CN112679042B - 一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统，包括第一污水处理单元、第二污水处理单元和联通管，第一污水处理单元和第二污水处理单元均包括预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池；第一污水处理单元的调节池和第二污水处理单元的调节池通过联通管相联通；调节池中设有氨氮在线检测仪、互通泵和应急泵；生物处理池包括缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区。该处理系统对于高速公路服务区产生的污水处理稳定性高，氨氮浓度排放低，符合排放要求。还公开了上述污水处理方法，该方法处理方式灵活，成本低，可有效避免高峰期高浓度氨氮污水对生化系统的微生物产生毒害作用致使生化系统崩溃出水超标情况的发生。

Description

一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统及方法

技术领域

本发明属于水环境污染治理技术领域，具体涉及一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统及方法。

背景技术

高速公路服务区的污水主要来自公共厕所排放的粪便废水，其特征污染因子为氨氮，因此，与一般生活污水相比，高速公路服务区污水处理的核心问题在于氨氮污染的控制上。受人流量和车流量变化的影响，服务区污水水质呈现明显的波动性。以广州某服务区为例，周一至周四期间，服务区污水中的氨氮浓度维持在较低水平，一般在38-76mg/L间波动；周五至周日期间，随着车流的增加，污水氨氮浓度维持在较高水平，在80-153mg/L间波动；而在大高峰期(如国家规定高速公路暂停收费的大节假日)期间，服务区内的车流量和人流量均激增，洗手间往往满负荷运转，此时污水的氨氮浓度较平日可增长6倍。由此可见，除了水质波动较大，高速公路服务区污水还呈现高峰期氨氮浓度高的特点。相关研究表明，进水氨氮浓度过高会抑制生化系统中的微生物特别是亚硝化细菌和硝化细菌的活性，降低污水处理效率；长期的高冲击负荷还可能引起微生物产生过多的胞外聚合物，引起污泥体积指数升高，进而导致污泥膨胀，生化系统崩溃。

因此，需要提高高速公路服务区污水处理设施对水质不稳定、氨氮浓度高的服务区污水的应对能力，以防止污水超标排放，造成周边水环境的污染和生态的破坏。

目前，污水中氨氮的去除主要采用A/O工艺，依靠好氧池中亚硝化细菌的亚硝化反应和硝化细菌的硝化反应实现。好氧池的污水停留时间影响脱氮效果的一个重要影响因素，研究表明，好氧池水力停留时间的延长有利于硝化反应的进行。为了提高污水处理设施对进水负荷变化大的农村污水的适应能力和对COD和TN的去除效率，申请号为201811471504.6的发明专利公开了一种级数可调的多级AO-MBBR工艺污水处理装置及方法，包括第一生化反应池、第二生化反应池、沉淀池等，其中第一生化反应池和第二生化反应池均设有多个插槽，根据进水的COD和TN浓度，可通过改变插板在插槽的位置调整好氧池和缺氧池的数量，使处理过程更有针对性。但是，该专利的自动性差，需要人工对水质进行检测和对插板位置进行调整；此外，与农村污水相比，高速公路服务区污水水质的变化幅度更大，高峰期污水氨氮浓度可高达300mg/L，该污水处理装置可能无法适应高速公路服务区高峰期污水的冲击负荷，导致生化系统崩溃。

因此，有必要研究专门适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统，该处理系统对于高速公路服务区产生的污水处理稳定性高，氨氮浓度排放低，符合排放要求。

本发明的目的还在于提供一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，该方法处理方式灵活，成本低，可有效避免高峰期高浓度氨氮污水对生化系统的微生物产生毒害作用致使生化系统崩溃出水超标情况的发生。

本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统，包括：

第一污水处理单元，位于高速公路一侧的服务区；

第二污水处理单元，位于高速公路相对一侧的服务区；

联通管，位于所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元之间；

所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元均包括预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池；

所述第一污水处理单元的调节池和所述第二污水处理单元的调节池通过联通管相联通；

所述调节池中设有氨氮在线检测仪、互通泵和应急泵；

所述生物处理池包括缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区。

在上述适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统中：

优选的，所述缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区中均设有曝气装置和溶解氧监测仪，所述第二好氧区和所述缺氧区之间还设有硝化液回流装置。

优选的，所述第一好氧区和第二好氧区中溶解氧的浓度控制在2.0～4.0mg/L，所述缺氧区的浓度控制在0.2～0.5mg/L。

优选的，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元均还包括应急污水处理单元，所述应急污水处理单元设于所述调节池和所述消毒池之间，所述应急污水处理单元包括加药反应区和沉淀区。

