1、引言


现有高速公路污水处理系统采用的工艺以统接触式氧化工艺为主，处理效果往往不够理想。其主要原因是处理工艺较为复杂，占地面积大，影响因素较多，不能很好地适应高速公路污水的特点。近年来，膜生物反应技术因其较好的处理效果，逐渐取代了传统的污水处理工艺，成为了热门的污水处理技术。膜生物反应器中安装了分离膜，能更好的构成完善的组合单元。与传统的污水处理技术相比，采用膜生物反应技术处理污水的操作更方便、装置运行更平稳，能获得更优质的水质，具备更加突出的技术优势，能够用于不同行业、不同领域的污水处理过程中。站在促进生态和谐的角度来分析，在环境工程污水处理过程中可以适当运用膜生物反应技术提升出水质量，提高污水处理实效性，保障生态和谐。


2、高速公路污废水及其特点


(1)高速公路服务区的污水产生量具有典型的潮汐式特点，具体表现在以下方面：


①节假日与日常污水产生量差异巨大。日常污水产生量较少，节假日时，污水产生量会明显增加。如按平时交通流量设计污水处理能力，则不能满足节假日的需求;如按节假日设计污水处理能力，则日常又会造成极大的浪费。


②季节差异性较大。夏季污水量可能是冬季的5～6倍，甚至更高，因此服务区污水排放量具有很大的波动性，增大了高速公路污水处理难度。由于服务区与收费站分布范围广，一般情况下，单边服务区用水量不超过10m3/h，因此高速公路具有沿线污染点多、各污染点污水产生量小的特点，这也加大了污水处理的难度。


(2)污水以餐厨污水与公厕清洗污水为主，COD、BOD、SS、油类、氮、磷含量较高，受其产生量的影响，高速公路特征污染物浓度变化范围较大，详见表1。

3、膜生物反应技术概述


膜生物反应技术，特别是膜生物反应器(MBR)处理工艺日益成熟，是一种应用范围广泛的的新型污水处理技术。膜生物反应技术与分离膜组件相互配合组成生物单元，是一种较为新型的污水处理手段，它由二沉池技术与生物处理技术发展而来，与一般传统的技术方法相比有更强的实用性和有效性。膜生物反应器是膜生物反应的基本装置，它将生物处理与膜分离技术密切结合起来，通过技术优化整合的方式，让膜生物反应技术更具有实效性。膜生物反应技术依靠膜分离技术与生物处理技术，并将二者进行优化结合，不仅能从本质上提升污水处理的效果，还能有效提升污水转化率，形成可利用的水资源。与传统的污水处理技术方法相比，膜生物反应具备更好的处理效率和性能。


膜生物处理技术主要包括膜分离装置、曝气装置、萃取反应器。其中膜分离反应器因其独特的生物特征，成为最广泛应用的装置。在实际污水处理运行的过程中，根据生物膜在反应器中的位置，可以将膜生物反应器分为不同的类型，包括一体式类型、分离式类型等。除此之外，厌氧反应器及好氧反应器都可以运用到污水处理程序中。膜生物反应工艺与传统污水处理工艺比较如图1~2。

膜生物反应器与传统污水相比具有以下明显优势：


(1)工艺更紧凑，设备占地更少。由于膜生物反应器无需二沉池，反应器内污泥浓度高，负荷能力高，占地面积大为减少。


(2)出水水质相对稳定，水质优异。生物膜的使用促进了污泥与水的高效分离，分离效果远好于传统沉淀池，处理后出水极其清澈。膜生物反应技术能够对有机废水进行有效清理，实现对其中的悬浮物的深度分离，改善出水水质，缩减污泥体积，确保大分子的高效降解，强化污水处理效果。


(3)无需专门配置污泥处理系统。膜生物反应处理技术的污泥产量极低，无需专门的污泥处理系统，与传统工艺相比，既可以减少污泥的处理费用，又可以减少因污泥处理导致的占地问题。


(4)膜生物反应技术系统性能优良，有良好的负荷承受能力，随着外界环境条件的改善，其生物机能也会得到提高，在高速公路污水处理方面有明显优势。


(5)生物膜的特殊性质使得其腔体内部可以对废水的流速进行把控，将流速控制在合理范围内，实现进水、出水槽的紧密连接。


(6)生物膜能够维持其中硝化细菌的浓度，防止硝化细菌的流失，从而确保硝化效率。


(7)膜生物反应器能够提高传氧效率，在系统内的合理位置设置生物膜并确保其通透性，能够对高压污水进行有效处理。


虽然膜生物反应技术具有明显的优势，但目前其利用率还不够高，并且处理环节仍存在诸多缺陷，在某企业采用生物膜进行污水处理后，对采集到的数据进行分析，发现了其中的不足之处，具体表现在以下几点：


(1)生物膜对颗粒物或者是有害元素有着较强吸附作用，若在使用过程中忽视清洁工作，会对生物膜的污水处理效率产生影响。


(2)生物膜会因较多的处理阶段而受到污染，使其透水量逐步降低。


(3)投资成本高，运行费用高，能耗较高。特别是生物膜的使用成本高，使用周期不够长，一般为3~5年，限制了生物膜技术的使用与发展。


针对以上问题，相关技术人员在对生物膜技术加以改进时，应对其可用期限进行深入研究。若生物膜遭受污染，其通水量等特性也会因此改变，对这种变化也应予以重视。当生物膜存在堵塞问题时，需要专业人员对生物膜反应器进行监测、维修等工作。但对生物膜上的附着物进行清除的工作通常十分繁琐复杂，需要消耗大量的人力物力，在此过程中产生的各种成本问题也不容忽视。


4、膜生物反应器在高速公路项目中的实际运用


针对膜生物反应器的实际效果进行验证，在娄衡高速项目中对膜生物反应器的实际效果进行了实测。处理效果如表2所示。

从实际处理效果来看，膜生物反应器对服务区污水的处理效果较好，特别是对SS、COD、BOD5、NH3-N的去除率在在90%左右。对处理过的污水进行现场观察，发现其水质较为清澈，无明显悬浮物。但膜生物反应器对TN与TP的处理效果一般，如需进一步降低TN与TP的浓度，需对污水处理系统进行改进，例如采取增加化学除磷、增设反硝化单元等措施。处理后的污水适合运用于湿地或绿化灌溉，若要运用于其它生活回用水，则需进一步消毒处理。


5、结束语


综上所述，膜生物反应技术在环境工程的污水处理工作中发挥着十分重要的作用，其相应理论也在逐渐完善中。膜生物反应技术的发展方向是高效、彻底地处理污染。在高速公路污水处理项目中，很多服务区采用该工艺取得了良好的环保效果，贯彻落实了绿色交通的理念，做到了人与环境的和谐发展。


但由于该工艺存在一定的不足之处，在实际的运用中暴露出了一些问题。例如，高成本与高能耗限制了其进一步的发展与使用;部分高速项目甚至为了节省电能关闭污水处理设备;部分污水处理设施中的生物膜达到更换年限后也不进行更换，极大地影响了该工艺的处理效果。在对该工艺进行研究时，应着重提高对TP与TN的处理效果，同时降低能耗与生物膜的安装、更换成本，确保该技术的优势得到高效发挥，为污水处理夯实技术基础，保障污水处理效果。