高速公路服務區污水水質特征試驗研究

史良于

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

近年來，隨著社會經濟的發展，高速公路建設取得了輝煌成就，截止2018年底，全國高速公路總里程超過13 萬km，山西省高速公路里程超過5 000 km。服務區作為高速公路的重要組成部分，能夠帶來顯著的社會效益和經濟效益。隨著全社會環保意識的日益提高，水環境污染問題越來越受到學者們的廣泛關注。高速公路服務區一般遠離城鎮，其生活污水難以及時有效地處理，易對周邊環境造成污染[1-2]。目前國內對于此類問題的研究多集中于污水處理技術、污水處理設施的運維和管理等[3-5]，對于高速公路服務區的污水水質特征及其評價方面的相關研究較少。因此，開展高速公路服務區污水水質相關研究對于指導其污水有效處理具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

山西省某高速公路服務區位于黃土高原，屬溫帶大陸性氣候，受季風的影響，四季分明。春季溫和，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬季寒冷多風。降雨多集中于7—9月，年平均降水量544.9 mm，年平均氣溫13.5 ℃，年平均風速2.1 m/s，年平均日照時數為2 328 h。服務區共分為南、北兩區，北區占地面積為30 000 m2，南區占地面積為18 000 m2，共占地面積為48 000 m2。服務區總建筑面積為5 000 m2，停車場可停放車輛150 輛，餐廳可供300 人同時就餐，可為過往旅客提供加油、餐飲、購物、住宿、汽車修理、配件等服務。該服務區采用地埋式一體化污水處理設備，污水處理工藝為AO 法，污水處理設施缺乏深度處理單元；服務區污水處理設施缺乏日常專業運營維護，服務區管理部門缺乏對污水處理設施運營過程中污水出水水質長期監測和運營監管。

1.2 水質指數法

水質指數法是在所有影響水質的指標中，用最差的水質單項指標所屬類別確定水體綜合水質類別，即將某種污染物的實測濃度比該種污染物的評價標準，以此來確定水質類別。最后選取水質指標最差的單項指標來確定水體綜合水質類別，其他污染因子會被弱化[6]。該評價方法可確定水體中的主要污染因子。水質的單因子污染指數Pi的計算公式為：

式中：Ci為第i 種水質指標的實測濃度，mg/L；Si為第i 種水質指標的評價標準，mg/L。

pH 值的指數計算公式為：

式中：pHj為實測統計代表值；pHsd為評價標準中pH的下限值；pHsu為評價標準中pH 的上限值。

1.3 采樣和分析方法

2018年11月6日到7日在服務區的污水處理設備進水口處、出水口處分別取水樣，水樣的采集與保存要求按《水和廢水監測分析方法（第四版）》執行。水質分析評價項目主要有pH、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）、總氮（TN），具體分析方法見表1。

表1 水質分析方法

1.4 評價標準

本文采用城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918—2002），各水質指標標準限值見表2。

表2 城鎮污水處理廠污染物排放標準

2 結果分析

2.1 污水水質特征

表3 服務區污水水質試驗分析結果

由表3 可知，污水處理設備的進水口處pH 的范圍在7.70～7.88，平均值為7.79；COD 的范圍在590～673 mg/L，平均值為629 mg/L；BOD5的范圍在166～215 mg/L，平均值為189 mg/L；NH4+-N 的范圍在84.1～92.3 mg/L，平均值為87.8 mg/L；TP 的范圍在0.72～1.15 mg/L，平均值為0.89 mg/L；TN 的范圍在138～176 mg/L，平均值為153 mg/L。污水處理設備的出水口處pH 的范圍在7.32～7.58，平均值為7.44；COD 的范圍在92～105 mg/L，平均值為98 mg/L；BOD5的范圍在13.5～17.9 mg/L，平均值為15.5 mg/L；NH4+-N 的范圍在9.8～11.3 mg/L，平均值為10.5 mg/L；TP 的范圍在0.46～0.72 mg/L，平均值為0.58 mg/L；TN 的范圍在20～26 mg/L，平均值為22 mg/L。因天氣、節假日、時段或者其他因素引起車流量隨機性變化，從而造成服務區產生污水量具有較大的波動性，污水的水質指標波動性很大，車流量是導致服務區污水量及污水水質變化的關鍵性影響因素。

