高速公路服务区污水处理和中水回用技术研究 75页

高速公路服务区污水处理和中水回用技术研究TechnologicalResearchOilWastewaterTreatmentandWaterReuseofHighwayService2011年4月16日\n合肥工业大学㈣删㈣㈣fffI『fffff『|IIfY18861。d§。本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)主席：委员：导师：仓嗡，呻l獬衙磺，雏乃力洲孑压溅，佩以穴嘻，、到薇瞧所钾鼍\n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金赶王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：话缸彰签字日期。汐吖年印月￡。日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金胆量些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒胆至些盘当L可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：／f署瑰签字日期：2叫年午月，护日新签名：f例彳签字日期：wf1年午月[托学位论文作者毕业后去向：工作单位：机林工监桑珈∥啊露阳通㈨b重嘶瑜蝴’『硌t7号电话：渺&6闩2‘邮编妒略J7l\n高速公路服务区污水处理和中水回用技术研究摘要对安徽省内部分高速公路服务区的用水水源、污水出路、污水流量、污水性质、污水处理设施运行状况和污水处理后达标情况进行了调查。在此基础上，对目前高速公路服务区污水处理存在的问题进行了总结和分析。调查表明，目前高速公路服务区污水处理主要存在出水不达标、氮磷含量高，污水量变化大，水量冲击负荷大，管理人员专业化程度低，运行维护费用高、原污水设计标准较低等问题。针对以上问题，提出了改良生物接触氧化法新工艺，并研究了该工艺对COD、氨氮、总氮、总磷、SS、浊度、色度的去除情况。试验结果表明，改良生物接触氧化法对COD、氨氮、总氮具有较好的去除效果，COD平均去除率为93．9％，氨氮平均去除率为96．7％，总氮平均去除率为85．9％，出水中COD、氨氮、总氮指标均达到中水回用标准；当采用不排泥方式运行时，对总磷的去除效果不理想；而采用适当排泥方式运行时，该系统具有一定除磷作用。结合化学法除磷，可使出水总磷在O．5mg／L以下，达到中水回用标准。用超滤膜对二级出水进行深度处理，进一步去除悬浮物、浊度、色度。试验结果表明，超滤膜对SS、浊度、色度的去除效果较好，出水中SS只有1～3mg／L，浊度几乎为0度，最大色度只有5度，pH值为8．16～8．41，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》和《城市污水再生利用景观环境用水水质》中规定标准，只要再经过消毒处理后即可回用。对中水回用在高速公路服务区的应用进行了分析，对中水原水量、处理量、中水用量和给水补给量之间进行了水量平衡计算，比较了改良生物接触氧化法加超滤膜组合工艺与目前主流的传统生物接触氧化法加砂滤罐工艺的中水处理成本。计算结果表明，前者中水处理成本为1．68元／m3，后者为1．82元／一，单位中水处理成本降低了O．14元。改良生物接触氧化工艺经济、高效、节能、简捷，适合高速公路污水特点，是相对完善的污水处理和中水回用新工艺、新方案、新要点。关键词：高速公路污水处理改良生物接触氧化超滤膜脱氮除磷经济分析\nTechnologicalResearchOilWastewaterTreatmentandWaterReuseofHighwayServiceAbstractThepaperinvestigatespartofthehighwayserviceareaofAnhuiProvinceofwatersources，sewageoutlets，sewageflow,thenatureofsewage，sewagetreatmentfacilitiesoperatingconditionsandsewagetreatmentcompliancesituation．Basedonthis，theproblemsofwastewatertreatmentinthecurrenthighwayserviceareaaresummarizedandanalyzed．Surveyshowsthatthereareproblemsincurrenthighwayservicearea，suchas，outletsnotup，highlevelofnitrogenandphosphorus，largevariationinthequantityofsewage，largewaterimpactload，lowdegreeofspecializationmanagement，highoperationandmaintenancecosts，lowrawsewagedesignstandardsandSOon．Tosolvetheaboveproblems，thepaperputsforwardthenewtechnologyofimprovedbiologicalcontactoxidation，andstudystheprocessontheremovalrateofCOD，ammonianitrogen，totalphosphorus，SS，turbidityandcolor．Theresultsshowthatimprovedbio—ContactOxidationProcesshasagoodremovalefficiencyforCOD，ammonianitrogenandtotalnitrogen．TheaverageremovalrateofCODis93．9％．TheaverageremovalrateofammonianitrogenIS96．7％．Theaverageremovalrateoftotalnitrogenis85．9％．COD，ammonianitrogen，totalnitrogenindexinoutletmeetreusingwaterstandards．Whenitdoesn，tuseasludgedischargingoperationmode，theremovalefficiencyofphosphorusisnotsatisfactory．Whenusingaappropriatesludgedischargingoperationmode，thesystemhasacertainroleinphosphorusremoval．Combinedwithchemicalprocess，removalofphosphorus，totalphosphorusinoutletisbelow0．5mg／L，reachingreusingwaterstandards．FilteringthesecondaryeffluentbyUltrafiltrationMembraneforadvancedtreatmentfurtherremovessuspendedsolids，turbidityandcolor．TheresultsshowthattheremovaleffectofUltrafiltrationMembraneforSS，turbidityandcolorisgood，SSinwateronly1-3mg／L，turbidityalmost0degrees，thehighestcoloronly5degrees，pHvalue8．16～8．41，achievingthestandardsinc‘Reuseofrecyclingwaterforurban&Waterqualitystandardforurbanmiscellaneouswaterconsumption’’and“Thereuseofurbanrecyclingwater&WaterqualitystandardforscenicenvironmentUSe"．youcanreuseitaslongasafterbeingsterilized．Thepaperanalyzestheapplicationofwaterreusetohighwayserviceareas·A\nwaterbalancebetweentherawwater，processedwater，demandandsupplyisestablished．Thispaperalsocomparesthetreatmentcostsintheprocessofimprovedbiologicalcontactoxidationwithultrafiltrationmembranewiththecurrentmainstreamtraditionalprocessofbiologicalcontactoxidationwithtanksandfilter．Theresultsshowthatthetreatmentcostsoftheformeris1．68yuan／m。，thelatter1．82yuan／m’．Thecostofunittreatmentreduced0．14yuan．Improvedbiologicalcontactoxidationprocessiseconomic，efficient，energysaving，simpleandsuitableforhighwaysewagecharacteristics．Itisarelativelyperfectsewagetreatmentandreuseofnewtechnology，newprogramandnewpoint．Keywords=Highwaysewagetreatment；Improvedbiologicaloxidation；Ultrafiltrationmembrane；Nitrogenandphosphorusremoval；Economicanalysis\n致谢毕业论文完成之际，首先要感谢我的母校合肥工业大学。感谢母校对我7年的培养，在本科和研究生的7年学习生涯中，我不仅学会了专业知识，更学会了做人的道理。是母校给了我学习和成长的机会，我将永远铭记母校给我的恩赐。特别感谢我的导师徐得潜教授，感谢您的培养之恩，感谢您在研究生三年中对我的教诲。您谦虚高尚的人格魅力、深厚的学术修养、严谨治学的态度、兢兢业业的工作精神，值得我永远尊重，是我一生学习的榜样。再次，我要感谢陈慧老师。感谢您在学习上对我的指导，感谢您在生活上给我的关怀。您真诚热情的为人，渊博的知识，平易近人的作风，给了我莫大的鼓励和支持。感谢您为我做的一切。其次，我要感谢胡真虎、袁守军、苏馈足老师，谢谢您们在试验过程中给我的指导和帮助。感谢我的师弟峁峰，感谢张睿、刘元璐同学，感谢你们在试验中对我的帮助。在这里我还要感谢我的同门们，以及那些所有帮助过我的同学们，谢谢你们长期以来对我的帮助和支持。作者：陈勇2011年4月10日\n目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1我国高速公路建设发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2我国公路环保工作发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．3高速公路服务区污水处理和回用的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．4国外中水技术发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．5国内中水技术发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．6我国高速公路服务区污水处理与中水回用概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51．6．1污水来源和特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。51．6．2高速公路服务区污水处理与中水处理工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。51．6．3高速公路服务区污水处理技术应用情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。71．6．4存在的主要问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7第二章高速公路服务区污水处理与中水回用现状调查与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1高速公路服务区污水处理现状调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．1．1服务区的用水水源与污水出路调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1．2服务区污水流量调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。lO2．1．3服务区污水性质调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．1．4服务区污水处理设施实际运行现状调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．1．5服务区污水处理后出水达标情况调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．152．2高速公路服务区污水处理存在问题与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯172．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18第三章中水处理试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1中水处理试验目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1．1问题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一203．1．2试验目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1．3中水处理工艺的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1．4改良生物接触氧化法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．2试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2l3．2．1试验流程与试验装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯213．2．2试验原水及分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。243．2．3试验装置启动与调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯253．3改良生物接触氧化工艺处理效果的试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．3．1试验条件，设置及运行参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．273．3．2有机物去除情况分析。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．283．3．3氨氮的去除情况分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29\n3．3．4总氮的去除情况分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．293．3．5磷的去除情况分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．303．4改良生物接触氧化工艺生物脱氮试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．323．4．1去除闲置期对脱氮效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯323．4．2曝气时间对脱氮效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。343．4．3提高氮负荷对脱氮效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯353．5化学法除磷试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．373．