通过对比分析国内外高速公路服务区污水处理标准、水质水量特征、处理工艺及存在问题，本文提出高速公路服务区污水处理应制定从水质水量调研、工艺优化设计、运行维护、排放与回用标准的全流程针对性标准或规范，采用抗冲击负荷能力强、脱氮除磷效果好、维护方便的低碳处理技术和设备，并提高污水处理智慧化运营水平，为切实提升高速公路服务区污水处理效果，推进高速公路沿线水环境保护和低碳化绿色服务区建设提供指导。
关键词：
碳中和；高速公路服务区；污水处理；低碳设计与运行；智慧化运营
0 引言
“碳达峰、碳中和”已成为我国重大的发展战略，《2030 年前碳达峰行动方案》中提出了要开展交通基础设施绿色化提升改造的要求，而公路基础设施建设和养护产生的碳排放量约占公路交通运输碳排放总量的 10% ~ 20%，其中高速公路服务区污水处理对于电能、药剂的耗费及工艺选型的碳释放量不容忽视。近年来，高速公路服务区面向舒适、娱乐、旅游及物流开发等多功能方向转变，其规模也不断扩大。服务区产生的污水水量受过往车辆、人员影响较大，处理规模与实际污水量不匹配，污水水质存在变化系数较大、处理效果不稳定、脱氮除磷难度大等问题，同时服务区缺少运行监管系统和专业人员维护，导致处理效果不理想甚至设备故障。目前的污水处理设施难以满足低碳化、节能化和智慧化污水处理要求。因此，本文在调研国内外高速公路污水处理标准要求、水质水量特征、处理工艺及存在问题的基础上，通过对比分析，对高速公路服务区在污水处理标准制定、全流程低碳设计和科学运行维护等方面提供了建议，为提升高速公路服务区污水处理效果、保护高速公路沿线水环境、降低污水处理碳排放提供参考。
1 我国高速公路服务区污水处理现状
1.1 处理要求及标准
目前高速公路服务区没有针对性的污水排放标准，大多参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级 A 排放标准或《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准。这就造成了部分污水处理设施在运行过程中仅控制氨氮（NH4+-N）达标而导致总氮（TN）超标的情况。2015 年，国务院发布《水污染防治行动计划》，提出了要进行服务区污水再生利用。高速公路服务区污水处理后作为回用水，主要用于冲厕、绿化以及道路清扫。回用水标准参考《城市污水再生利用城市杂用水质》（GB/T 18920—2020）以及《公路服务区生活污水再生利用第 1 部分：水质》（JT/T 645.1—2016）。但由于污水回用投资较大，在高速公路服务区建设中应用较少。
目前高速公路服务区没有针对性的污水排放标准，大多参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级 A 排放标准或《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准。这就造成了部分污水处理设施在运行过程中仅控制氨氮（NH4+-N）达标而导致总氮（TN）超标的情况。2015 年，国务院发布《水污染防治行动计划》，提出了要进行服务区污水再生利用。高速公路服务区污水处理后作为回用水，主要用于冲厕、绿化以及道路清扫。回用水标准参考《城市污水再生利用城市杂用水质》（GB/T 18920—2020）以及《公路服务区生活污水再生利用第 1 部分：水质》（JT/T 645.1—2016）。但由于污水回用投资较大，在高速公路服务区建设中应用较少。
1.2 水质水量特征
根据文献调研，高速公路服务区进出水中各项污染物浓度、处理规模和工艺如表 1 所示。
