近年来，随着交通强国战略的大力推进，高速公路建设快速发展^[1]。截至2023年底，全国高速公路总里程达到18.36万千米，沿线服务区数量达到6 000余座。高速公路服务区对保障交通运输安全、缓解司乘人员疲劳具有重要意义^[2]，但与此同时产生的污水排放影响却不容忽视^[3-4]。服务区污水具有碳氮比低、氮磷含量高、水质水量冲击负荷高等特点^[5-6]，目前国内多采用A²O、生物接触氧化、序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器(MBR)、人工湿地^[7-10]等工艺进行处理，但由于缺乏对进水水质水量变化的调研和分析，工艺设计进水水质和规模往往与实际情况不匹配^[11]。同时，大部分服务区缺乏专业人员对污水处理设施进行运行维护，导致出水难以稳定达标^[12]。因此，本研究以江苏省为例，调研不同等级高速公路服务区污水水质水量，揭示高速公路服务区污水周中、周末和节假日水质变化特征，为服务区污水处理工艺设计和运行维护提供参考。

高速公路服务区的选取遵循纵向和横向原则，纵向原则是指根据《江苏交通年鉴2019》中全省国家高速公路年平均断面日均车流量，结合调研可行性，选取经过江苏省境内的首都放射线高速公路、横纵路线高速公路和高速公路联络线上的服务区；横向原则是指根据高速公路服务区车流量和人流量差异选取就地处理和接入市政管网的服务区。根据这一原则，选取了江苏省境内具有代表性的8座服务区，选取结果如表 1所示。其中，A高速公路服务区位于高速公路联络线，BCEFH服务区位于横纵路线，DG服务区位于首都放射线，各服务区车流量和污水排放情况有较强的代表性。

高速公路服务区污水排放受车流量影响较大，因此本研究分别调研了周中、周末和节假日进、出水水质，进水采样点为调节池进水端，出水采样点为排放口，其中B服务区出水采样点为MBR出水口，采样时间为10:00~14:00。在周末(2021.1.24)和节假日前期(2020.10.1)对8座服务区进行取样；同时选取ABCD这4座不同等级的典型服务区进行周中(2020.9.23)、周末(2021.1.24)和节假日(2020.10.1，2020.10.7)取样，监测COD，NH₄⁺-N，TN和TP等水质指标，测试方法参考《水和废水监测分析方法》(第四版)^[13]。

为揭示不同等级服务区进水水质变化规律，为污水处理设施设计、运维提供参考，本研究在周末对8座服务区进行采样分析，其COD，NH₄⁺-N，TN和TP进水浓度如图 1所示。

图 1 不同等级服务区进水污染物浓度 Fig. 1 Influent pollutant concentration in service areas with different grades

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由图 1可知，各服务区周末进水COD，NH₄⁺-N，TN和TP的浓度范围分别为267.20~1 537.20，60.02~145.02，66.77~146.62 mg/L和0.26~10.20 mg/L，进水浓度存在较大差异。同时可以发现，同样位于G2高速的DG服务区进水COD浓度分别为272.00 mg/L和1 537.20 mg/L，相差5.65倍，进水NH₄⁺-N，TN，TP浓度分别相差1.93倍，2.01倍，1.30倍；同样位于G25高速的BC服务区进水COD，NH₄⁺-N，TN和TP浓度分别相差2.58倍，1.81倍，1.83倍，3.03倍。这说明同一条高速公路上的不同服务区间进水COD浓度也存在较大差异。

不同等级公路服务区进水浓度存在较大差异，同一等级公路不同服务区之间进水浓度也存在较大差异，分析认为，进水污染物浓度的差异可能是因为服务区规模和功能差异、以及过往车辆和人员数量的随机性造成的^[14]。廖家楠^[15]在对陕西省高速公路服务区污水处理现状的分析中也指出，污水水质变化与交通量、服务区进出人员有密切联系。由于车流量的随机性和服务区不同功能区产生的污水水质差异，服务区污水处理设施的进水水质在每时甚至每月都具有较大的波动性。

