南安市某農(nóng)村集中式A2/O-MBR工藝污水處理模式分析與應(yīng)用

黃 晗

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司 福建福州 350000)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)村污水無序排放問題日益嚴(yán)重。而適應(yīng)農(nóng)村污水處理的配套設(shè)施建設(shè)不及時，未經(jīng)處理且與日俱增的農(nóng)村生活污水直接排放，不僅造成農(nóng)村生態(tài)環(huán)境破壞，而且直接威脅農(nóng)村地表水、飲用地下水的水質(zhì)安全，也是造成內(nèi)河水質(zhì)污染的主要原因之一[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)行區(qū)域農(nóng)村污染源防治，改善區(qū)域農(nóng)村生態(tài)環(huán)境已刻不容緩。因此，實施區(qū)域農(nóng)村污染源治理工程迫在眉睫[2]。

1 農(nóng)村污水處理模式

(1)農(nóng)戶內(nèi)部污水處理模式

農(nóng)戶內(nèi)部污水處理模式常將糞便污水經(jīng)過化糞池處理后進(jìn)入污水管道，其它雜用水直接進(jìn)入污水管。化糞池上清液、廚房、洗浴間污水收集排至設(shè)在院內(nèi)或周邊的污水處理設(shè)施。農(nóng)戶內(nèi)部污水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 農(nóng)戶內(nèi)部污水處理模式

(2)戶外污水處理模式

戶外污水處理模式根據(jù)人口規(guī)模、聚居程度、地形特點的不同，可以分為分散處理、分片處理和集中處理3種模式[3]。

①分散處理

分散處理是一種適用于較為偏僻的單戶或相鄰農(nóng)戶的污水收集模式。分散處理的污水處理量一般不大于2m3/d，服務(wù)人口約6～20人，服務(wù)家庭戶數(shù)約2～5戶。污水處理設(shè)施通常布置在農(nóng)戶周邊；相鄰農(nóng)戶的化糞池既可單建，也可合建，在單戶收集系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過污水管道或溝渠將2～5 戶的污水引入污水處理設(shè)施。污水分散處理系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 分散處理模式

②分片處理

分片處理適用于受地形等條件限制，相對聚居的幾戶農(nóng)家組成的小型獨立收集系統(tǒng)，或聚集程度相對較高，但受較大河道、溝壑和山地阻隔等地形條件限制，以片區(qū)為單位的收集系統(tǒng)。分片處理的污水處理量一般為2～20m3/d，服務(wù)人口約20～200人，服務(wù)家庭戶數(shù)5～50戶，污水處理設(shè)施布置在村落中；在單戶收集系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過污水管道將各戶的污水引入污水處理設(shè)施。污水分片處理系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 分片處理模式

③集中處理

集中處理是一種適用于地形條件有利于生活污水依靠重力流匯集、聚集程度很高的集居點或地理位置相鄰的幾個自然村的處理方式。集中處理的污水處理量一般大于20m3/d，服務(wù)人口200人以上，服務(wù)家庭戶數(shù)50戶以上。污水處理設(shè)施布置在村落中，在單戶收集系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過污水管道將各戶的污水引入污水處理設(shè)施。污水集中處理系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 集中處理模式

(3)A2/O-MBR工藝原理

A2/O-MBR處理工藝是在A2/O工藝基礎(chǔ)上的深度處理。在A2/O工藝的厭氧池、缺氧池、好氧池中進(jìn)行脫氮除磷后，增加膜反應(yīng)池進(jìn)一步降解有機物，提高脫氮效率，有效去除COD及懸浮顆粒，提高了污泥濃度。并可取消二沉池的建設(shè)，節(jié)約占地面積[4]。

因此對于農(nóng)村污水處理普遍存在征地困難、鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)單個處理站規(guī)模較小而總體數(shù)量多、出水水質(zhì)不易控制的特點，采用占地小、簡單緊湊易維護(hù)、出水水質(zhì)穩(wěn)定的集中式A2/O-MBR工藝污水處理站能夠更好地解決上述問題。

2 集中式A2/O-MBR工藝污水處理模式應(yīng)用分析

2.1 工程概況

以南安市某農(nóng)村為例，常住人口約10 000人，項目區(qū)域內(nèi)排水設(shè)施基礎(chǔ)較差，缺少完善的排水系統(tǒng)，生活污水就近排放，造成周邊水體污染。現(xiàn)有排水渠一般為土渠或石砌、磚砌明渠，滲漏較為嚴(yán)重，村莊產(chǎn)生的生活污水由各戶化糞池、污水池排出，經(jīng)村內(nèi)路邊簡易土渠或石砌、磚砌明渠收集后就近排入水體。該工程通過對項目區(qū)內(nèi)村莊污水收集系統(tǒng)進(jìn)行整治，將生活污水收集至污水管內(nèi)，然后引至村內(nèi)新建集中式污水處理站處理后排放。

