鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索

鄒 淵， 高 雪， 劉振亞

(西南交通大學(xué), 四川成都 610031)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于快速發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題越來越成為我國民眾關(guān)注的問題，也是我國政府近年來需要亟待解決的一大問題。其中在環(huán)境污染問題中，水污染問題占據(jù)著很大比例。同時(shí)由于我國城鎮(zhèn)化的速度加快，鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民的生活水平也不斷提高，人均用水量也急劇上升，最終導(dǎo)致大量的污水產(chǎn)生。而我國現(xiàn)狀大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)缺乏完善的污水系統(tǒng)，排水體制以雨污合流制為主，已建管道多為混流的合流管，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水利用暗渠或街邊排水溝未經(jīng)任何處理就近排放入周邊水體，對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)境以及當(dāng)?shù)厮w污染十分嚴(yán)重。

建國以來，我國一直著重于城市生活污水的處理，工程設(shè)計(jì)也是根據(jù)城市污水的特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。而鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水與城市污水有著顯著的不同，鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口相對(duì)分散、污水面廣、污水來源多[1]。因此完全按照處理城市生活污水的方法來設(shè)計(jì)處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水是不合理且不經(jīng)濟(jì)的。本文根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的特點(diǎn)，提出適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理系統(tǒng)。

1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水特點(diǎn)

1.1 生活污水相對(duì)分散

鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)除了集鎮(zhèn)鎮(zhèn)內(nèi)居民居住較為集中以外，鄉(xiāng)鎮(zhèn)附近行政村居民居住不集中，村莊十分分散，生活污水的排放也很分散。而對(duì)于人口居住較為集中的集鎮(zhèn)，由于現(xiàn)狀國內(nèi)大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)并無污水排放和處理系統(tǒng)，生活污水的排放也是比較分散的。集鎮(zhèn)內(nèi)部分居民的污水沿道路旁的排水溝排放至集鎮(zhèn)內(nèi)某一統(tǒng)一的排污口內(nèi)，未經(jīng)任何處理排放至附近水體內(nèi)，而另部分居民的生活污水可能就近排放至屋后的池塘或農(nóng)田內(nèi)，因此污水的排放比較零散，收集該部分污水十分困難。

1.2 生活污水來源廣

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水主要來源于餐廚廢水、洗滌廢水、沐浴廢水以及衛(wèi)生間排水等四個(gè)方面，另外給農(nóng)田和果樹施肥，農(nóng)藥滲進(jìn)農(nóng)田土體中，降雨時(shí)沖刷帶出來的水也是含有污染物的[1]。

1.3 水質(zhì)水量不穩(wěn)定

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)不穩(wěn)定，不同時(shí)段的水質(zhì)差別大，主要污染物為COD、SS、氮、磷以及致病微生物，可生化性強(qiáng)；另一方面，農(nóng)村生活污水水量分布分散、間歇排放、水量變化系數(shù)大，單個(gè)地方生產(chǎn)量少，但是總量還是十分大。

2 排水體制

2.1 排水體制分類

排水體制主要分為三類：截流式合流制、分流制、截流式混流制[2]。

2.1.1 截流式合流制

污水和雨水的收集與輸送采用的是同一套管道系統(tǒng)，在旱季時(shí)主要輸送污水，雨季當(dāng)降雨量小時(shí)輸送污水與初期雨水，并截流至污水處理設(shè)施進(jìn)行處理的排水系統(tǒng)。在管道系統(tǒng)中設(shè)置溢流井是為了在降雨量大時(shí)，將超過了截污干管的輸送能力的部分混合污水經(jīng)溢流井排入水體(圖1)。

圖1 截流式合流制示意

2.1.2 分流制

污水和雨水分別采用獨(dú)立的管道進(jìn)行收集與運(yùn)輸?shù)呐潘到y(tǒng)(圖2)。現(xiàn)在一般新建城市、擴(kuò)建新區(qū)、新建開發(fā)區(qū)等具備較好建設(shè)條件地區(qū)的污水管網(wǎng)系統(tǒng)多采用分流制[3]。

圖2 分流制示意

2.1.3 截流式混流制

該排水系統(tǒng)介于分流制與合流制排水系統(tǒng)之間，它以分流制排水系統(tǒng)為基礎(chǔ)，管道系統(tǒng)中部分管道采用雨污分流。該系統(tǒng)對(duì)旱季時(shí)候少量混入污水排水系統(tǒng)中的雨水與雨季時(shí)的初期雨水進(jìn)行截流，進(jìn)入到污水收集系統(tǒng)進(jìn)行輸送(圖3)。