2.2 污水水質變化規律

一般服務區污水產生量的高峰發生在午時，低谷發生在深夜或凌晨。由圖1 可以看出，服務區未經處理污水的pH、COD、BOD5、NH4+-N、TP、TN 的濃度隨時間變化幅度較大，凌晨時的濃度最高。

圖1 進水口處污水水質各項指標變化情況

由圖2 可以看出，服務區的污水經過處理各項指標均有較大幅度的降低，但是并沒有達到城鎮污水處理廠污染物排放一級A 標準，這可能是因為服務區的污水處理設施不能適應于水量較大幅度變化。高速公路服務區污水產生總量小，污水產生量變化大，在污水工藝設計階段并未考慮廢水的最大負荷量和峰值，不具有較強的抗沖擊負荷能力，污水流量的不均容易對設備造成沖擊負荷，導致處理設施頻繁開啟，造成設備和部件失靈損壞，難以保證污水處理設計的有效水力停留時間。

圖2 出水口處污水水質各項指標變化情況

2.3 水質指數法

本文以城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918—2002）中一級A 標準為參考評價標準進行水質指數的計算。由表4 可以看出，服務區污水經處理后pH 水質指數均小于1，說明污水pH 值達標。不同時間段的COD、BOD5、NH4+-N、TN 水質指數均超標，TP 在20：00 和8：00 兩個時間段單因子指數達標，其余時間段水質指數不達標。pH、COD、NH4+-N、TP 和TN 在0：00 時間段濃度高于其他時間段。總體來看，服務區污水經過處理后并未達標，COD、BOD5、NH4+-N、TN 和TP 超標嚴重。

表4 污水水質各項指標評價指數

3 結論和建議

利用水質指數法對山西省某高速公路服務區污水 中 的pH、COD、BOD5、NH4+-N、TP、TN 進 行 了 評價，確定了水質污染的主要因素。

a）污水經處理pH 的范圍在7.32～7.58，平均值為7.44；COD 的 范 圍 在92～105 mg/L，平 均 值 為98 mg/L；BOD5的范圍在13.5～17.9 mg/L，平均值為15.5 mg/L；NH4+-N 的范圍在9.8～11.3 mg/L，平均值為10.5 mg/L；TP 的范圍在0.46～0.72 mg/L，平均值為0.58 mg/L；TN 的范圍在20～26 mg/L，平均值為22 mg/L。

b）服務區污水經處理后pH 值水質指數均小于1，說明污水pH 值達標。不同時間段的COD、BOD5、NH4+-N、TN、TP 單因子評價指數均超標。

高速公路服務區污水產生總量小，污水產生量變化大。在污水工藝設計階段充分考慮廢水的最大負荷量和峰值，具有較強的抗沖擊負荷能力。保證污水處理設計的停留時間。污水處理設施配置深度處理單元，能滿足污水處理后回用的水質要求。服務區污水處理設施應注重日常專業運營維護，設備正常穩定運行。服務區管理部門應結合服務區水質特點，對污水處理設施運營過程中污水出水水質長期監測和運營監管，詳細掌握設施運行狀況和水質達標情況。

當前高速公路污水處理領域研究的熱點是發展高效、低耗的污水處理技術。該技術具有系統運行穩定、可靠，抗沖擊負荷能力強等優點，能高效去除氮、磷，維護簡便、投資少、運行費用低，將污水處理與美化環境相結合，同時滿足低能耗、節能的要求。實現污水的資源化利用，對水源保護意義重大。