CN102757160B - 一种公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，将高速公路服务区冲厕废水进入化粪池处理；化粪池废水经调节池1依次进入硝化池1、沉淀池1、反硝化池1、反硝化池2、硝化池2和沉淀池2，沉淀池2出水达标排放。与此同时，餐饮废水进入隔油池处理，隔油池废水进入调节池2；餐饮废水和冲厕废水共用相同的反硝化池1和反硝化池2，且餐饮废水进入反硝化池1或2后的处理方法与冲厕废水相同。与此同时，其他废水进入调节池1或调节池2；若进入调节池1，则其他废水进入调节池1后的处理方法与冲厕废水相同；若进入调节池2，在其他废水进入调节池2后的处理方法与餐饮废水相同。

Description

一种公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种高速公路服务区污水的处理方法，该方法也适用于其他餐饮业、旅游业、畜禽养殖业等污水的处理及高效脱氮除磷。

背景技术

高速公路建设情况反映着一个国家和地区的交通发达程度、乃至经济发展的整体水平。中国高速公路建设起步较晚，最早建设的高速公路是1990年完工的沈大高速。但中国高速公路的发展速度很快，到2010年底，中国高速公路通车里程达7.4万公里，位居世界第二位。高速公路的飞速发展，也带来了相应的环境问题。其中服务区的污水治理一直是困扰高速公路经营管理的关键问题。

高速公路服务区污水具有水量小，水质和水量波动大，污水中氮磷浓度高等特点。其来源包括公共卫生间冲厕排水、餐饮排水、管理人员生活排水、宾馆客房排水、洗车排水、道路浇洒排水、绿化排水等部分。其中水量大、污染浓度高的主要是冲厕排水和餐饮排水。典型水质如下表1。

表1

由于服务区污水氮磷含量极高，为一般生活污水的大约3倍（浓度峰值时倍数更高）。要达到城镇生活污水的排放标准难度极大。目前，虽然已有多种技术工艺开始应用于高速公路服务区的废水处理，有接触氧化法；AO法；动态生物膜法；湿地处理法：生物转盘法等等。但是，由于处理能力有限，废水特性估计不足，工艺路线不合理，鲜有达标案例出现。

针对城镇污水处理厂污染物排放标准，服务区废水达标的重点是实现高效的脱氮除磷。其中脱氮是关键。而常规的A/O脱氮工艺在固定的回流比下，脱氮效率一般只有50~70％。无法满足尾水低氮的要求。针对高速公路服务区进水氨氮峰值可达150mg/L甚至更高的特点，常规生化处理出水的总氮降至50mg/L以下都存在较大困难，要达到

《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，TN<15mg/L的要求，必须采用新型处理工艺方法才能实现。此外，高速公路服务区的TP也很高，要实现同步高效除磷，满足一级A标准，TP去除率必须达到96~98％。难度也很大。

针对上述问题，发明设计人分类分析了高速公路服务区污水水质特征，以及高速公路服务区现有处理工艺特点，发现高速服务区废水脱氮的难点在于COD去除和总氮去除的不协调。根据污水处理理论，在微生物分解有机物分为两个过程，首先进行碳化过程，即有机物的降解为二氧化碳和水，在有机物降解得较为完全的情况下，进行第二个阶段即硝化过程，将氨氮氧化成硝酸盐。由于服务区废水主要为餐饮和冲厕废水，可生化性好。在常规水处理工艺中有机物降解得很快，COD较易达到一级排放标准。但是在有机物降解后，氨氮的降解需要更长的停留时间，氨氮达标难于COD达标。而氨氮氧化所产生的硝酸盐，需要在有机物存在的情况下才能完成反硝化脱氮。在实际工程中，由于COD的快速降解，导致反硝化脱氮过程碳源不足，总氮去除率很低，无法达标。因此，现有处理工艺出水氨氮、总氮不能达标的关键原因在于在硝化、反硝化的碳源需求和处理过程中碳源的供给失衡，碳源过早的在处理过程中被消耗。

通常解决碳源失衡的办法是在污水反硝化过程中增加碳源供给，通过额外投加碳源的办法来提高TN去除率。但是，额外投加碳源需要较高的药剂费用，对于高速公路服务区这种高氮磷废水来说，需要较大的碳源投加量，显著增加处理成本。此外，在常规处理工艺后增加人工湿地等生态处理工艺也可提高总氮的去除率，但是由于湿地植物生长所需的氮有限，对TN的去除能力不强，且湿地需要极大的占地面积，不是最优的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法。

