鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)計(jì)探討
——以京山市鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例

文／李逾 中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司湖南分公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

1、項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目名稱(chēng)

京山市小集鎮(zhèn)（村）污水處理建設(shè)項(xiàng)目。

1.2 建設(shè)單位

京山市城市管理局。

1.3 項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)

京山市下轄的新市鎮(zhèn)天王小集鎮(zhèn)、羅店鎮(zhèn)仁和小集鎮(zhèn)、雁門(mén)口鎮(zhèn)瓦廟小集鎮(zhèn)、孫橋鎮(zhèn)陳集小集鎮(zhèn)、坪壩鎮(zhèn)晏店小集鎮(zhèn)晏店村、坪壩鎮(zhèn)晏店小集鎮(zhèn)和平村、曹武鎮(zhèn)朱嶺小集鎮(zhèn)、錢(qián)場(chǎng)鎮(zhèn)龍泉小集鎮(zhèn)、永漋鎮(zhèn)王寶小集鎮(zhèn)、石龍鎮(zhèn)義和小集鎮(zhèn)。

1.4 主要工程內(nèi)容

京山市小集鎮(zhèn)（村）污水處理建設(shè)項(xiàng)目，建設(shè)內(nèi)容包含污水處理站和配套污水收集管網(wǎng)兩部分。新市鎮(zhèn)天王小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為50m3/d、羅店鎮(zhèn)仁和小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為250m3/d、雁門(mén)口鎮(zhèn)瓦廟小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為350m3/d、孫橋鎮(zhèn)陳集小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為150m3/d、坪壩鎮(zhèn)晏店小集鎮(zhèn)晏店村污水處理站建設(shè)規(guī)模為100m3/d、坪壩鎮(zhèn)晏店小集鎮(zhèn)和平村污水處理站建設(shè)規(guī)模為100m3/d、曹武鎮(zhèn)朱嶺小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為200m3/d、錢(qián)場(chǎng)鎮(zhèn)龍泉小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為250m3/d、永漋鎮(zhèn)王寶小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為150m3/d、石龍鎮(zhèn)義和小集鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)規(guī)模為150m3/d，主要服務(wù)范圍為京山市各小集鎮(zhèn)所轄集鎮(zhèn)范圍內(nèi)的生活污水，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

污水處理站主要采用工藝流程如下：

主要建設(shè)內(nèi)容有：調(diào)節(jié)組合池（包含格柵沉砂池、調(diào)節(jié)池、儲(chǔ)泥池）、一體化設(shè)備（包含消毒計(jì)量設(shè)施）、排放渠。

新建各小集鎮(zhèn)污水處理站配套新建污水收集管網(wǎng)，污水管網(wǎng)部分主要內(nèi)容有：污水干管、污水接戶(hù)管、檢查井、沉泥井等。主干管和支管采用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管，新建DN300 管道25989m；入戶(hù)管采用UPVC 塑料管，包括dn160 管道15392m、dn225 管道18225m。

2、污水處理工藝方案選擇及確定

2.1 污水處理工藝選擇原則

作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分和水污染治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，污水處理系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行至關(guān)重要。由于污水處理工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)不僅成本高昂，而且受到諸多因素的限制和影響，因此處理工藝方案的優(yōu)化選擇對(duì)于保證污水處理系統(tǒng)的性能和降低人工成本最為關(guān)鍵。 因此，有必要確定標(biāo)準(zhǔn)和通則，從整體優(yōu)化的理念出發(fā)，結(jié)合項(xiàng)目規(guī)模、污水水質(zhì)特點(diǎn)和當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選擇可行、經(jīng)濟(jì)、合理的處理工藝方案，經(jīng)過(guò)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較、選擇和優(yōu)化整體工藝方案和實(shí)施方法。

結(jié)合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的實(shí)際情況，在污水處理工藝選擇時(shí)需要遵循以下原則：