5．1混凝正交试验设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯373．5．2采用化学法除磷情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯393．6深度处理试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．393．6．1有机物、氮、磷去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．393．6．2出水SS、浊度、色度、PH值情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l3．7改良生物接触氧化对丝状菌膨胀的控制作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．413．8本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42第四章高速公路服务区中水回用的应用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．444．1服务区情况简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。444．2可集流中水原水水量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．444．3中水用水量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。454．4水量平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。474．5中水处理工艺的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯484．6经济运行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯484．6．1工艺l的经济运行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯484．6．2工艺2的经济运行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯514．6．3两种工艺经济运行比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。554．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56第五章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．575．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯575．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．58参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯59\n图2．6A服务区地埋式一体化污水处理设备腐蚀现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18图3．1中水处理试验总流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22图3．2改良生物接触氧化反应装置示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一22图3．3超滤膜装置示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．23图3．4钟虫群⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26图3．5好氧下的钟虫⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26图3．6刚开始挂膜时的填料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26图3．7驯化好后的生物膜⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．26图3．8COD在驯化期去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27图3．9试验流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27图3．10COD的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28图3．11氨氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29图3．12总氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图3．13总磷的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．：⋯⋯⋯⋯．31图3．15去除闲置期后工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32图3．17去除闲置期后总氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33图3．18细菌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图3．19累枝虫⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图3．20熊虫⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图3．21丝硫菌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图3．22猪吻轮虫⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图3．23旋轮虫⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图3．24曝气时间对氨氮去除的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35图3．25提高氨氮负荷出水情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36图3．26提高总氮负荷出水情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37图3．27超滤膜组件对COD去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40图3．28超滤膜组件对总氮去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40图3．29超滤膜组件对总磷去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40图3．30丝状菌1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42\n图1丝状菌2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43吴圩服务区中水水量平衡图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．47改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48传统生物接触氧化法与砂滤灌组合工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48\n表格清单表1．1部分高速公路服务区水质情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5表2．1服务区污水处理水质情况一览表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10表2．2典型生活污水水质(节选)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11表2．3城镇污水处理厂污染物排放标准基本控制指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11表2．4部分高速公路服务区污水处理程度调查分析表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15表3．1主要技术参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．23表3．2试验主要设备、仪器、材料一览表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24表3．3水质指标测定方法及实验仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24表3．4COD在驯化期去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯：．．26表3．5COD的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28表3．6氨氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29表3．7总氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30表3．8总磷的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31表3．9排泥后除磷情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32表3．10去除闲置期后氨氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32表3．“去除闲置期后总氮的去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33表3．12曝气时间对氨氮去除的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．35表3．13提高氨氮负荷出水情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．35表3．14提高总氮负荷出水情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．36表3．15L9(3’)正交表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38表3．16混凝沉淀正交试验结果及分析表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38表3．17采用化学法除磷情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．39表3．18深度处理后出水SS、浊度、色度、PH值情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l表3．19COD、氨氮、总氮去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42表3．20总磷去除情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43表3．2l深度处理后水中SS、浊度、色度、PH值情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43表3．22国家污染物排放标准和回用水标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43表4．1宿舍、旅馆和公共建筑生活用水定额及小时变化系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44表4．2各类建筑物生活用水量及分项给水百分率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45表4．3卫生器具1次和1小时用水量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46表4．4工艺l土建投资情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．49表4．5工艺1设备投资情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．49表4．6工艺l工程总投资情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．50表4．7工艺1主要用电设备名称、性能情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50\nl2345\n第一章绪论1．1我国高速公路建设发展概况改革开放以来，随着经济持续快速增长，我国高速公路事业迅速发展。高速公路的快速发展为我国的物质运输、人口流动提供了强有力的保证，促进了商业、旅游业、工业等多行业的发展，被誉为经济增长的命脉，一个国家走向现代化的桥梁，发展现代交通业的必经之路。1988年上海至嘉定国内第一条高速公路(全长18．5公里)建成通车，为我国高速公路全面建设拉开了序幕。1989年7月，第一次全国高等级公路建设现场会在沈阳召开，提出了今后建设高等级公路的10条政策措施。1990年9月，沈大高速公路通车(全长375公里)连接沈阳、辽阳、鞍山、营口、大连5个城市。1993年6月交通部在山东召开了全国公路建设工作会议，明确了建设“两纵两横三个重要路段"的国道主干线任务。从1993年至1997年的5年中，全国高速公路建设速度加快，共建成高速公路4119公里，郑开、京石、京津塘、首都机场、济青、太旧等一大批高速公路相继建成通车。1997年下半年，党中央、国务院作出了加快基础设施建设、实施积极财政政策、扩大内需的决策，决定在1998年加快公路建设。交通部在福州召开了全国加快公路建设工作会议，会议对加快高速公路建设做出了部署。提出到2000年，“两纵两横三条重要路段’’北京至上海、北京至沈阳和西南出海通道要全线贯通，高速公路超过8千公里。2000年底，全国高速公路总里程达到1．6万公里，居世界第三位。2003年底，全国有一半省份的高速公路里程超过1千公里。截止2009年底，我国高速公路通车总里程已达6．5万公里，居世界第二。按照中国2005年公布的高速公路网发展规划，到2020年，基本建成国家高速公路网，届时，中国高速公路通车总里程将突破10万公里。服务区是高速公路上必不可少的附属设施，它不仅可以给车辆提供加油、加气、加水等服务，还充当司机和乘客的餐饮和休息场所，在此补充体力和精力，减少交通事故。随着高速公路通车里程的不断增长，其主要附属设施及主要窗口之一的服务区数量也在不断增加。按国家标准平均50公里一个综合服务区、15到25公里一个停车区计算，目前国内至少已有1300座服务区。1．2我国公路环保工作发展概况随着公路建设的快速发展，公路周边的环境污染也凸显出来，如何根据我国现阶段实际情况对公路建设带来的环境污染作出正确分析和评价，如何采取有效措施治理好环境污染、恢复公路周边生态环境，受到了政府部门的高度重视。1987年和1988年，我国开展了对广东深圳至汕头、湖北宜昌至黄石和西安至临潼等高速公路的环境影响评价。以此为标志，公路建设环境影响评价日益受到重视。继《中华人民共和国公路法》之后，1990年交通部又颁布了《交\n通建设项目环境保护管理办法》等规章。随后《公路绿化规范》、《公路建设项目环境影响评价规范》、《公路环境保护设计规范》等一批技术规范相续出台。可见我国对公路环保越来越重视。截至2000年底，由国家环保总局审批的公路环境评价项目，据不完全统计近400项。2001年，交通部制定了“十五"交通环境保护工作目标：进一步加强交通建设项目的环境保护监管力度，到2005年，在交通建设项目工程可行性研究阶段，工程环境影响评价执行率要由现在的90％提高到98％以上；全面推动专项污染治理工作，力争在“十五”期间全行业基本实现国家规定的治理标准，油污水处理设施配套率、油污水处理达标率均达到50％以上。2001年5月全国第一次交通建设项目环境保护工作会议在昆明召开，会上对当前交通环保工作新形势和任务进行了研究分析，提出要以强化管理为主线，以改革和科技进步为动力，以新建项目环保工作为“龙头”，全面推进交通事业与环境保护的协调发展。