，很難將污水排放納入市政管網(wǎng)，服務(wù)區(qū)污水若未經(jīng)處理或處理不當(dāng)，將對(duì)周邊農(nóng)田、地表水、地下水及生態(tài)環(huán)境等造成影響。隨著高速公路運(yùn)網(wǎng)出行頻率的迅速上升，人流車流量快速的擴(kuò)張，服務(wù)區(qū)分散型污水處理及回用已成為制約公路節(jié)能減排、綠色低碳發(fā)展的重要因素。

與城市污水和工業(yè)廢水相比，公路服務(wù)區(qū)污水具有以下特點(diǎn):①由于車流量受天氣、季節(jié)、時(shí)段及其它因素的影響，服務(wù)區(qū)用水量波動(dòng)幅度劇烈且水量難以預(yù)測(cè)，進(jìn)而導(dǎo)致污水量的變化系數(shù)較大，對(duì)服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施的水力沖擊負(fù)荷有較高的要求;②從水質(zhì)角度分析，服務(wù)區(qū)污水主要來自餐飲廢水、沖廁廢水及洗車廢水。楊志敏等分析了全國(guó)15個(gè)省(市、區(qū)）33個(gè)高速公路服務(wù)區(qū)中的PH值等8個(gè)水質(zhì)因子，并將服務(wù)區(qū)污水與城市生活污水做了集對(duì)分析，結(jié)果表明:公路服務(wù)區(qū)污水除SS、石油類等特征污染因子外，與典型的低濃度生活污水水質(zhì)相似，宜優(yōu)先采用沉淀、隔油等措施降低SS、石油負(fù)荷，然后采用低濃度型生活污水處理工藝［4］。

1 服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)水量變化特征

服務(wù)區(qū)污水屬于小流量生活污水，但其水量水質(zhì)受外界因素影響波動(dòng)較大，服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)水量特征分析對(duì)服務(wù)區(qū)污水處理工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇有重要參考意義。

在對(duì)G2京滬、G3京臺(tái)、G4京港澳、G5京昆、G6京藏、G25長(zhǎng)深、G30連霍、G35濟(jì)廣、G40滬陜、G42滬蓉、G45大廣、G55二廣、G56杭瑞、G60滬昆等14條高速公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)施基本情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步總結(jié)服務(wù)區(qū)污水水量水質(zhì)變化特征，選擇G56杭瑞高速路某服務(wù)區(qū)進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)的水質(zhì)水量測(cè)量和分析。

1.1 服務(wù)區(qū)情況簡(jiǎn)介

服務(wù)區(qū)占地80畝，分東、西兩個(gè)片區(qū)，共240名工作人員，主要有停車、餐飲、加油、汽車洗車維修、入廁等服務(wù)功能。

1.2 水樣的采集

在東側(cè)服務(wù)區(qū)餐廳污水排口、化糞池污水排口及總污水處理前分別設(shè)置三個(gè)水樣采集點(diǎn)。采樣時(shí)間從第一日9:00至第二日9:00，每隔2h測(cè)量流量并采集水樣一次。在水量波動(dòng)較大的時(shí)段，增加流量測(cè)量的頻次，并取其平均值作為小時(shí)流量，并在同一時(shí)段，監(jiān)測(cè)進(jìn)入服務(wù)區(qū)大、中、小型車的車流量。

1.3 結(jié)果分析及討論

1.3.1 車流量變化特征

24h采樣時(shí)間內(nèi)進(jìn)入服務(wù)區(qū)各類型車車流量和總車輛隨時(shí)間的變化如圖1所示。從圖1可知，該服務(wù)區(qū)車流量高峰時(shí)段主要集中在13:00時(shí)段，05:00時(shí)段車流量最小，最大車流量是最小車流量的5.5倍。該服務(wù)區(qū)各類型車車流量總體分布均勻，車流量時(shí)變化系數(shù)為2.1。

圖1 各型車及總車流量變化趨勢(shì)

1.3.2 污水水質(zhì)水量波動(dòng)規(guī)律

(1）服務(wù)區(qū)化糞池排放廢水的CODcr濃度和氨氮濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示。由圖可知:該服務(wù)區(qū)化糞池排放污水的CODcr濃度范圍為628－1 052mg/L，最高濃度出現(xiàn)在19:00，最低濃度出現(xiàn)在凌晨01:00點(diǎn)，CODcr平均濃度為826.1mg/L，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為156，化糞池 CODcr廢水濃度變化表現(xiàn)為三個(gè)階段:11:00－19:00時(shí)段CODcr濃度逐漸增加;19:00－01:00時(shí)段濃度逐漸降低;01:00－9:00時(shí)段CODcr濃度呈波動(dòng)上升。化糞池氨氮濃度范圍為68－132mg/L，最高濃度出現(xiàn)在13:00，最低濃度出現(xiàn)在23:00，氨氮平均濃度為 98.3 mg/L，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為 21.1。服務(wù)區(qū)化糞池排放污水氨氮濃度變化特征為:11:00－21:00時(shí)段氨氮濃度呈下降趨勢(shì)，21:00－09:00時(shí)段氨氮濃度逐漸增加。該服務(wù)區(qū)化糞池廢水屬于典型高濃度CODcr和高濃度氨氮廢水。