（1）貫徹國(guó)家關(guān)于環(huán)境保護(hù)的方針和政策，使設(shè)計(jì)符合國(guó)家的有關(guān)法規(guī)、規(guī)范。經(jīng)處理后排放的污水水質(zhì)符合國(guó)家和地方的有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，符合環(huán)境保護(hù)的要求，能有效保護(hù)下游河流水質(zhì)。

（2）考慮應(yīng)急和長(zhǎng)期服務(wù)相結(jié)合的原則，工程要投資少，實(shí)施易，建設(shè)周期短，見(jiàn)效快，充分發(fā)揮建設(shè)項(xiàng)目的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）工藝選擇時(shí)要求工藝流程簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行管理方便的處理工藝。注意首選管理人員少，產(chǎn)泥量少或沒(méi)有污泥處理工藝的深度處理技術(shù)，以減少污泥等的二次污染。

（4）充分利用現(xiàn)有地形，對(duì)處理系統(tǒng)各部分合理布局，盡量減少污水提升和減少占地。

（5）采用先進(jìn)、可靠的自動(dòng)化控制技術(shù)，提高管理水平，保證處理工藝運(yùn)行在最佳狀態(tài)，盡可能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 污染物去除機(jī)理

在采用生物脫氮除磷的活性污泥工藝中，不同的污染物是以不同的方式去除的。

（1）SS 的去除

污水中SS 的去除主要依靠降水。污水中的無(wú)機(jī)顆粒和大直徑有機(jī)顆粒可通過(guò)自然沉降去除；小粒徑有機(jī)顆粒通過(guò)微生物降解去除，而小粒徑無(wú)機(jī)顆粒（包括膠體和亞膠體范圍的無(wú)機(jī)顆粒）顆粒依靠活性污泥絮體的吸附和網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，與活性污泥絮體一起沉積去除。

污水廠出水懸浮物濃度不僅與出水SS 指標(biāo)有關(guān)，還與出水BOD5、CODCr、TP 等指標(biāo)有關(guān)。由于廢懸浮物的主要成分是活性污泥，其有機(jī)物含量高，有機(jī)物本身含有磷，因此出水懸浮物含量較高會(huì)增加出水的BOD5、CODCr 和TP。因此，控制污水處理廠的SS 出水指數(shù)是最基本也是最重要的。

（2）BOD5 的去除

污水中BOD5 的去除是通過(guò)微生物的吸附代謝，再通過(guò)泥水分離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

活性污泥中的微生物利用污水中的一部分有機(jī)物在好氧條件下合成新的細(xì)胞，另一部分有機(jī)物被分解代謝以獲得細(xì)胞合成所需的能量。最終產(chǎn)物是CO2、H2O 等穩(wěn)定物質(zhì)，其本質(zhì)是將液相中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為固相物質(zhì)，表現(xiàn)為活性污泥量的增加。

（3）COD 去除

污水中 CCP 的去除原理與 BOD 5 基本相同。污水處理廠出水的剩余 CCP 即 CCP 去除率取決于原廢水的生物降解性，這與市政污水的成分有關(guān)。京山市小集鎮(zhèn)污水處理廠BOD5/COD 大于0.3，可進(jìn)行生化處理，二級(jí)處理工藝可產(chǎn)生COD ≤50mg/L。

（4）N 的去除

污水處理工程一般采用生物反硝化來(lái)實(shí)現(xiàn)N 的去除。氮是蛋白質(zhì)的重要組成部分，廣泛存在于城市污水中。當(dāng)有機(jī)物被氧化時(shí)，污水中的有機(jī)氮也被氧化成氨態(tài)氮，當(dāng)溶解氧充足、污泥周期長(zhǎng)時(shí)，氨態(tài)氮進(jìn)一步被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，通常稱(chēng)為硝化過(guò)程。好氧生物廢水處理后，大部分凱氏氮被氧化成硝酸鹽，反硝化菌可以在極低的溶解氧濃度或缺氧條件下，利用硝酸鹽中的氮作為電子受體來(lái)氧化有機(jī)物。將硝酸鹽中的氮還原為氮（N2），完成污水反硝化過(guò)程，通常稱(chēng)為反硝化過(guò)程。