高速公路服务区污水处理规模小，污水量一般为 30 ~ 360 m3/d。受季节、天气、人车流量等多方面因素影响，变化系数大。胡博等对连霍高速公路良田服务区调研显示，调研当日服务区产生污水的时变化系数约为1.7。由于高速公路服务区规模、车流量、功能差异，其污水排放量变化较大，所以高速公路服务区污水量时变化系数不宜按照常规生活污水时变化系数取值，可根据服务区实际调研数据确定。高速公路服务区污水污染物浓度分布如图 1 所示。
排出异常值后 COD 浓度范围为 110.0 ~ 800.0mg/L，BOD5 为 43.0 ~ 363.0 mg/L，NH4+-N 为 15.4 ~143.0 mg/L，TN 为 140.0 ~ 172.0 mg/L，TP 为 0.01 ~14.3 mg/L，SS 浓度为 5.0 ~ 417.0 mg/L。COD 浓度是典型生活污水（COD 约 200 ~ 350 mg/L）的 2 ~ 3倍左右，而氮磷浓度远高于典型生活污水（TN 约20 ~ 40 mg/L，TP 约 1.5~5 mg/L）的范围，C/N 约0.6 ~ 16，波动较大。高速公路服务区污水水质受服务区污水来源组成影响较大，以冲厕废水和餐饮废水组成变化为主，经过化粪池的冲厕废水 COD 较餐饮废水低，但氮磷浓度较高；经过隔油池的餐饮废水 COD 较高，但可生化性较差。这就造成了进入生化单元的 C/N 波动较大，且污水中含有的难降解物质较多，增大了污水处理难度。
高速公路服务区污水水质水量特征还会对污水处理造成一些特异性影响。高 COD 浓度有利于异养菌生长、抑制自养菌富集，导致出水 NH4+-N 不达标，进而影响反硝化效果，导致 TN 浓度超标。另外，高速公路服务区实际污水水质水量变化系数高于设计变化系数也会进一步增加水质水量冲击负荷，进而破坏系统运行的稳定性，增大污水处理的难度。
1.3 污水处理工艺高速公路服务区常用污水处理工艺分为生化处理和生态处理。生化处理常用 A/O、MBR、SBR、生物接触氧化法等；生态处理常用人工湿地处理系统和土壤渗滤法。餐饮废水和冲厕废水在高速公路服务区污水中占比很大，导致污水中含有动植物油等。通常可以设置隔油池去除含油废水中可浮性油类物质，同时设置化粪池处理粪便并加以过滤沉淀。
高速公路服务区污水处理通常采用 A/O 工艺，但脱氮除磷效果有限。随着国家对高速公路服务区污水处理的重视，MBR 法逐步在服务区污水处理中得到应用。张艳等针对高速服务区污水水质特点，选用 MBR 工艺作为主体生化处理工艺，出水水质达到了《公路服务区生活污水再生利用第 1 部分：水质》（JT/T 645.1—2016）中的水质要求。吴家勇等探讨分析了 MBR 法首次在广西高速公路服务区污水处理中应用效果和不足，发现运行期产生节约水资源效益是运行成本的 1.67 倍，实现了经济效益与环境效益高度统一。但 MBR 工艺也存在膜成本和更换费用较高、维护要求高等问题。
SBR 工艺在高速公路服务区污水处理中的应用，主要是因为通过调整运行周期数可适应不同水量变化，具有一定抗水量冲击负荷能力。但由于自动运行，设备故障比较频繁，运营维护要求高。
生物接触氧化工艺具有抗水质冲击负荷的优点。李强等对接触氧化法在高速公路服务区污水处理中的应用中指出，该工艺针对浓度较高的COD、BOD5、SS 降解是相当明显的，更适合高速公路服务区污水处理要求。
人工湿地系统和土壤渗滤系统可利用土壤、植物根系和微生物的生态系统对污水中的污染物进行降解，具有运行费用低、景观效果好等优点，但由于其占地面积大、污染区处理能力有限且冬季运行效果差等特点在高速公路服务区污水处理中的应用受限。
