（环境工程专业论文）高速公路服务区污水生态处理工艺研究.pdf

山东大学硕士学位论文 一 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n t o fh i g h w a yc o n s n u c t i o n0 nw a t e r r e s o u r c e s c a u s e ds o m ed e g r e eo fd a m a g e t h i s i n d e p t ha n a l y s i so fh i g h w a ys t a t u so fw a s t e w a t e r 仃e a t m e n ts e r v i c ea r e at oe x p l o r ea h i g h w a ys e r v i c ea r e af o rw a s t e w a t e r 仃e a t m e n ta i l d r e u 8 et e c h n o l o g y , c o m b i n e dw i t hd e m o n s t r a t i o n p r o j e c tc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no f t h e h i g h w a ys e r v i c ea r e ao fe c o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t e c h n 0 1 0 9 ya n dt h e a a j u s t m e mo fp a r a m e t e r so p t i m i z a t i o n ，e c o l o g i c a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e sa r e s u m m a n z e d1 nt h es u c c e s s f u l e x p e r i e n c ef o rt h eh i g h w a ys e r v i c ea r e ao fe c o l o g i c a l w a s t e 、榭e r 渤t m e n tt e c h n o l o g yt o p r o v i d et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s u r v e yr e s u l t ss h o wt h a t ：s u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d sa n ds o i l f i l t e rf o r t | 1 en 1 曲w a ys e r v l c ea r e ah a sag o o d a p p l i c a b i l i t yo fs e w a g e 仃e a t m 翎t ，t h e 眈a t e d e 壮l u e n tt 0m e e t e m i s s i o ns t a n d a r d st ob es t a b l e ，a n dt h e p r o v i n c ew i t ht h ec o n s 劬c t i o n a n do p e r a t l o nc o s t , g o o d e 能c t o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ei ss i m p l e ，l a n d s c a p ew o r k s w e l i ，s 仃0 n gs t a b i l i t ya n do t h e ra d v a n t a g e s ，a n dt h e s e w a g et r e a t m e n ts y s t e mc 锄p 礁c t b j e n do it h es u r r o u n d i n gl a n d s c a p ea n dt o p r o t e c tt h el o c a le c o l o g i c a le n v i r o 姗e n t s n o w e d g o a p p l i c a b i l i t ya n db r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s ，p a r t i c u l a r l yf o rm o r e h i g h w a y si nt h eg r e e ns e r v i c ea r e aa p p l i c a t i o n s u b s u r t a c en o wc o n s t r u c t e dw e t l a n dw a s t e w a t e rt r e a t m e n t r e s e a r c hd e m o n s 觚i o n p r o j e c t st h a t ：h y d r a u l i cl o a d i n gr a t ei s0 2 5m 3 