（5）P 的去除

污水除磷主要包括生物除磷和化學(xué)除磷。市政污水一般采用生物除磷，必要時(shí)輔以化學(xué)除磷，確保廢水中磷濃度達(dá)標(biāo)排放要求，最大限度降低投藥和處理成本。生物除磷是指污水中積聚磷的細(xì)菌在厭氧條件下受到抑制，在體內(nèi)釋放磷酸鹽，為有機(jī)物的吸收和快速分解創(chuàng)造能量，轉(zhuǎn)化為PHB（聚-β-羥基丁酸）儲(chǔ)存。 .當(dāng)這些儲(chǔ)磷菌進(jìn)入好氧條件時(shí)，它們會(huì)分解體內(nèi)儲(chǔ)存的PHB，產(chǎn)生能量供細(xì)胞合成和吸收磷，形成高濃度的含磷污泥，一起從系統(tǒng)中釋放出來(lái)。 .利用剩余污泥達(dá)到除磷目的。生物除磷的優(yōu)點(diǎn)是不增加剩余污泥量，處理成本低。缺點(diǎn)是為了避免磷重新釋放到剩余污泥中，在污泥處理工藝的選擇上存在一定的局限性。

資料表明，厭氧階段釋放1 毫克磷吸收儲(chǔ)存的有機(jī)物，好氧消化后產(chǎn)生的能量用于細(xì)胞合成和增殖，可吸收2-2.4毫克磷。因此，磷的吸收取決于磷的釋放，而磷的釋放又取決于下水道中存在的可快速降解的有機(jī)物的含量。一般來(lái)說(shuō)，這種有機(jī)物與磷的比例越高，減磷效果越好。

2.3 污水處理工藝選擇

2.3.1 預(yù)處理工藝選擇

（1）格柵

格柵主要安裝在污水處理構(gòu)筑物的前端，用來(lái)截留污水中較大漂浮物和懸浮物，如：纖維、碎發(fā)、毛發(fā)、果皮、蔬菜、木片、布條、塑料制品等，防止堵塞和纏繞水泵機(jī)組、曝氣器、管道閥門(mén)、處理構(gòu)筑物配水設(shè)施、進(jìn)出水口，減少后續(xù)處理產(chǎn)生的浮渣，保證污水處理設(shè)施的正常運(yùn)行。

格柵根據(jù)處理規(guī)模選擇，一般選用人工清除格柵，水量較大時(shí)采用機(jī)械格柵，本項(xiàng)目污水規(guī)模較小，采用人工清除格柵。

（2）沉砂池

沉砂池的功能是從污水中分離比重較大的無(wú)機(jī)顆粒，減輕后續(xù)處理單元的負(fù)荷，又能使污水中無(wú)機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒得以分離，便于分別處理和處置，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，本工程需設(shè)置沉砂池。

（3）調(diào)節(jié)池

根據(jù)《鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理工作指南》的要求，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠需對(duì)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于本污水處理站只收納生活污水，故污水水質(zhì)基本穩(wěn)定，無(wú)較大波動(dòng)，本項(xiàng)目不考慮設(shè)置事故池，只設(shè)置調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池內(nèi)帶有提升泵。

2.3.2 生化處理工藝選擇

目前，農(nóng)村污水處理站常用的具有脫氮除磷效果的污水處理工藝有很多。各種具有除磷脫氮功能的污水處理工藝都有其適用性及優(yōu)缺點(diǎn)。

由于本項(xiàng)目污水站規(guī)模較小，結(jié)合京山地區(qū)的實(shí)際情況，優(yōu)先考慮采用占地小，能耗低的一體化污水處理設(shè)備進(jìn)行處理，對(duì)目前市面常用的幾種一體式污水處理設(shè)備對(duì)比如下：