圖3 截流式混流制示意

2.2 排水體制選擇

排水體制的選擇需要綜合考慮工程的核心目的和項(xiàng)目投資的合理性。對(duì)于一些具備開發(fā)建設(shè)的條件的地區(qū)，如一般新建城市、擴(kuò)建新區(qū)、新建開發(fā)區(qū)等，該類地區(qū)一般來說總體規(guī)劃與排水規(guī)劃比較完善，因此在設(shè)計(jì)時(shí)多采用雨污分流制的排水系統(tǒng)。而我國現(xiàn)狀絕大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)尤其是西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的排水系統(tǒng)基礎(chǔ)十分薄弱，缺乏完善的排水專項(xiàng)規(guī)劃，且這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的街道大多都十分狹窄、兩側(cè)建筑密集、施工難度大。針對(duì)現(xiàn)狀排水系統(tǒng)基礎(chǔ)十分薄弱的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如果要采用徹底的雨污分流制的排水系統(tǒng)則需要逐戶改造，需要在十分狹窄的街道內(nèi)敷設(shè)雨水和污水兩套管網(wǎng)，施工難度極大，與之相對(duì)的工程造價(jià)也必然巨大，項(xiàng)目的工程周期也必將漫長，同時(shí)導(dǎo)致短期內(nèi)污水仍然得不到妥善的處理，鄉(xiāng)鎮(zhèn)水環(huán)境惡化的壓力持續(xù)增加。所以對(duì)于該類鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的排水體制應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況分近遠(yuǎn)期考慮，在有條件源頭進(jìn)行雨污分流的地區(qū)可實(shí)行源頭雨污分流，而在部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路十分狹窄不具備施工條件的地區(qū)可在現(xiàn)有污水排水路徑的中下游截流，待到后期條件具備時(shí)分步實(shí)現(xiàn)雨污分流的改造。因此，對(duì)現(xiàn)狀排水系統(tǒng)薄弱、建成街道狹窄、施工條件差的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，為短期內(nèi)迅速改善水污染問題，宜采用截流式混流制。

該排水體制的核心是截污干管設(shè)計(jì)的合理性，截污干管的設(shè)計(jì)應(yīng)首先對(duì)現(xiàn)狀排污口進(jìn)行充分調(diào)查；然后根據(jù)現(xiàn)狀主要排污口的分布情況，合理確定干管走向以截流收集全部現(xiàn)狀排污口的污水；最后結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)總體規(guī)劃合理確定截污主干管埋深和布置預(yù)留井，并預(yù)留高程空間，以便上游支管網(wǎng)接入。截污的技術(shù)措施主要是在現(xiàn)狀雨污混流的排污口處設(shè)置截污堰以實(shí)現(xiàn)旱季污水的全部截流和一定數(shù)量的初期雨水截流。

3 污水處理系統(tǒng)與工藝

3.1 污水處理系統(tǒng)選擇

污水處理系統(tǒng)主要分為兩類：集中式處理系統(tǒng)與分散式處理系統(tǒng)。現(xiàn)狀城市市政工程污水的設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)大多采用的是集中式處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于城市這種居住集中、處理規(guī)模大、污染源較為集中的地區(qū)。而對(duì)于像旅游景點(diǎn)、農(nóng)鄉(xiāng)結(jié)合部等污水產(chǎn)量少、來源分散等特點(diǎn)的地區(qū)，采用集中處理并不適宜，對(duì)該類污水，國內(nèi)外的學(xué)者都積極倡導(dǎo)污水分散處理思想，即就地處理、就地回用，實(shí)現(xiàn)水平衡和水循環(huán)[4]。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)除了集鎮(zhèn)內(nèi)人口居住較為集中外，鄉(xiāng)鎮(zhèn)所屬行政村的居住都是比較分散的且部分村落遠(yuǎn)離集鎮(zhèn)。因此在設(shè)計(jì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮兩種處理系統(tǒng)。對(duì)于集鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的污水，可采用集中處理系統(tǒng)進(jìn)行集中處理。而對(duì)于遠(yuǎn)離集鎮(zhèn)的村落與因地形難以接入集鎮(zhèn)管網(wǎng)的村落可采用分散式處理，就地處理。因地制宜，采用分散處理、集中與分散結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。

3.2 污水處理工藝

3.2.1 污水處理工藝要求

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水與城市生活污水有所差異，因此在污水處理工藝要求上也有所差異。考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)選擇污水處理工藝時(shí)，可結(jié)合下列幾點(diǎn)要求進(jìn)行選擇。

3.2.1.1 基建費(fèi)用少，運(yùn)行成本低

雖然我國城鎮(zhèn)化的速度不斷加快，但目前來說我國大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)不夠發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)承受能力較弱。在建設(shè)工程時(shí)，資金需求往往依賴于國家的稅收。因此在設(shè)計(jì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工藝時(shí)，宜具備工程投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，使工程投資與運(yùn)行成本與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)水平相適宜。一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)在投資力度不高于1 100元/m3.d時(shí)能夠正常進(jìn)行工程建設(shè)，運(yùn)行過程中的總成本為0.60～0.70元/m3[5]。

3.2.1.2 運(yùn)行管理簡單

由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理操作人員專業(yè)水平相對(duì)較差，故在選擇處理工藝時(shí)，應(yīng)具備運(yùn)行管理簡單的特點(diǎn)，不宜有技術(shù)含量較高的環(huán)節(jié)，方便運(yùn)行管理人員的操作。