m 2 di nt h ec a s e ，t h eu s e o fs u b s u i f a c e t l o wc 咖c t w e t l a n df o rt h et r e a t m e n to f d o m e s t i cs e w a g e ，t r e a t e de m u e n tc 柚b e n l e v e d ”u r b 舳w a s t e w a t e rr e u s ef o ru r b a nm i s c e l l a n e o u sw a t e rq u a l i t y ( g b t 18 9 2 0 - 2 0 0 2 ) u r b a n g r e e n i n gw a t e rq u a l i t y r e q u i r e m e n t s s o i ll e a c h a t e 仃e 咖c n t r e s e a r c hd e m o n s t r a t i o np r o j e c t st h a t ：h y d r a u l i c l o a d i n gr a t ei s0 8m 3 m 2 di nt h ec a s eo f d e m o n s 的1 0 np r o j e c t st os t a b i l i z et h ee f f l u e n tu p t ot h en a t i o n a l ”i n t e g r a t e dw a s t e w a t e r d 1 s c h 鹕es t a n d a r d ”( g b8 9 7 8 - 19 9 6 ) o fa s t a n d a r d ，b ya d dt a os a n d ，s l a ga n dh u m u s t oe f f e c t i v e l y1 m p r o v et h e p o o rp e r m e a b i l i t yo fs o i la e r a t i o na n d o r g a n i cm a 牡e rc o n t e n t g r e a t l y1 m p 州n gt h ep u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c y ；t h es a m e t i m e ，u pa n dr u n n i n g ，t a k eas t e p t o1 n c r e a s et h e h y d r a u l i cl o a da n di n t e r m i t t e n t d o s i n gs u c ha ss t r e n g t h e n i n gs r u n n m gp r o 铲锄t h a tw i l ls y s t e ms t a r t - u pt i m er e d u c e dt o 3 0d a y s ；i nt h eu n d e r l y i n g s o i l1 n f n t r a t l 0 1 1s y s t e mf i l l e dw i t hs o i l ( t h i c k n e s s4 0 c m ) o f s a n dm i x e d 州t h2 0 o ft h e p o t t e r yo v e rt h ew a t e rt oi n c r e a s et h ec a p a c i t yo ft h e s o i l ，f i l li nt h es u r 龟c es o i l ( t h i c k n e s s3 0 c m ) i nt h em i x i n g2 5 o ft h es l a g ( s l a go f flc m s i e v e ) t oi i l c r e a s es o i l 山东大学硕士学位论文 a e r a t i o na n dp e r m e a b i l i t yp r o p e r t i e s i no r d e rt oi m p r o v et h es o i l sh u m u sc o n t e n t ， i m p r o v es o i la g g r e g a t es t r u c t u r e ，i no r d e rt oc r e a t eaf a v o r a b l es o i le n v i r o n m e n tf o rt h e g r o w t h ，i n f i l t r a t i o nt r e n c hi nt h es o i lm i x e dw i t hac e r t a i na m o u n to fp e a t , o r g a n i c m a t t e rc o n t e n to ft h es o i lt oa b o u t5 k e yw o r d s ：h i g h w a ys e r v i c ea r e a s ，s e w a g et r e a t m e n t ，c o n s t r u c t e dw e t l a n d ，t h es o i l i n f i l t r a t i o ns y s t e m ，p u r i f i c a t i o n 3 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景、意义 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，高速公路作为我国国家发展战略中重点建设的基础设施 得n - ；飞速发展高速公路【l 】。