优选的，所述加药反应区采用MAP沉淀法、沸石脱氮法、PAC/PAM混凝沉淀法、吹脱法和高级氧化法中的一种或几种的联合工艺。

进一步的，所述出水池中还设有用于将所述出水池中的出水回流至所述调节池的清水回流泵。

进一步的，所述沉淀池底部还设有与所述缺氧区相联通的用于污泥回流的管道。

本发明的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，包括以下步骤：

(1)设定平日低车流量时段的平均进水氨氮浓度为第一控制值，设定平日高车流量时段的平均进水氨氮浓度为第二控制值，设节假日高峰时段的平均进水氨氮浓度为第三控制值；

(2)当上述系统中的氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度＜第一预设值时，将可调节区设为缺氧区即溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/L，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元各自运行，处理单侧服务区产生的污水；

(3)当上述系统中的氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度≥第一预设值，＜第二预设值时，将可调节区设为好氧区即溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/L，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元各自运行，处理单侧服务区产生的污水；

(4)当上述系统中的氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度≥第二预设值，＜第三预设值时，开启互通泵，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元的调节池互通，两侧污水处理单元协同处理污水；

(5)当上述系统中的氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度≥第三预设值时，再开启应急泵，所述调节池向应急污水处理单元输送污水以处理高峰时期超出两个污水处理单元处理能力的污水，并开启清水回流泵，将出水池中的出水回流至调节池。

在上述适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法中：

优选的，所述第一预设值为20～40mg/L，所述第二预设值为70～90mg/L，所述第三预设值为140～160mg/L。

优选的，平日低车流量时段的车流量为3000以下车次/日，平日高车流量时段的车流量为3000～5500车次/日，节假日高峰时段的车流量为5500～8000及以上车次/日。

优选的，另一侧或两侧污水处理单元的使用优先于应急污水处理单元的使用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在A/O工艺中引入基于进水氨氮浓度控制的自控曝气调节池(即上文中的可调节区)，并结合双侧服务区污水处理单元联通技术和应急物化处理技术，开发出针对水质波动大、氨氮浓度高的高速公路服务区污水的自动调节污水处理系统；

(2)本发明在A/O工艺中设置两段好氧曝气池(第一好氧区和第二好氧区)，延长好氧区的水力停留时间(可长达12～16小时)，提高生化处理系统对氨氮的去除率，增设基于进水氨氮浓度控制的自控曝气调节池，当进水氨氮浓度较低时，可调节池的曝气强度低，为缺氧池，具有水解酸化功能，将污水难降解有机物分解为易降解有机物，有利于后续好氧池对COD的去除、保证硝化反应的正常进行和氨氮的有效去除，服务区车流高峰期，进水氨氮浓度较高，可调节池的曝气强度增加，调节为好氧池，进一步提高好氧区的有效容积，增加其水力停留时间，强化生化系统对氨氮的降解，自控曝气调节池的设置增强了系统对高速公路服务区污水的灵活性和适应性，根据进水氨氮浓度控制池体曝气强度，节约运行成本，避免能源浪费；

(3)本发明将双侧污水处理单元联通，在高峰期能够实现双侧污水处理单元协同处理高浓度污水，可充分利用污水处理设施；

(4)本发明设置应急污水处理单元在特大高峰期处理超出双侧污水处理单元处理能力的污水，同时设置清水回流泵对高浓度污水进行稀释，降低后续生化处理系统的污水负荷，保证系统的正常运行，此两项技术作为本发明在污水处理过程的最后一道保障，能够有效防止高浓度污水未达标排放，造成环境污染。

附图说明

图1为本发明实施例1中的自动调节污水处理系统的示意图；

图2为本发明实施例1中的自动调节污水处理系统的流程图；

图3为本发明实施例1中的生化处理池平面图；

图4为本发明实施例1中的应急污水处理单元平面图；

图5为对比例的污水处理系统流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统，包括：

第一污水处理单元，位于高速公路一侧的服务区；

第二污水处理单元，位于高速公路相对一侧的服务区；

联通管，位于所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元之间；

所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元均包括预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池；

