一种基于高速公路服务区水质水量调控的污水处理装置及方法与流程

本发明属于水环境污染治理技术领域，具体涉及一种基于高速公路服务区水质水量调控的污水处理装置及方法。

背景技术：

随着高速路网的不断扩张，所建服务区数目日渐增多，其产生污水的处理去去向亟待进一步探究。车流量的变化是影响服务区污水排放波动的重要原因，天气、季节、节假日和时段都会明显增大车辆来往随机性，从而造成服务区污水水质和水量的大幅波动，加大污水处理的难度。其中，高速公路服务区污水最主要的来源为尿液，尿液的特征污水因子为氨氮，贡献了生活污水中80％的氨氮，因此，高速公路服务区污水水质的调控重点应放在氨氮的削减上。

根据相关统计数据，服务区污水的氨氮浓度一般可在38～300mg/l的范围内波动，波动率为6.9倍，而污水排放量一般可在100～400m³/d的范围内波动，波动率为3.0倍。

目前，大部分的高速公路服务区污水处理设施的污水处理方法单一，难以适应服务区污水水质水量波动大、高峰时段水力冲击负荷大、氨氮浓度高等特点，容易导致污水超标排放造成周边环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于高速公路服务区水质水量调控的污水处理装置，该装置通过将水质水量监测技术、自动化控制技术等现代技术应用于高速公路服务区污水处理，以优化系统功能，使其能够根据水质和水量的实时变化作出有效的动态调整，提高其对水质水量的调控能力及污水处理的效果，保证系统正常稳定运行。

本发明的目的还在于提供基于采用上述系统的污水处理方法，该方法通过设置连通管实现两侧服务区的污水处理设施的连通，使两侧服务区的污水处理设施能够协同处理高峰时段的大流量、高浓度污水，充分发挥已建设施的作用。

本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于高速公路服务区水质水量调控的污水处理装置，包括污水处理系统、调节系统、监测系统和控制系统；

所述污水处理系统包括分别设于高速公路服务区两侧的两个污水处理单元、将两个污水处理单元相连通的连通管和两个应急污水处理单元；

所述污水处理单元包括预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池；

所述生物处理池包括缺氧区和好氧区；

所述应急污水处理单元设于所述污水处理单元中的调节池和消毒池之间；

所述应急污水处理单元包括加药反应区和沉淀区；

所述调节系统包括设置在调节池的连通抽水泵和应急抽水泵，设置在生物处理池的好氧区和缺氧区的曝气装置和第一加药泵组，设置在应急污水处理单元的加药反应区的第二加药泵组以及设置在出水池的清水回流泵；

所述监测系统包括设置在调节池的液位计和第一在线监测仪表组，设置在生物处理池的第二在线监测仪表组以及设置在应急处理单元的第三在线监测仪表组；

所述控制系统包括数据采集仪、传输设备、微处理器和控制器，所述数据采集仪通过传输设备一端与所述监控系统相连接，另外一端与所述微处理器相连接；所述控制器通过传输设备一端与所述微处理器相连接，另外一端与所述调节系统相连接。

优选的，所述控制系统包括数据采集仪、传输设备、微处理器和控制器，所述数据采集仪用于收集来自监测系统的测量数据，所述传输设备通过数据线路将数据采集仪收集的数据信息传递至所述微处理器以及将所述微处理器发出的指令传递给所述控制器，所述微处理器依据用户设定的程序处理数据信息和下达指令，并兼有储存数据的功能，所述控制器根据所述微处理器下达的指令调控对应设备的启停状态和运行模式。

优选的，所述控制器包括连通抽水泵的控制器、应急抽水泵的控制器、曝气装置的控制器、第一加药泵组控制器、第二加药泵组控制器和清水回流泵控制器。

优选的，所述第一在线监测仪表组包括氨氮在线检测仪、化学需氧量(cod)在线检测仪和ph在线检测仪。

优选的，所述第二在线监测仪表组包括溶解氧(do)在线检测仪、氨氮在线检测仪、化学需氧量(cod)在线检测仪、ph在线检测仪和污泥浓度(mlss)在线检测仪。

优选的，所述第三在线监测仪表组包括氨氮在线检测仪和污泥浓度(mlss)在线检测仪。

优选的，所述出水池和所述调节池之间还设有清水回流机构。

优选的，所述沉淀池和缺氧区之间还设有污泥回流机构。

优选的，所述好氧区和所述缺氧区之间还设有硝化液回流机构。

优选的，所述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，最后进入污水处理单元的消毒池，应急污水处理单元另外一边与调节池连接，加药反应区采用的工艺优选为map沉淀法、沸石脱氮法、pac/pam混凝沉淀法和高级氧化法中的一种或几种的联合工艺。