通过调研各污水处理工艺的运行实例发现，由于高速公路服务区进水水质不同，同种工艺的运行效果也存在较大差异。采用 A/O 工艺可有效提高 TN的处理效果，而采用 MBR 及生物接触氧化则对COD 和 NH4+-N 具有较好的处理效果，但处理达标率均偏低，总结各工艺特点见表 2。
由表 2 可知，高速公路服务区污水处理大都参考城镇污水处理工艺，工艺适应性不强。因此，应该面向工艺设计与运行的低碳发展要求，应从有机物高效利用、强化脱氮除磷、降低能耗、减少药剂使用等方面，研发适用于高速公路服务区的高效低碳处理工艺。
1.4 存在问题
随着我国高速公路网络的迅速发展，高速公路服务区也不断健全与完善，但现阶段高速公路服务区污水处理仍存在着不可忽视的问题：
（1）老旧服务区污水处理设施设置较早，早期设计的污水处理设施已不能满足当下的污水量；污水处理工艺落后，设施陈旧，耗能高，无法满足高冲击负荷污水处理需求。
（2）高速公路服务区缺乏相应的污水处理设计标准或规范，工艺设计难以准确预测服务区污水水质水量，影响工艺选择及设备选型，造成污水处理设备处理能力与实际污水量有较大偏差；污水处理工艺的抗冲击负荷能力不强，处理效果难以稳定达标。
（3）大部分服务区没有专业人员对污水处理设施进行管理维护，一般由水电工代管，造成工艺运行不稳定。
2 国外高速公路服务区污水处理现状
2.1 处理要求及标准
国外高速公路服务区污水处理设施主要参考分散式污水处理设计标准。如美国要求在建设高速公路服务区时，依照《联邦水污染控制法》（PL 92—500）或各州规范；波兰高速公路服务站污水处理设施设计中，单个设施最大瞬时流量计算根据《建筑物内部重力式排水系统》（PN-EN 12056—2）计算。以上方法计算的设计标准值多适用于城镇污水处理系统，低于服务区污水的峰值，不适用于服务区实际污水量。
2.2 水质水量特征
国外常见类型高速公路服务区有停车场、厕所和较小型的餐饮设施等，污水中主要污染物有 COD、BOD5、TP、TN、SS 等。污水以冲厕废水为主，由于缺乏餐饮设施、淋浴间和洗衣设施，污水成分中尿液占比较大，导致氮磷浓度较高。
经过调研，国外高速公路服务区污水量月变化系数范围为 1.28 ~ 1.74，日变化系数范围为 1.46 ~ 2.68。
污水量变化系数也会随着季节改变而变化，夏季污水量更高。国外高速公路服务区污水处理规模大概在50~100 m3/d，与国内相比，其规模偏小。国外高速公路服务区污水水质见表 3
污染物浓度总体变化较大，不同国家高速公路服务区污水水质差异较大。国外服务区污水中 NH4+-N 和 TN 浓度，显著高于国内服务区污水中浓度。此外，国外服务区污水与国内服务区污水相似，均存在污染物浓度变化范围较大的特点。
2.3 污水处理工艺
根据调研，国外高速公路服务区污水处理工艺大多采用曝气生物处理系统、“化粪池+土壤渗滤系统”和净化槽技术等。曝气生物处理系统（AWTS）是澳大利亚高速公路服务区污水处理中应用最广泛的技术，处理效果优于化粪池，但远低于典型废水处理单元。设计上存在曝气设置和污泥回流装置效率低、脱氮效率较低、故障率高等问题，完全故障率达到 40%，部分故障率达到 80% ~ 90%。国外高速公路服务区往往具有较大的建设面积，因此常采用“化粪池+土地渗滤”的组合处理系统，这种技术在 1984 年的美国高速公路服务区使用率达到50%。而日本的净化槽技术更适用于如高速公路服务区污水等分散式污水处理，且具有占地面积较小的优势。
2.4 存在问题
尽管国外高速公路网路发展较早，但就高速公路服务区的污水处理而言，仍存在以下问题：
（1）土壤渗透系统处理的污水依赖于服务区周边环境容量，且排放的悬浮固体和有机物易使湿地和排放区土壤孔隙堵塞，存在污染周边环境的风险。