到2 0 0 8 年底，全国公路总里程达3 6 8 万公里，高速 公路从无到有，通车里程已达6 0 3 万公里t 2 l 。随着我国公路建设步伐的加快，公 路建设对资源的影响也日益受到社会各界的关注。公路建设对水资源的影响是很 重要的一个方面。我国水资源匮乏，分布不均，污染严重，公路建设在发展的同 时，如何减少对水资源的破坏，是公路建设中亟待研究解决的重要问题。 本研究旨在广泛调研和深入分析高速公路服务区污水处理设施建设、选用的 工艺、设备运行情况及处理效果的现状，找出当前高速公路服务区污水处理面临 的主要问题。探索适用于高速公路服务区的抗负荷变化能力强、运行能耗低、建 设及运营成本低的污水处理与回用技术。并选择合适的依托工程进行高速公路服 务区污水生态处理技术实际应用和示范工程研究。结合示范工程建设和运行，对 高速公路服务区污水生态处理技术进行参数的调整与优化，总结归纳污水生态处 理工艺中成功的经验，为高速公路服务区污水生态处理技术推广应用提供理论和 实践经验。研究成果将对于“全面建设资源节约型、环境友好型社会”、“建设资源 节约型、环境友好型交通行业，促进交通与自然和谐发展”、保障交通建设目标的 顺利实施以及交通事业的可持续发展具有重要的现实意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究与应用现状 公路沿线服务设施的水污染问题已引起国外的普遍重视，国外一般采用分散 式处理方式及一些小型的污水处理系统进行处理，特别重视中水回用。 发达国家高速公路建设实行建设和环境保护并重的方针，在高速公路建设的 初期就将环境保护和恢复措施纳入建设之中。发达国家高速公路相对比较发达， 污水处理技术开展比较早。2 0 世纪3 0 年代，美国等发达国家开始开展服务区生态 4 山东大学硕士学位论文 环境保护工作，并重视对服务区的污水进行深度处理。日本到2 0 世纪6 0 年代后 期，其高速公路大发展阶段之后，随着环境问题的日益突出，也开始大范围开展 高速公路服务区污水处理的研究。 经过多年的研究与实践，国外高速公路服务区的污水处理与回用技术已经比 较成熟，目前应用比较广泛的处理技术包括主要有s b r 法、膜生物反应器、人工 湿地处理工艺等，经过响应的技术改造与优化。这些技术已经能够适应高速公路 服务区污水成分复杂、水量波动大、占地要求高等特点，收到了较好的处理效果。 在出水回用方面，由于欧美等国家高速公路服务区的绿化面积相对比较大， 处理后的污水主要用于绿化灌溉，另外回用于冲洗厕所等用途。 图1 1 日本高速公路服务区污水处理工程 1 2 2 国内研究与应用现状 在国内，由于高速公路一般远离城市，其污水往往无法直接排入市政下水管 网，需经过污水处理后达标排放。目前主要是借鉴城镇分散式小型污水处理技术， 选用地埋式一体生化处理设备、s b r 法等【3 j 。但由于没有针对公路服务区污水特点 开展相应的研究与优化，因此在出水水质、运营成本、管理控制难度等方面都还 不尽如人意，影响了操作人员使用的积极性和污水的处理效果。 国内针对公路沿线设施的污水处理起步较晚，交通部环保中心对我国1 2 个省 ( 区) 公路生活污水处理装置进行了调研。结果表明，调研的5 5 条公路共安装生 活污水处理装置3 9 1 台，处理装置实际投资从5 万元台1 3 2 万刀台不等。 处理装置分为一级处理和二级处理两种，一级处理以化粪池为主，二级处理 山东大学硕士学位论文 以生物接触氧化法、常规活性污泥法、a o ( 缺氧好氧) 法为主。 1 3 研究内容 ( 1 ) 公路服务区污水处理现状研究 通过文献调研和部分路段现场考察，调研我国公路服务区污水处理设施建设 及运行情况，分析存在的问题； 结合国内外公路服务区污水处理的先进经验，筛选比较目前公路服务区污水 处理技术，并分析其适用性，在此基础上结合我国不同地区的环境、经济等特点， 提出处理效果好、运转成本低、易操作的公路服务区污水处理及回用技术。 ( 2 ) 典型地区公路服务区污水生态处理技术示范工程研究 结合调研情况，选择适当的污水生态处理工艺进行深入研究；主要选用人工 湿地和土壤渗滤2 种污水生态处理技术。 针对目前服务区污水处理存在的问题，结合江西等地的依托工程和其他典型 路段，开展公路工程运营期污水生态处理技术示范工程实际应用研究。开发处理 效果好、运转成本低、简便操作的污水生态处理系统。 对建成并投入使用的污水生态处理技术示范工程进行监测分析，通过监测污 水的c o d 、b o d 、总氮、氨氮、总磷、油类等污染物水质指标，以及不同设计和 运营条件下污水生态处理技术的效果对比，提出适合高速公路服务区的污水生态 处理系统。 6 山东大学硕士学位论文 第二章我国高速公路服务区污水处理现状调查 研究 调查发现，目前我国高速公路服务区污水处理存在以下几方面问题： ( 1 ) 部分早期建设的高速公路没有设置污水处理装置或只设置了传统的化粪池 处理污水，而化粪池处理的效果不理想。