目前，公路环保理念从当初的“先破坏后恢复"已发展到坚持预防为主，管治结合，谁污染谁治理，谁开发谁保护。交通部门提出了“不破坏就是最好的保护，在设计上最大限度地保护生态环境，在施工中最小程度地破坏和最大限度地恢复生态环境"的交通建设新理念。1．3高速公路服务区污水处理和回用的意义高速公路服务区大多远离市区，地点相对独立，无污水管网接入，污水不能通过城镇污水管网输送到污水厂进行处理，通常就近排放到周围的河流、水库、水塘、农田等地。没有经受处理的污水排放出去，随着时间的累积会对周围的农田，池塘以及河流造成污染，导致农作物产量减少、鱼类死亡、河流水质变差等状况，给当地老百姓的生活和生产、当地景观和生态环境带来极恶劣影响。以合武高速公路上某服务区为例，该服务区污水在处理后不达标情况下排入当地鱼塘，造成了鱼类大量死亡。服务区供水水源来源于两条途径：一是来源于附近城镇管网，但服务区一般离城镇较远，往往需要对市政管网进行加压；二是来源于当地水源，但无论是地表水或地下水在使用前都必须经过净水设施处理。两条途径得来的水成本都偏高，服务区日用水量又较大，导致大多数服务区存在用水拮据情况。如果对高速公路服务区排放出来的污水进行有效处理之后回用，用于冲洗厕所、浇洒绿地、冲洗道路、洗车等对水质要求不是太高的地方，不仅可以避免对周围环境的污染，还可以缓解用水紧张的局面，是一举两得的服务区最佳用水方案。1．4国外中水技术发展概况“中水"取名于日本，源于“中水道"一词，意为水质介于上水(给水)、下水(排水)之间的一种水道系统。如今中水主要指城市污水或生活污水经处2\n理后达到一定的水质标准，可在一定范围内使用的非饮用的杂用水【l】。随着水资源紧张，中水开发与回用技术近年来在众多国家得到了迅速的发展，特别是在日本，美国，以色列，德国，英国等国家得到了广泛地应用。日本早在1955年就开始着手研究中水利用，是第一个研究中水回用的国家。1983年至1987年，全国已建成中水回用系统440个，总回用水量约6．6万m3／d。截止1993年为止，全国投入使用的中水回用系统已达1963套，城市污水处理量达113亿m3／年，其中经过处理回用的有1．3亿m3／年。至1996年，全国投入使用的中水利设施已约有2100套，回用的中水量达32．4万m3／d，占全国生活用水量的0．8％。美国在水务管理上处于世界领先地位，城镇污水处理设施已非常完善，城市二级污水处理厂普及率为100％，二级出水经过深度处理作为一种替代水源，得到广泛应用，效果显著，气候干旱的中西部地区水资源短缺问题在一定程度上得到缓解。1960年，科罗拉多州修建了一套中水回用系统为公园、公共绿地、高尔夫球场等地提供景观用水。1977年，佛罗里达州建成一套200kin长的中水系统为高速公路服务区、校园、公园、高尔夫球场等地提供景观用水。2000年，加利福利亚州回用的污水量已达8．64亿m3，污水回用率达10％。美国回用水主要用于农业灌溉、回灌地下水、景观用水、生态环境用水和工业用水。据加州的统计数据显示，在回用的中水中，用于农业灌溉的水量占32％，回灌地下水占27％，绿化浇灌占17％，冲厕、洗车、清洗街道、建筑物的卫生保洁等城镇公共建筑和居民家庭的非饮用用途占13％，-17业用水占7％，景观生态用水占3％，其余l％用于屏蔽海水入侵111。佛罗里达州的圣彼得堡，已完全实现了污水循环，该市产生的全部污水都得到回用，不向周围湖泊河流排放一点污水。以色列大部分为干旱和半干旱地带，是一个水资源严重缺乏的国家，为解决水资源的供需矛盾，保持经济的可持续发展，该国法律规定：城市的每一滴水至少应回用一次，废水若未用尽，不可采用淡化的海水。截止2007年，以色列城市污水回用率达72％，生活污水回用率达100％。以色列污水回用工程已达200多个，最小规模为27m3／d，最大规模为2080m3／d，处理后的污水主要用于农业灌溉(占42％)和地下水回灌(占30％)，其余用于市政建设和工业等。污水回用给以色列带来了极大地经济效益，不仅满足了粮食的自给，还将花生、棉花等出口到了欧洲[11。污水回用技术在新加坡也得到了较快发展。2003年，每天已经有9000m3的再生水补充到饮用水水库【21。截止2008年，新加坡已建有三个处理厂，总处理回用规模达lO万m3／d，主要用于饮用水水库补水和工业用水。2009年，哥伦比亚约1／3经生物处理的城市污水作为城市杂用水进行回用；加利福尼亚州约有200余座中水工程，作为城市杂用水回用的中水量占污水总量的31％，南非温得和克市已建成处理能力为450m3／d的中水回用系统，印度\n孟买已建成7座处理能力为150～250m3／d的中水工程，用于补充空调冷却用水。1．5国内中水技术发展概况中水利用在我国的起步相对较晚。大致分为三个阶段：第一阶段为1985以前的“六．五”期间，为起步阶段；第二阶段为1986．2000年，为技术储备和示范工程引导阶段：第三阶段为2001年至今，为全面启动阶段。目前，我国北京，天津，大连，青岛，昆明，济南、合肥等城市建立了城市污水处理回用工程，将处理后的城市污水用于市政和工业等方面【21。北京市的再生水利用坚持大、中、小并举，集中与分散相结合的原则。在全面规划与建设城市集中污水处理设施同时，又因地制宜积极推进中水设施建设。1999年全国首座环保住宅小区一北京房山北路春小区落成，该小区的生活污水经处理达标后用于冲洒道路、洗车、浇绿地等，多余的再生水排入该区的一个人工湖里13J。2001年北京市高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程一期工程完工，供水量达30万m3／d，20万m3／d中水输送到高碑店湖中，作为第一热电厂冷却循环用水的补充水源，5万m3／d水经水源六厂深度处理后用于市政杂用水，另5万Ill3／d水供给东郊工业区用于工业生产【41。二期工程竣工后中水回用规模达47万rn3／d。2003年，北京市城市污水再生利用率为20％，并逐年递增2005年为30％，2008年为50％111。2006年，北京市已运行的建筑中水设施约400座，中水设施规模一般在50--300m3／d，总处理能力12万m3／d，实际处理中水约6万m3／d，年利用中水2000万1"113。目前，北京市已建的中水回用设施主要集中在宾馆、饭店和大专院校等。回用水水源大多为洗浴、盥洗等生活污水，经处理达到水质标准后再用于绿化、洗车、冲厕、景观等。青岛海泊河污水处理厂是青岛市第一个开发中水回用系统的污水厂。1995年开始对中水回用系统进行研究与开发，随后建成了处理规模2400m3／d的中试工程。截止2005年，青岛先后建成了海泊河污水处理厂、麦岛污水处理厂、李村河污水处理厂和团岛污水处理厂共四座，污水处理能力达36万m3／d，海泊河污水处理厂4万m3／d的深度处理装置建成，回用水用于喷洒道路，景观用水，冲洗汽车、居民冲厕等【51。至2008年，青岛市中水回用规模达到24万m3／d，相当于当时该市日均供水量的50％，取得了显著的经济、环境和社会效益。20世纪90年代初大连市春柳河污水处理厂经改造后，被定为全国第一个中水回用示范工程，中水回用规模达1万m3／d，如今已运行十几年了。大连开发区回用工程完成后，中水回用量达7万m3／d，主要作为工业冷却、市政供水和绿化用水。石家庄市桥西污水厂通过改造工艺后最大处理能力达12万m3／d，出水水质已满足《再生水用于景观水体的水质标准》。处理后的中水主要用于市政园林绿化、民心河景观用水、消防用水及冲洗车辆，也有部分中水用于工业用水【们。4\n1．6我国高速公路服务区污水处理与中水回用概况1．6．1污水来源和特点高速公路服务区污水来源于粪便污水，餐饮污水，服务区常驻员工的生活污水，洗车废水和加油站清洗废水等，其中粪便污水和餐饮污水占绝大部分，服务区污水主要特点为：(1)流量小，变化大高速公路服务区的污水流量一般较小。目前，我国高速公路服务区污水处理设备的设计处理量为30m3／d～480m3／d不等，其中以120m3／d和72m3／d两种设计处理量为主，其次为20ID_3／d、10m3／d、5m3／d等。污水主要由过往旅客和服务区常住员工产生，常住员工人数稳定，其产生的污水量也较稳定，但过往旅客人数随车流量，受季节、气候、温度、节假日等因素影响而变化，其产生的污水量也随之而变化，每季、每月甚至每天都不同，这种变化没有一定规律，并且变化幅度大。一般说夏季污水流量大，冬季污水流量小，国庆节、春节等节假日流量达到最大，雨雪天流量小【71。(2)含特征污染因子高速公路服务区的污水主要来自于公共厕所、餐厅、职工宿舍、宾馆等排放的污水，与普通的生活污水相比，高速公路服务区的污水含有更多的粪便，污水中氨氮、SS和色度含量很高【71。在对安徽省肥东、吴圩、西桥、新桥和罗集5个服务区的调查中，发现污水中氨氮平均含量是普通生活污水的3倍左右。我国部分高速公路服务区污水水质情况如表1．1所示。表I．I部分高速公路服务区水质情况嗍＼＼指标COD口BOD5氨氮SS石油类＼pH值地区＼(rag／1)(mg／1)(mg／I)漯驻路徐庄103帖48m矽2062．2^击5．3371—5234．8一l6．247．1由刀．33服务区西区2030漯驻路徐庄577～1810240～$5033．&05．4311~20005．29^。13．796．97L7．50服务区东区漯驻路遂平2lm培8588—之987．58～9．2326l一18105．O—12．26．7每刁．48养护工区汕汾路潮州235—62484~1382．0l—5．0l服务区西区汕汾路潮州240-46050一1152．1~4．8服务区东区汕汾路潮州141~38165．7~116108～12678—2822．4,--9．68．12^v8．33服务区北区汕汾路潮州162—66051．6-08．137．12,-47．8缸1424．2一母．57。43q’16服务区南区81．6．2高速公路服务区污水处理与中水处理工艺\n(1)生物接触氧化法与混凝砂滤物化法相结合目前高速公路服务区采用最广泛的污水处理工艺是以生物接触氧化法为核心的一体化组合式地埋污水处理设备，市场占有率超过60％t9I。生物接触氧化法是在接触氧化池内放置填料，池内设有曝气装置。污水浸没填料，在不断曝气的情况下污水中有机物、氮、磷等污染物被附着在填料上的生物膜中微生物所分解，脱落的生物膜在二沉池中沉淀，污水水质得到净化。出水再经过混凝砂滤后，水中悬浮物等杂质得到进一步去除，出水水质可以达到中水回用标准。该工艺具有较强的耐冲击负荷能力，不需污泥回流，不会出现污泥膨胀现象，产泥量少，运行管理方便，可定型化规模生产等优点。但也有如设计或运行不当，填料会发生堵塞；布水曝气不均匀会在局部出现死角，容易发生短流；填料选择不当时难以挂膜，影响处理效果等缺陷【lo】。(2)膜生物反应器(MBR)工艺膜生物反应器(MBR)-I-艺是一种中水处理工艺，处理后出水可以达到中水回用标准。MBR是膜分离技术与生物处理法的有机结合，由微滤(MF)、超滤(UF)或纳滤(NF)膜组件与生物反应器组合而成，起源于用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离111i。MBR工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有传统的混凝砂滤处理工艺不可比拟的优点：①固液分离效果好，其分离效果远好于传统的沉淀池，出水浊度和悬浮物接近零，出水水质良好；②膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，运行控制灵活稳定；⑧将曝气池与二沉池合二为一，无需二沉池，并取代了砂滤工艺设施，大幅减少了占地面积，基建费用低；④由于泥龄可以非常长，从而大大提高难降解有机物的降解效率；缺点是：①膜的成本高，且易受污染；②需定期对膜进行清洗，3,---5年需更换一次膜，运行管理不方便。目前，MBR(膜生物反应器)工艺在高速公路服务区中水处理中开始尝试使用【12】。(3)人工湿地、地下渗滤等土地处理技术土地处理技术是一种利用土壤生态系统，即由土壤、以及其中的微生物和植物组成的系统，通过土壤的过滤、截留、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及微生物和植物的吸收等作用来去除污染物、净化污水的方法【13】。该技术的优点是：①无需反应器、曝气机、污泥回流泵等设备，基建费用低，处理成本低廉；6\n②利用生态系统的天然净化能力来净化污水，不仅出水水质好，不会产生新的污染物，还可以绿化大地，有效改善区域生态环境质量；③运行简单，容易操作管理。缺点是：①土地占有面积大；②如设计或施工不合理，导致地下水、土壤受到污染，造成环境卫生状况恶化。1．6．3高速公路服务区污水处理技术应用情况杭浦高速公路海宁服务区采用以生物接触氧化为核心的A2／O法生化处理工艺，原污水经过厌氧、缺氧、好氧、沉淀、消毒等工艺流程，再经过砂滤+活性炭过滤，然后采用氯片溶解进行消毒。经检测污水中的SS、浊度、BOD5、COD、色度、氮、磷、总大肠杆菌、油脂等均得到有效去除，出水达到《污水综合排放标准》中的一级排放标准【14】。江西九景高速潘阳湖服务区采用生态土地渗滤技术来处理高速公路服务区的污水，污水先经过格栅去除大的悬浮物，再进入调节池调节水质和和水量，然后进入沉淀池去除部分悬浮物和有机物，最后流入渗滤系统。在正常运行时对COD的平均去除率为89．1％，对氮的平均去除率为87．5％，对磷的平均去除率为95．5％，处理效果较理想I”】。江西昌九高速公路卢山中心服务区根据该服务区占地面积大，因地制宜采用了单元模块化的生态净化床工艺，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的净化，出水水质较理想【1们。京珠高速公路良田服务区运用生态渗滤技术处理生活污水，在正常运行时对COD平均去除率基本达到90％以上，SS平均去除率达到85％以上，氨氮、TP平均去除率均在90％以上，出水水质优良。湖南省衡炎高速公路杨林服务区运用生态渗滤技术处理生活污水，在正常运行时出水COD、SS、氨氮及TP浓度分别只有8．--,36、7～28、0．45"2．15、O．11～O．36mg／L，各项指标均能达到排放标准fl71。云南省安宁至楚雄高速公路楚雄服务区(上下行线)、恐龙山服务区(上下行线)、大红田隧道管理所、安宁监控中心采用土壤净化槽+生态景观蓄水池工艺。土壤净化槽在正常运行时，出水水质优于《污水综合排放标准》GB8978．1996中的一级要求，出水流入景观蓄水池经过水生生物作进一步处理后达到回用标准，同时还美化了环境【18】。1．6．4存在的主要问题最近几年，虽然高速公路服务区污水处理事业发展得比较快，但还是存在很多问题。2007年8月，河南省厅高管局组织人员对全省高速公路服务区污水处理系统使用情况进行了专项检查。被检的70个服务区(停车区)中，有397\n个服务区(停车区)的污水处理系统目前正常使用(占72．3％)；有15个服务区的污水处理系统正在运行但不达标(占27．7％)；有16个服务区(停车区)因在建、改扩建、暂时停业等原因，污水处理系统暂未投入使用[191。目前服务区污水处理主要存在以下几个问题。(1)仍有部分服务区没有污水处理装置。部分早期修建的服务区只设置了传统的化粪池对污水进行简单处理，处理后的污水不达标，对周围环境和地下水造成一定程度污染。(2)污水处理设备的设计及选择和实际难以符合。高速公路服务区由于其自身的特点，污水流量波动比较大，在设计设备时很难确定设计流量，导致设备的设计流量与实际流量偏差很大。通常是设计流量大于实际流量，但在节假日等用水高峰期时实际排水量远远大于设计流量，从而影响处理效果。随着交通、旅游业发展，过往车辆正在逐年增长，污水排水量将最终超过设计流量。(3)管理人员专业化程度低。现在高速公路服务区的污水处理设施一般是在职水电工兼管，他们所受的专业训练较低，在平时的运行管理中不能有效处理相关问题，如不能合理控制曝气程度、水力停留时间、遇到污泥膨胀时也不知如何处理等，这些都将影响处理效果。在设备维护和保养上，他们做得也不够，导致设备过早老化、出现故障。(4)设施质量得不到保证，厂家售后服务不到位。某些服务区污水处理设备出现故障后，设备厂家不能及时维修更换，导致处理系统瘫痪，污水处理设施不能正常发挥作用。(5)设备运行及维护费用高。目前高速公路服务区污水处理的运行维护费用大致包括电费、设备维护和检修费用、员工工资等，其中电费占运行维护费用的大半。(6)由于原污水中氮磷含量高，目前污水处理后处理水中氮磷去除率较低，出水中氮磷超标，不能满足中水回用标准和污水排放标准。因此高速公路服务区高氮磷污水处理仍然是污水处理技术难点。8\n第二章高速公路服务区污水处理与中水回用现状调查与分析2010年3月到6月期间，在安徽省交通规划设计院的大力协助下，分别对安徽省内高速公路部分服务区的污水处理及回用现状进行了实地考察。结果表明目前我省高速公路各级管理部门对服务区产生的污水都给予一定重视，各服务区都设置了污水处理装置，除少数服务区设备出了故障不能正常运转外，其它服务区污水处理装置都在运转，但由于服务区内没有配备具有水处理专业水平的管理人员，大多数水处理设备不能正常发挥作用，污水不达标，排放率低，排入周边环境后导致环境污染，引起纠纷。在调查中发现某服务区，由于污水处理设备不能正常运转，出水外排后导致周边池塘鱼类死亡，引起排水纠纷。由于周边百姓不接纳服务区的排水，为保证服务区正常接待来往车乘，服务区管理人员只能每天租用水车将该区污水运送到几十里以外其它地方进行处理。由此可见，服务区虽然配备了污水处理设备，若处理设备不能正常发挥作用，污水得不到及时处理，不仅影响周边环境，破坏群众利益，而且影响服务区正常营业，给过往的车乘人员带来不便，影响高速公路路段的服务质量。