（2）污水以冲厕废水为主，氮磷浓度较高，处理工艺氮磷去除效果较差，且缺乏监管系统，导致设施运行效果较差或出现故障。
3 国内外高速公路服务区污水处理对比分析与建议
国内外高速公路服务区污水处理存在明显差别。首先，从污水产生角度，国内高速公路服务区污水量大，变化系数大。其次，从污水来源角度，国内高速公路服务区功能日趋多样化，服务区污水不仅来源于冲厕废水，还包括修车废水、餐饮废水及由多样化服务功能产生的废水；而国外高速公路服务区功能相对比较单一，污水主要来源于冲厕废水。最后，从工艺选择角度，国内高速公路服务区污水处理设施建设用地面积限制了处理工艺的选择，通常采用 A/O、MBR、生物接触氧化等生化处理技术；而国外高速公路服务区污水处理设施则多采用“化粪池+土壤渗滤系统”进行生态化处理。
我国“水十条”和“双碳”战略目标的发布对服务区污水处理提出了更加明确的要求，对高速公路服务区污水处理的管理也更加严格。为落实《2030 年前碳达峰行动方案》中开展交通基础设施绿色化提升改造的要求，服务区污水处理应从达标排放向降低能耗、降低碳排放量、鼓励再生利用转变，可从以下两方面加以改进：
（1）全流程低碳设计：制定高速公路服务区从水质水量调研、工艺低碳设计与运行、排放与回用标准的全流程针对性导则或规范。从不同服务区水质水量特征、节假日变化特征调研入手，结合实际排放标准和周边环境，探索出具备抗水质水量冲击负荷、高效稳定脱氮除磷、低能耗、低药剂投放的污水处理技术。
（2）智能运行维护：目前大部分高速公路服务区污水处理设施的管理维护由专业性不足的水电工担任，高速公路服务区的运维与应急管理应交由专业的技术人员或机构，保证污水处理高效稳定运行。同时，应加强高速公路服务区智慧化监测和智能调控系统的建设，根据实时污水水量水质波动，智能调控处理工艺设备运行，进一步降低处理工艺的能耗和物耗。另一方面，污水处理设施运行难度大也对工艺设计提出了更高的要求，要在保证污染物去除效果的同时，选取工艺稳定、能耗低、便于维护的处理技术或设备。
4 结语
高速公路服务区作为高速公路网络的重要一环，其污水处理也愈加重要。通过调研，发现国内外高速公路服务区污水普遍存在水质水量冲击负荷大，氮磷浓度高的特点。经过对比分析，得出结论如下：
（1）国内高速公路服务区污水处理缺乏针对性的设计规范与运维管理方法；由于服务区功能多样化和车流量受时间段和节假日影响，污水水质水量变化幅度大；建设用地有限，多采用 A/O、MBR、SBR、生物接触氧化法等生化处理技术，存在处理设施设计选型与实际水质水量变化不匹配、运行与维护不及时、出水水质达标难度大等问题。应加强污水处理的运行稳定性，强化脱氮除磷能力。
（2）国外高速公路服务区与国内相比，餐饮设施规模较小，功能更为单一；国外高速公路服务区污水主要来源为冲厕废水，NH4+-N 和 TN 浓度显著高于国内服务区；国外更多采用生态处理技术，污水处理占地面积较大且依赖于服务区周边环境容量，我国高速公路服务区污水处理可借鉴日本净化槽技术。
（3）面向“双碳”战略，应从全流程低碳设计、科学运行维护两方面解决我国高速公路服务区污水处理问题；制定高速公路服务区从本底调研、工艺设计、运行维护、排放与回用标准的全流程针对性导则或规范；选用效果稳定、易于维护、脱氮除磷能力强、低能耗、低药剂投放的处理技术或设备，并建设污水处理智慧化监测和智能调控系统。
原标题：国内外高速公路服务区污水处理现状与分析
原作者：吴正运 唐燕华 刘一帆 范 茹 夏阳光 杨小丽
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