(2）服務(wù)區(qū)餐廳排放污水的CODcr和氨氮濃度分析結(jié)果如圖3所示。由圖可知:餐廳廢水CODcr的濃度范圍為650－1 128mg/L，CODcr平均濃度為921 mg/L，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為238;氨氮的濃度范圍為6－20 mg/L，17:00濃度最高，11:00濃度最低，氨氮平均濃度為12.2 mg/L，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.7。由此可知，服務(wù)區(qū)餐廳污水屬于高濃度CODcr廢水，其濃度變化特征為:11:00－17:00時(shí)段CODcr濃度平緩上升;17:00－01:00時(shí)段呈明顯下降趨勢(shì);01:00－09:00時(shí)段CODcr濃度又明顯增加。服務(wù)區(qū)餐廳污水氨氮濃度變化特征為:11:00－17:00時(shí)段氨氮濃度呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì);17:00－9:00濃度逐漸下降。

(3）服務(wù)區(qū)總污水CODcr和氨氮濃度分析結(jié)果如圖4所示。由圖可知:總污水CODcr的濃度范圍為629－1562 mg/L，平均濃度為 874.3mg/L，CODcr的濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為95;氨氮的濃度范圍為42－70 mg/L，平均濃度為58mg/L，氨氮濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為11。該服務(wù)區(qū)污水CODcr及氨氮濃度超過全國(guó)服務(wù)區(qū)污水平均濃度(服務(wù)區(qū)全國(guó)CODcr平均濃度為 357.33 mg/L，氨氮平均濃度為 26.87 mg/L［4］），與典型高濃度生活污水的CODcr及氨氮濃度相接近，因此該服務(wù)區(qū)污水屬于高濃度CODcr高濃度氨氮的生活污水。

服務(wù)區(qū)總污水CODcr濃度變化包括兩個(gè)階段:11:00－01:00時(shí)段CODcr濃度逐漸下降;01:00－09:00時(shí)段濃度緩慢上升。氨氮濃度變化特征為:11:00－17:00時(shí)段濃度呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì);17:00－01:00時(shí)段氨氮濃度逐漸下降;01:00－09:00時(shí)段濃度又逐漸上升。

服務(wù)區(qū)總污水量、餐廳及化糞池污水流量的變化規(guī)律如圖5所示。由圖可知，化糞池排放污水小時(shí)最小流量為0.3m3/h，小時(shí)最高流量為5.2m3/h，平均小時(shí)流量為2.41 m3/h，標(biāo)準(zhǔn)方差為1.5。餐廳廢水小時(shí)最小流量為1m3/h，小時(shí)最高流量為7m3/h，平均小時(shí)流量為3.1m3/h，標(biāo)準(zhǔn)方差為4。

監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，服務(wù)區(qū)產(chǎn)生的總污水量為90m3/d，污水量波動(dòng)特征為:11:00－17:00時(shí)段排放量逐漸增加;17:00－03:00時(shí)段排放量波動(dòng)下降;03:00－09:00時(shí)段排放量又逐漸上升，總污水小時(shí)最小流量為1.9m3/h，小時(shí)最大流量為9.3m3/h，平均小時(shí)流量為6.3m3/h，流量標(biāo)準(zhǔn)偏差為2。服務(wù)區(qū)污水排放量變化規(guī)律與生活污水相似，24小時(shí)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，污水量有一個(gè)高峰一個(gè)低谷，高峰發(fā)生在午時(shí)左右，低谷通常在深夜或凌晨，高峰低谷時(shí)段和污水量的大小和與服務(wù)人口區(qū)車流量有關(guān)。監(jiān)測(cè)時(shí)段范圍內(nèi)，服務(wù)區(qū)總污水時(shí)變化系數(shù)為1.48，服務(wù)區(qū)車流量和污水排放量的相關(guān)系數(shù)為0.66。