环保设施验收监测结果表明，出水不能 完全达标排放，对周围环境尤其是地下水的污染比较严重。 ( 2 ) 污水处理设备的设计和选择难以确定。由于难以确定高速公路服务区实际 用水量，污水处理设备不好选型，易造成装置处理能力与实际污水量有较大偏差。 另外，生物处理设备对运行管理要求较高，实际使用时往往由于缺乏专业人员管 理、维护，导致处理效果较差。 ( 3 ) 污水处理设施运行费用较高，主要是耗电量大、电费高，导致许多污水处 理设备因“用不起”而闲置。 在没有城市污水管网可接人的情况下，服务区污水排放一般执行污水综合 排放标准( g b 8 9 7 8 9 6 ) 中的一级标准污水经过化粪池自然沉淀( 一级处理) 后， 悬浮固体( s s ) 的去除率为4 0 5 5 ，生化需氧量( b o d s ) 的去除率只有2 0 3 0 ， 一般达不到排放标准，必须进行生化处理( 二级处理) 。 本文在上述调研成果基础上，依托 2 0 0 8 年交通部服务区污水处理技术调研”， 对广东、云南、重庆、吉林等地的服务区进行了详细调研，基本摸清了我国典型 服务区污水处理工艺类型和特点。在上述分析的基础上，分析不同处理技术的实 用性，进而筛选出几套较好的处理技术，以推广使用。 从污水处理工艺的情况来看，高速公路服务区污水处理工艺主要有：地埋式 一体生化处理设备、s b r 法、膜生物反应器、生态渗滤深度处理、人工湿地、土 壤渗滤等。 2 1 高速公路服务区污水特征 随着我国公路建设迅猛发展，公路沿线的配套设施也越来越多，这些设施在 7 山东大学硕士学位论文 正常运营过程中产生的污水逐渐成为我国水环境治理中亟待解决的一个问题。公 路沿线附属设施包括沿线各收费站、服务区、养护工区及管理中一i i , 、隧道管理站 矗母 寸o 2 1 1 高速公路服务区污水来源 高速公路服务区污水按来源可分为公厕、卫生间排放的污水，厨房排放的污 水和加油站及车辆冲洗排放的污水3 类【4 】。与其它污水相比，公路服务区污水有其 自身的特点，主要表现在以下几方面【5 j ： ( 1 ) 污染点多，处理规模小。一般情况下，单个处理系统的处理水量在5 0 - - 3 0 0 m 3 d 之间。收费站、养护工区监控分中心及服务区等区域只有少数固定居住人 员，个别收费站等每天排出的污水量不超过l o m 3 。 ( 2 ) 服务区餐饮废水在服务区污水中占较大比重，同时停车区、广场及加油 站有辆冲洗污水，污水中含油脂类污染物。污水以餐饮废水和公厕为主，污水中 油类污染物、氮、磷浓度高，设计时应考虑高效可靠的除油、脱氮除磷工艺。 ( 3 ) 服务区的污水以公厕和清洗为主，主要来自餐饮污水、厕所污水和洗车 废水，污水中有机物、氮和磷等污染物的浓度较高。 ( 4 ) 服务区污水量排放很不均匀，污水不均匀系数大，水力冲击负荷大，在 设计时应充分考虑设计较大的水质水量调节池，并在处理工艺上考虑技术的耐冲 击负荷能力。 ( 5 ) 污水处理设施基本无人进行日常管理，设计时应尽可能实现“全自动控 制”，尽可能在工艺中减少复杂的维护操作。 2 1 2 高速公路服务区污水水量特征 高速公路服务区的用水主要是餐饮用水、管理人员生活用水、宾馆客房用水、 洗车用水、道路浇洒用水、消防和绿化用水、公共卫生间冲厕用水等处，其中， 以卫生间的冲厕用水量最大，约占总用水量的4 0 以上。 高速公路服务区排放的污水污水主要由粪便污水、餐饮洗涤废水、洗车废水 和加油站清洗废水组成。高速公路服务区一般远离城市，位于偏僻地带，附近无 8 山东大学硕士学位论文 配套的污水处理系统，服务区污水不经处理就地排放，势必对周围环境产生不利 影响，甚至造成纠纷，影响服务区正常的运行。 高速公路服务区污水与其它污水相比有其自身的特点，主要是直接性、随意 性、分散性、无规律性。服务区污水主要以服务区常住工作人员和过往旅客产生 的污水为主，洗车及加油站清洗所排放的污水量相对较小。天气、季节、时段以 及其它一些特殊状况等因素会造成车辆来往随机性很大，进而导致污水量具有较 大的波动性，每季、每月甚至每天可能都不同，污水量的变化系数较大。 雨雪及一些恶劣天气导致高速公路的车流量减少，从而降低了服务区的污水 排放量；季节不同也会影响服务区污水排放量，一般而言夏季污水量较大，冬季 则较小。 服务区污水量在一天中的不同时段也会产生较大的波动，在交通高峰时段产 生的污水量明显高于其它时段；在一些特殊状况下，如因道路整修而封闭道路时 或发生较大交通事故时，都可能会影响服务区污水的排放量。 另外，在高速公路运行初期车流量逐年增大，这期间污水量也会呈现逐年增 加的趋势。 2 1 3 高速公路服务区污水水质特征 高速公路服务区餐厅、大型公厕、宾馆产生的污水排放量相对多一些，尤其 是洗手间和淋浴间污水较多，致使服务区污水中氨氮和s s 浓度高；洗车废水所含 污染物以泥沙颗粒物、石油类为主；车辆加油站和维修站排水则以石油类为主。 高速公路服务区所排放的加油、洗车、修车废水数量较少，一般经隔油池预处理 后与生活污水混合进入后续处理设施。 大量国内外研究结果表明：高速公路服务区污水水质具有以下特点：悬浮物、 氨氮浓度较高，其它污染物如表面活性剂、碳氢化合物、蛋白质、动植物油和磷 的化合物、微生物和无机盐等的含量与生活污水接近。