本次调研主要是对服务区用水水源、污水出路、污水流量、污水性质、污水处理设施运行状况和污水处理后达标情况进行调查。了解目前服务区污水处理情况，找出存在的主要在问题，为目前服务区污水处理现状提供可靠资料，也为以后的中水处理试验提供科学的参考依据。2．1高速公路服务区污水处理现状调查本次在安徽省内选择了8个服务区污水处理设施进行调查，各服务区污水处理设备运行时间在几个月至几年不等。现将调查结果总结如下。2．1．1服务区的用水水源与污水出路调查高速公路服务区一般远离城市，解决用水水源问题有两种方案：一是就近取用周边城镇或乡镇的自来水，用水水质水量能得到保证，这是优选方案；二是远离城镇或乡镇，则就地取用地下水或地表水再经净水处理成合乎标准的饮用水。调查中，少数服务区距离周边村镇的供水管网较近，采用村镇供水厂的自来水，水质水量能得到保证，使用方便，但购水费用较高；大多数服务区远离城镇，无法利用城镇供水，需自己打井抽取地下水，经简单消毒后作为服务区的饮用水。地下水水质好，利用地下水作为饮用水的制水费用较低；地表水中杂质多，净水处理工艺复杂，管理难度大，制水费用高。所以，在无法利用城镇供水的情况下，服务区首选水源是地下水。但使用地下水存在两个值得注意问题，一是地下水要定期检查水质，确保水质满足饮用水标准；二是长期大量取用地下水会导致地下水位下降，甚至导致地面下沉，所以服务区选用地下水为水源时，应尽量减少地下水的抽取量。9\n调查中，各服务区污水的出路都是就近外排，污水没有进行重复利用。服务区污水经过二级处理后，直接排入附近河道、农田，或村民的池塘。调查结果表明，大多服务区远离城镇，主要采用自备地下水源，制水成本较低；少数服务区距离村镇较近，利用附近村镇集中供水的成本较高。所有调查服务区的污水经处理后全部排入周边环境，污水均没有进行重复利用。2．1．2服务区污水流量调查高速公路服务区污水处理设施一般对称布置在高速公路两侧的服务区内。调查中，服务区单边污水处理水量在10～150m3／d不等，少数服务区由于车流量少，每天实际产生污水量小于设计流量值，大多服务区(包括一些运行多年服务区)每天污水量与设计污水水量基本相符。调查发现，所有服务区无论每天产生污水量大或小，24小时内产生污水流量极不均匀。服务区污水流量与车乘客流量有密切关系，白天客流量大，污水流量较大，夜间客流量小，甚至没有过往车辆停留，产生污水量极少。即使是白天，由于车乘流量随机性大，污水流量变化系数很大，对污水处理设备造成冲击负荷过大，导致设备开停频繁，污水处理设备难以正常工作，处理出水难以达标。流量调查结果表明，服务区污水处理设施实际流量在10～150m3／d不等。服务区污水流量有两个特点，一是污水流量集中在白天，夜间流量极小；二是服务区污水流量不稳定，不均匀系数较大，水力冲击负荷较大。2．1．3服务区污水性质调查服务区污水主要来源于餐饮厨房废水和冲洗公厕污水。污水中主要污染物含有机物、氮磷、悬浮物等，餐饮厨房废水中含油脂较高，冲洗公厕的粪便污水中含氨氮和色度较高。每个服务区的就餐人数和入厕人数不同，产生污水的水质也有一些差异。在选择污水处理方法和确定工艺流程时应予以考虑。调查中选择正在运行的5个服务区污水处理设施进行水样采集，共采集水样18件，每件水样的采集水量在2—10升，由合肥市城市排水监测中心对18件水样进行水质分析。获得了服务区原污水和处理后排出水的第一手水质资料，为服务区拟定污水处理方案和工艺流程的选择提供了科学依据。服务区污水处理设备的进出水质分析结果见表2．1。表2．1服务区污水处理水质情况一览表水质检测项目单位：mg／L类别CODcrBOD5TPNHs-NTNSS进水322一l030120一巧805．48～13．641．6-90．053—，20010l—之72水处理设备正84—13322巧34．8l巧．4051．2～87．463．&母4．82每02常运行时出水三级处理41．8|0．610i2．5012池塘出水10\n2．1可见，服务区污水中主要污染物是有机物、氮和磷。原污水D比值大于O．3，表明污水可生化性较好，适于采用生物处理方法。中的80％服务区进水COD值在300～500rag／1之间，平均值为41lmg／1，区的原污水浓度很高，COD达到1000mg／1以上；各服务区进水总磷氮浓度平均值分别为6．98rag／1和70．7mg／1。结果表明，服务区的污水性质接近生活污水，但又不同于普通生活污水。表2．2列出了典型生活污水水质中各污染物浓度值，与表2．1服务区污水中污染物浓度进行比较，不难发现各服务区污水中的总氮浓度和氨氮浓度都达到典型生活污水的最高值，甚至高于最高值，给污水处理带来一定难度和挑战。表2．2典型生活污水水质(节选)[20l水质指标单位：mg几类别CODcrBOD5TP游离氮TNSS油脂高浓度1000400155085300150中等浓度40020082540220100低浓度250loo4122010050调查中各服务区污染物降解程度有较大差异。根据各服务区的水样检测结果分析，各服务区有机物降解程度在20％～80％之间，COD的去除率大多在70％左右。污水处理设施运行较好的服务区，其总磷去除率在11％～22％，氨氮和总氮去除率在20％左右。表2．3城镇污水处理厂污染物排放标准基本控制指标(GB18918--2002)[211一级标准基本控制指标二级标准三级标准A标准B标准化学需氧量(COD)5060100120生化需氧量(BOD5)10203060悬浮物(SS)10203050总氮(以N计)1520氨氮(以N计)5(8)8(15)25(30)2005年12月总磷31日前建设的l1．535(以P计)2006年1月1日起建设的0．5l35表2．3列出了我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918--2002)中几项主要基本控制指标。对照表2．1中污水处理出水水质和2．3国家污水排放标准可知，本次受调查的服务区污水处理后出水中各项水质指标难以完全满\n足《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求。尤其是氮磷指标均不能满足排放要求，表明污水处理设备运行和处理工艺选择上还存在一定问题。2．1．4服务区污水处理设施实际运行现状调查研究期间，现场调查8个服务区污水处理设施，并与服务区管理人员和污水处理装置生产厂家的设计人员进行座谈交流，重点走访了MBR污水处理膜工艺生产厂家和实际应用单位，将调查中服务区污水处理现状做以下介绍。(1)污水处理方法与工艺流程目前，安徽省内高速公路服务区污水处理方法主要是采用物理法和生物法结合方式，处理工艺大多采用预处理和生物接触氧化二级处理工艺。2006年以前建设的大多为分体式钢筋混凝土水处理构筑物；2006年后建设大多是地埋式一体化污水处理装置；2009年后碳钢制作的一体化设备腐蚀严重，部分服务区又改建为混凝土构筑物。图2．1地埋式碳钢一体化污水处理装置图2．2地埋式一体化污水处理装置(非碳钢)(a)混凝土接触氧化池(b)二沉池(c)出水池图2．3分建式接触氧化工艺12\n厨房含油污水一格栅一隔油池一I冲洗厕所污水一化粪池一格栅一调节池一生物接触氧化池一二次沉淀池一池塘一出水排放流程3：厨房含油污水一格栅一隔油池]冲洗厕所污水一化粪池一格栅一调节池一A2／O生物接触氧化池一二次沉淀池一砂滤装置一一出水排放上述三种流程的共同点是预处理方法一致，二级处理全部采用了耐冲击负荷的生物接触氧化．沉淀工艺，均采用鼓风曝气方式供氧。不同点为：①流程1只包含预处理和二级处理，流程2在预处理和二级处理后增加了池塘，相当于一个氧化塘，处理后的出水水质要好于流程1；流程3在二级处理后增加了一套砂滤装置，正常运行时出水水质应优予上述流程1和流程2。②二级处理中生物接触氧化法运行方式不同。流程2采用不带回流的普通生物接触氧化运行方式；流程1和流程3都采用目前流行的A2／O运行方式，即厌氧．缺氧．好氧运行方式，在A2／O各池之间有设置了回流设备。(2)污水处理装置运行情况调查服务区污水主要由粪便污水和少量洗厨废水组成，污水中主要含有有机物、氨氮、磷、悬浮物、细菌、色度等污染物，尤其是粪便污水中的氨氮和磷等含量较高，给污水处理增加了难度。服务区的污水处理工艺按组成段可分为预处理、主体处理和深度处理部分。预处理主要去除污水中大块漂浮物、易沉淀物以及洗厨水中可浮油类等，污水预处理构筑物主要包括格栅、化粪池、隔油池、调节池等。格栅用于拦截污水中大块漂浮物和较大的悬浮物，防止杂质堵塞管道缠绕设备；化粪池使高浓度粪便污水得到酸化分解，增强污水的可生化性；隔油池设在洗厨水的排放口，去除洗厨水中可浮油，减少污水中油的含量，保证后继生物处理的正常运行；调节池是调节污水量匀和水质作用，减少后继构筑物的冲击负荷，保护后处理构筑物正常运行。①服务区污水预处理运行情况调查各服务区污水预处理方法基本一致，即在厨房污水排放口都设计了小型隔油池，冲洗厕所的粪便污水先经过化粪池再与洗厨水一起经过一道细格栅进入调\n节池。化粪池和调节池大多是钢筋混凝土结构；据服务区管理人员介绍，当调节池容积较小时，会导致生物接触氧化和二沉池设备开停频繁，不能正常工作，污水处理程度很低。各服务区在调节池前都设置了一道格栅，格栅间隙在10～20mm，主体工艺采用一体化时，其格栅一般为平面格栅，或筛蓝；非一体化工艺中格栅采用的是自动除渣的机械格栅。调查结果显示服务区污水预处理段的处理工艺流程合理，运行基本正常。主要存在问题一是一些服务区污水处理的格栅间隙偏大，当格栅间隙大于lOmm时，应再增设一道3mm细格栅；二是调节池容积偏小，进水泵型号选择不当，进水流量太大。图2．4一体化处理设备中格栅图2．5自动除渣机械格栅②服务区污水处理主体工艺(二级处理)运行情况调查服务区污水主体工艺由生物接触氧化池和二沉池组成，即通常所说的二级处理，处理目的是利用微生物分解污水中有机物和氮磷。污水处理各部分运行操作全部自动控制，采用水位控制进水和出水及运行曝气。由于服务区晚上和夜间水量很小，大多数服务区污水设备每天只在白天工作(8：00～20：00)。调查中有37．5％服务区处理设备基本上能保证正常工作；有37．5％服务区因水量波动太大，处理设备开停机频繁，无法正常工作，严重影响生物接触氧化池中生物的生长，污水中污染物不能得到有效降解，处理程度很低，导致出水难以达标：还有25％服务区的污水设备老化、部分仪器设备已损坏有待更换，导致污水处理系统不能正常运行。’有些服务区由于污水处理设备或型号选用不当，造成污水处理系统难以正常工作。如调节池设计容积过小，调节池内的污水提升泵流量太大，生物接触氧化池运行时易发生短流；生物接触氧化池中填料选择不当，生物膜量太少等。由于服务区没有配备污水处理专业技术的管理人员，污水处理设施一般由服务区普通水电工代管，因而污水处理设施不能正常发挥作用，导致污水处理效率差，出水水质不能达标。③服务区污水深度处理运行情况调查虽然各服务区在二级处理后都设计了深度处理装置，如池塘(即氧化塘)或砂滤装置，但深度处理实际运行效果并不理想。14\n调查中只有氧化塘(即池塘)正常工作，起到深度净化作用，改善了出水水质；而大多服务区砂滤装置并没有投入使用，少数服务区虽然砂滤装置在运行，但砂滤出水水质没有改善，砂滤装置并未起到净化水质作用。这与服务区运行管理有直接关系，导致砂滤并没有发挥应有的净水作用。表2．4中数据反映了氧化塘和砂滤的净化作用和出水水质情况。调查中各服务区由于没有设计中水回用，所以没有中水回用设备和措施。污水经处理后直接排入外水体或农田。在有排水纠纷的服务区，管理人员非常希望污水处理后能进行中水回用，减少污水排放，减少排水纠纷，保证服务区正常运行。2．1．5服务区污水处理后出水达标情况调查2010年6月初对安徽省内部分高速公路服务区污水处理设施进行调查的同时，采集水样进行污水处理设施的处理效果调查。采集的水样由合肥市城市排水监测中心进行水质检测后，对各服务区水质检测结果进行数据分析整理，并将各服务区污水处理程度分析结果列入表2．4。将上述调查结果与国家污水排放标准(参见表2．3)分析比较表明：1号服务区，总出水即二级处理后出水。二级出水中有机物和悬浮物浓度基本达到国家二级排放标准，但氮磷均不能达标，出水氨氮和磷分别是国家二级排放标准的2．9倍和2．1倍。2号服务区，由于在二级处理后采用氧化塘(池塘)，氧化塘出水(即总出水)指标均符合GB18918--2002国家一级A标。但二级处理出水中仅COD值满足国家二级标准，其它指标均不能满足国家二级排放标准要求。二级出水中氨氮和磷分别是国家二级排放标准的1．7倍和1．8倍，表明二级生物处理中氮磷净化作用甚微。3号服务区，由于处理系统不能正常运行，处理效果极差，所有各项指标均不能达到国家三级排放标准要求。甚至出水中氮磷指标还高于进水指标，表明处理中的生物污泥有解体现象，整个污水处理系统处于瘫痪状态，污水处理设备不能发挥应有作用。4号服务区，在二级处理后增加了砂滤装置，总出水指标除了悬浮物一项指标达到国家一级B标准外，其它指标均不能满足国家二级排放标准。从砂滤前后的水质分析结果看，该服务区的砂滤装置仅起到截留悬浮物的作用，对水中有机物、氮磷均没有净化作用。另外该服务区二级处理和深度处理(砂滤)出水中的氮磷均高于进水值，表明污水二级处理系统运行存在问题，有生物污泥解体现象发生。5号服务区，原污水中污染物浓度很高，污水处理效果很差，总出水中所有指标均不能达标排放。污水处理系统处于瘫痪状态。\n表2．4部分高速公路服务区污水处理程度调查分析表服务区名称及工服务区采样检测项目单位：mg／L备注艺流程编号CODcrBOD511PNH3-NTNSS1号服务区进水1．13551207．6490．O108101工艺流程：原污水．化粪池．调节池．二沉池出水10122．O6．4087．494．826格栅．地埋组合式1-2一体化A2／O接触二级处理去氧化·．出水外排除率71．5％81．7％16．2％2．9％1．2％74．2％2号服务区进水2．141l2206．9870．788166工艺流程：二沉池出水83．763．O5．4051．263．832原污水．化粪池．机2—2械格栅．调节池．曝二级去除率79．6％71．4％22．6％27．6％80．7％气接触氧化池．二沉池．池塘．出水外池塘出水2-341．8|O．61l2．5012排总去除率89．8％91．2％97．2％92．8％3号服务区进水3．13221387．8283．1103198工艺流程：原污水．化粪池．调节池．二沉池出水25175．O8．2680．O103150格栅．地埋组合式3-2一体化A2／o接触总去除率22．O％45．6％24．2％氧化·．出水外排进水4．15574025．4841．653．41994号服务区二沉池出水13340．04．8l55．O67．636工艺流程：原污水4—2．化粪池．调节池．二级出水后使用格栅．地埋组合式二级去除率76．1％90．O％12．2％81．9％了砂滤工艺一体化A2／O接触砂滤池出水13333．64．8452．168．O15氧化·．出水外排4-3总去除率76．1％91．6％11．7％92．5％进水5．11．03×5号服务区10358013．686．72002725号服务区没有使用砂滤装置，工艺流程：原污水二沉池出水80640016．5188234．化粪池．调节池．5．2但因二级出水不能达标，该区在格栅．地埋组合式二级处理去21．7％31．0％一体化A2／O接触除率二级处理后增加了一个小型池氧化·．池塘．出水池塘出水5．345313212．459．6160174塘，对污水有一外排总去除率56．O％77．2％8．8％31．2％20．O％36．0％定净化作用。16\n注：·地埋组合式一体化A2／O接触氧化工艺流程：预处理后污水．厌氧池．缺氧池．曝气接触氧化池．二沉池．砂滤装置-出水外排综上所述，本次调查中的各服务区的二级处理后出水水质均不能达到国家一级排放标准要求；所有二级处理出水中氮磷全部超标，甚至出水氮磷浓度高于进水值，表明二级处理工艺设计和运行存在一定问题；服务区的A2／O生物接触氧化工艺的脱氮除磷效果很差，并没有显示出A2／O脱氮除磷的优势，甚至出水氮磷浓度高于进水值因此，A2／O生物接触氧化工艺值得商榷；氧化塘的净水作用不可低估。从2号和5号服务区运行情况看，二级出水后增设氧化塘(或池塘)的净水作用十分明显，尤其是2号服务区，虽然二级处理后出水水质中氮磷不能满足国家排放标准，但经过池塘净化后，出水水质中有机物、总氮和总磷指标全部满足国家一级排放标准。即使是5号服务区，虽然原水浓度很高，二级处理效果很差，但二级处理后的氧化塘(即池塘)仍然发挥了很好的净化作用。实践证明，在有条件的服务区，在二级处理工艺后修建氧化塘是必要的，可以大大改善出水水质。2．2高速公路服务区污水处理存在问题与分析通过实地考察安徽省内部分服务区的污水处理设施和运行现状，调查走访了几家污水处理设备厂家，并与相关污水处理设备技术人员和服务区管理人员针对污水处理设备运行不正常、污水处理出水不能达标排放问题进行座谈交流，将目前高速公路服务区污水处理设施在设计和运行中存在问题归纳分析如下。(1)高速公路服务区污水量变化大，冲击负荷大。服务区污水量特点是污水总量小，流量变化大。污水量因天气，季节，时段不同而波动，污水流量不均造成对处理设备的冲击负荷，使处理设备难以正常工作，设备开启频繁，设备和部件易失灵损坏。一般来说，服务区白天污水量较大，夜间水量很小。通常污水处理设备运行时段为8：00～20：00，每天运行时间在8～12小时。(2)污水处理后出水水质不能达标，尤其是出水中氮磷含量较高。