一體化污水處理工藝設計與運行性能探討

劉孟浩 姜伊凡

中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 430010

當前，我國有的地區面臨著污水處理設施配置不足的問題，與國家倡導的可持續發展戰略不符。針對這種情況，加快污水處理建設成為當前城鎮化建設中亟待解決的問題[1-2]。

1 污水處理站建設需求

某區域遠離城鎮中心，周圍建有居民小區，以住宅建筑和公寓為主，總建筑面積為71288.32m2，居住人員較多，且附近沒有市政污水處理廠，也缺少污水收集管網，日常產生的污水只能通過外運或者自建污水處理系統解決。調查發現，如果采用外運的方式，所產生的費用約為40 元/ m3；如果通過污水處理廠處理，費用僅1～2 元/ m3。從長遠的角度來看，通過自建污水處理站，處理達標后排放或回收利用都是比較經濟的選擇。

調查發現，污水的產生主要來自于居民的廚衛生活用水，污水水質與水量和居民的作息時間密切相關；污水水質、水量變化系數較高，且污水的生化性能較好、毒性較小。另外，該小區旅居人口較多，污水的水質、水量變化也與季節、節假日等因素關系較大。

2 污水處理水量與水質的確定

2.1 日處理水量的確定

在建設污水處理站前期進行了詳細的調查，附近居民多為旅居人口，污水主要來源是附近居民小區和寫字樓生活污水。經過統計，附近小區居民共有762 戶，人口數量超過1500 人，寫字樓辦公人員僅為30 人。按照本地用水定額進行計算，城鎮居民為100L/ (人·d)，辦公人員用水定額為40L/ (人·d)，產污系數為85%。綜合以上各數據后進行測算，每小時處理水量按照6.5m3計算，確定所建污水處理站的日處理水量為150m3。

2.2 水質的確定

污水主要源自于附近居民的廚衛用水，對排放污水進行采樣檢測，確定污水處理站進水水質，所得數據見表1。污水經過處理后需要排入附近某河道中，該河道上游水質按照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類標準，保護級別為Ⅲ類。另外，居住在附近的居民經常在河中清洗衣物和蔬菜，按照這種情況污水排放水質應執行《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/ T 18920—2020）的標準，才能做到不影響附近居民的正常生活。綜合多方面因素后，確定污水處理站排放水質執行《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/ T 18920—2020）的標準，對標準中未明確的物質參數按照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準執行。

表1 污水水質相關參數

3 一體污水處理工藝設計

3.1 整體設計思路

在設計中需要考慮到污水處理站建設地址、小區的入住率、建設工期、投資成本、對周圍環境的影響等。綜合考慮污水處理站建設條件、周圍居民小區環境、市政景觀要求，還要考慮到污水處理站運行成本與建設費用，按照經濟、合理、節能的原則，確定污水處理站建于居民小區內部一角；附近小區建設時間短，前期入住率較低，并且旅居人口較多，在旅游旺季時居民的入住率較高，所產生的污水排放量也較大；建設方要求污水處理站要在最短的時間內建成，工期緊、任務重；要求污水處理站占地面積小，嚴格控制投資成本，污水處理站建成之后運行成本要低，費用來源主要包括藥劑、用電、工人等幾個方面；污水處理設備運行過程中避免產生臭氣和噪音，以免影響到附近居民的正常生活。綜合以上各種因素后，確定采用一體化地埋式污水處理裝置。

3.2 污水處理工藝確定

3.2.1 生化處理工藝

在選擇污水生化處理工藝時考慮到建設方要求，選擇投資成本少、運行成本低，且比較成熟、運行穩定的工藝。根據表1 中進水水質數據可以確定，進水的可生化性能較好，脫氮作用所需碳源比較充足，采用生物處理技術可以保證出水水質達到到排放標準要求。因污水處理排放水質執行《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/ T 18920—2020）標準，對出水的質量要求較高，因此生物處理技術宜選用強化脫氧除磷工藝。目前在小規模污水處理中應用較多的有A2/ O- MBR、SBR、生物膜+A2/ O、CASS 等技術。綜合考慮投資成本、運行成本、水質要求等因素，本項目采用生物膜+A2/ O 工藝為二級生化處理工藝。與傳統的+A2/ O 工藝相比，生物膜+A2/ O 工藝在缺氧池和好氧池中均加入了組合型填料。這樣反應池中的微生物能夠更好地附著在上面，為各種菌群提供良好的環境。另外，加入組合型填料后可以有效提高反應池中溶解氧的濃度，提高反應效果[3]。

3.2.2 污水深度處理工藝

經過生化處理后的水中依然含有大量雜質，深度處理就是為進一步凈化水質。按照出水標準，要求TP 含量≤0.5mg/ L，去除率達到87.5%，需要在深度處理工藝中加入除磷環節；要求SS 含量≤10，需要在深度處理工藝中加入過濾環節，才能符合排放標準；出水水質對于大腸埃希氏菌有嚴格要求，需要在深度處理工藝中加入消毒環節。綜合以上因素，深度處理選擇混凝沉淀→過濾→消毒工藝，使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑，聚合氯化鋁作為混凝劑。