所述第一污水处理单元的调节池和所述第二污水处理单元的调节池通过联通管相联通；

所述调节池中设有氨氮在线检测仪、互通泵和应急泵；

所述生物处理池包括缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区。

其中预处理池包括格栅和隔油池，用于去除大颗粒无机物和含油物质。

生物处理池用于分解有机物和去除氮磷。

沉淀池用于泥水分离。

消毒池用于杀灭病原体等。

高速公路其中一侧服务区产生的污水在第一污水处理单元内先后经过格栅、隔油池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池后，最后可达标排放到周边水体或市政污水管网。

同样的，高速公路相对一侧服务区产生的污水在第二污水处理单元内先后经过格栅、隔油池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池后，最后可达标排放到周边水体或市政污水管网。

缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区中均设有曝气装置和溶解氧监测仪，所述第二好氧区和所述缺氧区之间还设有硝化液回流装置。

第一好氧区和第二好氧区中溶解氧的浓度控制在2.0～4.0mg/L，所述缺氧区的浓度控制在0.2～0.5mg/L。

具体的，图3为生物处理池的平面图，其箱体被隔板分隔成4个区域，按进水方向从前到后分别为缺氧区、可调节区、第一好氧区、第二好氧区，每个区域均设有独立的曝气装置1和溶解氧监测仪2，第二好氧区的上部设置硝化液回流装置3以将第二好氧区的硝化液回流至缺氧区，缺氧区的溶解氧控制在0.2～0.5mg/L，第一好氧区和第二好氧区的溶解氧控制在2.0～4.0mg/L，可调节区的溶解氧浓度根据进水氨氮浓度对曝气强度控制进行调节。

如图1、图2所示，第一污水处理单元和所述第二污水处理单元均还包括应急污水处理单元，应急污水处理单元设于所述调节池和所述消毒池之间，所述应急污水处理单元包括加药反应区和沉淀区，如图4所示。

加药反应区可以采用MAP沉淀法、沸石脱氮法、PAC/PAM混凝沉淀法、吹脱法和高级氧化法中的一种或几种的联合工艺，本实施例采用MAP沉淀法和PAC/PAM混凝沉淀法的联合工艺，如图4所示，应急污水处理单元包括加药反应区和沉淀区，进入应急污水处理单元的污水先后经过加药反应区和沉淀区，最后进入消毒池，其中沉淀区前设有过水槽，沉淀区上方设有出水堰。

所述出水池中还设有用于将所述出水池中的出水回流至所述调节池的清水回流泵。

所述沉淀池底部还设有与所述缺氧区相联通的用于污泥回流的管道。

系统的运行即适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法如下：

本实施例提供的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统的运行是通过氨氮在线检测装置检测的进水氨氮浓度作为控制指标的，根据高速公路服务区的水质特点，设平日低车流量时段(3000以下车次/日)的平均进水氨氮浓度为第一控制值(20～40mg/L，本实施例中采用40mg/L)，设平日高车流量时段(3000～5500车次/日)的平均进水氨氮浓度为第二控制值(70～90mg/L，本实施例中采用80mg/L)，设节假日高峰时段(5500～8000及以上车次/日)的平均进水氨氮浓度为第三控制值(140～160mg/L，本实施例中采用150mg/L)。

当进水氨氮浓度＜40mg/L时，可调节区的溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/L，为缺氧状态，两个污水处理单元各自运行，处理单侧高速公路服务区的污水，此时污水中的C/N较高，高浓度的有机物不利于硝化反应的进行，将可调节区设为缺氧区，有利于强化有机物的降解，降低进入好氧区的污水中有机物的浓度，保证硝化反应的正常运行，氨氮的有效去除。

当40mg/L≤进水氨氮浓度＜80mg/L时，可调节区的曝气系统加强曝气，将溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/L，为好氧状态，两个污水处理单元各自运行，处理单侧高速公路服务区产生的污水，此时污水中的C/N降低，将可调节区设为好氧区，可增加好氧区的水力停留时间，提高硝化反应的效率，强化生化系统对氨氮的降解。

当80mg/L≤进水氨氮浓度＜150mg/L时，此时污水中的氨氮浓度超出了单侧污水处理系统的处理能力，高浓度氨氮易对生化系统产生毒害作用，因此互通泵开启，向另一侧污水处理单元的调节池输送污水，两侧高速公路服务区产生的污水处理单元协同处理污水，并减轻单侧污水处理系统的处理负荷，提高双侧污水处理系统的利用率。

