高速公路附屬設施污水處理“大變革”

文/張嬌

獲獎等級：三等獎

項目名稱：高速公路附屬設施污水高標處理與智能運維關鍵技術及其產業化應用

“高速公路附屬設施污水高標處理與智能運維關鍵技術及其產業化應用”項目團隊通過在全國分片區開展高速公路附屬設施污水處理調研，摸清了污水排放的水質、水量特征；從處理設施配置情況及建設規模、采用的污水處理工藝、建設投資及建設模式等方面分析了目前我國高速公路附屬污水處理設施的建設情況；從處理設施的設備運轉性能、能耗水平及運營成本、污水處理效果等方面分析了其運行現狀。

同時，該項目團隊還結合我國高速公路附屬設施建設養護特點，對現階段我國高速公路服務區污水處理應用的工藝進行了適用性評價，并通過對設計階段、建設階段和運營階段開展評估，總結了高速公路附屬設施存在的關鍵問題。在此基礎上，項目團隊提出了處理技術和管理層面的解決方案和路徑。

摸清現狀與關鍵問題

該項目團隊跟蹤調查了我國7個省份239對服務區的污水處理設施現狀，發現污水處理設施正常運行率僅有65%，污水處理達標率僅為60%。高速公路附屬設施分散污水廠站亟待解決的關鍵問題主要包括三方面。首先，普遍采用的常規市政廢水處理工藝不適用于高速公路附屬設施污水處理。高速公路附屬設施分散污水中氮、磷濃度普遍高于市政廢水，同時濃度變化系數高達2倍至5倍，常規市政處理工藝無法實現穩定的污水處理。其次，高速公路附屬設施污水產生量受天氣、節假日等特殊因素影響大，高峰時段污水應急處理亟待解決。最后，附屬設施間隔較遠，污水處理廠站缺少專業的運維人員，無法實現有效的污水處理廠站運維管護。

對此，經過10余年的不懈努力，該項目團隊因地制宜地研究出了高速公路污水處理的工藝技術和運營模式，構建了污水、運維、污泥的整體治理體系，形成了高速公路附屬設施的“高標處理-智能運維管護-高峰水量應急處理”成套化處理技術，并成功解決了高速公路附屬設施分散污水處理的共性問題，同時為小體量、多點分散式污水站的處理提供了借鑒。

形成四項創新成果

創新成果一 生物耦合化學側流脫氮除磷強化工藝（BCFD）

基于生物反硝化除磷和內源反硝化理論（PHA內源強化），該項目團隊以革新MUCT為主體技術研發出了適應北京市地標的《水污染綜合排放標準》（DB11/307-2013）A排放標準的分散小型污水處理技術體系。該技術體系是一種在低碳氮比條件下實現深度脫氮除磷的污水處理工藝。

← 組圖：BCFD工藝流程設備

通過研究，項目團隊建立了生物耦合化學側流脫氮除磷強化工藝的關鍵技術體系和設計參數，通過“一碳兩用”和“內源反硝化”原理提高了脫氮除磷效果，使得系統在負荷沖擊時能較好應對、保持穩定達標。此項研究在工藝有效性確定后開展了試驗，不僅驗證了該項工藝的有效性、適應性，還確定了工藝的效率及其關鍵影響參數，并不斷優化工藝運行參數；建立了新型工藝的設計體系和運行管理體系，并針對高速公路附屬設施分散污水處理的污水量，搭建了成套設備。

創新成果二 非碳源依賴污水深度生物脫氮技術工藝與關鍵設備集成

地標出水中總氮的排放要求，與服務區及管理所普遍面臨的低碳氮比相矛盾，需另外投加碳源保障達標排放。為此，項目團隊提出了“自養深度生物脫氮技術”。在此基礎上，項目團隊開展了自養深度生物脫氮關鍵技術體系和設計參數、脫氮性能、影響因素等研究，探究了自養反硝化工藝在實際生活廢水處理中的應用潛力，開發了低成本、高效環保的深度脫氮工藝及適用于分散點源水質水量波動特點的集成設備。并通過成套化設備集成，針對不同水量的污水處理進行成套設計，最終實現了產業化生產及工程應用。

