申请日：2017.01.24
公开(公告)日：2017.05.24
IPC分类号：C02F3/28; C02F3/32; C02F11/04
摘要
本发明属于污水处理技术领域。一种高速公路服务区污水综合处理装置，其特征在于：包括发酵池、调节池、曝气垂直流湿地、水平折流湿地和综合生物塘;高速公路服务区的大便池的便物及餐饮污水通过Z形第一暗管引入发酵池，高速公路服务区的小便池的冲厕污水通过第二暗管引入调节池;发酵池的底部沼渣通过潜污泵外排，发酵池的发酵液经Z形第三暗管溢流至调节池;调节池内安装潜水泵，潜水泵经第四暗管与曝气垂直流湿地相连，曝气垂直流湿地经第五暗管与水平折流湿地相连，水平折流湿地经明渠与综合生物塘相连，综合生物塘的出水达标排放或回用。该装置结构简单、能耗低，适用于高速公路服务区高氨氮污水特征及水质、水量不稳定特性。
说明书
一种高速公路服务区污水综合处理装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体涉及一种高速公路服务区污水综合处理装置，适用于高速公路服务区生态环境的治理和维护。
背景技术
随着交通建设领域的快速发展，我国已经修建了众多高速公路，相应地也修建了大量的服务区。这些服务区多半远离城市的市政管道，不能利用市政管网的污水处理系统。当前，服务区污水大多未经处理直接排放，不仅造成周边环境水污染和土壤污染，还造成了水资源严重浪费。
近年来，随着各级政府对公路环保意识的提高，已有少量地区开始对沿线服务区进行污水处理。目前高速公路服务区基本采用传统污水处理技术，一般采用生物法工艺，该工艺的缺陷在于建设投资成本高、需水量大、抗冲击负荷差、维护管理复杂。由于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，很难找到合适的处理设备。
高速公路服务区污水来源包括公共卫生间冲厕排水、餐饮排水、洗车排水、道路清洗排水等部分，其中水量大、污染物浓度高的主要是冲厕排水和餐饮排水。由于服务区污水氮磷含量极高，一般约为生活污水的3倍(氨氮峰值可达150mg/L)，常规生化处理出水总氮降至50mg/L以下都存在较大困难。此外，服务区污水TP含量也很高，要实现同步高效除磷，难度也很大。针对城镇污水处理厂污染物排放标准，服务区污水处理的重点是实现高效脱氮除磷，其中脱氮是关键。
高速公路服务区污水脱氮的难点在于COD去除和总氮去除的不协调。由于服务区污水主要为餐饮和冲厕污水，可生化性好。在常规水处理工艺中有机物降解得很快，COD较易达标排放。但是在有机物降解后，氨氮的硝化过程需要更长的停留时间。而氨氮氧化所产生的硝酸盐需要有机碳源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。现有处理工艺出水氨氮、总氮不能同时达标的关键在于在硝化、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额外投加碳源。但是额外投加碳源需要较高的药剂费用，显著增加处理成本。
因此，高速公路服务区急需投资少的小型污水处理设备。一方面，要求这类小型污水处理设备投资不大，便于维护，处理能力强，效果好，污水处理后符合排放标准;另一方面，希望服务区污水经再生处理后能够回用于冲厕、绿化、道路冲洗等，减少清水资源消耗，达到节水、减排、生态、环保的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速公路服务区污水综合处理装置，解决现有技术中抗冲击负荷差、处理效率低、维护管理复杂、水循环利用率低的问题，该装置结构简单、能耗低。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高速公路服务区污水综合处理装置，其特征在于：包括发酵池、调节池、曝气垂直流湿地、水平折流湿地和综合生物塘;高速公路服务区的大便池的便物及餐饮污水通过Z形第一暗管引入发酵池，高速公路服务区的小便池的冲厕污水通过第二暗管引入调节池;发酵池的底部沼渣通过潜污泵外排，发酵池的发酵液经Z形第三暗管溢流至调节池;调节池内安装潜水泵，潜水泵经第四暗管与曝气垂直流湿地相连，曝气垂直流湿地经第五暗管与水平折流湿地相连，水平折流湿地经明渠与综合生物塘相连，综合生物塘的出水达标排放或回用。
所述的发酵池为地埋式，发酵池的上部、下部均呈圆锥形，发酵池的中部为圆柱形;潜污泵设置在下部圆锥最低处;发酵池上与Z形第一暗管相连的进水口设置在圆柱形1/2高度处，Z形第一暗管的顶部高度与圆柱形上沿平行;发酵池的顶部密封，发酵池的顶部安装通气管;通气管与水平折流湿地的底部布气管相连;布气管的表面钻有小孔;在发酵池的圆柱形1/4高度处设置出水口，出水口内侧增设塑料的滤网;发酵池的出水口外侧设置Z形第三暗管，Z形第三暗管与发酵池的出水口相通，Z形第三暗管的上端处于圆柱形2/3高度处，Z形第三暗管的出水端与调节池相连。