原因为：①服务区污水主要以冲洗厕所为主，污水中的氮磷均高于普通生活污水，给污水处理增加了难度，仅采用普通的生物处理方式处理出水中氮磷很难达标排放，应该选用具有脱氮除磷作用的工艺。②污水冲击负荷太大，导致处理设备不能正常工作，可以通过增加调节池容积减少冲击负荷。③生物接触氧化池填料选择不当，微生物难以在填料上挂膜，池中生物量太少，加之接触氧化池运行时易发生短流，影响污水净化效果。④A2／O生物接触氧化工艺去除有机物和脱氮能力较好，由于产泥量少，所以除磷效果差，建议采用A／O生物接触氧化工艺和其它除磷工艺相结合，才能满足脱氮除磷效果。(3)设备选型和设计安装存在问题。一些污水处理运行不正常的服务区，往往是调节池容积偏小，进水泵型号17\n选择不当，流量偏大；进水没有设置调节流量和计量装置，污水处理设备开停过于频繁。由于流量小，服务区污水处理装置一般仅设计一套装置运行，没有考虑不同流量时分组运行问题；而实际运行时，大多数服务区因实际水量小于设计水量，导致设备无法正常运行。高速公路污水生物处理工艺大多采用耐冲击负荷的生物接触氧化装置，但运行时容易形成短流，导致污水停留时间太短影响处理效果。(4)地埋式一体化污水处理设备存在的问题。碳钢制作的地埋式一体化污水处理设备易受腐蚀，使用寿命较短，一般仅为3～5年；曝气设备风机等机组放在地下影响使用寿命，不便于维修和管理。一些组合式一体化设备设计流量与实际运行流量不符，造成处理设备难以正常工作。图2．6A服务区地埋式一体化污水处理设备腐蚀现状(5)污水处理耗电量大，运行费用较高。(6)出水水质消毒环节没有引起重视。一些服务区污水处理后没有经过消毒就直接排放，容易造成病原菌的传播和二次污染，污水处理最后的消毒环节应予以重视。2．3本章小结本章对安徽省内选择的8个服务区的用水水源、污水出路、污水流量、污水性质、污水处理设施运行状况和污水处理后达标情况进行了调查，并对存在的问题作了归纳分析，所得结论如下：(1)目前高速公路服务区大多远离城镇，用水水源一般为地下水，用水不方便；少数离村镇较近的服务区，可利用村镇给水管网，但需加压，供水成本较高。(2)目前服务区产生的污水经处理后，全部排入周围农田、池塘、河流等，均没有得到重复利用。(3)高速公路服务区污水流量变化大，一般白天流量大，夜间流量小；污水量变化大，一般节假日污水量大，工作日污水量小；(4)污水中氮磷含量高，达到甚至高于典型生活污水的最高值。(5)8个服务区的二级处理均采用生物接触氧化加二沉池工艺，只有--,J,部分服务区处理设备能基本保证正常工作，大部分因水量波动太大，处理设备开停机频繁，污水设备老化、部分仪器设备损坏等原因不能正常运行；(6)各服务区的二级处理后出水水质均不能达到国家一级排放标准，氮磷全部超标，18\n甚至出水氮磷浓度高于进水值，脱氮除磷是高速公路污水处理的难点。深度处理环节中，采用砂滤灌作为深度处理，出水水质没有得到改善，处理效果不理想；采用氧化塘作为深度处理，起到一定深度净化作用，改善了出水水质。(7)目前我国高速公路污水处理主要存在：①污水中氮磷含量高。②设备选型、设计安装与实际难符合。⑧污水处理设备易受腐蚀。④污水处理能耗大。⑤消毒环节没有引起重视等问题。19\n行了调查研究；蒋红梅【24】等人对人工湿地法进行了研究；马强【251等人对动态膜生物反应器(DMBR)进行了研究；王恒【26】等人对采用聚铝与沸石过滤床处理高速公路服务区污水进行了研究，他们的研究都取得了一定成效，对高速公路服务区污水处理工艺的选择具有一定参考价值。上述工艺在应用中仍然存在一些问题，如冲击负荷较大处理设施难以正常工作，运行耗能高，氮磷去除率低不能达标，占地面积大等，所以研究和探索高效、节能、运行灵活、管理方便的水处理工艺仍然是世界各国研究的焦点。3．1．2试验目的本次试验主要针对高速公路服务区污水中有机物、氮、磷等污染物质降解，提出高效、节能、运行灵活、管理方便，适合高速公路服务区污水特点的工艺，使出水水质满足生活杂用水和景观水体回用标准，达到减少污水排放，合理利用水资源目的，为服务区污水处理与中水回用工艺设计提供科学参考依据。3．1．3中水处理工艺的提出水量变化大、氮磷浓度高、难去除，一直是高速公路污水处理的难题。目前，高速公路服务区采用的污水处理工艺，在实际运行中存在不耐水量冲击负荷，易发生短流，接触池内生物量较少，运行时污水实际停留时间短，脱氮除磷效果差等问题，处理后的污水难以达标。针对以上问题，本项研究提出改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺，处理高速公路服务区高含氮的生活污水，使出水水质达到中水回用标准，为目前服务区现有生物接触氧化工艺改造的提升提供科学依据。3．1．4改良生物接触氧化法原理改良生物接触氧化是一种活性污泥与生物膜法相结合的工艺。该工艺将传统连续式进、出水生物接触氧化池，改变为间歇式进、出水方式，池内设有生物填料和曝气装置，采用可调式溢流堰出水。污水以间歇方式进入接触池内，经过曝气，生物氧化，生物硝化，生物反硝化，沉淀，出水等几个阶段，实现厌氧、缺氧、好氧等不同工序在同一个反应器内交替进行，以达到去除有机物，同步脱氮除磷的目的，实现污水处理一体化。与传统的生物接触氧化法、单纯的间歇式活性污泥法(SBR)和膜生物反\n应器相比有不可比拟的优点，主要表现在以下几点：①微生物存活时间长、生物相多样化、食物链长。在反应器中添加了填料，微生物附着在填料上，有一个稳定的生长环境，易于生长繁殖，并且可以生长增值速度缓慢、世代时间长的各种微生物，如硝化菌等。稳定的生长环境孕育出多种高级微生物，食物链较活性污泥长。经显微镜观察，膜上生长着大量的肉足类、鞭毛类等原生动物和寡毛类、轮虫类、线虫类等后生动物，并可形成由细菌、真菌和藻类至原生动物以及后生动物的生态体系。②存活的微生物数量多，处理能力强，抗冲击负荷。微生物附着在生物膜上生长，从而膜上的含水率低，单位反应器容积内生物量高，可多达序批式活性污泥法(SBR)反应器内生物量的几倍至数十倍，有较强的处理能力。在曝气作用下，反应器内的水流在气流的推动下围绕着生物膜循环流动，形成一个理想的推流过程，水流状态属完全混合式，对水量、水质的变化有较强适应能力，抗冲击负荷。③运行灵活，脱氮除磷效果好，可实现同步硝化反硝化(SND)。通过对改良接触氧化池运行条件的设置，可实现厌氧／好氧交替运行，达到脱氮除磷的目的；由于生物膜具有一定厚度，在外层的生物膜处于好氧状态，并逐渐向内层过度到厌氧状态，可实现厌氧／好氧两个状态的同时存在，达到硝化反硝化同步进行，实现同步硝化反硝化。在同一座服务区修建多组设备，并联运行。淡季污水量少时只开启一组设备；节假日等用水高峰期时，几组设备同时运行，可以有效解高速公路污水量变化大问题。④悬浮于水中的污泥少，污泥沉淀效果好。反应器中的绝大部分污泥都附着在生物膜上，悬浮于水中的污泥只占很少一部分，污泥中生物相多，微生物数量多，导致污泥沉淀效果好，就算丝状菌大量繁殖也不易发生污泥膨胀现象。即使生物膜脱落，在闲置和沉淀过程中污泥处于厌氧状态，厌氧菌可以降解好氧过程合成的剩余污泥，可以减少剩余污泥的排放量。⑤工艺流程简单，基建费用低，运行费用少。由于改良接触氧化法主体反应器只有一个接触氧化池，不需设初沉池和二沉池，无污泥回流系统和内回流系统，工艺流程简单，减少了基建费用，降低了运行费用。⑥运行管理方便。改良接触氧化池可以根据水量大小分组运行，具有产泥量少，无需污泥回流，不易发生污泥膨胀等特点，大大方便了维护管理，且具有SBR特点可实现自动化控制。3．2试验方法3．2．1试验流程与试验装置中水处理试验总流程如图3．1所示：2l\n图3．1中水处理试验总流程试验装置：(1)改良生物接触氧化装置改良接触氧化池材质：有机玻璃；改良接触氧化池尺寸：直径130mm，高1500mm，有效容积13．3L，内置生物软性填料；自控系统：四路控制器作为自动化控制器；进水设备：蠕动泵；供氧搅拌设备：曝气泵，砂芯曝气头；其它仪器与材料：出水采用电磁阀控制，进水和曝气量设置流量计控制。改良式生物接触氧化试验装置如图3．2所示。通过对四路控制器设置程序来控制进水、曝气、沉淀、排水，实现全过程自动化控制。缬删器图3．2改良生物接触氧化反应装置示意图(2)超滤膜组件试验采用海南立升净水科技实业有限公司生产的小型浸没式超滤试验装置(型号LGJRl．250．BXl)。①工作原理整个装置由帘式膜，进水泵，出水泵，反冲洗泵，曝气泵，有机玻璃膜池，控制箱等器材组成，其示意图如图3．3所示。原水进入膜池后，由于产水泵的抽吸作用，中空纤维膜(截留分子量15万道尔顿)内形成负压，水从膜壁四周\n压入膜腔进入出水管，最后流入出水箱，胶体、藻类、悬浮物和大分子有机物等物质不能通过，被截留在膜丝外表面。当过滤一段时间后，膜表面的污泥会越来越多，反冲洗泵从产水箱吸水，通过反洗管道把净水打入中空纤维膜，对膜进行反冲洗，保证设备的稳定运行【27】。图3．3超滤膜装置示意图诧#镰‘=留②主要技术参数主要技术参数和试验所用的主要设备、仪器、材料，如表3．1和表3．2所刁≮o表3．1主要技术参数名称规格型号帘式膜外型尺寸252*370膜过滤面积0．8m2(0．4m2／帘)设计通量5一l2．5L．m2．hr工作压力-0．01～-0．06Mpa膜材料PVC进水温度5℃—-45℃滤后水浊度≤0．2NTU进水PH值2-一12\n表3．2试验主要设备、仪器、材料一览表序号名称规格型号单位数量1蠕动泵YZl515X厶l口2空气压缩机ACO．004台l3四路控制器厶1口4流量计YZB一10台15帘式膜组件0．8m2帘2EC．101．200，6抽吸泵台lll0V陀20V，50HzEC一101．50A，7反洗泵厶l口llOV／：220V／50Hz8气泵ACO-328，220V／50Hz台19膜池有机玻璃套l10控制柜套l验原水水质与高速公路服务区污水水质相近。(2)分析方法表3．3水质指标测定方法及实验仪器序号水质指标测定方法实验仪器1COD的测定重铬酸钾法【281COD消解装置，Ⅺ一I型；纳氏试剂分光光度法722分光光度计2氨氮的测定ILl535．2009[29]碱性过硫酸钾消UV751GD紫外厂可见分光光度计；"IN，3总氮的测定解紫外分光光度法GBl1894．89t30】TP微波闭式消解仪WMX．Ⅲ-A型；\n钼酸铵分光光度法722分光光度计；TN，TP微波闭式4总磷的测定GB1893．89t311消解仪(WMX一珊囊型；)数显鼓风干燥箱，GZX．9076MBE型；SS的测定5重量法真空抽滤装置，SHZ,-D(III)型；分析天平，AL204型；6色度的测定铬钴标准比色法f28】722分光光度计；分光光度法7浊度的测定GB13200．91132】722分光光度计；8pH的测定PH玻璃电极法PHS-3C型；9D0的测定溶解氧电极法JPB-607便携式溶氧仪3．2．3试验装置启动与调试(1)试验装置启动改良接触氧化试验装置采用清水试运行。将清水注入装置，使水位达到设计水位2／3，调整进水泵使进水达到设计水位。调整出水电磁阀，使出水流量和出水后装置水位到达设计要求。检查曝气系统，调整曝气量和曝气时间。调试白控系统，使进水、曝气、沉淀、排水过程依次进行。清水试运行中检查设备和装置自控系统工作是否正常，是否有跑、冒、滴、漏现象。当装置试运行正常，可以进行微生物接种和挂膜驯化。(2)微生物挂膜驯化挂膜驯化阶段于6月22开始，7月l3日结束，历时22天。试验装置中放入生物填料，采用王小郢城市污水处理厂新鲜活性污泥进行接种。装置中加入生活污水，进行闷曝，溶解氧DO控制在2"--'3．5mg／L。连续曝气23小时后，停止曝气，静止沉淀l小时后排出上清液，加入新鲜污水，继续闷曝。反复进行闷曝、静沉、排水和进水过程，直至填料挂膜为止。每天取装置中混合液进行分析，测定污泥沉降性能(SV％)，观察生物相种类和数量变化。装置中活性污泥逐渐增多，生物膜逐渐加厚，通过镜检观察，污泥中生物相种类丰富，出现大量原生动物钟虫，表明污泥成熟。此时，进水COD去除率达到82．5％，表明生物挂膜驯化已成功。污泥生物相和生物膜如图3．4、图3．5、图3．6和图3．7所示。\n图3．4钟虫群图3．5好氧下的钟虫图3．6刚开始挂膜时的填料图3．7驯化好后的生物膜(3)挂膜期有机物降解情况表3．4COD在驯化期去除情况进水COD浓出水COD浓日期去除率度(mg／L)7月1日306．7153．350．O％7月2日258．4122．452．6％7月3日296．3141．452．3％7月6日370．3121．267．3％7月9日527．8138．973．7％7月11日371．11lO．O70．4％7月13日391．868．782．5％\n7月1目7月2日7r月3日7胄8目7月9目7月"且7月，3目时间图3．8COD在驯化期去除情况从图3．8可以看出，在挂膜驯化初期，由于微生物量少，系统中有机物降解程度较低，COD去除率只有30％左右；随着微生物量的增加，COD去除率也在逐渐的增加，当去除率为82．5％时，此时可认为污泥已成熟，挂膜驯化已成功。3．3改良生物接触氧化工艺处理效果的试验研究3．3．1试验条件，设置及运行参数(1)试验条件试验于2010年6月22日开始，2010年9月7日结束，总历时86天，正值夏季。试验期间白天温度为25,-,38℃，夜间温度为20-27℃，水温为18-32℃，此期间微生物活性正值最佳。溶解氧控制在4．4-5．2mg／L范围内。(2)试验设置试验流程如图3．9所示：图3．9试验流程反应器内保持水量总体积9L不变，每次进水和排水量相等，保持水量平衡。一个周期设置为：进水3分钟，进水量3．5L，闲置1小时56分钟，曝气3小时30分钟，沉淀29分钟，排水1分钟，排水量3．5L。具体设置：00：01--00：04进水；00：04--02：00闲置；02：00--05：30曝气；05：30—05：59沉淀；05：59--06：00排水。这种设置方法实际上就是A／O法。该工艺工作原理为：处于闲置期时，反27去除率^紧v∞0O0D0D季}喜|啪姗季|咖瑚伽m∞。^JJ『6Eu越牲酋ou\n应器内水由原污水和上个周期没排完的剩余水两部分组成。此时，污泥处于厌氧状态，聚磷菌释放磷，反消化细菌以原污水中有机物为碳源，剩余水中硝酸盐的氧为受电体，进行反消化作用，将硝态氮还原为氮气，实现脱氮；处于曝气期时，污泥处于好氧状态，微生物在代谢过程中不断摄取、吸收污水中有机物，聚磷菌从外部环境过度摄取磷，同时硝化细菌以水中溶解氧为受电体，进行硝化作用，把氨氧化为硝酸盐；处于沉淀期时，污泥逐渐下沉，泥水分离；进入排水期后，上层澄清水被排出，剩下部分停留于反应器内，随后开始进水。(3)运行参数本次试验填料体积为4L，每次进水量为3．5L，运行周期为6小时，迸水量为14L／天。水力负荷为1．56[m3／(m3．d)】，COD一容积负荷(Nv)为622[kgCOD／(m3．d)】，NH4+-N一容积负荷为36．00[kgNH4+-N／(m3．d)】；TN一容积负荷为49．42[kgTN／(m3"d)】。3．3．2有机物去除情况分析表3．5COD的去除情况进水COD浓出水COD浓日期去除率度(mg／L)度(rag／L)8月1日360．56．898．11％8月4日405．534．491．5％8月7日367．427．292．6％8月9日449．034．092．4％8月12日404．020．295．O％500400／、d300口E越蛏200oU1口008月1日8月4El8月7日8,q9日8月12日时问图3。10COD的去除情况281008060；将40慧200\n从图3．10可知，进水COD平均浓度为397．3mg／L，出水COD稳定在50mg／L以下，去除率稳定在91％以上，出水COD平均值为24．5mg／L满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)中一级A排放标准。对UV254(紫外吸光光度值)进行测定，UV254仅为0．16～O．20，结果较理想。可见改良生物接触氧化法具有较强的去除有机物能力。3．3．3氨氮的去除情况分析表3．6氨氮的去除情况进水氨氮浓度出水氨氮浓度日期去除率(rag／L)(mg／L)8月1日34．4O．299．3％8月3日19．20．498．0％8月6日21．4O．896．2％8月9日20．6O．299．2％8月12日20．1O．398．6％^d勖￡、，越蠖妪J国i图3．11氨氮的去除情况从图3．11可知，进水氨氮浓度为19．2～34．4mg／L，平均NH4+-N一容积负荷为36．00【kgNH4+-N／(Ill3．d)】，去除率均在96％以上，出水氨氮浓度均在1．0mg／L以下，结果较理想。出水氨氮平均浓度优于《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB厂r18920．2002中规定标准。可见改良生物接触氧化法具有较强的去除氨氮能力。3．3．4总氮的去除情况分析\n从图3．12可知，该工艺对总氮的去除效果比较好，并且比较稳定，去除率均在80％左右，出水总氮浓度均在7．0mg／L以下，结果较理想，达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB／T18921．2002规定标准。经计算，，rN一容积负荷为49．42[kgTN／(m3"d)】。可见改良生物接触氧化法具有较强的除氮能力。表3．7总氮的去除情况进水总氮浓度出水总氮浓度日期去除率(mg／L)8月1日41．06．484．4％8月3日25．64．483．0％8月6日35．36．880．7％8月9日30．55．582．1％8月12日26．56．774．6％^茜EV篓腻确图3．12总氮的去除情况3．3．5磷的去除情况分析从图3．13可知，对总磷的去除效果不理想，去除率最高只有30％，甚至还出现负值。