将其典型水质与污水综 合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) q b 相应的标准值对比可知，需要通过处理加以控制的 水质指标主要是：s s 、b o d 5 、c o d 、氨氮、磷、动植物油以及石油类等。 9 山东大学硕士学位论文 2 2 高速公路服务区处理工艺现状 2 2 1 地埋式一体生化处理设备 以接触氧化为核心工艺的地埋式一体化处理设备是目前高速公路服务区污水 处理采用最多的一种方法，主要是该工艺和普通的活性污泥法( c a s ) 相比具有以下 优点：停留时间短；体积负荷高；抗冲击能力强；剩余污泥产量少；不会发生活 性污泥法中常出现的故障污泥膨胀。但这种工艺也存在以下明显的缺陷： ( 1 ) 不能适应污水来源的变化，虽然可以设置调节池予以均化，但增加了投 资且收效不大，特别是在水质变化大的情况下； ( 2 ) 可控制的变量太少，不利于为适应运行情况变化所需的调整；受异重流、 短流等因素影响，二沉池不是理想静沉； ( 3 ) 生物填料需定期更换，费用大，操作繁琐。 ( 4 ) 该型装置受污水量和运行管理因素影响较大，污水处理率和处理效果得 不到长期保证。 江苏惠友环保设备有限公司生产的“w s z 型一体化污水处理设备”就是以接触 氧化为核心工艺的典型污水处理装置。污水经格栅调节池均化处理后，进入接触 氧化池生化处理，通过二沉池静沉；经消毒后出水排放。工艺流程见图2 1 。 叵圈一甸一目一臣习z 巫 臣壹口 一 图2 1 地埋式体生化处理设备流程图 1 0 山东大学硕士学位论文 图2 2 地埋式一体生化处理设备 该产品采用整体设计，适用于各种安装位置( 地表以下、地表以上或建筑物 内) ，全自动化控制，可根据用户的实际要求，选择多种工艺流程，还可配套提供 备种后续工艺和补充设施，保证达到各级排放标准，并不会造成二次污染。 2 2 2s b r 工艺 s b r 工艺( 序批式活性污泥法) 是一种将初沉、反应和二沉各工序放在同一 反应器中交替进行的间歇性的活性污泥法工艺，其处理工艺流程见图2 3 。曝气池 的运行操作分进水、反应、沉淀、排水、闲置5 个工序。污染物的降解主要发生 在进水期和反应期，适合于小水量、分散污染源的治理。 s b r 工艺特点在于：反应池中底物浓度梯度大，污泥浓度高，静止沉淀、好 氧、厌氧均可进行。s b r 法采用间歇性运行，能适应水量的变化，抗冲击负荷能 力强，可通过调整每天运行周期数而不是通过调整设备大小来适应不同的水量变 化，因而当水量有波动时，只需延长或缩短工作时间即可达到要求。有研究证明， s b r 法反应器停止运行1 5 d ，重新启动只需1 2 d ，而平时停止运行l 2 d ，可以直 接按工作负荷启动。s b r 工艺应用于像高速公路附属设施这样的小流量、低浓度 污水是极具潜力的。 山东大学硕士学位论文 图2 3s b r 处理工艺流程图 i c e a s 全称为间歇式循环延时曝气活性污泥法( i n t e r m i t t e n tc y c l ee x t e n d e d a e r a t i o n ) ，是s b r 的改良工艺，其最大的特点就是在反应器的进水端增加了一个 预反应区，运行方式为连续进水( 沉淀期、排水期仍连续进水) ，间歇排水，无明 显的反应阶段和闲置阶段，其运行工况如图2 4 。污水从预反应区以很低的流速进 入主反应区，对主反应区的泥水分离不会产生明显影响。i c e a s 工艺中曝气、沉 淀和排水周期性交替运行，生物氧化、脱氮除磷过程均在一个池子中进行，无二 次沉淀池和污泥回流系统，流程简洁，占地面积小，自动化程度高。由于在同一 反应池中反复交替进行硝化和反硝化、释磷和聚磷过程，因此具有良好的脱氮除 磷效果。 置l _ ，黼 l 焚； ：i 。， ：夕： _ 嚣入反蹴 沉淀特机( 锕曩) 图2 4i c e a s 工艺的运行工况 i c e a s 工艺与传统s b r 所不同的是采用了连续进水方式，并在反应池中增加 了预反应区。反应池在运行中，通过曝气、缺氧搅拌、沉淀、排水等过程，形成 好氧、缺氧、厌氧交替出现的状况，从而达到生物脱氮除磷。工艺流程如图2 5 所示。 1 2 山东大学硕士学位论文 污 达杯棒教 图2 5i c e a s 处理工艺流程图 i c e a s 工艺的主要特点：a ) 充分的预处理工艺和i c e a s 工艺有机结合，在保 证出水稳定达标的同时，达到良好的脱氮除磷效果。b ) 该工艺保留了常规s b r 的 优点，同时避免了其缺点，由于采用了连续进水方式，简化了配水系统和控制系 统，降低了投资。控制和运行更加简便、灵活。简化了配水系统和控制系统，降 低了投资，控制和运行更加简便、灵活。反应池中的预反应区起到整流和生物选 择器的作用，它不仅是连续进水情况下保证沉淀效果的重要手段，并且有效抑制 了常规活性污泥法中的污泥膨胀问题，使管理难度大大降低。c ) 投资省，占地面 积小，自动化程度高，运行程序可根据水质水量灵活调整，适应性强。 2 2 3 膜生物反应器工艺 膜生物反应器( m b r ) 处理工艺将传统的活性污泥法降解能力与膜的高效分 离能力集于一体，是近年来技术日趋成熟、应用日益广泛的新型污水处理工艺。 污水经调节、初沉后，进入膜生物反应器处理。处理流程图见图2 - 6 。 臣三卜一怔堕丑叫亘堕丑匹 图2 - 6 膜生物反应器工艺流程图 m b r 是一种将膜分离技术与生物处理工艺有机结合的新型高效污水处理与 回用工艺。