为解决上述技术问题，本发明的思路是：针对高速公路服务区废水脱氮过程中，碳源需求和碳源分配失衡的关键问题，依据高速公路服务区废水主要由餐饮废水和冲厕废水组成，两者均含有较高的COD，但餐饮废水氨氮含量很低而冲厕废水氨氮含量极高的特点，提出了分质处理的方案。将高氨氮的冲厕废水首先通过好氧曝气，完成有机物去除和部分硝化过程，出水中的污染物主要以硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和少量氨氮组成。然后再将处理过的高硝氮冲厕废水与高碳源的餐饮废水混合，使脱氮过程的碳源需求与优质碳源供给同步，达到高效脱氮的目的。

具体的技术方案如下：

一种公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，将高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别收集；

冲厕废水进入化粪池处理；化粪池废水经调节池1进入硝化池1，在硝化池1内通过曝气，产生活性污泥，将有机物氧化，氨氮发生硝化反应转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮；硝化池1出水进入沉淀池1沉淀，污泥回流进入硝化池1；沉淀池1出水进入反硝化池1，在厌氧条件下进行反硝化和释磷；反硝化池1出水进入反硝化池2，在缺氧条件下进一步反硝化；反硝化池2出水进入硝化池2，在好氧曝气条件下将有机物、剩余氨氮充分氧化，硝化池2部分混合液回流至反硝化池2，回流比为1：0.5~8（所述的回流比为进入硝化池的污水与回流液的体积比）；硝化池2出水进入沉淀池2，沉淀池2污泥回流至反硝化池1和反硝化池2中的任意一个或多个，沉淀池2出水达标排放；

与此同时，餐饮废水进入隔油池处理，隔油池废水进入调节池2，调节池2出水进入反硝化池1和反硝化池2中的任意一个或多个；餐饮废水和冲厕废水共用相同的反硝化池1和反硝化池2，且餐饮废水进入反硝化池1或2后的处理方法与冲厕废水相同。

与此同时，其他废水进入调节池1或调节池2；若其他废水进入调节池1，冲厕废水和其他废水共用相同的调节池1，且其他废水进入调节池1后的处理方法与冲厕废水相同；若其他废水进入调节池2，餐饮废水和其他废水共用相同的调节池2，且其他废水进入调节池2后的处理方法与餐饮废水相同。

其中，当沉淀池2出水TP（总磷）高于排放标准时，在沉淀池2后依次设置反应池、沉淀池3和砂滤池，反应池投加混凝剂后进入沉淀池3沉淀，沉淀池3出水经砂滤池过滤达标排放。当沉淀池3出水TN（总氮）高于排放标准时，在沉淀池3后设置中间水池，沉淀池3出水进入中间水池，中间水池中投加碳源，然后进入砂滤池过滤，过滤出水达标排放。

其中，所述的碳源为隔油池出水或外加有机物，所述的有机物为醋酸，葡萄糖或甲醇。所述的混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、醋酸钠、氯化铁或聚丙烯酰胺。

其中，调节池1和调节池2采用预曝气或者机械搅拌。

其中，硝化池1内设置曝气装置，控制溶解氧为0.5~3mg/L。

其中，反硝化池1不曝气，投加碱剂调节pH至7.4以上；其中，所述的碱剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢镁、氢氧化钾、碳酸氢钾和碳酸钾中的任意一种或几种。