优选的，所述第一加药泵组和第二加药泵组投加的药剂为ph调节剂、碳源补充剂、氧化还原剂和混凝沉淀剂的一种或多种。

优选的，所述预处理池包括格栅和隔油池，所述预处理池用于去除大颗粒无机物和含油物质。

优选的，所述调节池用于调节污水量，所述生物处理池用于分解有机物和去除氮磷，所述沉淀池用于泥水分离，所述消毒池用于杀灭病原体。

高速公路单侧服务区产生的污水在位于其侧的污水处理单元内先后经过预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池、出水池，最后排放到周边水体或市政污水管网。

当单侧服务区的污水处理单元的处理量超负荷时，也可以通过连通管排放到位于高速公路相对一侧服务区的污水处理单元中，协同处理，如果污水中污染物浓度过高时，也可以开启应急污水处理单元，协同处理。

优选的，所述调节池的最大水力停留时间为24～72h。

优选的，所述连通管设置在两个污水处理单元的调节池之间。

优选的，所述缺氧区的溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/l，所述好氧区的溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/l。

优选的，本发明所述的生物处理池为箱体构造，箱体被隔板分隔成好氧区和缺氧区两个区域，进入生物处理池的污水先后经过缺氧区、好氧区，缺氧区的溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/l，好氧区的溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/l。

本发明的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用上述系统处理污水的方法，包括以下步骤：

当监测系统检测到位于一侧服务区的污水处理单元的调节池的液位达到最大液位，或当进水氨氮浓度≥第一氨氮控制值、＜第二氨氮控制值时，所述控制系统控制连通抽水泵开启，向另一侧服务区的调节池输送污水，两侧服务区的污水处理单元协同处理污水；

当监测系统检测到另一侧服务区的调节池的液位同时达到最大液位，或当进水氨氮浓度≥第二氨氮控制值时，连通抽水泵的功率不再增加，所述控制系统控制应急抽水泵开启，向应急污水处理单元输送污水，加药反应区的第二加药泵组开启，以处理高峰时期超出两个污水处理单元处理能力的污水，并保证出水达标；

当监测系统检测到两侧服务区的污水处理单元的调节池的进水氨氮浓度≥第二氨氮控制值时，所述控制系统控制位于两侧服务区的污水处理系统的生物处理池的曝气装置增大好氧区的曝气强度，以增强好氧区中硝化细菌的硝化反应活性，提高生物处理池的氨氮去除效率，同时将出水池的清水回流泵开启，将系统的达标出水回流至调节池以减少生物处理池的污泥负荷，保证系统的正常运行。

优选的，所述调节池的最大液位为进水水量等于调节池有效容积时的液位。

优选的，所述第一氨氮控制值为70～90mg/l，第二氨氮控制值为140～160mg/l。

优选的，所述生物处理池的第一加药泵组的启停状态和运行功率由污水的溶解氧浓度、氨氮浓度、cod浓度、ph值和mlss水质数据共同调控；所述应急处理单元的第二加药泵组的运行功率由污水的氨氮浓度和mlss水质数据共同调控。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明针对目前高速公路服务区污水处理设施处理方法单一的问题，结合水质水量监测技术、自动化控制技术等现代技术，开发出基于高速公路服务区水质水量调控的复合污水处理系统及方法：

(2)本发明在双侧污水处理单元中设置了连通抽水泵，并在二者之间设置连通管，实现高峰时段双侧服务区污水处理单元的连通和协同处理污水，在充分利用现有设施的基础上提高服务区对污水水质和水量波动的调节能力；

(3)本发明设置应急污水处理单元处理车流高峰期超出双侧污水处理设施处理能力的污水，并在应急处理单元中采用物化污水处理技术，在提高服务区污水处理系统的处理及调节能力的同时，也有效保证污水的达标排放，减轻可能存在的环境风险；

(4)本发明对污水的水质水量进行实时动态监控，污水处理系统的自动化控制程序以此为依据有针对性地对污水进行调动，对水质进行改善，既降低水质水量不稳定对污水处理设施造成的冲击负荷，保证污水处理设施处于最佳运行状态，也使药剂和物料的投加有依有据，减少不必要的资源浪费，同时，监控技术和自动化控制技术的应用也为污水处理系统的运行和管理提供了极大的便利。

附图说明

图1为本发明实施例1中的污水处理装置的工艺流程图；

图2为本发明实施例1中的监控系统和控制系统框架图；

图3为本发明实施例1中的污水处理装置调控框架图；

图4为本发明实施例1中的a侧服务区连通抽水泵控制流程图；

图5为本发明实施例1中的a侧服务区应急抽水泵控制流程图。

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1-3所示，本实施例提供的基于高速公路服务区水质水量调控的污水处理装置，包括污水处理系统、监测系统、控制系统和调节系统。