2.3.3 生物轉(zhuǎn)盤(pán)膜反應(yīng)器

生物轉(zhuǎn)盤(pán)膜反應(yīng)器屬于生物膜法污水處理工藝，通過(guò)厭氧-缺氧-接觸氧化達(dá)到除磷脫氮的效果。生物轉(zhuǎn)盤(pán)膜反應(yīng)器相對(duì)于其他污水處理工藝，在目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工藝中具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性非常突出的優(yōu)勢(shì)，且具有一體模塊化占地小、處理高效穩(wěn)定、運(yùn)營(yíng)管理簡(jiǎn)單維護(hù)方便、能耗低運(yùn)行成本低等技術(shù)先進(jìn)性；同時(shí)可靈活利用當(dāng)?shù)氐匦蔚貏?shì)，大大減少占地成本和管網(wǎng)成本，建設(shè)投資有一定優(yōu)勢(shì)。當(dāng)從投資運(yùn)行的角度考慮，采用生物轉(zhuǎn)盤(pán)膜反應(yīng)器處理工藝更適合小城鎮(zhèn)污水處理。

反應(yīng)器分為四段——厭氧段、缺氧段、生物轉(zhuǎn)盤(pán)段及高效沉淀段，主要反應(yīng)機(jī)理功能簡(jiǎn)述如下：

厭氧段——強(qiáng)化除磷、抵抗進(jìn)水沖擊

缺氧段——強(qiáng)化反硝化脫氮

生物轉(zhuǎn)盤(pán)段——兼氧條件下強(qiáng)化脫氮和去除有機(jī)物

高效沉淀段——強(qiáng)化沉淀（可酌情投混凝劑保證泥水分離效果）

厭氧段-缺氧段-生物轉(zhuǎn)盤(pán)段由下至上疊加，既能形成各自獨(dú)立生物處理空間，又能形成各系統(tǒng)單元的循環(huán)。采用厭氧-缺氧-接觸氧化除磷脫氮生物膜反應(yīng)器處理小城鎮(zhèn)生活污水時(shí)可在進(jìn)水端設(shè)置調(diào)蓄沉淀裝置進(jìn)行預(yù)處理，污水經(jīng)調(diào)蓄沉淀使進(jìn)入系統(tǒng)的水質(zhì)和水量可控制。生物轉(zhuǎn)盤(pán)膜反應(yīng)器主反應(yīng)區(qū)分為生物轉(zhuǎn)盤(pán)單元和厭氧單元，厭氧單元又分缺氧段和厭氧段，前段由于硝化液回流為缺氧段，后段隨著微生物消耗溶解氧變?yōu)閰捬醐h(huán)境。進(jìn)水、回流污泥、回流消化液混合后依次進(jìn)入缺氧段、厭氧段、生物轉(zhuǎn)盤(pán)區(qū)進(jìn)行生化反應(yīng)，后再進(jìn)入高效沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，上清液排放。

脫氮主要在生物轉(zhuǎn)盤(pán)區(qū)和缺氧段進(jìn)行，首先氨氮在生物轉(zhuǎn)盤(pán)區(qū)進(jìn)行亞硝化、硝化，然后在缺氧段進(jìn)行反硝化。除磷主要在生物轉(zhuǎn)盤(pán)區(qū)和厭氧段進(jìn)行，厭氧段消耗碳源釋磷，生物轉(zhuǎn)盤(pán)區(qū)進(jìn)行好氧聚磷，通過(guò)排放沉淀池剩余污泥進(jìn)行除磷，如果來(lái)水總磷超標(biāo)還可通過(guò)化學(xué)方式除磷。同時(shí)生物轉(zhuǎn)盤(pán)區(qū)生物膜內(nèi)部也存在缺氧、厭氧微環(huán)境，保證系統(tǒng)的脫氮除磷效果。

2.3.4 凈化槽

凈化槽是起源于日本的一種小型分散式生活污水處理裝置，在日本得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在農(nóng)村污水分散處理方面取得了顯著的成果，該技術(shù)在日本已有超過(guò)60年的歷史。凈化槽是將物理和生化處理相結(jié)合，通過(guò)微生物分解，物理沉淀和生化絮凝反應(yīng)來(lái)降低污水中的污染物濃度的一種污水處理設(shè)施。