利用SPSS对4项指标进行相关性分析，使用Spearman相关系数表示相关关系的强弱情况，结果如表 2所示。进水COD和NH₄⁺-N，TP之间的相关系数分别为0.21，0.38，不存在明显的正相关性，表明高速公路服务区进水污染物浓度变化的无规律性。进水NH₄⁺-N和TP之间的相关系数为0.76，且p＜0.05，相关性较显著，可能是因为NH₄⁺-N和TP的主要来源均为厕所废水。

由于FGH服务区排放污水接市政管网，E服务区经A²/O+MBR组合工艺深度处理后进行中水回用，因此后续重点对A(联络线服务区)、B(横纵路线服务区)、C(横纵路线服务区)、D(首都放射线服务区)4座具有独立污水处理设施的服务区在周中、周末、节假日前期和节假日后期进行进出水水质分析。

不同时间段各服务区COD进出水浓度及去除率变化如图 2，表 3所示。

图 2 不同时间段各服务区进出水COD浓度和去除率的变化 Fig. 2 variations of COD concentration and removal efficiency in different service areas during different time periods

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由表 3可见，A服务区进水COD浓度在不同时间段变化幅度不大；与周中相比，B服务区周末和节假日进水COD浓度变化系数分别为2.53和1.75，变化较大；CD服务区进水COD浓度在周中和周末相差不大，在节假期前后大幅度增加，平均变化系数分别为1.26和2.50。不同等级服务区进水COD浓度在各时间段的变化规律不同，这进一步证明高速公路服务区进水污染物浓度变化的无规律性。从节假日COD浓度来看，位于首都放射线的D服务区进水浓度变化系数最高为2.50；位于高速公路联络线的A服务区进水浓度变化系数最低为1.15。目前国内服务区污水处理设计普遍仅考虑1.5~2的水量变化系数，未考虑水量变化和水质变化的同步性，因此，服务区污水处理应优化工艺设计系数取值范围。

由图 2可见，除B服务区周中COD出水浓度外，4座服务区各时期出水COD浓度均未达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准。田伟等^[16]的调查中，也发现不同服务区COD处理效率相差很大，且处理效率都不高，出水COD浓度难以达到(GB18918—2002)一级A标准。与周中相比，节假日期间位于首都放射线的D服务区平均去除率上升了22.91%，这可能是因为D服务区污水处理设施设计规模较大，周中时处理水量不足60 m³/d，未达到设计满负荷值。同时可以发现，节假日期间位于横纵路线的B服务区COD平均去除率下降了40.72%，同样位于横纵路线的C服务区平均去除率反而上升了15.32%，这可能是因为B服务区污水处理装置设计规模较小，节假日期间水量升高，水质波动较大，超过了装置抗冲击负荷处理能力，污水未能得到有效处理，而C服务区不仅具有较大的调节池，而且进水COD浓度变化较小，有效缓解了节假日进水的高负荷冲击影响。调研分析表明，服务区出水COD难以稳定达标，一方面是因为采用的处理工艺设计与实际产生污水水质水量不匹配，另一方面是因为与城镇污水处理相比，高速公路服务区缺少长距离管网系统作为水质调节系统，化粪池和隔油池出水中的大分子有机物质没有得到充分水解^[17]，微生物难以有效利用。设计时采用较大的调节池可以延长水力停留时间，利于大分子有机物质的水解，提升处理工艺的抗冲击负荷能力。

不同时间段各等级服务区NH₄⁺-N、TN进出水水质变化及去除率如图 3，表 4所示。

图 3 不同时间段各服务区进出水NH4+-N、TN浓度和去除率的变化 Fig. 3 Variations of NH4+-N and TN concentration and removal efficiency in different service areas during different time periods

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由表 4可见，各服务区进水NH₄⁺-N、TN浓度在周中和周末相差不大，在节假日期间均大幅度增加。节假日期间，位于首都放射线的D服务区进水NH₄⁺-N、TN浓度变化系数最小，这与节假日期间进水COD浓度变化规律相反，可能是由于污染物来源不同造成的。

