本研究针对一线设计人员在实际工作中发现的高速公路服务区污水处理脱氮除磷效果不理想、抗冲击负荷能力差、运行稳定性不佳等问题,对江苏省高速公路服务区污水处理现状进行调研,分析其存在问题及污水水质水量变化规律。在此基础上,提出分段进水多级A/O+MBR污水处理工艺,并开展工艺参数优化试验研究。结合试验结果,以五峰山过江通道高速公路服务区污水处理工程为例,进行工艺设计计算及施工图设计。主要研究结果如下:根据高速公路服务区等级和功能,选择八个服务区进行现场调研并采样分析。调研发现,平峰期各个服务区进水COD、NH4+-N、TN和TP浓度差异较大且各服务区间无明显规律。TN和TP高浓度的出现存在一定相关性,主要来源为冲厕废水。与A~2O工艺相比,MBR工艺具有更高的COD、NH4+-N和TN去除效能,而污水中TP的去除主要依赖于化学除磷。高峰期进水污染物浓度大多高于平峰期,但仍存在着个体差异,污染物去除率无明显变化规律。节假日各等级服务区进水COD、NH4+-N、TN和TP浓度均存在不同程度的升高,浓度变化系数范围分别为2.28～2.53、1.33～1.83、1.38～2.03和1.39。不同等级服务区月用水量变化没有明显的变化规律,这说明高速公路服务区污水受过往人员、车辆等因素影响,没有明显的规律。构建三组分段进水两级A/O+MBR平行装置,在两级A段流量分配比分别为7:3、6:4、5:5条件下,三组装置COD去除效果接近;由于系统不排泥,三组装置TP去除效果相差不大。进水比为7:3时,NH4+-N、TN去除效果较好,去除率分别达到81%和39%。海绵铁填料的投加强化了组合工艺去除COD的效能,海绵铁投加位置对组合工艺去除COD的影响较小;在好氧区投加海绵铁可显著强化组合工艺对NH4+-N、TN去除效果,去除率分别提升28%和84%;投加海绵铁可有效提高TP去除效果,且海绵铁投加量是影响TP去除的主要因素。改性玉米芯填料的投加对组合工艺COD、NH4+-N、TP的去除影响不大,但显著强化了组合工艺去除TN的效能。综合考虑五峰山过江通道高速公路服务区工程特点,该服务区污水处理采用分段进水两级A/O+MBR工艺,设计水量为600 m~3/d,变化系数取2.0,流量分配比取7:3,污泥回流比取200%,调节池停留时间取8 h,生化反应池总停留时间为14.6 h。项目总概算391.78万元,吨水投资约5765元,吨水运行费用1.45元。