創新成果三 污水廠站智能運維管理技術與策略

項目團隊將遠程監控及智能化系統引入到污水廠站的運維管理中，通過信息技術、物聯網技術和網絡技術，實現從站點數據零星分散向集團大數據資源集中、從獨立設備向物聯網互聯互通、從系統孤島向系統全面集成、從業務需求支撐向決策分析支持的轉變，建設了高起點、高標準地“智慧水務”管理體系；以長期研究為基礎，建立了污水處理專家系統，為專業化解決運維提供智慧體系；針對污水處理的“最后一公里”，即分散型污水站剩余污泥處理問題，研發了移動污泥脫水車，實現了區域內污泥的減量化，并實現便于收集、集中運輸……這套智能運維管理技術與策略，有效降低了污水廠站的運行成本，實現了污水廠站“建得起、管得起”。

←組圖：移動式污水處理車

創新成果四 應急處理技術工藝與設備集成研究

高速公路附屬設施在特殊時期和條件下會出現超水量問題，項目團隊從問題出發，提出了快速啟動、受溫度影響較小、能夠實現多點位處理的可移動污水應急保障設備；從高效、獨立、工藝簡單等角度出發，形成了應急保障技術及工藝，并將該技術與智能管理平臺配合，實現了應急車智能化運行管理，高效地解決了高速公路服務區水質、水量波動大和階段性處理能力超載的問題。

← 地圖導航

← 工藝流程

← 組圖：移動應急保障污水處理設備

已在38座附屬污水處理廠站應用

該項目研究成果從源頭技術、運維管護和水量高峰應急處理等層面，系統地解決了高速公路分散污水處理的關鍵難點，填補了多項技術空白。目前，該項目的研究成果已應用到北京高速公路38座附屬污水處理廠站，涉及高速公路集宿地、管理所、服務區污水處理站，區域上覆蓋了北京市延慶、密云、順義、通州、大興、房山、昌平等9個區，實現了北京高速公路附屬設施高標準分散處理的要求，有效地守護了北京的碧水藍天。

此外，該項目研究成果還實現了成套技術的集成與轉化，建立了分散污水處理廠站智慧監控平臺、污水高標應急處理移動車、分散廠站剩余污泥移動脫水處理車等系列產品，編撰了標準化運行維護手冊，提升了交通部門及其下屬單位的污水整治和運維的水平。國務院國資委中宏網、光明日報、千龍網、中國交通廣播微博、首都建設報、勞動午報、中國科技財富雜志、北京青年報等10余家主流媒體報道了該項目的研究成果。

2018年至2020年，智能化分散式污水處理站建設及運營新增銷售額共計7140.14萬元，新增總利潤1127.94萬元。效益提升促進研發的投入，針對污水處理站的工藝、智能化運維管理系統、在線監控系統的建設，項目團隊進行了持續性科研投入，共計731.66萬元，實現了技術創新引領效益增長的良性循環。以運行的38個高速公路附屬設施污水處理站統計，項目實施成果大幅減少了人員投入，減少外源碳源的使用，減少剩余污泥的處置量，連續3年運行成本每年減少10%，綜合計算每年降低運行成本達到100余萬元。

國家級高新技術企業

——北京市高速公路交通工程有限公司

北京市高速公路交通工程有限公司（以下簡稱“北高速”）成立于1992年，是北京市首都公路發展集團有限公司全資子公司，注冊資本5000萬元，國家級高新技術企業，2019年獲得北京市首都勞動獎狀。北高速擁有交通安全設施一級、環保工程一級、鋼結構工程二級、建筑工程施工總承包三級，以及市政工程施工總承包三級等資質。主要從事公路安全設施、噪音治理、污水處理、景觀河湖治理、鋼結構工程、建筑工程，以及市政工程的施工建設和相關產品的研發、制造與銷售。

北高速先后承接了國內29個省市區域的公路工程建設，積累了豐富的工程經驗。截至目前，北高速共擁有十余個計算機軟件著作權登記證書，獲得國家專利50項。獲交通運輸部國檢中心標志、標線、護欄、隔離柵、防眩板工程等施工檢驗合格證及工廠檢驗合格證。通過了質量、環境、職業健康安全管理體系認證，取得了安全生產標準化一級證書。此外，北高速還參與國家標準1項，行業標準1項，團體標準7項，獲中國公路學會、北京公路學會等多項科學技術獎。