按上述技术方案，发酵池中部的圆柱直径为3.0m，高度为4.0m;上部、下部圆锥直径为3.0m，上部圆锥高度为0.5m，下部圆锥高度为1.0m;通气管直径为50mm，布气管直径为32mm;布气管的表面钻有2排间距10cm、孔径3-5mm的小孔;滤网的滤网孔径大小为4目;Z形第一暗管、第二暗管、Z形第三暗管、第四暗管、第五暗管的材质均为PVC，管直径为160mm。
所述的调节池为长方形，调节池为地埋式;调节池的底部自进水端向出水端呈倾斜状，调节池的进水端底部低于出水端，进水端与Z形第三暗管相连，调节池的底面与水平面的夹角为3度～5度;靠近调节池的进水端上方设置挡流板;挡泥板下方安置潜污泵，潜污泵将调节池底部污泥回流至Z形第一暗管;调节池的出水端设置潜水泵。
按上述技术方案，所述的调节池的尺寸为5.0m长×4.0m宽×6.0m深;调节池的底部自进水端向出水端呈倾斜3度～5度;挡泥板为水泥混凝土材质，挡泥板的尺寸为4.0m宽×3.0m深×10cm厚。
所述的曝气垂直流湿地、水平折流湿地均为砖混结构的池子;池子底部土壤经夯实后垫上砂灰土，砂灰土上覆盖土工膜，土工膜上安装排水管并填充基质，基质表面铺设布水管并栽种湿生植物。
按上述技术方案，曝气垂直流湿地的尺寸为10.0m长×6.0m宽×0.8m深，水平折流湿地的尺寸为12.0m长×10.0m宽×0.8m深，基质的填充深度为0.6m;排水管、布水管的材质均为PVC，管口直径为75mm;排水管、布水管的表面钻有2-3排间距10-20cm、直径5-6mm的小孔;所述的基质为碎石、煤渣、钢渣、沸石、陶粒等中的一种或多种按任意配比的组合;所述的湿生植物为芦苇、再力花、花叶芦竹、美人蕉、千屈菜等中的一种或多种组合。
按上述技术方案，所述的曝气垂直流湿地的底部铺设纳米微孔曝气管，纳米微孔曝气管嵌套在排水管内;纳米微孔曝气管通过聚乙烯软管与高压鼓风机相连。
所述的水平折流湿地由首尾相连的格室串联组成，格室之间设有隔离墙，隔离墙的上沿或下沿设置穿孔，各级格室内穿孔呈上下交替式分布;串接的各级格室呈水平折流式排布。
按上述技术方案，隔离墙为混凝土隔板，隔离墙的厚度为10cm;各级格室内穿孔的高度为10cm，横向宽度为4m，纵向宽度为2.5m;穿孔前后填充3-5cm的碎石;连接水平折流湿地和综合生物塘的明渠为生态沟渠，渠内附着着生藻，沟渠截面尺寸为0.5m宽×0.4m深;水平折流湿地的水力负荷控制在1.0m3/(m2·d)以下。
所述的综合生物塘为土塘，塘内混栽有沉水植物，所有沉水植物的初始栽种密度为5-10株/m2，塘内水深随沉水植物生长高度适当调整;综合生物塘内安装增压泵一台，增压泵与抽水管相连，抽水用于冲厕、洗车、绿化浇灌等。
按上述技术方案，综合生物塘的尺寸为20.0m长×20.0m宽，水深0.5-1.0m;所述的沉水植物为苦草、菹草、伊乐藻、黑藻、狐尾藻等中的一种或多种组合。
考虑到建设成本和维护费用，本发明采用组合湿地技术，具体将曝气垂直流湿地的强硝化与水平折流湿地的反硝化功能有机结合。由于高速公路服务区大便池及餐饮污水含有的固体有机物很难被湿地反硝化所利用。为此，将大便池和餐饮污水先引入发酵池进行厌氧发酵，产生的沼气用于湿地反硝化，氨氮含量高的发酵液和小便池冲厕污水进入调节池，随后进入曝气垂直流湿地进行硝化反应，再经水平折流湿地反硝化以及综合生物塘的复氧和进一步氮磷吸收，最终实现高效脱氮除磷。
本发明与现有技术相比，其有益效果与优点在于：
1、本发明以人工湿地为净水单元核心，相比于传统生物法工艺，构建成本和运行维护管理费用低，对水量需求量小，抗冲击负荷能力强，充分利用太阳能，净化效果好，生态、美观。通过耦合曝气垂直流湿地的强硝化与水平折流湿地的反硝化，不仅实现了氨氮、总氮的同步高效脱除，同时还有效去除了有机物、磷等污染物，减轻了服务区污水对周遭环境的负荷。
2、本发明依据高速公路服务区污水的不同来源特性，提出了公路服务区污水分质处理方法。将大便池的便物和餐饮污水引入发酵池进行厌氧发酵，一方面进行大分子有机物氨化和水解，这样便于湿地后续硝化反应，也避免湿地堵塞;另一方面，发酵产生的沼气用作反硝化碳源，优化了处理源水中碳源配置，在无需外加碳源条件下实现脱氮效率最大化。
3、本发明最终出水有机物、氮磷污染物含量低，透明度、溶解氧含量高，处理水体可以直接外排，也可以回用于服务区冲厕、洗车、道路冲洗、绿化浇灌等，提高水资源循环使用率，节省对清水资源的消耗，实现节水、减排。
4、该装置结构简单、能耗低。