3.2.1.3 較強(qiáng)的耐沖擊復(fù)核能力

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水通常隨著季節(jié)而變化，具有一定的季節(jié)性。一般時(shí)節(jié)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)外出務(wù)工人數(shù)較大，水污染程度低，但在春節(jié)等節(jié)假期間人口會(huì)突然增加，導(dǎo)致水污染程度變高，水質(zhì)變化較大。因此，選擇工藝時(shí)必須考慮到這點(diǎn)，所選工藝應(yīng)適應(yīng)水質(zhì)水量的季節(jié)波動(dòng)[5]。

3.2.2 常用污水處理工藝

我國現(xiàn)狀鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工程中污水處理工藝應(yīng)用較多的主要有CASS工藝、A/O工藝、A2/O工藝、人工快滲系統(tǒng)[6]。

3.2.2.1 CASS工藝

CASS工藝是國內(nèi)外污水處理工程中運(yùn)用較多的一種工藝，由于其流程簡單、占地面積小、投資較低，因此常常應(yīng)用于小鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水站中，但是根據(jù)這些運(yùn)用案列顯示實(shí)際運(yùn)行效果并不樂觀[6]。由于該工藝以時(shí)序控制為主，而污水水質(zhì)時(shí)常變化，因此為保證出水效果，需要根據(jù)污水水質(zhì)變化來調(diào)整工作程序，該操作較具技術(shù)含量，而一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水站的現(xiàn)場(chǎng)管理人員由于技術(shù)能力比較薄弱，可能無法按照實(shí)時(shí)的進(jìn)、出水質(zhì)變化情況來調(diào)整曝氣時(shí)間，而只能按照固定機(jī)械式的操作，長期如此運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致處理效果降低。

3.2.2.2 A/O工藝

A/O工藝是在傳統(tǒng)的活性污泥法的基礎(chǔ)上，加入缺氧生活進(jìn)行前處理，最后將污水進(jìn)行脫氮處理。該工藝流程簡單，投資省，操作費(fèi)用低，對(duì)廢水中的有機(jī)物，氮磷等均有較高的處理效果。但該流程中二沉池的混合物含有一定量的硝態(tài)氮，若現(xiàn)場(chǎng)人員操作不當(dāng)，產(chǎn)生了反硝化反應(yīng)，就會(huì)產(chǎn)生大量氮?dú)猓瑢?dǎo)致污泥上浮，活性污泥流失。由于無法達(dá)到同時(shí)脫氮除磷，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化，可能無法滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)[6]。

3.2.2.3 A2/O工藝

該工藝是目前流程最簡單，應(yīng)用最廣泛的脫氮除磷工藝，該工藝的主要特點(diǎn)有：(1)厭氧-缺氧-好氧交替運(yùn)行、絲狀菌很難穩(wěn)定地生長，更不會(huì)大量繁殖，因此基本不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，SVI值不大于100；(2)根據(jù)不同微生物的生長特點(diǎn)，將三個(gè)區(qū)域完全隔離開，利于各種微生物的生長繁殖，有效促進(jìn)了對(duì)應(yīng)污染物去除效率；(3)運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)水質(zhì)變化適應(yīng)能力較強(qiáng)。

但不足的是該工藝的脫氮與除磷效果都難于進(jìn)一步的提高，污泥增長也有限值，提高難度較大；工藝運(yùn)行能耗較高。

3.2.2.4 人工快滲系統(tǒng)

人工快滲系統(tǒng)是一種新型的污水處理技術(shù)，既能用于生活污水的處理，也可用于凈化改善受污染河流水水質(zhì)。該系統(tǒng)在土地快速滲濾系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)而得的，它用具有良好滲透性的煤矸石、陶粒及天然河砂作為滲透過濾的介質(zhì)，取代了天然土層的作用，將系統(tǒng)中的水力負(fù)荷在很大程度上加以提高[7]。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：一是出水效果好，經(jīng)該系統(tǒng)處理后，出水水質(zhì)可達(dá)到GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[8]；二是建設(shè)、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行管理方便、適用范圍廣，比較適用于沒有完善污水系統(tǒng)的地區(qū)；三是抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，短時(shí)間的水質(zhì)水量突變不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，出水依舊穩(wěn)定。但不足的是該系統(tǒng)的微生物在填料中的生長情況難以定性衡量，且快滲池中長草較為迅速，需要人工頻繁翻曬，導(dǎo)致勞動(dòng)力的投入加大。

4 結(jié)論

鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)污水來源廣、產(chǎn)生源分散且水質(zhì)、水量變化大，與城市污水有顯著的差別，因此對(duì)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)污水的收集和處理應(yīng)該對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況有所考慮。對(duì)于某些排水基礎(chǔ)設(shè)施比較缺乏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，排水體制近期可按截流式混流制進(jìn)行設(shè)計(jì)，待遠(yuǎn)期建設(shè)條件成熟后逐步改造為雨污分流制。污水處理系統(tǒng)可因地制宜，采用分散處理、集中與分散結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇應(yīng)考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)情況，按照經(jīng)濟(jì)高效、簡便易行的原則合理選擇現(xiàn)有成熟處理工藝，即按照選擇的工藝技術(shù)的相關(guān)要求以及方便建成后污水處理設(shè)施營運(yùn)管理的相關(guān)要求，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置。