所述污水处理系统包括分别设于高速公路服务区两侧的两个污水处理单元、将两个污水处理单元相连通的连通管和两个应急污水处理单元；

所述污水处理单元包括预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池和出水池；

所述生物处理池包括缺氧区和好氧区；

所述应急污水处理单元设于所述污水处理单元中的调节池和消毒池之间；

所述应急污水处理单元包括加药反应区和沉淀区；

所述调节系统包括设置在调节池的连通抽水泵和应急抽水泵，设置在生物处理池的好氧区和缺氧区的曝气装置和第一加药泵组，设置在应急污水处理单元的加药反应区的第二加药泵组以及设置在出水池的清水回流泵；

所述监测系统包括设置在调节池的液位计和第一在线监测仪表组，设置在生物处理池的第二在线监测仪表组以及设置在应急处理单元的第三在线监测仪表组；

所述控制系统包括数据采集仪、传输设备、微处理器和控制器，所述数据采集仪通过传输设备一端与所述监控系统相连接，另外一端与所述微处理器相连接；所述控制器通过传输设备一端与所述微处理器相连接，另外一端与所述调节系统相连接。

所述数据采集仪用于收集来自监测系统的测量数据，所述传输设备通过数据线路将数据采集仪收集的数据信息传递至所述微处理器，并将所述微处理器发出的指令传递给所述控制器，所述微处理器依据用户设定的程序处理数据信息和下达指令，并兼有储存数据的功能，所述控制器根据所述微处理器下达的指令调控对应设备的启停状态和运行模式。

所述控制器包括连通抽水泵的控制器、应急抽水泵的控制器、曝气装置的控制器、第一加药泵控制器、第二加药泵控制器和清水回流泵控制器。

所述第一在线监测仪表组包括氨氮在线检测仪、化学需氧量在线检测仪和ph在线检测仪；所述第二在线监测仪表组包括溶解氧在线检测仪、氨氮在线检测仪、化学需氧量在线检测仪、ph在线检测仪和污泥浓度在线检测仪；所述第三在线监测仪表组包括氨氮在线检测仪和污泥浓度在线检测仪。

所述出水池和所述调节池之间还设有清水回流机构如回流泵和回流管道，所述沉淀池和缺氧区之间还设有污泥回流机构如回流泵和回流管道，所述好氧区和所述缺氧区之间还设有硝化液回流机构回流泵和回流管道；所述第一加药泵组和第二加药泵组投加的药剂为ph调节剂、碳源补充剂、氧化还原剂和混凝沉淀剂的一种或多种。

所述连通管设置在两个污水处理单元的调节池之间，所述调节池的最大水力停留时间为24～72h。

所述缺氧区的溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/l，所述好氧区的溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/l。

具体地：

a侧污水处理单元，位于高速公路a侧的服务区；b侧污水处理单元，位于高速公路b侧的服务区，a、b侧服务区分别服务来自高速公路不同方向的车辆。

连通管，位于所述a侧污水处理单元和b侧污水处理单元之间。

所述a侧污水处理单元和b侧污水处理单元均包括用于去除大颗粒无机物和含油物质的预处理池(包括格栅和隔油池)、用于调蓄污水的调节池、用于分解有机物和去除氮磷的生物处理池、用于泥水分离的沉淀池、用于杀灭病原体的消毒池以及出水池；高速公路单侧服务区产生的污水在污水处理单元内先后经过预处理池、调节池、生物处理池、沉淀池、消毒池、出水池，最后排放到周边水体或市政污水管网。

所述调节池的最大水力停留时间为24～72h，本实施例中双侧调节池的设计尺寸均为12.0m×5.2m×3.0m，有效容积为162m³，最大水位为2.6m；根据统计数据，a侧服务区的理论污水产生量为4m³/h，b侧服务区的理论污水产生量为6m³/h，由此得出a侧调节池的最大水力停留时间均为40.5h，b侧调节池的最大水力停留时间均为27h。

所述生物处理池为箱体构造，箱体被隔板分隔成2个区域，分别为缺氧区和好氧区，进入生物处理池的污水先后经过缺氧区、好氧区，缺氧区的溶解氧浓度控制在0.2～0.5mg/l，好氧区的溶解氧浓度控制在2.0～4.0mg/l。

所述a侧污水处理单元和b侧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，从调节池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，最后进入污水处理单元的消毒池，应急污水处理单元与调节池连接，本实施例中应急污水处理单元的有效容积为30m³。