其原因可能因为在一个周期内没有对高磷污泥进行排除，磷只是依靠污泥中微生物的自身消耗得到去除，因此去除效果差。当上个周期磷含量高时，残留下来的磷就多，并累积到下个周期。聚磷菌在好氧环境中大量吸收磷，在厌氧环境中释放磷。排水期前～期正好是沉淀期，追踪该时期反应器中的DO变化情况，发现在DO最小降到0．8mg／L。虽然此时反应器中不足以构成厌氧\n图3．13总磷的去除情况考虑到除磷效果差有可能是因为没有对高磷污泥进行排除，磷只是依靠污泥中微生物的自身消耗得以去除。下面对排泥后该工艺的除磷情况进行研究。排泥时期的选择很重要，在沉淀后闲置期前排泥的除磷效果比闲置期后排泥的除磷效果好。因为闲置期间生物接触氧化池内溶解氧低，属于缺氧或厌氧环境，聚磷菌在此期间会释放磷，水中磷含量增高，而污泥中含磷量最低，所以闲置期后排泥方式系统的除磷效果差，磷的去除率低。因此在沉淀排水后立即排泥。排泥后SV由10％下降到2％。排泥后除磷情况见表3．9所示。从表3．9可知，排泥后出水总磷平均浓度减小到O．9m∥L，去除率提高到了70％左右，除磷效果得到较大改善。可见，是否排泥对除磷效果影响很大，改\n良生物接触氧化装置运行中若不排泥，除磷效果不好；运行中适当安排排泥，系统将有一定除磷能力。表3．9排泥后除磷情况日期进水总磷浓度(mg／L)出水总磷浓度(mg／L)去除率8月23日3．80．877．9％8月25日2．50．869．6％8月27日4．21．271．4％3．4改良生物接触氧化工艺生物脱氮试验研究高速公路服务区污水主要污染物为粪便，因此含氮量很高，脱氮效果的好坏是选者工艺的重要参考依据之一。通过去除闲置期，加大水力负荷和提高氮负荷来观察该工艺脱氮情况，可以进一步了解该工艺的脱氮效果，为工艺的改进提供重要参考数据。3．4．1去除闲置期对脱氮效果的影响根据改良生物接触氧化法特点，生物膜上同时存在好氧／厌氧两种状态，可实现同步硝化反硝化作用。因此可假设不单独设置厌氧状态(及去除闲置期)，其它状态时间不变，周期变为4h观察脱氮情况。若脱氮效果好，则可以考虑去除闲置期，以提高处理效率。工艺流程为：图3．15去除闲置期后工艺流程(1)氨氮去除情况表3．10去除闲置期后氨氮的去除情况进水氨氮浓出水氨氮浓日期去除率度(mg／L)7月8日32．94．686．1％7月9日33．79．671．5％7月10日44．313．369．9％7月11日47．021．255．O％7月17日16．22．385．7％7月19日13．22．O84．5％7月20日30．O9．269．4％7月21日31．318．242．0％7月27日42．211．971．9％32\n5010045408035／、d30B0窃nS25累越；◆；4罐蘸20凄15钒10205n1"I7月8日9日10日11日17日19日2D日21日27日时问图3．16去除闲置期后氨氮的去除情况(2)总氮去除情况表3．11去除闲置期后总氮的去除情况进水总氮浓度出水总氮浓度日期去除率(mg／L)(rag／L)7月17日16．63．479．6％7月19日17．O2．585．1％7月20日40．713．467．2％7月21日36．821．641．2％7月27日53．919．464．0％7月28日49．411．576．7％7月17目19日20日24日27目28日时同图3．17去除闲置期后总氮的去除情况33100000辐∞幅加箱∞为加佰伸5o^1『6tiJv塔遵嚣\n从图3．16可以看出，去除闲置期后氨氮的去除效果明显下降，最低去除率为42．O％，最高去除率为86．1％，波动较大，不稳定。去除率受进水情况影响很大，总体趋势是进水氨氮浓度大时去除率小，小时去除率大。从图3．17可以看出，去除闲置期后总氮的去除效果也不好，去除效果与有闲置期时相比明显下降。最低去除率为41．2％，最高去除率为85．1％，波动较大，不稳定。通过追踪DO随时间的变化情况，发现在不设闲置期时反应器内DO只能下降到O．8mg／L，虽然生物膜一定厚度以内可以形成厌氧环境，可是整个反应器内不能完全形成厌氧环境。反硝化菌只有在DO为0．5mg／L以下的环境中，才能高效的实现反硝化作用。设置闲置期后，进入闲置期42minDO开始降到0．5mg／L以下，此时反硝化菌可以高效地将N03--N和N02一一N还原为N2。这样实现了缺氧／好氧过程在同一个周期内交替进行，因此脱氮效果得到提高。在设闲置期情况下运行时，对膜上的污泥进行镜检后，发现了大量的细菌和菌胶团，以及固着型钟虫、累枝虫、轮虫等。与不设置闲置期时运行相比，微生物种类更多，数量也更多，生物相如图3．18、图3．19、图3．20、图3．21、图3．22和图3．23所示。图3．18细菌图3．19累枝虫图3．20熊虫图3．2l丝硫菌图3．22猪吻轮虫图3．23旋轮虫3．4．2曝气时间对脱氮效果的影响氨氮的去除主要是依靠亚硝化和硝化细菌，在好氧条件下将氨氮氧化为亚硝态氮和硝态氮来实现的。通过追踪氨氮随曝气时间的降解情况，可以更清楚的了解氨氮的去除过程，为曝气时间的设定提供参考依据。一个周期内曝气时间为3．5h，曝气开始后每半小时测定一次反应器内污水氨氮含量，具体数据如表3．12和图3．24所示。\n表3．12曝气时间对氨氮去除的影响曝气时间(h)OO．5l1．522．533．5氨氮(mg／L)17．716．514．9lO．47．75．63．31．7doE倒蛏磁厩图3．24曝气时间对氨氮去除的影响据测定原水氨氮浓度为45．5mg／L，上个周期没排完的水氨氮浓度很低，原水进入反应器后迅速与之混合，因此氨氮浓度瞬间降到17．7mg／L。从图3．24可知，随曝气时间的延长氨氮逐渐减少，当曝气3．5h后，水中氨氮由最开始的17．7mg／L降到1．7mg／L。可见曝气时间设置在3．5h是适合的。3．4．3提高氮负荷对脱氮效果的影响高速公路服务区的污水除了流量变化大外，水质变化也很大，不同季节以及节假日水质情况相差很大。服务区污水中主要污染物为粪便，因此是否具有较强的抗氮负荷冲击能力，也是选择工艺的一项总要依据。通过逐步提高氮负荷，观察氮的去除情况，可以更清楚地了解改良生物接触氧化工艺的抗氨氮和总氮负荷冲击能力。(1)提高氨氮负荷出水情况表3．13提高氨氮负荷出水情况进水氨氮浓度出水氨氮浓度日期去除率(mg／L)8月28日21．4O．199．4％8月31日34．41．097．0％9月3日55．52．595．6％9月6日66．34．693．1％9月9日88．78．290．8％35\n从图3．25可知，当进水氨氮由21．4mg／L，提高到88．7mg／L，NH4+-N一容积负荷为由33．3[kgNH4+-N／(m3．d)】提高到138．0[kgNH4+-N／(m3．d)】时，氨氮的去除率虽然呈下降趋势，但是去除率均保持在90％以上，出水氨氮均在10mg／L以下，仍然保持较高的去除效果。，。、d口，E、一，恻蛏麟暖1009081320108月28日8月31日9月3日9月6日日月9日ItCtgl(2)提高总氮负荷出水情况图3．25提高氨氮负荷出水情况表3．14提高总氮负荷出水情况100日0—、80孚将篮40t-14200进水总氮浓度出水总氮浓度日期去除率(mg／L)8月28日28．33．288．9％8月31日41．92．195．O％9月3日59．33．893．7％9月6日73．87．989．3％9月9日92．812．187．0％从图3．26可知，当进水总氮由28．3mg／L，提高到92．8mg／L，TN一容积负荷为由44．08[kgTN／(m3．d)】提高到144．40[kgTN／(m3od)】时，总氮的去除情况变化不大，去除率均在87％以上，出水总氮在13mg／L以下，仍然保持较好的去除效果。从以上数据和分析可知，面对高氮浓度的污水，以改良生物接触氧化法为核心的A／O工艺，仍然保持较高的脱氮能力，出水氨氮和总氮情况依旧很好。可见，该工艺具有较强的抗氮负荷冲击能力。\n／、do'E、一越蛏j磁啪图3．26提高总氮负荷出水情况3．5化学法除磷试验研究从3．3．5可知，改良生物接触氧化工艺在采用适当排泥方式运行时，具有一定除磷作用，当不排泥时对总磷的去除效果不理想。当生物除磷达不到要求时，可采用化学措施辅助除磷，在二级出水中加入用混凝剂，使出水总磷指标达到中水回用标准。3．5．1混凝正交试验设计【331(1)水源及水量：水源为某次二级出水，每次试验水量为1L。(2)混凝试剂：选用10％聚合氯化铝，lOg／L的硫酸铝和109／L的氯化铁作为混凝剂。(3)挑选因素：影响混凝效果的因素很多，其中最主要的是混凝试剂种类，投加量和反应时间3个因素。(4)各因素水平的设置：混凝试剂选用10％聚合氯化铝，lOg／L的硫酸铝和109／L的氯化铁3个水平；投加量选用5ml、lOml和15m13个水平；反应时间选用lOmin、15min和20min3个水平。(5)试验主要仪器及型号：ZR4一混凝试验搅拌机。(6)正交表：L9(33)正交表如表3．15所示，其中L为正交代表号，L的下标9表示实验次数为9次，第一个3表示水平数有3个，第二个3表示因素数有3个。\n表3．15L9(33)正交表列号试验号l23l12l23l342l2523623l73l3832l932(7)试验结果及分析经测定原水的总磷浓度为6．46mg／L，试验结果及分析如表3．16所示。表3．16混凝沉淀正交试验结果及分析表因素药剂种类投加量(m1)反应时间(min)出水总Pl聚合氯化铝5ml10min3．82聚合氯化铝10ml15mi‘n1．63聚合氯化铝15ml20rai‘nO．54硫酸铝5mI15mm‘4．95硫酸铝10ml20ram2．36硫酸铝15ml10min0．97氯化铁5ml20mi‘n2．68氯化铁10ml10mi—nO．69氯化铁15m115ram‘O．3Kt5．9211．225．30∑E=17．47局8．104．566．76"；坠：1．94妫3．441．685．409Kl1．973．741．77足22．701．522．25K31．15O．561．80R1．553．180．49\n可见，影响除磷效果因素的主次顺序，依次为投加药量一一一药剂种类一一一反应时间。由表3．16中各因素水平值的均值可知，各因素中最佳水平条件分别为：药剂选用109／L氯化铁，投加量为15ml，反应时间为10min。因此在以后的混凝实验中，按每毫克总磷投加2．3rollog／L氯化铁来进行。3．5．2采用化学法除磷情况采用化学法除磷情况如表3．17所示。表3．17采用化学法除磷情况二级出水总混凝后出水混凝后出日期磷(mg／L)总磷(mg／L)浊度(度)色度(度)水pH值8月21日1．9O．1066．348月23日2．8O．5397．228月25日1．8O．3310．6．918月27日1．2O．44106．90从表3．17可知，采用化学法除磷效果较好，混凝沉淀后水中总磷均在O．5mg／L以下，浊度、色度以及PH值也均满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB／T18921．2002标准，因此采用化学法除磷是可行的。3．6深度处理试验研究对二级出水进行深度处理可以进一步去除悬浮物、浊度以及细菌，以达到中水回用的目的。改良的生物接触氧化法虽然有很强的去除有机物和脱氮能力，可是仅依靠重力进行泥水分离，出水悬浮物以及浊度等指标还不能满足中水回用标准，因此必须进行深度处理。这里采用超滤膜组件对二级出水进行过滤，作为深度处理。3．6．1有机物、氮、磷去除情况采用超滤膜组件对二级出水进行过滤后，出水COD、氨氮和总氮情况如图3．27，图3．28和图3．29所示。从图3．27，图3．28和图3．29可知，超滤膜组件对有机物、氮和磷的去除效果很低，对COD的去除率为20．0％～60．0％，对总氮的去除率为4．4％-9．4％，对总磷的去除率为3．O％～16．4％。从超滤膜的工作原理可知，膜组件只能对粒径为O．005～lure以上的物质起到阻隔作用，因此，对氮、磷等无机物的去除效果微乎其微。随着时间的延长，在超滤膜表明会形成一层较薄的生物膜，在过滤过程中可对有机物、氮和磷进行微弱的去除。其中对有机物的去除率稍偏大，是因为超滤膜组件可以对二级出水中的部分不可溶性有机物进行去除。39\n87B三5o'点4魁盖3蹈210时间图3．27超滤膜组件对COD去除情况8月1日8月3日图3．28超滤膜组件对总氮去除情况日月1日8R3日8718日8Rg日8月12日时间图3．29超滤膜组件对总磷去除情况1008060未哥40鬃200100B06040200日21月B日9月日6司j1月时^孚_)静篷小D50505050505432，10—1『口E一魁蛏餐嘲\n3．6．2出水SS、浊度、色度、pH值情况采用超滤膜组件对二级出水进行深度处理后，出水SS、浊度、色度、pH值情况如表3．18所示。从表3．18可知，采用超滤膜组件对二级出水进行深度处理后出水SS、浊度、色度、PH值情况非常好，出水SS只有l～3mg／L，浊度几乎为0度，色度最高只有5度，pH值为8．16～8．4l。表3．18深度处理后出水SS、浊度、色度、PH值情况日期出水SS(mg／L)出水浊度(度)出水色度(度)出水pH值8月3日2O38．328月6日1O58．328月7日3O28．4l8月10日3l38．168月12日2O38．308月15日3O38．428月18日3258．26虽然超滤膜对有机物、氮、磷的去除率低，但改良的生物接触氧化法有很强的去除有机物和脱氮能力。污水经过以改良生物接触氧化法为核心的A／O工艺处理后，再对；级出水采用化学法配合除磷，然后用超滤膜组件对其进行深度处理，出水COD、氨氮、总氮、总磷、SS、浊度、色度、PH指标均达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB，T18920．2002和《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB，T18921．2002标准，只要再经过消毒处理后即可回用。3．7改良生物接触氧化对丝状菌膨胀的控制作用由于高速公路服务区污水水质变化大，营养物质不稳定，如C／N比有时高，有时低；管理人员专业化程度低，不能及时有效处理突如其来的问题，如不能控制合理的曝气强度和水力停留时间等，这些都会引起污泥中丝状菌膨胀。丝状菌膨胀的直接后果就是导致污泥膨胀，影响污水处理效果。因此，丝状菌膨胀问题是一个必须面对和解决的问题。改良生物接触氧化法通过在反应池内加入生物填料，并且以间歇方式运行，致使绝大多数污泥都附着在填料上形成生物膜上，只有一小部分悬浮于水中。稳定的生活空间加上厌氧／好氧状态的相互交替，污泥中生物量多，生物相好，易于沉淀，并且对水质、水量的变化有很强的适应能力，丝状菌不易大量繁殖，即使丝状菌大量出现也会吸附在生物膜上。以上特点，决定了改良生物接触氧化法对丝状菌膨胀有较强的控制能力。4I\n在挂膜驯化期，曾发生污泥膨胀现象，此时的污泥呈絮状、蓬松状态，长时间沉淀不下去，SVI值高达736，严重影响了出水水质。对污泥进行镜检，发现污泥中出现了大量的丝状菌，丝状菌生物相如图3．30和图3．31所示。对原水COD和总氮测定，COD为1847mg／L，总氮为35mg／L。导致这次污泥膨胀的原因为蔗糖加入太多，C／N严重失衡，引发丝状菌大量繁殖。将软性生物填料放入反应器内，约1小时后绝大部污泥吸附在填料上，悬浮于水中的少数污泥经过一段时间后也具有了较好的沉淀效果，有效解决了丝状菌膨胀问题。图3．30丝状菌1图3．3l丝状菌23．8本章小结本次中水处理试验研究于2010年6月开始2010年9月结束，总历时4个月，经历了试验装置设计，试验装置安装调试，试验装置挂膜，试运行和试验方案比较环节。改良式生物接触氧化工艺主体构筑物是一种间歇式进出水生物接触氧化池，运行灵活，具有生物氧化、生物脱氮除磷功能，对丝状菌膨胀有较强控制能力，不需设二沉池、污泥回流系统，可分组运行，耐冲击负荷。适合在水量小，水量水质变化波动较大场合使用。经过反复试验，最终将改良式生物接触氧化装置反应周期定为6h，按A／O工艺原理设置，具体为进水(3min)，闲置(116min)，曝气(210min)，沉淀(30min)，排水(1min)。试验结果表明，COD、氮、磷的去除效果较好，具体情况如表3．19和表3．20所示。表3．19COD、氨氮、总氮去除情况‘淡试验进水平均浓度出水浓度平均值平均去除率(％)污染物＼(mg／L)COD397．324．593．9氨氮38．21．896．7总氮45．55．985．942\n表3．20总磷去除情况‘×试验进水平均浓度出水浓度平均值平均去除率(％)方案＼(rag／L,)(mg／L)不排泥方式运行2．52．6排泥方式运行3．5O．973．4化学法除磷1．90．382．0对改良式生物接触氧化装置排除的二级出水用超滤膜组件进行深度处理后，出水中SS、浊度、色度、pH值情况如表3．21所示。表3．2l深度处理后水中SS、浊度、色度、pH值情况污染物出水SS出水浊度出水色度出水(mg／L)(度)pH值出水中各指2．40．43．48．3l标平均值表3．22国家污染物排放标准和回用水标准‘泌COD氨氮总氮总磷SS浊度色度pH标准＼mg／t,mg／Lmg／I．．,mg／t,mg／L(度)值城镇污水处理厂污染≤50≤5≤15≤O．5≤106N9物排放标准一级A城市杂用水水质≤10≤5≤306—9景观环境用水水质≤5≤15≤O．5≤lO≤5≤306N9幸《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)中一级A排放标准·<城市污水再生利用城市杂用水水质》GB，T18920．2002·《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB／T18921．2002从表3．