其中，反硝化池1可采用上流式、折流式或推流式池型，池内宜布置生物填料或生物载体。反硝化池2可选择任意池型，可加填料也可不加填料。

本发明所述的排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》。

在整个工艺中，通过工艺的优化控制实现高效脱氮除磷、尾水深度净化和节能降耗。整个处理过程可概括为四个环节。即预处理、一级脱氮、二级脱氮和尾水深度脱氮除磷。在预处理段中，通过化粪池和调节池较长的停留时间，形成厌氧产沼气过程，降低废水中有机物的含量，为形成适宜于厌氧氨氧化的特殊环境奠定基础。一级脱氮过程中，在硝化池1中控制曝气量和pH，使得大约50％的氨氮得到氧化，并尽可能控制在亚硝化段。从而在合适的温度条件下，在反硝化池1中形成适宜厌氧氨氧化环境（低COD、氨氮硝化不完全），通过厌氧氨氧化实现脱氮。环境不满足厌氧氨氧化条件时，还可通过短程反硝化脱氮。在二级脱氮过程中，通过在反硝化池2中投加高碳源的餐饮废水，形成高碳氮比的环境，实现高效的脱氮除磷，同时二级脱氮过程中曝气池混合液回流还可去除部分氮磷。二级脱氮后出水中残余少量氮磷通过尾水深度处理进一步去除，实现氮磷的趋零排放。深度处理过程中，尾水在反应池中投加混凝剂沉淀除磷。沉淀后尾水进入中间水池中适度投加碳源，再通过砂滤池通过反硝化脱氮，并进一步过滤去除SS和磷。出水可实现氮磷的接近完全去除和废水回用。

此外，该工艺还可根据水质波动灵活调整。如在反硝化池2进水氨氮浓度较高（比如大于15mg/L）时，可在反硝化池2中微量曝气，实现污水的同步硝化和反硝化作用。

有益效果：

本发明针对高氮磷的高速公路服务区废水（氨氮含量可达150mg/L甚至更高），通过不同水质污水的合理分配，实现碳源高效利用，达到高效脱氮除磷的目的。出水各项指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。

根据冲厕废水和餐饮废水的水质差异，将高氨氮冲厕废水单独收集，在好氧曝气条件下进行硝化，硝化后再与高COD的餐饮废水混合，在污水处理过程中实现了服务区废水中碳源的优化分配，弥补了现有处理方法直接处理混合废水，导致碳源缺乏，脱氮效率低的状况，可达到极高的脱氮效率，并可做到不需外加碳源。

在一级脱氮过程中，根据厌氧氨氧化原理，只需将部分氨氮（约50％）氧化即可实现脱氮，可降低处理过程中所需曝气量。同时处理过程产生的二氧化碳也显著减少。用于高速公路服务区污水处理，可减少氨氧化所需能耗的50％。

由于反硝化池1不曝气，且硝酸盐浓度较低，可实现厌氧条件下磷的充分释放，提高整个工艺生物除磷的效率，降低磷的排放量，降低后续化学除磷加药量。

后处理采用混凝沉淀过滤工艺，可以同步去除总磷和氮。

附图说明

图1为本发明的一种工艺流程图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：

高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别进行收集。冲厕废水进入化粪池，化粪池废水自流进入调节池1，同时其他废水也进入调节池1，停留时间24h。餐饮废水经隔油池进入调节池2，停留时间24h。调节池1废水进入硝化池1，停留时间6h，控制溶解氧1.0mg/L。硝化池1废水进入沉淀池1沉淀，沉淀池1污泥回流至硝化池1，上清液进入反硝化池1。反硝化池1内投加NaOH和NaHCO₃调节pH至8.2，在反硝化池1中填充弹性填料，发生厌氧氨氧化反应，反硝化池1的水力停留时间为10h。

反硝化池1出水进入反硝化池2。调节池2出水也进入反硝化池2以补充碳源。反硝化池2的停留时间为8h，出水进入硝化池2，硝化池2停留时间为8h，在硝化池2内完成剩余氨氮的硝化过程。硝化池2混合液回流至反硝化池2进行脱氮，回流比为1：0.5。硝化池2出水进入沉淀池2，沉淀池2污泥回流至反硝化池2，沉淀池2上清液流入反应池，投加混凝剂聚合氯化铝，完全混合后进入沉淀池3沉淀。沉淀池3出水进入中间水池，根据中间水池的残余硝酸盐含量，按照COD：TN 5:1的比例加入餐饮废水上清液（即隔油池出水）。混合后进入砂滤池过滤。过滤后废水满足排放标准，并可直接达到高速公路服务区回用水质标准《公路服务区生活污水再生利用》（JT/T645-2005）要求。

表2（单位：mg/L）

	冲厕排水	餐饮废水	综合排水	处理后的最终出水
					化学需氧量	770	725	750	30
氨氮	130	13	78	4
					总氮	150	15	90	13
总磷	15	4	10	0.4