由图 3可知，4座服务区各时期出水NH₄⁺-N、TN浓度均未达到(GB18918—2002)一级A标准。周德柱等^[18]对国内多个高速公路服务区进行调查，结果也表明不同服务区进水NH₄⁺-N相差较大，处理效率不高并且普遍较低，出水NH₄⁺-N和TN难以满足(GB18918—2002)一级A标准，甚至存在出水TN浓度高于进水的情况；与本调研结果一致。由图 3还可以发现，ACD这3座服务区采用A²O工艺，周中TN去除率均低于30%；B服务区周中NH₄⁺-N、TN去除率分别达到80.73%，59.05%，优于其余3座服务区，这是因为该服务区采用MBR工艺，利于增殖缓慢的硝化细菌生长繁殖，取得了较好的水质处理效果，但出水仍未达到(GB18918—2002)一级A标准。这一方面是因为进水浓度高且变化幅度较大，另一方面由于缺乏长距离收集管网作为调节器，化粪池和隔油池出水中的大分子有机物质没有得到充分水解，反硝化菌难以有效利用。

由表 4可见，与周中相比，周末4座服务区NH₄⁺-N和TN去除率明显下降，这是因为周末取样时间为冬季，水温低于10 ℃，硝化菌活性受到抑制，NH₄⁺-N去除率下降，进而TN去除率也相应下降。与周中相比，节假日期间位于横纵路线的B服务区NH₄⁺-N，TN平均去除率分别下降了51.18%，29.19%，可能是因为B服务区污水处理装置设计规模较小，节假日期间水量升高，水质波动较大，超过了装置抗冲击负荷处理能力，污水未能得到有效处理，MBR工艺抗冲击负荷的优势无法得到体现。同样位于横纵路线的C服务区NH₄⁺-N、TN平均去除率分别上升了22.63%，30.28%，可能是因为C服务区设置有较大的调节池，一方面增强了污水处理设备的抗冲击负荷能力，另一方面使得大分子物质得到充分水解，一定程度上弥补了低水量时的有机负荷缺乏问题^[19]，为反硝化菌提供了充足碳源。

由表 4还可以发现，4座服务区中，不同时间段内A服务区污染物去除率变化幅度最大。与周中相比，A服务区周末NH₄⁺-N去除率下降66.80%，其余3座服务区NH₄⁺-N去除率下降最高值仅为30.10%；节假日期间TN去除率上升66.13%，其余3座服务区TN去除率上升最高值仅为30.28%。这是因为2020年9月23日典型周中取样后，污水处理设施出现故障，A服务区委托专业机构于9月底接种高浓度污泥并重启了装置。重启后的污水处理装置在短时间内表现出了较高的污染物去除效能。但由于设计缺陷和运维不当，污泥富集生长情况不佳，装置难以长时间稳定运行，一段时间后，污染物去除效率再次下降。这一现象表明，良好的维护措施是污水处理设施长期稳定运行的重要保障。

不同时间段各等级服务区TP进出水水质变化及去除率如图 4，表 5所示。

图 4 不同时间段各服务区进出水TP浓度和去除率的变化 Fig. 4 Variations of TP concentration and removal efficiency in different service areas during different time periods

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由表 5可见，A服务区进水TP在周末偏低，节假日变化不大；B服务区进水TP在各时间段变化不大；C服务区周末及节假日进水TP浓度均低于周中，TP浓度变化系数分别为0.60和0.54；D服务区进水TP浓度在节假日大幅度增加，与周中相比，平均变化系数为1.48。不同等级服务区进水TP浓度在各时间段的变化规律不同，进一步表明高速公路服务区进水污染物浓度变化的无规律性。

由图 4可见，设有化学除磷设施的A服务区TP去除率较高，除周末调研当天由于投药装置损坏外，服务区出水TP浓度可达到(GB18918—2002)一级A标准。其余3座服务区未设置化学除磷设施，各时期出水TP浓度均未达到一级A标准。这表明高速公路服务区污水TP去除主要依靠化学除磷，可能是因为污水处理设施运行中几乎不排除剩余污泥，导致生物除磷效果有限。