在传统的污水生物处理工艺( 如传统活性污泥法等) 中，泥水分离是 在沉淀池中靠重力作用完成的。由于分离效果有限，出水中常含有相当量的s s ， 浊度和c o d 等也偏高。同时，泥水分离效率依赖于活性污泥的凝聚沉降性能，这 山东大学硕士学位论文 就要求严格控制系统的操作条件，但由于水力停留时间( h r t ) 和污泥停留时间 ( s r t ) 相互制约，很多情况下造成两难的选择。此外，大量剩余污泥的产生，增 加了日常运行的难度和费用。污泥膨胀也会导致出水水质恶化。 m b r 通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离，出水水质得到强化，h r t 与s r t 相互独立，生物反应器内的污泥浓度得到提高，s r t 的延长促使污泥中出 现增殖缓慢的特殊菌( 如硝化菌等) ，使生物反应器功能得到扩大，f m 比值的降 低减少了剩余污泥的产量( 理论上可达到零污泥排放) ，从而基本解决了传统污水 生物处理工艺存在的各类突出问题。 北京汉青天朗水处理科技有限公司生产的“h q m b r 中水处理成套设备”就采 用了膜生物反应器技术作为核心处理工艺，该装置集生物降解技术、膜分离及在 线清洗技术、消毒技术以及智能化自动控制技术于一身，外型美观大方、结构紧 凑、布局合理，自动化程度高，操作简单，能耗低，占地省，使中水处理厂( 站) 总体布局简单明快，安装施工效率高、质量好，使用维护管理方便。 对目前中水处理厂( 站) 普遍存在的噪音、废气等二次污染问题，h q m b r 中水处理成套设备都给予了很好的处理，中水厂( 站) 的主要噪音源( 如鼓风机 等) 都集成在成套设备内，整个设备采用汉青专有的消音技术进行了消音结构设 计，使得噪音对周围环境的影响降到了最低；对于生化反应池产生的废气一方面 进行有组织排放，使站内的空气质量得到良好保证，另一方面可增加废气的臭氧 处理单元，使废气经过消毒后安全排出室外。 图2 7h q m b r 中水处理成套设备 1 4 山东大学硕士学位论文 2 2 4 气浮水解酸化接触氧化工艺 气浮+ 水解酸化一接触氧化污水综合处理工艺包含了服务区所有废水的处理。 生活污水经化粪池进行预处理后，进人隔油沉淀池等后继处理单元：餐厅污水进 行必要的隔油处理后与其他生活污水一并进入化粪池，然后同车辆冲洗废水一起 进入隔油沉淀池等后继处理过程；地表废水则直接进入隔油沉淀池。隔油沉淀处 理后进人调节池，再利用加药溶气气浮工艺进一步去除浮油、乳化油等，出水再 经水解酸化一接触氧化进行生化处理，然后经沉淀、过滤等后续处理后可达标排 放。隔油池内浮油通过浮子撇油器，自动将浮油收集到池内集油斗，斗内浮油人 工定期清理后运至锅炉房焚烧处理，生活污泥则经浓缩干化后就地填埋或同生活 垃圾一起外运集中处理。 2 2 5 生物接触氧化工艺 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法之间的生物处理技术。该 技术的实质是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速 流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的 新陈代谢作用下，污水中有机物得到去除，污水得到净化。生物接触氧化法在运 行初期，少量的细菌附着于填料表面，由于细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。 在溶解氧和食物都充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚。溶 解氧和污水中的有机物凭借扩散作用，为微生物所利用。但当生物膜达到一定厚 度时，氧已经无法向生物膜内层扩散，好氧菌死亡，而兼性细菌、厌氧菌在内层 开始反之，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此基础上不断发展厌氧 菌。经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气体产物的逸出，使内层生物 膜大量脱落。在生物膜已脱落的填料表面上，新的生物膜又重新发展起来。在接 触氧化池内，由于填料表面积较大，所以生物膜发展的每一个阶段都是同时存在 的，使去除有机物的能力稳定在一定的水平上。生物膜在池内呈立体结构，对保 持稳定的处理能力有利。生物接触氧化技术，又称为“淹没式生物滤池”，也可以说 是具有活性污泥法特点的生物膜法，兼具两者的优点，因此，深受污水处理工程 领域人们的重视。 1 5 山东大学硕士学位论文 生物接触氧化法具有以下特点： a ) 由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高， 因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷； b 、) 由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变 有较强的适应能力； c ) 剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便 该处理工艺流程简洁，占地少，投资省，自动化程度高不仅适用于高速公路 服务区，也适用于住宅小区、宾馆、度假村以及其他远离城市管网的场合，有一 定的实用推广价值工程实践证明，使用该2 级生物接触氧化工艺处理高速公路服 务区废水是有效的，值得以后的类似工程借鉴和参考。 