针对目前我国大多数高速公路服务区存在污水处理设施未正常运行，或是处理效果不理想、出水水质未达到国家排放标准，污染服务区周边环境、居民反应强烈等问题，本文提出了采用组合曝气复合膜生物反应器（MBR）工艺处理高速公路服务区污水的试验研究。并对组合曝气复合MBR工艺应用于高速公路服务区污水处理及中水回用工程进行了技术经济分析。试验研究得出的结果及结论主要有：（1）组合曝气复合MBR的启动及调试试验表明：活性污泥接种、培养和驯化至20天达到稳定运行，出水水质到达《城市污水再生利用·城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）标准，出水总磷未满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中二级标准。微生物镜检发现活性污泥中存在大量的菌胶团和丝状菌、种类繁多的原生动物和一定数量的后生动物，表明净化水质好，食物链长、系统稳定。（2）组合曝气复合MBR正交试验中，分析抽停比、MLSS、HRT、气水比四个因素对COD_Cr、NH₃-N、TP和浊度去除率的影响，得出污水处理效果好的最佳运行参数为：抽停比为7min:3min，MLSS为6⁹g/L，HRT为10h，气水比为20:1。（3）投加悬浮填料构成的组合曝气复合MBR进行挂膜及运行试验中，各污染物的去除情况都优于一体式MBR，比不投加悬浮填料运行时的处理效果也有所提高。出水水质优于《城市污水再生利用·城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）标准。（4）通过清水比通量实验和“流量阶梯法”分别测出纯膜阻力为14.047×10¹¹m^-1和临界膜通量为25³0L/（m²·h）。膜污染防治研究得出：缩短抽吸时间和延长停抽时间，能减缓膜污染，最佳抽停时间比为7min:3min。膜通量越大，跨膜压力（TMP）上升速率越快，膜污染发展越快，得出最佳膜通量为10.47L/（m²·h）。增大曝气量能减缓膜污染，但曝气量太大亦会产生不利因素且增加能耗，得出最佳曝气强度为176.5L/（m²·h）。（5）膜污染控制研究得出：水冲洗对膜污染改善比较明显，但仅能去除膜外部污染即滤饼层，无法去除膜孔的吸附、堵塞等膜内部污染。空曝气可有效降低TMP，暂时恢复膜通量；也仅能去除部分膜面附着的污泥层，亦无法去除膜内部污染。去除膜内部污染可采用化学清洗的方法。（6）以服务区规模为200m³/d的污水处理及中水回用工程为例进行经济分析，得出能耗为0.55KW·h/m³污水，运行费用为0.349元/m³污水。社会环保效益分析，得出污染物减排量：COD_Cr为20.21t/a，NH₃-N为1.72t/a，TP为0.25t/a，SS为10.95t/a。