3.2.3 一體化工藝流程

在生化處理工藝中選用格柵→調節池對進水進行預處理，在深度處理工藝中選擇混凝沉淀→過濾→消毒工藝進行深度處理。因此一體工藝流程為：格柵→調節池→沉淀→過濾→消毒，最后水質達標排放。

3.3 污水處理站整體布置

根據前期規劃設計，污水處理站建設用地為200m2，構筑物主要包括格柵槽、調節池、深度處理池及設備室。其中格柵槽、調節池占地面積較大，采用鋼筋混凝土結構形式；其他構筑物占地面積較小，設備種類較多，結構相對復雜，均采用一體化污水處理裝置。整體布局采用2 列設計，每列污水處理量為75m3/ d，在周圍居民入住率較低的時候采用一列運行，這樣可以最大限度節約能源。一體化污水處理裝置由4 個碳鋼材質的箱體組成，其中兩個箱體為生化處理裝置，一個箱體為深度處理裝置，最后一個箱體為設備室。安裝一體化污水處理裝置前，需要按照箱體尺寸開挖基坑，并做好墊層；待箱體安裝完畢回填，并覆蓋土層種植綠植作為綠化[4]。

4 一體化污水處理裝置運行效果

4.1 出水水質檢測

因附近居民入住率較低，只啟用一列污水處理裝置，經測定平均水量在50m3/ d。采樣點分別設置在污水處理站的進水口和出水口。在污水處理站建成之后，選擇4 個時間段每天采樣一次，分別是1 月份、4 月份、7 月份和10月份。對試樣進行測定后發現，所有試樣的各項指標均符合排放標準要求，污水處理站穩定運行。并且，后期的水質數據比前期更加穩定，說明污水處理站經過一段時間的運行，污水處理系統的抗沖擊能力得到加強，菌群也處在穩定狀態。

4.2 成本計算

在投入運營后，污水處理站的費用主要來自設置運轉電費、人工費、藥劑費、污水處理后污泥外運費用和其他雜費[5]。綜合各項費用后，污水處理費為1.22 元/ t，與中型污水處理廠相比成本比較接近，符合節能運行的要求。

4.3 日常運行維護管理

因一體化處理裝置深埋地下，加大了運行維護的難度，也增加了安全隱患，因此采用了性能優良的安全監測系統。要求工作人員能夠熟練掌握污水處理系統的運行參數、運行細節，中控室值班人員應熟悉污水處理視頻監控系統和自動化控制系統的操作。按照設備運行要求確定日常維護頻率，提高污水處理設備的運行能力，減少設備更換頻率。

4.4 一體污水處理系統的應用優勢

（1）生化處理工藝的優勢：在本工程中采用了生物膜+A2/ O 工藝，具有抗沖擊負荷能力強、出水水質好的優點。在缺氧池和好氧池中均添加組合型填料，為菌群生長提供了良好的環境，提高了處理效果，即使水質、水量變化較大時也能夠很好的適應。

（2）空間布置上的優勢：污水處理站采用兩列布置，當水量較小時只需要啟動一列即可滿足污水處理需求；當居民入住率高、污水排放量大時，可以同時啟動兩列設備，體現了節能的設計理念。

（3）地埋式設計的優勢：本工程中一體化污水處理系統深埋地下，減少了地上空間的使用，可以進行綠化；污水處理設備在地下運行，減少了噪音對周圍居民的影響，同時產生的臭氣被密封在密閉的空間內，不會影響周圍居民的生活。地埋式設計體現了綠色、環保的設計理念[6]。

（4）大大節約了建設工期：一體化污水處理裝置是由4 個箱體組成，僅需要提前挖好基坑、做好墊層，安裝完成后回填即可完成安裝，施工速度快、簡便。且一體化設備占地面積較小，大大縮減了施工工期。

（5）污水經過處理后可回收利用：污水處理站建設標準是按照《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/ T 18920—2020）執行的，出水水質完全符合排放標準要求。因此經過處理后的水可以作為小區綠化用水，節約淡水資源[7]。

5 結語

隨著我國城鎮化建設的發展，國家對于郊區、農村污水處理越來越重視。因這些區域距離城市污水處理廠較遠且較分散，更加適合投資小、運行穩定、運行成本低、運維管理簡單的小型污水處理系統。在這種背景下，一體化污水處理系統應運而生，更加適合偏遠的農村、城鎮郊區。本案例中的一體化污水處理系統安裝在無管網、遠離污水處理廠的區域，污水轉運費用較高，因此選擇自建一體化污水處理站的方式解決附近居民污水處理問題。在本工程中選用處理效果好的生物膜+A2/ O 工藝和集混凝沉淀→過濾→消毒于一體的深度處理工藝。經過一年的運行，期間進行了4 次取樣檢測，出水水質均達到了排放標準要求，運行效果良好。缺點是該一體化裝置自動化水平較低，在今后研究中應將自動化控制、運維管理、運行成本等方面作為研究突破的重要方向。