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(fā)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(qū)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(huán)保意識的日益提高，水環(huán)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(qū)一般遠離城鎮(zhèn)，其生活污水難以及時有效地處理，易對周邊環(huán)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(qū)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(qū)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(qū)概況

山西省某高速公路服務區(qū)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(qū)共分為南、北兩區(qū)，北區(qū)占地面積為30 000 m2，南區(qū)占地面積為18 000 m2，共占地面積為48 000 m2。服務區(qū)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(qū)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(qū)污水處理設施缺乏日常專業(yè)運營維護，服務區(qū)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(jiān)測和運營監(jiān)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(tǒng)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(qū)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(jiān)測分析方法（第四版）》執(zhí)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(zhèn)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(zhèn)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(qū)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(jié)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(qū)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(qū)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(guī)律

一般服務區(qū)污水產生量的高峰發(fā)生在午時，低谷發(fā)生在深夜或凌晨。由圖1 可以看出，服務區(qū)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(qū)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(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A 標準，這可能是因為服務區(qū)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(qū)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(zhèn)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)污水處理設施應注重日常專業(yè)運營維護，設備正常穩(wěn)定運行。服務區(qū)管理部門應結合服務區(qū)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(jiān)測和運營監(jiān)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(fā)展高效、低耗的污水處理技術。該技術具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，抗沖擊負荷能力強等優(yōu)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(huán)境相結合，同時滿足低能耗、節(jié)能的要求。實現污水的資源化利用，對水源保護意義重大。