加药反应区采用物化污水处理工艺，包括map沉淀法、沸石脱氮法、pac/pam混凝沉淀法、高级氧化法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。

所述控制系统包括：

数据采集仪，用于收集来自监测系统的测量数据；

传输设备，用于将数据采集仪收集的数据信息传递至微处理器以及将微处理器发出的指令传递给控制器；

微处理器，用于依据用户设定的程序处理数据信息和下达指令，同时储存数据；

控制器，用于根据微处理器下达的指令调控对应设备的启停状态和运行模式。

所述控制器包括连通抽水泵控制器、应急抽水泵控制器、曝气装置控制器、加药泵组控制器、清水回流泵控制器。

表1对实施例1的调节系统和监测系统的主要设备及仪表进行了列举。

所述调节系统包括设置在调节池的连通抽水泵和应急抽水泵；设置在生物处理池缺氧区及好氧区的曝气装置和第一加药泵组；设置在应急污水处理单元的加药反应区的第二加药泵组；设置在出水池的清水回流泵。

如表1所示，在本实施例中，设置在生物处理池的曝气装置采用微孔曝气器，第一加药泵组为nahco3加药泵，用于调节污水的ph和补充无机碳源；设置在应急处理单元的第二加药泵组包括na2hpo4加药泵、mgcl2加药泵、pac加药泵和pam加药泵，用于污水的混凝沉淀。

如表1所示，在本实施例中，所述监测系统包括设置在调节池的超声波液位计、氨氮在线检测仪、cod在线检测仪、ph在线检测仪；设置在生物处理池的溶解在线检测仪、氨氮在线检测仪、cod在线检测仪、ph在线检测仪、mlss在线检测仪；设置在应急处理单元的氨氮在线检测仪和mlss在线检测仪。

表1实施例1调节系统及监测系统的主要设备及仪表

本发明对高速公路服务区污水水质水量的调控方法如下：

根据高速公路服务区污水的水质特点，设平日高峰车流量时段(3000～5500车次/日)的平均进水氨氮浓度为第一氨氮控制值，本实施例中采用85mg/l；设节假日高峰车流量时段(5500～8000及以上车次/日)的平均进水氨氮浓度为第二氨氮控制值，本实施例中采用160mg/l。

受双边服务区受交通潮汐流现象的影响，两侧服务区产生的污水量呈现不均衡的特征，即污水在单侧服务区集中产生，该侧服务区的污水处理设施超负荷运行，而另一侧服务区的污水处理设施处于低负荷状态。本实施例设定污水在a侧服务区集中产生，b侧服务区的污水负荷较低，调节池的最大水位为2.6m。

图4为a侧服务区连通抽水泵控制流程图，当a侧服务区的调节池的液位达到2.6m，或当a侧进水氨氮浓度≥85mg/l、＜160mg/l时，连通抽水泵开启，向b侧服务区的调节池输送污水，两侧服务区的污水处理单元协同处理污水；当调节池液位继续升高时，连通抽水泵的运行频率增大，当液位开始降低时，连通抽水泵的运行频率减少，由此，通过控制连通抽水泵的启停及运行频率对服务区污水水量及水质进行调节。

图5为a侧服务区应急抽水泵控制流程图，当b侧服务区的调节池的液位同时达到2.6m，或当a侧进水氨氮浓度≥160mg/l时，连通抽水泵的功率不再增加，同时应急抽水泵开启，向应急处理单元输送污水，加药反应区的加药泵开启，以处理高峰时期超出两个污水处理单元处理能力的污水，并保证出水达标；

当调节池进水氨氮浓度≥160mg/l时，a、b两侧服务区的生物处理池的好氧区曝气加强，以提高生物处理池的氨氮去除效率；a侧出水池的清水回流泵开启，将系统的达标出水回流至a侧调节池以稀释高浓度污水，减少生物处理池的污泥负荷，保证系统的正常运行。

生物处理池及应急处理单元的加药泵组的启停状态和运行功率由污水的溶解氧浓度、氨氮浓度、cod浓度、ph和mlss等水质数据共同调控，具体调控方法如下：

当生物处理池好氧区的ph低于8.0时，好氧区的nahco3加药泵开启以维持好氧区混合液在适宜的ph值。

应急污水处理单元的加药反应区的na2hpo4加药泵、mgcl2加药泵的运行功率根据加药反应区的氨氮在线检测仪的氨氮数据进行调控，使污水的n(mg)∶n(p)∶n(n)维持在2.4∶0.95∶1；pac加药泵和pam加药泵的运行功率根据加药反应区的氨氮在线检测仪和mlss在线检测仪的水质进行调控，以进一步强化氨氮及悬浮物的去除。

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。