2 2 6 生态处理技术 生态工程以复杂的社会经济自然复合生态系统为对象，遵循应用生态 系统中物种共生、物质再生循环及结构与功能协调等原则，以整体调控为手段，以 人与自然的协调关系为基础，以高效和谐为方向，为人类社会及自然环境双受益 和资源环境可持续发展设计的具有物质多层分级利用、良性循环的生产工艺体系。 污水生态工程处理技术是指运用生态工程原理，采用工程学手段，把污水有 控制地投配到土地上，利用土壤植物微生物复合系统的物理、化学等特征对污水 中的水、肥资源加以回收利用，对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术，是 污水治理与水资源利用相结合的方法。 常用的污水生态工程技术有氧化塘、慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、人工 湿地、土壤渗滤等。由于污水生态工程处理技术具有投资少、运行费用低、污染 物去除效率高等优点，在中小规模污水处理方面的应用日益受到重视。污水生态 工程处理技术的缺点是占地面积比较大，且受温度的影响比较大。 针对高速公路服务区典型污水的典型排放特征和水质特点，基于国内外高速 公路服务区污水技术应用现状的分析，选择人工湿地和土壤渗滤两种生态工程处 理技术，对其开展填料选配和工艺特征优化的研究，建立适用于我国不同地区路 段的、经济易行的公路服务区污水生态工程处理技术。 1 6 山东大学硕士学位论文 2 3 高速公路服务区污水生态工程处理工艺 2 3 1 人工湿地技术 2 3 1 1 工艺概述 人工湿地是利用“土壤一植物微生物”复合生态系统的物理、化学和生物的三 重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物同化分解和植物吸收等 途径去除废水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等。人工湿地污水处理技术 的工艺路线及建成的示范工程如图2 8 所示。 鼋；，| j 辑 图2 8 人工湿地工程的应用 最早公开报道人工湿地污水处理技术的是由澳大利亚b r i a nm a c k n e y 于1 9 0 4 年发表的一篇文章。世界上第一个科学研究的中试规模的污水处理构造湿地出现 在德国m a xp l a n ki n s t i t u t e ，在此k a t h es e i d e l 详细的考察了多种水生植物对化学污 染物吸收和降解的能力。她的研究，于1 9 5 3 年首次发表，证明水生植物有能力去 除苯酚、病原菌和其它污染物。 2 0 世纪6 0 年代，这项技术开始推广用于许多大规模试验，用以处理工业废水、 江河水、地面径流和生活污水，d r k a t h es e i d e l 开发出一种“m a x p l a n k 1 7 山东大学硕士学位论文 i n s t i t u t e p r o s s ”工艺。该系统由四或五级组成，每级由几个并联并栽有挺水植物的 池子组成，运行中该系统存在堵塞和积水问题。根据d r k a t h es e i d e l 的思路，荷兰 于1 9 6 7 年还开发了一种现称为l e l y s t a dp r o c e s s 的大规模处理系统，该系统是一个 占地一公顷的星形自由水面流湿地，水深为0 4 m ，由于运行问题，该系统后有一 4 0 0 m 长浅沟，随后大量这种湿地在荷兰建成。 有目的地利用湿地来处理污水始于2 0 世纪7 0 年代。美国、澳大利亚、荷兰， 丹麦、英国、日本等都进行过这方面的尝试。2 0 世纪7 0 年代的湿地污水处理系统 大都利用原有的天然湿地，即保持了天然湿地的结构，大都以泥泽的形式出现， 而且，常被结合到氧化塘处理工艺中以提高氧化塘系统的处理效果。大部分初期 研究都使用自然湿地处理污水，不久就暴露出应用自然处理系统处理污水会导致 种类组成、种群结构、功能及湿地总体价值的显著变化，并意识到人工湿地具有 应用的巨大潜力。因人工湿地不影响自然湿地价值，且可对处理工艺优化控制。 2 0 世纪8 0 年代后，人工湿地则发展到人工建造的、以不同粒径的砂石为基质的处 理系统，并由试验进入应用阶段。 人工构造湿地经过几十年的发展，有关湿地污水处理能力和过程的基础研究 已经比较成熟。许多国家建造了人工湿地污水处理设施，包括英国、加拿大、美 国、墨西哥、印度、南非、巴西、澳大利亚以及许多欧洲国家，大小从一家一户 的污水处理到每天处理1 2 万加仑的污水，这些系统由于其较低的建设和运行费用 得到越来越多的当地和地区管理者的认可。 目前欧洲己有数以百计的人工湿地投入废水处理，如英国就有2 0 0 到3 0 0 座 湿地系统在运行。人工湿地的规模从小到大分布较宽，最小的仅有4 0 m 2 ，用于一 家一户废水处理，大的达5 0 0 0 m 2 ，可以处理1 0 0 0 人以上村镇的生活污水。