当进水氨氮≥150mg/L时，此时污水中的氨氮浓度已超出了双侧污水处理系统的处理能力，因此，互通泵的功率不再增大，单侧污水处理单元向另一侧污水处理单元输送的污水量不再增加；应急泵开启，向应急污水处理单元输送污水以处理高峰时期超出两个污水处理单元处理能力的污水；清水回流泵开启，将系统的达标出水回流至调节池对高浓度污水进行稀释，减少后续生化处理设施的污泥负荷，保证系统的正常运行。

该自动调节污水处理系统应用时，系统进出水氨氮浓度如表1所示。结果显示，在不同工况条件下，该系统均能有效去除污水中的氨氮，使出水氨氮浓度达标排放，说明该系统对高速公路服务区污水具有较强的灵活性和适应性。

表1进出水氨氮浓度

注：出水执行广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二时段一级标准。

对比例

某高速公路服务区的污水处理系统如图5所示，污水进入污水处理系统后，先后经过机械格栅、调节池、缺氧池、好氧池、沉淀池，最后经消毒后排放。其进出水水质情况如表2所示，从检测结果可知，该系统只对低浓度污水有一定的处理效果，当氨氮浓度升高时，系统的去除能力降低，无法保证出水的达标排放。值得注意的是，在特大高峰时段，该系统对氨氮的去除率仅为6.7％，说明特大高峰时段污染物浓度剧增，巨大的冲击负荷造成生化系统彻底崩溃。

表2进出水氨氮浓度

注：出水执行广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二时段一级标准。

上面列举一部分具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出的是以上具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于采用适用于高速公路服务区的自动调节污水处理系统，所述自动调节污水处理系统包括：

第一污水处理单元，位于高速公路一侧的服务区；

第二污水处理单元，位于高速公路相对一侧的服务区；

联通管，位于所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元之间；

所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元均包括预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池；

所述第一污水处理单元的调节池和所述第二污水处理单元的调节池通过联通管相联通；

所述调节池中设有氨氮在线检测仪、互通泵和应急泵；

所述生物处理池包括缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区；

所述缺氧区、可调节区、第一好氧区和第二好氧区中均设有曝气装置和溶解氧监测仪；

所述方法包括以下步骤：

(1)设定平日低车流量时段的平均进水氨氮浓度为第一控制值，设定平日高车流量时段的平均进水氨氮浓度为第二控制值，设节假日高峰时段的平均进水氨氮浓度为第三控制值；

(2)当氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度＜第一预设值时，将可调节区设为缺氧区即溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/L，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元各自运行，处理单侧服务区产生的污水；

(3)当氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度≥第一预设值，＜第二预设值时，将可调节区设为好氧区即溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/L，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元各自运行，处理单侧服务区产生的污水；

(4)当氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度≥第二预设值，＜第三预设值时，开启互通泵，所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元的调节池互通，两侧污水处理单元协同处理污水；

(5)当氨氮在线检测仪检测到调节池的进水氨氮浓度≥第三预设值时，再开启应急泵，所述调节池向应急污水处理单元输送污水以处理高峰时期超出两个污水处理单元处理能力的污水，并开启清水回流泵，将出水池中的出水回流至调节池；

所述第一预设值为20～40mg/L，所述第二预设值为70～90mg/L，所述第三预设值为140～160mg/L。

2.根据权利要求1所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：平日低车流量时段的车流量为3000以下车次/日，平日高车流量时段的车流量为3000～5500车次/日，节假日高峰时段的车流量为5500以上车次/日。

3.根据权利要求1所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：所述第二好氧区和所述缺氧区之间还设有硝化液回流装置。

4.根据权利要求1所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：所述第一好氧区和第二好氧区中溶解氧的浓度控制在2.0～4.0mg/L，所述缺氧区的浓度控制在0.2～0.5mg/L。

5.根据权利要求1所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元均还包括应急污水处理单元，所述应急污水处理单元设于所述调节池和所述消毒池之间，所述应急污水处理单元包括加药反应区和沉淀区。

6.根据权利要求5所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：所述加药反应区采用MAP沉淀法、沸石脱氮法、PAC/PAM混凝沉淀法、吹脱法和高级氧化法中的一种或几种的联合工艺。

7.根据权利要求1所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：所述出水池中还设有用于将所述出水池中的出水回流至所述调节池的清水回流泵。

8.根据权利要求1所述的适用于高速公路服务区的自动调节污水处理方法，其特征在于：所述沉淀池底部还设有与所述缺氧区相联通的用于污泥回流的管道。