19可知，改良式生物接触氧化工艺对COD、氨氮、总氮的平均去除率分别为93．9％，96．7％，85．9％，出水中COD、氨氮、总氮的平均浓度分别为24．5mg／I．,，1．8mg,／L和5．9mg／L。从表3．20可知，当用不排泥方式运行时对总磷的去除效果不理想，当采用适当排泥方式运行时对总磷的平均去除率为73．4％，出水中总磷平均浓度为0．9mg／L。采用化学法配合除磷，出水中总磷平均浓度为O．3mg／L，平均去除率为82．O％。从表3．22可知，对二级出水采用超滤膜进行深度处理后出水中SS、浊度、色度、PH值分别为2．4mg／L、0．4度、3．4度和8．31。对照表3．22可知，出水中各污染物指标都满足国家最新规定的污染物排放标准和回用水标准。43\n第四章高速公路服务区中水回用的应用分析4．1服务区情况简介吴圩服务区位于京台高速合徐高速公路956km处，在安徽省定远县境内，分为东、西两区，总面积约149亩，其中停车场面积约34000m2，建筑面积约20000m2，绿化面积约16000m2。服务区内设有自助餐厅、清真餐厅、中餐厅、超市、宾馆、汽修厂和加油站等。常驻员工及家属约120人。据工作人员介绍该服务区接待的车辆和人数受季节、节假日等因素影响很大，淡季时一天接待的车辆少至几十辆，旺季时多达几百、上千辆。这里平均每天接待的车辆按200辆算，接待人数按5000人算，每天就餐人数为1000人，入住宾馆人数为50人。4．2可集流中水原水水量中水水源主要来源于服务区常住员工及家属用水、过往乘客用水、在服务区就餐人员用水和在服务区宾馆就住人员用水。中水原水量可按下式计算【34】：9=∑口·∥·Q·b(4—1)9一一中水原水量，m3／d；口一一最高日给水量折算成平均日给水量的折减系数，一般取O．67．0．91；∥一一建筑物按给水量计算排水量的折减系数，一般取0．8一O．9；Q一一建筑物最高日生活给水量，可按《建筑给水排水设计规范》中规定的用水定额进行计算，见表4．1，m3／d；b一一建筑物用水分项给水百分率。可参照表4．2选取：表4．1宿舍、旅馆和公共建筑生活用水定额及小时变化系数‘35】最高日生活使用时数小时变化序号建筑物名称单位用水定额(L)(h)系数l(11宿舍1每人每日150～200243．0"-'2．5I类、II类宾馆客房2每床位每日250～400旅客242．5～2．0餐饮业3快餐店、职工及每顾客每次20～2512～161．5～1．2学生食堂航站楼、客运站4每人次3～68～161．5～1．2旅客\n表4．2各类建筑物生活用水量及分项给水百分率p4】住宅宾馆、饭店办公楼、教学楼公共浴室餐饮业、餐厅水量％水量％水量％水量％水量％类别L／(人．d1L／(人．mL／(人．d1L／(人．d)冲厕32-4021．3．2140-7010-1415—2060．662-526．7．5厨房30-3620-1950_7012．5．1428．3893．3．95淋浴44．6029．3．3220050．4098—9598-95盥洗lO-126．7-6．O50．7012．5．14lO40．34洗衣34-4222．7．2260-9015．18注：淋浴包括盆浴和淋浴∞源于常住员工及家属的中水原水ql服务区常住员工及家属人数为120人，宿舍属于II类宿舍，每人最高日生活用水定额取180L／(人·d)，口、∥均取0．9。贝0gl=a幸∥·Q幸b=0．9幸0．9·200·120／1000=19．44m3／d(2)来源于过往乘客的中水原水q2服务区过往乘客为5000人，每人次最高日用水定额取6L，口、∥均取0．9。则92=a事∥幸Q·b=0．9掌0．9木5000幸6／1000=24．30m’／d(3)来源子在服务区就餐人员的中水原水q3在服务区就餐人员数为1000人，每人每次最高日用水定额取25L，／2'、∥均取0．9。则93=a幸∥·Q牛b=O．9毒0．9幸1000拳25／1000=20．25m)／d(4)来源于在服务区宾馆就住人员的中水原水q4服务区宾馆就住人数为每天50人，每床位每日最高日生活用水定额取380L，口、∥均取0．9。则吼=a·∥毒Q·b=O．9·0．9·50事380／1000=15．39m’／d则服务区中水原水量g=ql+92+93+q4=19．44+24．30+20．25+15．39=79．381113／d4．3中水用水量高速公路服务区的中水主要用于冲洗厕所、绿化、洒水和洗车等杂用，中水回用水量可按公式(4—2)确定。中水回用水量：Qz=Ql+Q2+Q3+Q4(4-2)式中Ql一一冲厕用水量，m3／d；Q2一一绿化用水量，11"13／d：Q3一一服务区浇洒用水量，m3／d；45\nQ4一一车辆冲洗用水量，m3／d；(1)冲厕用水量Ql计算冲厕用水量由两部分组成：一部分是员工住宅冲厕用水量q1常；另一部分是服务区公共厕所冲厕用水量ql工。常住员工冲厕用水量为：ql常；q．n／1000(4．3)式中q一一冲厕用水量标准，查表4．2，这里取35L／(人．d)；n一一人口数，120人；则，ql常=q．n／1000=35．120／1000=4．2m3／d。公共厕所用水量qlT由小便器用水量qx和大便器用水量qd两部分组成：①小便器用水qx=q．n．m／1000(4-4)式中q一一每次小便器用水量标准，见表4．3，取4L／(人．次)n——人口数，人口数为每天客流量(人)m一一次数，每人用小便器1次小便器用水量qx=q．11．m／1000=4*5000*1／1000=20m3／d。②大便器用水qd=q．n．m／1000(4．5)式中q一一每次大便器用水量标准，见表4．3，取12L／(人．次)，n——人数，人数按每天客流量(人)的1／5算；m一一次数，每人用大便器1次大便器用水量qd=q．n．m／1000=12*5000*1／5／1000=12m3／d。公厕用水量为qlx=qx+qd=32m3／d；则，冲厕用水量QI=ql借+qlz=4．2+32=36．2m3／d；表4．3卫生器具1次和1小时用水量一次用水一小时用序号卫生器具名称备注量(L)水量(L)高水箱10．14：30．168每小时使用3．12次，根l大便器低水箱12-1636-256据使用场所确定自闭式冲洗阀5-1215-1442大便槽(每蹲位)11一15自闭式冲洗阀2击20．120每小时使用10-20次，自动冲洗水箱15．30150．600根据安装场所定，自动3小便器冲洗水箱为每组小便普通冲洗阀2-620-120器的用水量绿化用水量Q2计算：Q2=s．q．n／1000(4．6)\n式中s一一绿化面积(m2)，该服务区绿化面积为16000m2；q一一绿化用水量标准；n一一浇水次数，次／d绿化用水量标准可根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2009中3．1．4条规定，取1．O～3．OL／m2．d计算，这里取2．OL／m2-d。则Q2=16000．2／1000=32m3／d：(3)服务区浇洒水量Q3计算：该服务区浇洒地方主要为综合楼前广场，用水量约5m3／d；(4)车辆冲洗用水量Q4计算：Q4=q．b．rdl000(4-7)q一一汽车冲洗用水量标准，L／(辆．次)：b_一车辆数；n一～冲洗次数；汽车冲洗用水量标准根据《给水排水标准规范实施手册》中汽车用水定额，并结合服务区的具体情况，分别取值为：中、小型车300L／辆．次，大型车500L／辆．次，冲洗次数取(O．25次／d)t361。该服务区没有对外开设洗车服务，主要是对本单位的车辆进行清洗。该服务区目前拥有中、小型车约5辆。则，Qa=q．b．n／1000=300*5*0．25／1000=0．375nlj／d。由以上可得，中水回用水量：Q：=QI+Q2+Q3+Q4=73．58m3／d。4．4水量平衡计算19．44m3／d24．30m3／d常驻员工及家属ql过往乘客q215．39m3／d．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．——宾馆就住人员q436．20m3／d冲厕用水Ql—————叫组』l，阳山nITt—————————叫矗虹添山^I：：73．58m3／d洗车用水Q5自来水补给3．73m3／dH攀一自耗求9．53m3／d水泵\n中水处理设施在运行过程中要自消耗水，一般不小于10～15％，这里取12％。中水原水量为79．38m3／d，中水回用水量为73．58m3／d，则需自来水补给量为73．58．79．38*(100％．12％)=3．73m3／d。制成水量平衡图如图4．1所示。4．5中水处理工艺的选择此处选择两种中水处理工艺，工艺l为改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺，工艺2为传统生物接触氧化法与砂滤罐组合工艺。(1)改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺流程如图4．2所示。图4．2改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺流程(2)传统生物接触氧化法与砂罐组合工艺流程如图4．3所示。图4．3传统生物接触氧化法与砂滤灌组合工艺流程4．6经济运行分析4．6．1工艺1的经济运行分析(1)调节池容积计算由于改良生物接触氧化池为间歇运行，原水调节池应按处理设施运行周期计算：‰=1·5瓯(24一矗)(4．8)式中V调一一原水调节池有效容积(m3)；t。一一处理设施设计运行时间(h)，这里为16h：Qy。一一中水原水平均小时进水量(m3／h)，这里为3．5m3／h；1．5一一系数；V调=1．5*3．5木(24—16)=42m3(2)改良生物接触氧化池容积\n改良生物接触氧化池子的尺寸按照容积负荷计算得出总体积V=40m3。(3)中水贮存池容积计算改良生物接触氧化池为间歇运行，中水贮存池容积应按处理设施运行周期计算：珞=1．2t2。(Q设一Oz)(4-9)式中V中一一中水贮存池有效容积(m3)；t2_一处理设施设计运行时间(h)，这里为16h；Q设一一设施处理能力(m3／h)，这里为4．38m3／h；Qz一一中水平均小时用水量(m3／h)，3．45m3／h；1．2一一系数；V中=1．2．16．(4．38—3．45)=17．86m3“)投资估算根据《给排水工程概预算与经济评价手册》1371(国家城市给排水工程技术研究中心1993年)、《市政工程可行性研究投资估算编制办法》[381(建设部1996年)、《给排水设计手册第十册技术经济》139]等相关资料，参考已建成的同类、规模相当工程选用的设备以及投资情况，进行投资估算。①土建部分投资情况表4．4工艺1土建投资情况序号构(建)筑名称规格结构形式单位数量造价(万元)l格栅渠1．5m3钢筋混凝土个lO．202隔油池8m3钢筋混凝土个lO．803调节池42m3钢筋混凝土个l4．20改良生物440m3钢筋混凝土个14．50接触氧化池5中间池20m3钢筋混凝土个l2．oo6消毒池lOm3钢筋混凝土个l1．507中水池18m3钢筋混凝土个l1．80总计15．OO②设备部分投资情况表4．5工艺1设备投资情况单价总价序号设备名称型号规格数量(万元)1格栅BS7001台0．542提升泵40PlU2．252台1．02．03曝气系统DN50穿孔曝气管1套1．01．O49\n4风机HC50S2台1．202．45空气分配器KFQ-11台0．56膜式曝气盘M|BP21530套0．13．07弹性立体填料tpl50mm19．2m20．012O．238填料支架1套0．59管阀件l套O．510PLC自动控制箱1套1．51l消毒剂加药设备1套1-41．412混凝剂加药系统1套2．O13超滤膜提升泵40PU2．252台14组件反洗泵40PU2．252台1215超滤膜PEIERl50—150lm316总计27．57③管道部分投资情况管道铺设预计费用为2万元。④设计费设计费按土建部分和设备部分总投资的6％算：(15．00+27．57)}6％=2．55万元。⑤安装费安装费按设备总投资的6％算：27．57*6％=1．65万元。⑥调试费调试费按设备总投资的8％算：27．57*8％=2．21万元。⑦总投资表4．6工艺1工程总投资情况土建设备室外管名称投资道投资调试费设计费安装费其它总计投资费用(万元)15．0027．572．002．212．551．655．0055．98(5)运行费用①电费表4．7工艺l主要用电设备名称、性能情况总功率日实际运行序号名称、规格设备型号数量备注(KW)电柳·h)l污水提升泵40PU2．254台0．2562用2备2风机HC50S2台1．5281用1备反冲洗泵40PU2．252台0．2521用1备5其它(通风、照明)O．226总计38该处理工艺按全自动考虑，电费按0．5元／度计，lm3中水的质量按1吨算；\n由表4．7可算出每天需电费为：38*0．5=19元。则每吨中水消耗电费为：19／69．85=0．27元／吨。②人工费由于全过程实行自动化控制，只需一人兼管。维修保养和人工工资每年12000元，折算成每吨中水成本为：12000／12／30／69．85=0．48元／吨。③加药、消毒费用混凝剂费用按0．2元／m3计算；消毒费按O．15元／m3计算；④设备折旧费用设备折旧年限按20年计；折算成每立方米中水折旧成本为：管网折旧年限按30年计；折算成每立方米中水折旧成本为：275700／20／12／30／69．85=0．55元／m3；20000／30／12／30／69．85=0．03元／m3：表4．8工艺1运行成本计算表人工费处理成本名称电费折旧费消毒费及其它(总计)费用(元／m3水)0．270．580．350．481．68(6)经济效益服务区每年节约自来水量：Q省=365X69．85=25495m3合肥市自来水价格约为2．31元／m3，每年可节约水费：F=25495X(2．31-1．68)=1．61万元4．6．2工艺2的经济运行分析(1)调节池容积计算传统生物接触氧化工艺为连续运行，调节池的调节容积可按日处理水量的35"-'50％计算134i，在此取0．45。‰=o．45纬(4—10)式中：‰一一调节池有效容积，m3绕一一中水站日处理水量，mj‰=o．45掌79．38=35．72m’≈36m’有效容积36m3，有效调节时间8h，外形尺寸4．Ox3．0×3．5m(L×W×H)(2)厌氧池容积有效容积8．Om3，尺寸1．Ox3．Ox3．Om，停留时间2h，填料的比表面积>7200m2／m3。(3)缺氧池容积有效容积8．Om3，尺寸1．Ox3．Ox3．Om，停留时间2h，填料的比表面积>7200m2／m3。(4)好氧池有效容积30．Om3，停留时间8h，气水比>12：l，外形尺寸4．0X3．0×3．Om。\n(5)沉淀池采用竖流式沉淀池，表面负荷1．Om3／(m2．h)，尺寸2．Ox2．Ox3．Om。(6)污泥池有效容积6．21m3，尺寸2．2x1．0x3．Om。(7)消毒池停留时间1．7h，有效容积7．2m3，尺寸1．Ox3．Ox3．Om，消毒接触时间≥1h。(8)中水贮存池容积计算传统生物接触氧化工艺为连续运行，中水贮存池的容积可按日中水量的25～35％计算【34i，在此取0．35。珞=O．35级(4一11)式中：骗一一中水站日处理水量，m3；纥一一中水贮存池有效容积(m3)；％=0．35枣69．85=24．45m3≈25m3(9)投资估算①土建部分投资情况表4．9工艺2土建投资情况构(建)序号规格单价单位数量造价(万元)筑名称1格栅渠1．Sin31000元／m3个lO．202隔油池8m31000元心个lO．803调节池42m31000元／m3个l4．24厌氧池9ma1200元培个l1．085缺氧池am31200元／m3个．11．086好氧池36m31200元／m3个l4．327沉淀池12m31200元心个11．448污泥池6．6m31200元／m3个1O．808消毒池9m31000元／m3个1O．99中水池26m31000元／m3个12．6总计17．42②设备部分投资情况52\n表4．10工艺2设备投资情况单价总价序号设备名称型号规格数量(万元)l格栅BS7001台0．542潜污泵40PU2．252台1．02．03调节池曝气系统DN50穿孔曝气管1套1．01．O4风机HC50S2台1．22．45空气分配器1台O．50．56缺氧池曝气系统DN50穿孔曝气管1套1．01．O7膜式曝气盘MBP21536套O．13．68填料由150mm19．2m20．0120．239填料支架1套0．5O．510硝化液回流泵40PU2．252台1．02．O11污泥提升系统气提装置1套1．01．O中心导流筒，ll沉淀池套件1套0．8集水槽等12污泥池曝气系统DN50穿孔曝气管1套1．01．O13消毒加药装置1套1．414管阀件1套O．50．515PLC自动控制箱1套1．5污水提升泵混凝剂加药系统161套7砂滤灌活性炭吸附过滤器总计26．97③管道部分投资情况管道铺设预计费用为2万元。④设计费设计费按土建部分和设备部分总投资的6％算：(17．42+26．97)奎6％=2．66万元。⑤安装费安装费按设备总投资的6％算t26．97*6％=1．62万元。⑥调试费\n调试费按设备总投资的8％算：26．97*8％=2．16万元⑦总投资表4．11工艺2工程总投资情况土建设备室外管名称道投资调试费设计费安装费其它总计投资费用(万元)17．4226．972．002．162．661．625．OO57．83⑩运行费用估算①电费表4．12工艺2主要用电设备名称、性能情况总功率日实际运行序号名称、规格设备型号数量备注(KW)电耔订(W·h)l污水提升泵40PIJ2．254台0．25122用2备2风机HC50S2台1．536l用l备4消化液回流40PIJ2．252台O．2561用1备5污泥提升装置2O．2526其它(通风、照明)O．