实施例2：

高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别进行收集。冲厕废水进入化粪池，化粪池废水自流进入调节池1，餐饮废水经隔油池进入调节池2，同时，其他废水也进入调节池2。调节池1废水进入硝化池1，控制溶解氧3.0mg/L，将氨氮充分氧化成硝酸盐。硝化池1废水进入沉淀池1，沉淀池1污泥回流至硝化池1，上清液进入反硝化池1。反硝化池1投加NaOH调节pH，反硝化池1出水进入反硝化池2。反硝化池1和反硝化池2均不曝气。

调节池2出水按照50％、50％的比例分别进入反硝化池1和反硝化池2。在反硝化池内完成反硝化过程。反硝化池2出水进入硝化池2，曝气池停留时间为8h，通过生物作用氧化剩余COD和氨氮。硝化池2出水部分回流至反硝化池2，回流比1：3。硝化池2出水进入沉淀池2。沉淀池2污泥回流至反硝化池1，沉淀池2出水进入反应池，投加聚合氯化铁后直接进入砂滤池过滤。过滤后废水可直接达到高速公路服务区回用水质标准《公路服务区生活污水再生利用》（JT/T645-2005）要求。

表3（单位：mg/L）

	冲厕排水	餐饮废水	综合排水	处理后的最终出水
					化学需氧量	640	350	511	25
氨氮	68	5	40	3
					总氮	74	6	44	11
总磷	9	2	6	0.25

实施例3：

高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别进行收集。冲厕废水进入化粪池，化粪池废水自流进入调节池1，餐饮废水经隔油池进入调节池2，同时，其他废水也进入调节池2。调节池2出水按照70％、30％的比例分别进入反硝化池1和反硝化池2。其中调节池1废水进入硝化池1，控制溶解氧2.0mg/L，停留时间6h，将氨氮部分氧化成硝酸盐。硝化池1废水进入沉淀池1，沉淀池1污泥回流至硝化池1，上清液进入反硝化池1。反硝化池1不曝气，水力停留时间6h，反硝化池1出水进入反硝化池2。反硝化池2采用穿孔管进行曝气，控制较低的曝气量，保持溶解氧在1.0mg/L左右，使反硝化池2中产生同步硝化反硝化现象。

反硝化池2出水进入曝气池，曝气池停留时间为8h。反硝化池2出水进入硝化池2，停留时间4h，在硝化池2内通过生物作用氧化剩余COD和氨氮。硝化池2出水部分回流至反硝化池2（回流比1：8），部分进入沉淀池2。沉淀池2出水进入微絮凝反应池，投加硫酸铝和醋酸钠后进入砂滤池过滤。过滤后出水可远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，并满足高速公路服务区回用水质标准《公路服务区生活污水再生利用》（JT/T645-2005）要求。

表4（单位：mg/L）

	冲厕排水	餐饮废水	综合排水	处理后的最终出水
					化学需氧量	850	1200	1005	38
氨氮	220	22	132	4
					总氮	240	24	144	13
总磷	16	5.5	11	0.43

实施例4：

高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别进行收集。冲厕废水进入化粪池，化粪池废水自流进入调节池1，餐饮废水经隔油池进入调节池2，同时，其他废水也进入调节池2。调节池2出水按照70％、30％的比例分别进入反硝化池1和反硝化池2。其中调节池1废水进入硝化池1，控制溶解氧2.0mg/L，停留时间6h，将氨氮部分氧化成硝酸盐。硝化池1废水进入沉淀池1，沉淀池1污泥回流至硝化池1，上清液进入反硝化池1。反硝化池1不曝气，水力停留时间6h。反硝化池1出水进入反硝化池2。反硝化池2采用穿孔管进行曝气，控制较低的曝气量，保持溶解氧在1.0mg/L左右，使反硝化池2中产生同步硝化反硝化现象。

反硝化池2出水进入硝化池2，硝化池2停留时间为8h，通过生物作用氧化剩余COD和氨氮。硝化池2出水部分回流至反硝化池2，回流比1：1，部分进入沉淀池2。沉淀池2污泥按50％：50％回流至反硝化池1和反硝化池2，沉淀池2出水进入反应池，投加硫酸铝和醋酸钠后进入砂滤池过滤。过滤后出水可远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，并满足高速公路服务区回用水质标准《公路服务区生活污水再生利用》（JT/T645-2005）要求。

表5（单位：mg/L）

	冲厕排水	餐饮废水	综合排水	处理后的最终出水
					化学需氧量	720	1020	1005	32
氨氮	120	15	132	4.8
					总氮	130	18	144	12
总磷	10	3	11	0.4