凈化槽呈臥式結(jié)構(gòu)，它包括依次相接的厭氧接觸區(qū)、缺氧接觸區(qū)、好氧接觸區(qū)和沉淀區(qū)。厭氧接觸區(qū)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，在水解酸化產(chǎn)甲烷菌群作用下分解有機(jī)物，降低后續(xù)負(fù)荷的作用；缺氧接觸區(qū)通過(guò)好氧污水回流較低的溶解氧混合液，在缺氧環(huán)境下硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)，強(qiáng)化脫氮作用的生物反應(yīng)過(guò)程；好氧接觸區(qū)利用生物活性極高的好氧微生物進(jìn)行高效降解污水中的有機(jī)物，同時(shí)氨氮進(jìn)行硝化反應(yīng)。

工藝優(yōu)點(diǎn)：占地面積小；處理效果好，核心多級(jí)接觸氧化系統(tǒng)具有高效脫氮除磷去除有機(jī)物的能力；運(yùn)行處理效果穩(wěn)定，抗水質(zhì)負(fù)荷波動(dòng)的沖擊的能力強(qiáng)；污泥產(chǎn)量少；系統(tǒng)采用半封閉結(jié)構(gòu)，不會(huì)釋放惡臭氣體，可采用地埋式；反應(yīng)器采用一體化設(shè)計(jì)，可以整體吊裝，節(jié)省施工安裝費(fèi)用；運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；運(yùn)行費(fèi)用低，系統(tǒng)主要采用重力推流僅設(shè)置一臺(tái)回流泵和低能耗曝氣系統(tǒng)。

2.3.5 A2/O+MBR 一體化污水處理設(shè)備

“A2/O+MBR 一體化污水處理設(shè)備”是一種將高效膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)相結(jié)合的污水處理工藝。用膜過(guò)濾代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉淀池，提高了設(shè)備的固液分離效果，污泥濃度大幅度提高，污泥負(fù)荷低，處理后的污水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002)一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)消毒處理就可達(dá)到中水回用水質(zhì)要求，直接作為市政用水或進(jìn)一步深度處理回用于工業(yè)用水。

A2/O+MBR 一體化污水處理設(shè)備以定制高強(qiáng)度防腐集裝箱為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，將集裝箱劃分為多個(gè)生物反應(yīng)室，兩個(gè)膜室和一個(gè)控制室。兩個(gè)膜室交替曝氣，實(shí)現(xiàn)對(duì)膜的雙向沖洗，節(jié)約膜氣擦洗能耗的一半；膜室曝氣動(dòng)能推動(dòng)水流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水流在膜室和多個(gè)生化室間的反復(fù)循環(huán)，降低能耗；生化消耗的溶解氧由膜池曝氣提供，降低能耗；膜產(chǎn)水由重力過(guò)濾實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化設(shè)備，降低能耗；實(shí)現(xiàn)膜的原位化學(xué)清洗和膜的自動(dòng)洗膜，保證穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于典型生活污水，COD、氨氮、總氮、總磷、色度、懸浮物等等指標(biāo)連續(xù)穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家污水排放一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 A2/O-MBR 一體化反應(yīng)器示意圖

設(shè)備特點(diǎn)：

（1）出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002)一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)；

（2）設(shè)備緊湊，占地面積小，選址方便，靈活布置；

（3）模塊化配置，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，建設(shè)周期短，易于增容擴(kuò)建；

（4）高度集成，外部配套少，配套費(fèi)用低；

（5）需求定制化，滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的水質(zhì)、水量和排放標(biāo)準(zhǔn)要求；

（6）配套監(jiān)控平臺(tái)，智能遠(yuǎn)程控制，無(wú)人值守。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的快速推進(jìn)，農(nóng)村環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到重視，城市污水處理成為環(huán)保工作的重中之重。 由于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)積壓。 城市排水系統(tǒng)多為雨污結(jié)合，雨污分流實(shí)施前建設(shè)的污水處理廠存在水質(zhì)、水量波動(dòng)大、處理效果不穩(wěn)定等問(wèn)題。 同時(shí)，城市污水處理沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)城市污水的特點(diǎn)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)是不合理和不經(jīng)濟(jì)的。