由表 5同时可以发现，节假日期间BD服务区TP平均去除率分别升高了6.33%和18.73%，可能是因为BD服务区节假日污水浓度和流量较高，促进了聚磷菌生长，提高了好氧摄磷能力，短时间内提高了TP去除率。C服务区周末和节假日TP去除率分别升高了13.50%和74.29%，可能是因为周中水量较小，污水在调节池内停留时间较长，回流污泥中磷的释放速率较大^[20]。

调研结果显示，各服务区污水处理出水COD，NH₄⁺-N，TN，TP这4项指标普遍未达到(GB18918—2002)一级A标准，现有服务区污水处理工艺的设计、运行存在以下问题。

(1) 水质水量基础数据缺乏

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，同时水质也产生较大的波动^[21]。调研中发现A、B、D服务区设计规模分别为96，150，150 m³/d，但在节假日期间A、D服务区日处理水量可达到300 m³/d，水量变化系数达到2~3，高于设计时普遍考虑的水量变化系数1.5~2.0；B服务区节假日期间日处理水量可达到200 m³/d，实际水量变化系数满足设计值，但未考虑到水质水量变化的叠加性影响。由于设计流量、进水水质与实际产生量和水质不匹配，实际污水水质水量变化系数高于设计变化系数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，污水处理设施难以取得稳定的运行效果。

(2) 工艺设计存在缺陷

高速公路服务区污水进水水质、水量冲击负荷大，同时缺少城镇污水长距离排水管道的水解作用，而现有服务区调节池设计容量普遍偏小，不仅导致水质水量调节功能削弱，而且大分子有机物无法被充分水解。此外，传统的A²O工艺抗冲击负荷能力有限，脱氮除磷优势无法发挥；MBR工艺效果虽优于A²O工艺，但从水质检测结果来看，也难以满足实际污水处理需求。

(3) 维护管理力度不足

调研通过现场翻阅资料、咨询管理人员、核查仪器设备等方式，发现高速公路服务区配备专业管理人员的情况较少，多数为水电工代管，导致装置检修、设备更换、运行维护等工作均存在一定困难，部分设备出现锈蚀，设施出现故障停用后难以快速重启。调研还发现，污水处理设施中污泥不能及时清理排放的状况非常普遍，造成设备堵塞和微生物群落整体退化。部分服务区污水处理设施经过专业团队的运行维护后，短时期内表现出较好的污染物去除效能，但水电工代管一段时间后处理效果再次下降。

(4) 监督管理缺位

调研中发现服务区污水处理缺乏有效的管理制度和相应的巡查机制，成为环保督察的盲区，排放污水不达标却并没有得到重视与解决。

针对上述问题，可采取的改进措施有：

(1) 深入开展高速公路服务区水质水量调研，研发符合高速公路服务区污水水质水量变化特性的处理工艺。

(2) 污水处理工艺设计采用“一区一策”原则，适当放大调节池或增设水解酸化池，重视化学除磷，并选用脱氮除磷效果好、抗冲击负荷能力强、占地面积小、施工方便、运行和维护简单的处理工艺。

(3) 加强管理人员业务技术培训，提升运行管理人员业务水平，定期对污水处理设施进行维护保养，确保处理设施可以长效稳定运行。

(4) 构建江苏省高速公路服务区智慧水环境监测网络，各部门间信息共享，落实管理主体责任，共同保障服务区污水处理稳定达标。

3结论

(1) 周末各服务区进水污染物浓度差异较大，且无明显规律性变化；与周中相比，除TP浓度无统一变化规律外，节假日各等级服务区进水COD、NH₄⁺-N和TN浓度均存在不同程度的升高，浓度变化系数范围分别为1.15~2.50，1.44~2.21，1.51~2.31。

(2) 所调研的具有独立污水处理设施的服务区污水处理均不能满足实际处理需求。相较于A²O工艺，MBR工艺具有更高的COD、NH₄⁺-N和TN去除效能，而较大的调节池容积有助于水质水量调节和增强大分子有机污染物水解，可将增大调节池、增设化学除磷、MBR耦合工艺作为改进方向。

(3) 现有服务区污水处理存在水质水量基础数据缺乏、工艺设计不合理、维护管理不足、监督管理缺位等问题，应采取“一区一策”原则，从开展水质调研分析、开发适宜工艺、加强运维管理，落实监督责任等方面加以改进。