实施例5：

高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别进行收集。冲厕废水进入化粪池，化粪池废水自流进入调节池1，餐饮废水经隔油池进入调节池2，其他废水不进入本系统直接排放。调节池1废水进入硝化池1，控制溶解氧2.5mg/L，将氨氮充分氧化成硝酸盐。硝化池1废水进入沉淀池1，沉淀池1污泥回流至硝化池1，上清液进入反硝化池1。反硝化池1出水进入反硝化池2。反硝化池1和反硝化池2中至少有一个不曝气。

调节池2出水进入反硝化池1，完全混合后进入反硝化池2。在反硝化池内完成反硝化过程。反硝化池2出水进入硝化池2，硝化池2停留时间为12h，通过生物作用氧化剩余COD和氨氮。硝化池2出水部分回流至反硝化池2，回流比1：5。硝化池2出水进入沉淀池2。沉淀池2污泥回流至反硝化池1，沉淀池2出水的主要指标直接达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的二级标准。

表6（单位：mg/L）

	冲厕排水	餐饮废水	综合排水	处理后的最终出水
					化学需氧量	640	350	511	40
氨氮	68	5	40	8
					总氮	74	6	44	14
总磷	9	2	6	1.2

Claims (8)

1.一种公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，将高速公路服务区废水分冲厕废水、餐饮废水和其他废水分别收集； 

冲厕废水进入化粪池处理；化粪池废水经第一调节池进入第一硝化池，在第一硝化池内通过曝气，产生活性污泥，将有机物氧化，氨氮发生硝化反应转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮；第一硝化池出水进入第一沉淀池沉淀，污泥回流进入第一硝化池；第一沉淀池出水进入第一反硝化池，在厌氧条件下进行反硝化和释磷；第一反硝化池出水进入第二反硝化池，在缺氧条件下进一步反硝化；第二反硝化池出水进入第二硝化池，在好氧曝气条件下将有机物、剩余氨氮充分氧化，第二硝化池部分混合液回流至第二反硝化池，回流比为1：0.5～8；第二硝化池出水进入第二沉淀池，第二沉淀池污泥回流至第一反硝化池和第二反硝化池中的任意一个或两个，第二沉淀池出水达标排放； 

与此同时，餐饮废水进入隔油池处理，隔油池出水进入第二调节池，第二调节池出水进入第一反硝化池和第二反硝化池中的任意一个或两个；餐饮废水和冲厕废水共用相同的第一反硝化池和第二反硝化池，且餐饮废水进入第一反硝化池或第二反硝化池后的处理方法与冲厕废水相同； 

与此同时，其他废水进入第一调节池或第二调节池；若其他废水进入第一调节池，冲厕废水和其他废水共用相同的第一调节池，且其他废水进入第一调节池后的处理方法与冲厕废水相同；若其他废水进入第二调节池，餐饮废水和其他废水共用相同的第二调节池，且其他废水进入第二调节池后的处理方法与餐饮废水相同。 

2.根据权利要求1所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，当第二沉淀池出水TP高于排放标准时，在第二沉淀池后依次设置反应池、第三沉淀池3和砂滤池，反应池投加混凝剂后进入第三沉淀池沉淀，第三沉淀池出水经砂滤池过滤达标排放。 

3.根据权利要求2所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，当第三沉淀池出水TN高于排放标准时，在第三沉淀池后设置中间水池，第三沉淀池出水进入中间水池，中间水池中投加碳源，然后进入砂滤池过滤，过滤出水达标排放。 

4.根据权利要求3所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，所述的碳源为隔油池出水或外加有机物。 

5.根据权利要求1所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征 在于，在第一调节池和第二调节池中进行预曝气或者机械搅拌。 

6.根据权利要求1所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，第一硝化池内设置曝气装置，控制溶解氧为0.5～3mg/L。 

7.根据权利要求1所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，第一反硝化池不曝气，投加碱剂调节pH至7.4以上；其中，所述的碱剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢镁、氢氧化钾、碳酸氢钾和碳酸钾中的任意一种或几种。 

8.根据权利要求1所述的公路服务区污水分质处理高效脱氮除磷的方法，其特征在于，第一反硝化池采用上流式、折流式或推流式池型，池内布置生物填料或生物载体。