2.2 處理站設(shè)計規(guī)模

2.2.1 用水量指標(biāo)

用水量指標(biāo)是預(yù)測用水量及產(chǎn)生污水量的重要參數(shù)，本研究以《南安市城市總體規(guī)劃(2017-2030)》中的用水量預(yù)測為參考，同時綜合考慮該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展布局、人口增長、用水現(xiàn)狀等因素，合理對該片區(qū)用水指標(biāo)進(jìn)行選取。南安市農(nóng)村居民日用水量如表1所示。

表1 南安農(nóng)村居民日用水量參考值

2.2.2 污水量計算

根據(jù)《農(nóng)村生活污水處理導(dǎo)則》(GB/T 37071-2018)，日處理農(nóng)村生活污水量計算可按照以下公式計算確定。

式中：

Q——日處理污水量，單位為立方米每天(m3/d)；

q——人均日生活用水量，單位為升每人天[L/(人·d)]；

n——服務(wù)人口數(shù)，單位為人；

r——排水系數(shù)，用戶產(chǎn)生的污水量與用戶的用水量比值，取0.85；

k——生活污水量的總變化系數(shù)；

R——污水處理率，取0.9。

生活污水量的總變化系數(shù)應(yīng)符合《室外排水設(shè)計規(guī)范》GB 50014-2006(2016年版)的相關(guān)規(guī)定，如表2所示。

表2 生活污水量總變化系數(shù)

該工程污水收集范圍內(nèi)人口約10 000人，村民每人每天用水量為80L，經(jīng)計算日處理污水量為1224m3/d，設(shè)計處理規(guī)模定為1200m3/d。

2.3 進(jìn)出水質(zhì)

合理擬定污水水質(zhì)指標(biāo)是進(jìn)行污水處理站布局方案、優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的前提。農(nóng)村生活污水水質(zhì)指標(biāo)主要受當(dāng)?shù)鼐用裆罴坝盟?xí)慣因素影響。根據(jù)《農(nóng)村生活污染防治技術(shù)政策》(環(huán)發(fā)〔2010〕20號)，結(jié)合南安市部分已建成污水處理站實際進(jìn)水水質(zhì)，該工程生活污水處理站進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

表3 處理站進(jìn)出水水質(zhì)

該工程位于南安市重點流域沿線，農(nóng)村生活污水基本直接排入流域內(nèi)，因此結(jié)合南安市12條重點流域無環(huán)境容量的現(xiàn)狀，本設(shè)計新建污水站出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)(表3)，以減少入河污染物總量。

2.4 總體布置及處理工藝流程

場址西側(cè)為鄉(xiāng)村主干道路，東、北側(cè)為菜地，南側(cè)為河道。村內(nèi)生活污水經(jīng)管道收集后，排入本污水處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用一體化MBR污水處理設(shè)備，進(jìn)水經(jīng)污水格柵井水泵提升進(jìn)入調(diào)節(jié)池，厭氧池、缺氧池、好氧池、MBR池及除磷池，通過A2/O+MBR工藝生物處理，起到生物脫氮除磷的效果，尾水再經(jīng)排放口內(nèi)成套消毒設(shè)備消毒后，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)出水，尾水就近排放。另設(shè)有清水池及清洗投藥設(shè)備對MBR膜進(jìn)行反沖洗，MBR池的污泥則通過污泥提升泵排放至污泥儲池后，由市政清運車定期外運處理。具體布置詳見總平面布置圖(圖5)、工藝流程圖(圖6)。

2.5 主要工藝單元

污水處理工藝單元主要由8部分組成:①調(diào)節(jié)池；②厭氧池；③缺氧池；④生物接觸氧化池(MBBR固定式填料)；⑤MBR池；⑥除磷池；⑦排放口；⑧控制室等。工藝單元系統(tǒng)如圖7所示。成套設(shè)備工藝類型要求，污水站調(diào)節(jié)池停留時間不小于8h，A2/O的污水處理總停留時間不小于11h。回流泵根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)要求，污泥回流比在50%～300%區(qū)間段，混合液回流比在100%～500%區(qū)間段，進(jìn)行調(diào)節(jié)回流量。