2 服務(wù)區(qū)污水處理工藝的選擇

服務(wù)區(qū)污水水量水質(zhì)變化遠(yuǎn)大于城市污水，水量和水質(zhì)是污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，尤其是排水管的設(shè)計(jì)，考慮服務(wù)區(qū)污水量的變化系數(shù)，才能保證污水最大流量時(shí)安全排放;最小流量時(shí)，不因流速降低而造成管道沉積淤塞。

我國(guó)公路服務(wù)區(qū)污水基本屬于典型高濃度CODcr和高濃度氨氮污水，服務(wù)區(qū)其它污染物如表面活性劑、碳?xì)浠衔?、蛋白質(zhì)、動(dòng)植物油、磷、微生物和無機(jī)鹽等的含量與生活污水接近［5－7］。從污水流量變化系數(shù)看，公路服務(wù)區(qū)污水量時(shí)變化系數(shù)也不宜采用《室外給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的方法或按照常規(guī)小流量生活污水的時(shí)變化系數(shù)進(jìn)行取值［2，8，4］。

由于公路服務(wù)區(qū)污水排放量及水質(zhì)的實(shí)際測(cè)量需要一定的條件，所以我國(guó)大部分公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)備的設(shè)計(jì)和選擇通常與服務(wù)區(qū)實(shí)際污水排放量不符，裝置處理能力與實(shí)際污水量有較大偏差。從調(diào)研結(jié)果看，以生物接觸氧化法為核心工藝的地埋式處理是目前我國(guó)公路服務(wù)區(qū)應(yīng)用最廣泛的污水處理工藝，約占總調(diào)研量的70%以上，而厭氧處理雖然工藝成熟，技術(shù)簡(jiǎn)單，但對(duì)P的處理效果差，對(duì)COD和N的處理效果也難以長(zhǎng)期保證［9－11］，在公路服務(wù)區(qū)污水處理工藝中較少采用。此外，我國(guó)服務(wù)區(qū)常見的污水處理工藝還有A/O工藝、A2/O工藝以及土壤滲濾、人工濕地、穩(wěn)定塘等土地處理工藝，其中包括生物接觸氧化法在內(nèi)的好氧處理、好氧－厭氧處理及土地處理均對(duì)COD、N、P有較好的處理效果，符合我國(guó)公路服務(wù)區(qū)污水水質(zhì)處理的特征要求，但好氧工藝抗水量沖擊能力差，投資運(yùn)行成本較高，對(duì)服務(wù)區(qū)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益均有限;好氧－厭氧處理工藝建設(shè)成本高，需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行定期維護(hù)，但由于受管理成本等條件的限制，我國(guó)大部分公路服務(wù)區(qū)還不能實(shí)現(xiàn)從污水處理工藝、設(shè)備選型到設(shè)施維護(hù)管理的服務(wù)區(qū)污水處理全過程控制［12］，導(dǎo)致服務(wù)區(qū)污水好氧－厭氧處理設(shè)施閑置率高;而土地處理工藝成熟，投資運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)營(yíng)管理簡(jiǎn)單，經(jīng)我國(guó)多地區(qū)多個(gè)服務(wù)區(qū)的驗(yàn)證，其出水水質(zhì)可達(dá)《城市污水再生利用城市雜用水(GB/T18920－2002）中綠化用水標(biāo)準(zhǔn)，完全可以用于服務(wù)區(qū)洗車、綠化用水［3，13，14，15］，并且在高程合理的條件下可實(shí)現(xiàn)零能耗，在產(chǎn)生環(huán)境效益、社會(huì)效益的同時(shí)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，適用于服務(wù)區(qū)等小型分散污水處理領(lǐng)域。

3 結(jié)論與建議

(1）該服務(wù)區(qū)排放污水的CODcr濃度范圍為629－1 562mg/L，平均濃度為874.3mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差為95;氨氮的濃度范圍為42－70 mg/L，平均濃度為58mg/L，氨氮濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為11。該服務(wù)區(qū)污水屬于高濃度CODcr高濃度氨氮的生活污水。

(2）該服務(wù)區(qū)監(jiān)測(cè)當(dāng)日污水的最大流量為9.3m3/h，平均小時(shí)流量為6.3m3/h，流量標(biāo)準(zhǔn)偏差為2。監(jiān)測(cè)時(shí)段范圍內(nèi)，服務(wù)區(qū)污水時(shí)變化系數(shù)為1.48，服務(wù)區(qū)車流量和污水排放量的相關(guān)系數(shù)為0.66。

(3）基于水質(zhì)水量特征分析的服務(wù)區(qū)污水管理可為污水處理工藝、設(shè)備選型提供主要依據(jù)，是服務(wù)區(qū)污水回用標(biāo)準(zhǔn)編制的客觀需求，同時(shí)也為公路建設(shè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及其環(huán)境管理提供重要技術(shù)支撐。

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