起初， 大多数人工湿地应用于生活污水及矿山酸性废水的处理，目前人工湿地技术被广 泛应用于以下几个方面： ( 1 ) 面源污染治理 城市暴雨径流( s c h u e l e r ，1 9 9 2 ；s h u t e se ta l1 9 9 7 ) 、农业区暴雨径流中化肥和 杀虫剂的去除( r a i s i ne ta l ，1 9 9 7 ) 、垃圾渗滤液处理( k a d l e c ，1 9 9 7 ) 、尾矿废水 处理( e g e r e ta l ，1 9 9 3 ) 、停车场与机场暴雨径流( r e v i t te ta l ，1 9 9 7 ) 。 山东大学硕士学位论文 ( 2 ) 点源污染处理， 城市污水的二级和三级处理( k a d l e ca n dk n i g h t ，1 9 9 6 ) 、农场动物养殖径流 废水处理( h i l la n dp a y n e ，1 9 9 7 ) 、食品工业废水( k a d l e e ，1 9 9 7 ) 、石化工业废 水( k n i g h t ，1 9 9 8 ) 。 另外，部分地区甚至有的用于处理一些难降解有毒有机物，如菲和除草剂 ( m a c h a t e he ta l ，1 9 9 6 ) 。 我国在“七五”期间开始人工湿地的研究。首例采用人工湿地处理污水的研究工 作始于1 9 8 8 - - 一1 9 9 0 年在北京昌平进行的自由水面人工湿地。处理量为5 0 0 t d 的生 活污水和工业废水，占地面积为2 h a ，水力负荷为4 7 c m d ，h r t 为4 3 d ，b o d 负 荷为5 9 k g b o d h a d 。用于处理水解池出水或原污水。 1 9 9 0 年，国家环境保护局华南环境科研所在深圳白泥坑建造了占地8 4 0 0 m 2 的人工湿地示范工程，处理规模为3 1 0 0 m 3 d 城镇污水。该系统自从投入运行以来， 取得较好的处理效果。1 9 8 9 - - 1 9 9 0 年，天津环保科研所建立1 1 个实验单元研究芦 苇湿地对城市污水的处理能力，并对水力负荷，有机负荷，停留时间及季节等与 污水中主要污染物间的规律进行探索。试验结果表明出水可达二级排放标准，有 较高且稳定的脱氮除磷效果，季节性差异较小。 云南省环境科学研究所对不同水生植物的氮、磷吸收进行了研究。所选用的 植物为芦苇、水葱、黄昌蒲、美人蕉和水葵。结果指出，对于氮，其吸收比例顺 序为水葵( 1 7 6 3 ) 美人蕉( 1 0 6 ) 芦苇( 5 3 1 ) 黄昌蒲( 2 9 3 ) 水葱 ( 1 6 5 ) ；磷的吸收比例顺序为水葵( 2 5 5 4 ) 美人蕉( 6 8 9 ) 芦苇( 5 4 6 ) 黄昌蒲( 2 3 9 ) 水葱( 1 7 8 ) 。但其进行的是盆栽试验，有待于在湿地系统中 得到进一步验证。 中科院南京植物所采用人工湿地系统处理酸性铁矿废水，面积1 3 0 m 2 ，流量 0 5 m 3 h ，铜离子去除9 9 7 ，铁离子去除9 9 8 ，锰离子去除7 0 9 ，每年运行费 5 l o 万元。以上研究均针对湿地某一组成部分如植物和填料等或集中在小试规模 进行了细致的研究，但中试规模和结合工程运行报道结果较少，其推广应用价值 受至0 限错4 。 在2 0 0 0 2 0 0 3 年期间，以清华大学为主的“滇池流域面源污染控制技术”课题 1 9 山东大学硕士学位论文 组，建设了一批规模化的人工湿地示范工程，这些示范工程的运行良好，并已产 生了显著的环境、生态、经济、社会效益。该课题组在暴雨径流和农田回归水污 染控制强化人工复合湿地生态技术方面开展了深入研究，包括自由表面人工湿地、 潜流人工湿地的构建参数、氮磷去除效率、主要影响因素、污染物去除机理研究 等，确定了工艺和关键技术参数，并设计、建设、运行了多项人工湿地示范工程， 取得了较好的效果，为该技术在滇池流域不同地区推广应用奠定了基础。规模较 大的人工湿地示范工程为暴雨径流氮磷污染控制小河口复合沸石人工湿地示范工 程。 滇池小河口复合人工湿地示范工程位于呈贡县大渔乡小河口村，滇池东岸， 呈东西走向，由东向西基本垂直于滇池岸边。总面积约6 2h a ，长约8 0 0m ，宽度 7 0r n 至1 2 0m 不等，地面坡度1 3 。主要处理三种不同土地利用方式的暴雨径流。 采用自由表面人工湿地和潜流人工湿地组合工艺，在潜流人工湿地中采用沸石和 陶粒作为填料，实现功能互补，提高整体除氮磷效果；具有优化的填料粒径分布 与湿地结构，配置适应性好、净化效果好的湿生植物，并采用强化布水系统，增 加有效停留时间。系统适于处理大流量的暴雨径流和污废水，具有用地面积少、 氮磷去除效果好、抗冲击负荷能力强、运行费用低、易管理的特点。工程处理的 最大单场暴雨流量4 4 0 0 0 m 3 d ，对总氮、总磷和悬浮物的去除率均可达到6 0 以上。 云南省澄江县抚仙湖边的马料河人工湿地工程该人工湿地主要是依靠生物氧 化、沉淀和过滤的方法，营造出类似天然湿地功能的地域，人工栽种的水藻和水 草充分吸收污水中的营养成分，把生活污水和农业生产污水变为清水后再流入湖 泊。该工程占地近3 0 亩，2 0 0 3 年1 0 月建成运行，每天可净化污水4 万多m 3 ，净 化后的水质优于地表水i i i 类标准。 云南抚仙湖北岸的窑泥沟人工湿地系统2 0 0 3 年6 月投入使用，湿地按中科院 南京地理湖泊研究所设计方案建设，占地2 6 亩的人工湿地投资仅1 6 9 万元，而日 处理污水达1 万m 3 ，每吨水的治理费用只需花几分钱。监