227总计58该处理工艺按全自动考虑，电费按0．5元／度计，1m3中水的质量按1吨算；由表4．12可算出每天需电费为：58*0．5=29元。则每吨中水消耗电费为：29／69．85=0．42元／吨②人工费由于全过程实行自动化控制，只需一人兼管。维修保养和人工工资每年12000元，折算成每吨中水成本为：12000／12／30／69．85=0．48元／吨③加药、消毒费用混凝剂费用按0．2元／m3计算；消毒费按O．15元／Ⅲ3计算：④设备折旧费用设备折旧年限按20年计；折算成每立方米中水折旧成本为：269700／20／12／30／69．85=0．54元／m3；管网折旧年限按30年计；折算成每立方米中水折旧成本为：20000／30／12／30／69．85=0．037r_Jm3；表4．13工艺2运行成本计算表人工费处理成本名称电费折旧费消毒费及其它(总计)费用(元／m3水)O．420．57O．350．481．82\naD经济效益分析服务区每年节约自来水量：Q省=365X69．85=25495m3合肥市自来水价格约为2．31元／m3，每年可节约水费：F=25495X(2．3卜1．82)=1．25万元4．6．3两种工艺经济运行比较(1)工艺l和工艺2投资情况比较。两种工艺工程投资情况如表4．14所示。表4．14工艺1和工艺2工程投资情况＼费用＼玩，土建设备室外管＼投资道投资调试费设计费安装费其它总计工艺＼工艺l15．0027．572．002．2l2．551．655．0055．98工艺217．4226．972．oo2．162．661．625．OO57．83从表4．14可知，工艺1的土建投资费用为15．OO万元，工艺2为17．42万元，在土建投资上工艺l比工艺2少了2．42万元。可见，无需初沉池和二沉池等构筑物降低了工艺1的土建费用。工艺1的设备投资费用为27．57万元，工艺2为26．97万元，在设备费用上工艺1比工艺2多了O．6万元。主要是因为深度处理环节工艺1采用的的超滤膜组件价格为12万元，比而工艺2的砂滤灌、活性炭吸附过滤器等设备高出5万元，提高了设备的整体费用。其它费用如调试费、安装费、设计费用等工艺1与工艺2相差不多。所有费用加起来，工艺1工程总投资为55．98万元比工艺2的57．83万元节省了1．85万元。(2)工艺1和工艺2运行成本比较。两种工艺运行成本情况如表4．15所示。表4．15工艺l和工艺2运行成本情况‘哭电费折旧费消毒费人工费处理成本工艺＼及其它(总计)工艺1O．270．58O．350．481．68工艺20．420．57O．35O．481．82从表4．15可知，每处理Im3水，工艺1的电费为0．27元，总成本为1．68元；工艺2的电费为0．42元，总成本为1．82元。每处理Im3水，工艺1的电费比工艺2少了0．15元，总成本少了0．14元。可见，其中的差价主要反应在电费上。从前面计算可知，工艺l每天耗电38(kW·11)，工艺2每天耗电58(kw·h)，相差猁·h)。其原因是工艺1采用间歇式运行方式、无需消化液回流，降低了能耗。因此，改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺比传统生物接触氧化法与砂罐组合工艺工程投资费用低，运行费用低。从经济方面考虑，工艺1更适合用于高速公路污水处理。55\n4．7本章小结本章对安徽省吴圩高速公路服务区的中水原水量、处理量、中水用量和给水补给量之间进行了水量平衡计算，对改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺和传统生物接触氧化法与砂滤罐组合工艺在该服务区的应用进行了经济分析，并对两种工艺的投资费用和运行成本作了比较。该服务区中水原水量为79．38m3／d，中水处理设施自耗水量为9．53m3／d，中水回用水量为73．58m3／d，需自来水补给量为3．73m3／d。改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺工程总投资为55．98万元，中水处理成本为1．68元／m3水；传统生物接触氧化法与砂滤罐组合工艺工程总投资为57．83万元，中水处理成本为1．82元／m3水。由于前者投资费用低，运行费用低，从经济方面考虑，更适合用于高速公路污水处理。\n5．1结论第五章结论与展望本文对安徽省内8个服务区进行了实地调查，考察了服务区的用水水源、污水出路、污水流量、污水性质、污水处理设施运行状况和污水处理后达标情况，并作了分析和总结；对改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺的处理效果进行了试验研究；对改良生物接触氧化法加超滤膜工艺与生物接触氧化法加砂滤罐工艺在吴圩服务区的应用进行了分析，得出结论如下：(1)目前我国高速公路服务区污水处理主要存在如下问题：①高速公路污水主要来源于粪便污水和餐饮污水，氮磷含量高。污水量变化大、冲击负荷大，淡季时可小至几十立方米每天，高峰期时可达几百立方米每天。污水处理设备的设计及选择和实际难以符合。②服务区污水处理设施处理效果较差，出水水质不能达标排放。对运行正常服务区处理后出水取样分析表明，COD去除率79．6％，BOD去除率71．4％，总磷去除率22．6％，氨氮去除率27．6％，总氮去除率27．6％，悬浮物去除率80．7％。没有达标的污水排入周边农田、鱼塘等地，导致农作物减产、鱼类死亡，引起纠纷。③地埋式一体化碳钢设备腐蚀情况严重，其使用寿命只有3-5年；④污水处理耗电量大，运行费用较高；⑤出水水质消毒环节没有引起重视，服务区污水没有经消毒，直接排入外环境。⑥监管人员专业化程度低。(2)改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺处理污染物效率较高，处理效果好。经过反复试验，把水力负荷设为1．56[m3／(m3．d)】，曝气时间设为3．5h，闲置时间设为1．9h，改良生物接触氧化法对COD的平均去除率93．9％，对氨氮的平均去除率为96．7％，对总氮的平均去除率为85．9％，出水中COD平均浓度为24．5mg／L，氨氮平均浓度为1．8mg／L，总氮平均浓度为5．9mg／L。不断提高污水中氮负荷，当氨氮、总氮浓度分别高达88．7mg／L和92．8mg／L时，出水中氨氮、总氮浓度分别为8．2mg／L和12．1mg／L，对氨氮、总氮的去除率分别为90％和87％，仍然满足回用水标准。当运行时采用适当排泥措施，该工艺不仅具有生物脱氮作用，还具有一定生物除磷作用，此时平均去除率为73．4％，出水中总磷平均浓度为0．9mg／L。采用化学法配合除磷，出水总磷浓度在O．5mg／L以下。采用超滤膜组件对二级出水进行深度处理后出水SS、浊度、色度、PH值情况非常好，出水SS只有1-3mg／L，浊度几乎为O度，色度最高只有5度，pH值为8．16～8．41，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》GBIT18920—2002和《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB／T18921—2002中规定标准，只要再经过消毒处理后即可回用。(3)改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺中水处理成本低。对改良生物接57\n触氧化法加超滤膜与生物接触氧化法加砂滤罐两种工艺在吴圩服务区的应用分析中可知，前者无需修建初沉池和二沉池，无需设置污泥回流系统，降低了基建费用，在运行过程中，采用间歇式曝气，并无需污泥回流，降低了运行费用，从而降低了中水处理成本。计算结果表明，改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺中水处理成本为1．68元／m3水，生物接触氧化法加砂滤罐工艺中水处理成本为1．82元／m3水。前者每立方米少了0．14元，每年可节约0．64万元。(4)改良生物接触氧化法与超滤膜组合工艺运行灵活、管理简单、运行方便。在服务区修建多组设备，淡季污水量少时只开启一组设备，节假日等用水高峰期时，几组设备并联运行，有效解了高速公路污水量变化大问题。全过程均由自动化控制器控制，只需在自动化控制器中输入进水、曝气、出水和过滤的时间段，装置将自行运行。加上产泥量少，无需污泥回流，不易发生污泥膨胀等特点，不再需要专业人士对其进行控制，运行管理简单、方便。5．2展望由于高速公路服务区污水水量规模小，流量变化大，原污水中氨氮和磷含量较高，污水腐蚀性较强，给污水处理和中水处理工艺运行带来很大难度。服务区中水处理或污水处理工艺应根据水量规模、中水用途或污水排放标准正确选择处理工艺流程，不能干篇一律，生搬硬套。为了减少运行成本，中水工艺或污水工艺应采用运行灵活，适合水量变化，生物量大，具有脱氮、除磷和去除有机物功能工艺，在满足出水要求基础上选择动力费用较低，运行管理方便的工艺。本项研究中推荐改良接触氧化工艺能够满足上述要求，但由于时间和资金的限制，仅对服务区原污水进行小试试验研究，该工艺没有能够在服务区得以工程实施。在有条件情况下应将“改良接触氧化工艺+超滤”组合中水处理工艺应用于高速公路服务区老工艺的改造或新建水处理工程中，在实际工程中进一步研究适合服务区高氨氮污水的生物脱氮除磷的最佳运行参数和脱氮除磷机理；探索节能的最佳运行方式，降低运行成本，为高效脱氮、运行节能的中水和污水处理工艺的推广提供科学依据。58\n参考文献[1]张统．建筑中水设计技术[M]．北京：国防工业出版社，2007：23—36．[2]北京市节约用水管理中心．建筑中水设施运行与管理[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008：卜5．[3]袁志彬．城市小区中水回用现状【J】．市政工程，2004(15)：52．53．[4]霍健．北京市中水回用工程现状分析及远景预测[J]．市政技术，2002(2)：30-33．[5]李长江，鲍万民，刘建峰．青岛市中水回用研究[J]．工业安全与环保，2005(12)：7-8．[6]苏静娅．石家庄中水回用工程现状及发展趋势．河北水利【J】，2004(2)：34-35．[7]陈肖飞，林新斌．高速公路服务区出水处理现状与对策【J】，2007(1)：88-91．[8]王捷，赵剑强，张宏伟，贾辉．浅析公路附属设施污水处理的主要问题及对策．交通环保[J]，2005，3(26)：31．34．[9]张平．广东省高速公路服务区污水再生回用处理现状与对策【J】．科技信息，2008(3)：241[10]张自杰．排水工程下[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000：258—259．[11]TomStephenson，BruceJefferson，KeithBrindle．MembraneBioreactorsforWastrwaterTreatment[M]．北京：化学工业出版社，2003：80．104．[12]顾国维，何义亮．膜生物反应器在污水处理中的研究和应用[M]．北京：化学工业出版社，(2002)．[13]高艳玲，马达．污水生物处理新技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006，189．[14]饶学平．浅谈高速公路服务区的污水处理及回用技术【J】．浙江建筑，2008，25(4)：50—52．[15J刘道行，孔亚平，张建，王跃昌．高速公路服务区生活污水地下渗滤系统设计【J】．交通建设与管理，2009(9)：80-81．[16J王一斌，饶学平．高速公路服务区中水回用技术的应用【J】．交通建设与管理，2009(9)：85-87．[17]张子云，康俊，王小衡，熊浩．生态渗滤技术在衡炎高速公路服务区、管理处生活污水处理中的应用[J]．湖南交通科技，2009，35(4)：158—161．[18]孙乔宝，甄晓云，房锐，王晓云，窦志荣，陶磅，丘道健．云南安楚高速公路沿线服务区污水生态处理组合技术研究与应用[J]．公路交通科技，2009．(6)：34—36．[19]胡志宏，李远广．甘肃省高速公路服务区生活污水处理组合技术研究与设计【J】．交通建设与管理，2009(9)：75-79．\n[20]王海山，智修德．给水与排水常用数据手册【M】．长春：吉林科学技术出版社，1994年1月，190-191[21]国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局．城镇污水处理厂污染物排放标准基本控制指标(GB18918—2002)．[22]杨文娟．高速公路服务区污水生物接触氧化处理技术研究[D】．[23]寇继海．关于土壤渗滤技术在净化高速公路附属区污水的应用探讨【J】．北方交通，2008(3)：94—95．[24]蒋红梅．潜流人工湿地在高速公路服务区污水处理中的适宜性分析[J]．公路交通技术，2009，(6)：163—166．[25]马强．动态膜生物反应器处理公路服务区污水【J】．中国市政工程，2008(3)：44—47．[26]王恒，李佑珍．聚铝与沸石过滤床处理高速公路服务区污水研究[J]．公路技术，2010，(1)：140—142．[27]周柏青．全膜水处理技术[M]．北京：中国电力出版社，2006：21—151．[28]黄郡礼．水分析化学【M】．北京：中国建筑工业出版社，1998：40·50，165—175．[29]环境保护部．水质氨氮的测定纳氏试剂风光光度法HJ535-2009．[30]环境保护部．水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法GBll894—89．[31]环境保护部．水质总氮的测定钼酸铵分光光度法GB11893—89．[32]环境保护部．水质浊度的测定分光光度法GBl3200-91．[33]李燕城．水处理实验技术[M]．北京：中建筑工业出版社，1989：10-20．[34]中国人民解放军总后勤部建筑设计研究院．中水建筑设计规范GBJXX一2001．[35]中国人民解放军总后勤部建筑设计研究院．建筑给水排水设计规范GB500l5-2009．[36]黄明明，张蕴华．给水排水标准规范实施手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010：355—367．[37]国家城市给水排工程技术研究中心．给水排水工程概预算与经济评价手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．[38]建设部．市政工程可行性研究投资估算编制办法[M]．[39]中国建筑工业出版社．给排水设计手册第十册技术经济[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000(9)．[40]Ahn，K．，song，J．andCha，H．(1998)Applicationoftubularceramicmembranesforreuseofwastewaterfrombuidings．Wat．Sci．Techn01．38(4。5)，373—382．\n[41]Ahn，W．，Kang，M．S．，Yim，S．K．andChoi，K．H．(1999)Nitrificationofleachatewithsubmergedmembranebioreator—Pilotscale．Pro．IWAconf．MembraneTechnologyinEnvironmentalManagement，Tokyo，432-435．[42]Anderson，G．K．，James，A．，Saw，C．B．andLe，M．S．(1986a)Crossflowmi-crofiltration—amembraneprocessforbimassretentioninanaerobicdigestion．Pro．4曲WorldF1itration，Congress．Ostend，11．75～11．84．[433Arika，M．，Kobayahi，H．andKihara，H．(1977)Pilotplanttestofanactivatedsludgeulrafiitrationcombinedprocessfordomesticwastewaterreclamation．Desalination．23，77一一86．[44]马云，王慧觉，王宇云．高速公路服务区生活污水处理设施的全过程管理【J】．武汉理工大学学报，2007，31(6)；1053．1056[45]亓化亮，陈学明，王夕伟．厌氧／微氧工艺处理高速公路服务区污水[J】．中国给水排水，2005，21(6)：35．37．[46]胡晶莉．某服务区建筑中水系统设计简介【J】．安徽建筑，2009(3)：121—122．[47]刘建国，赫子军，瞿素军，雷彦兴．高速公路服务区水处理技术【J】．山东交通科技，2006(1)：98—99．[48]高建峰．高速公路服务区污水处理施工工艺【J】．科技情报开发与经济，2004，14(1)：255-256．[49]班福忱，陈光，李慧星，孙剑平．生物接触氧化法处理高速公路服务区污水工程实例【J】．工业安全与环保，2008，34(5)：33—35．[50]贾春峰．地埋式一体化污水处理系统在高速公路服务区的应用[J]．山西交通科技．2010(2)：15—17．[513李立新．生态土壤深度处理技术应用于高速公路附属区生活污水处理[J]．公路，2006(7)：245—248．[52]李亚新．活性污泥法理论与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