圖5 總平面布置圖

圖6 工藝流程圖

(1)格柵井：在調(diào)節(jié)池進(jìn)水前端設(shè)置格柵井1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，L×B×H=7.35×1.8×6.25m，主要為了將漂浮在污水中的雜物攔截，有利于減輕后續(xù)處理單元生化系統(tǒng)的處理負(fù)荷，避免雜物堵塞影響整個工藝系統(tǒng)正常運行[5]。格柵井內(nèi)設(shè)置機械格柵，格柵間隙5 mm，寬度0.8 m；調(diào)節(jié)池進(jìn)水口設(shè)提籃格柵，格柵間隙1.5 mm，柵渣與污泥一起外運處理。

(2)調(diào)節(jié)池：由于時間因素對于污水進(jìn)水水量和水質(zhì)影響較大，且農(nóng)村生活用水階段性較明顯[6]，為保證生物處理系統(tǒng)進(jìn)水穩(wěn)定性，設(shè)置調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)污水進(jìn)水負(fù)荷。本次設(shè)計6座調(diào)節(jié)池，玻璃鋼結(jié)構(gòu)，單體凈尺寸φ3×10m，總有效容積402 m3，停留時間8h。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置潛污泵，以額定流量將污水提升至后續(xù)處理構(gòu)筑物。

(3)厭氧池：厭氧池主要作用為釋放磷，并降低污水中的溶解性有機物濃度。本次設(shè)計3座厭氧池，玻璃鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)含彈性填料，單體凈尺寸φ3×5.6m，總有效容積110 m3，停留時間2.2h。

(4)缺氧池：缺氧池主要作用為脫氮。經(jīng)過格柵井和調(diào)節(jié)池提升污水進(jìn)入缺氧池并與接觸氧化池中的回流硝化液和MBR池回流污泥相混合，缺氧池中放置立體彈性填料作為反硝化細(xì)菌的載體對氨、磷、硫化物進(jìn)行去除從而達(dá)到除磷、脫氮目的[7]。本次設(shè)計3座缺氧池，玻璃鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)含彈性填料，單體凈尺寸φ3×8.5m，總有效容積165 m3，停留時間3.3h。

(5)生物接觸氧化池:設(shè)置立體彈性填料且在底部進(jìn)行微孔曝氣、污水在生化池內(nèi)不斷循環(huán)，充分與填料上的生膜相接觸，達(dá)到有機迅速降解作用,曝氣量氣水比不小于6∶1。本次設(shè)計3座好氧池，玻璃鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)含組合填料，單體凈尺寸φ3×9m，總有效容積175 m3，停留時間3.5h。

(6)MBR池：MBR膜池為系統(tǒng)的主體部分，利用膜實現(xiàn)泥水分離。反應(yīng)池中的微生物被截留，從而大大增加了反應(yīng)罐中活性污泥的濃度，使有機物降解反應(yīng)可以更快，更徹底進(jìn)行；另外，由于膜的高過濾精度，出水可以達(dá)到更優(yōu)水質(zhì)。其中膜采用可以干式保存和永久親水的膜，膜壽命不小于5年，膜表面平均孔徑≤0.1 μm，膜絲機械斷裂強度≥20 MPa，連續(xù)運行膜通量≥15L/m2·h-0.01MPa。本次設(shè)計3座MBR膜池，玻璃鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)含膜片，單體凈尺寸φ3×4m，總有效容積75m3，停留時間1.5h。

(7)除磷池：出水對總磷有要求，為系統(tǒng)除磷的保證率，投加PAC溶液，投加量為20 mg/l。本次設(shè)計3座除磷池，玻璃鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)含斜管填料，單體凈尺寸φ3×4m，總有效容積50 m3，停留時間1h。

(8)排放口: 在除磷池末端設(shè)置排放口1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，L×B×H=2×1×0.9 m，內(nèi)含紫外線消毒器一套，滿足消毒后出水指標(biāo)要求。

圖7 工藝單元系統(tǒng)圖

3 結(jié)語

本文以南安市某農(nóng)村集中式污水處理作為研究內(nèi)容，采用A2/O-MBR工藝，設(shè)計集中式污水處理站對村內(nèi)污水進(jìn)行整治。通過介紹農(nóng)村污水收集處理方式、污水量計算與設(shè)計規(guī)模的確定、處理工藝流程及主要處理單元，為農(nóng)村污水處理提供新思路與借鑒。