北京通州區農村生活污水處理站工藝設計分析

摘 要：【目的】為滿足北京通州區治理農村污水的需求，對一體化污水處理站在農村生活污水處理中的應用進行工藝設計分析。【方法】通過工程實例，分析通州地區農村污水的水量水質，比選污水處理工藝及生物處理單元結構形式。確定采用A3/O＋MBBR＋生物過濾＋消毒的污水處理工藝的一體化裝置，實現農村污水全流程處理。【結果】經污水處理站處理后水質能夠滿足北京市新（改、擴）建農村生活污水處理設施水污染排放二級A標準的要求。【結論】采用A3/O＋MBBR＋生物過濾＋消毒工藝的一體化污水處理站在農村生活污水處理中應用集成度高，安裝快速、簡便，運行維護簡單，可為北方地區農村污水處理設計提供參考。

關鍵詞：農村污水；工藝比選；MBBR

中圖分類號：X703" " " 文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）13-0107-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.022

Process Design and Analysis of Rural Domestic Sewage Treatment

Station in Tongzhou District of Beijing

WU Xuan ZHANG Yuanyuan

（BDG Water Design ＆ Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100068，China）

Abstract： [Purposes] In order to meet the demand of rural sewage treatment in Tongzhou District， Beijing， the application of integrated sewage treatment station in rural domestic sewage treatment was studied. [Methods] Through engineering examples， the quantity and quality of rural sewage in Tongzhou area were analyzed，and the sewage treatment technology and the structure form of biological treatment unit were compared.The use of A3/O+MBBR+ biological filtration + disinfection of sewage treatment process integrated device was determined to achieve the whole process of rural sewage treatment. [Findings] The water quality treated by the sewage treatment station can meet the requirements of the secondary， which is newly built （reformed and expanded） in Beijing. [Conclusions] The integrated sewage treatment station using A3/O+MBBR+ biological filtration + disinfection process has advantages like high degree of application integration in rural domestic sewage treatment， rapid installation， simple operation and maintenance， and provides a reference for rural sewage treatment design in northern China.

Keywords： rural sewage; process comparison; MBBR

0 引言

近些年來，隨著通州區的快速發展，各村鎮人口數量激增，村鎮內生活污水總量增大。為滿足通州區治理農村污水的需求，部分村鎮的多座污水處理站需進行新建或改擴建［1］。現有的農村污水處理站以一體化設備形式為主，具有集成度高，安裝快速、簡便等特點，且采用智能控制系統，運行維護簡單，人員成本低。本研究根據北京通州地區農村污水特點，通過對比分析確定了A3/O＋MBBR＋生物過濾工藝，為同類農村污水處理工程設計提供借鑒和參考。

1 工程設計

1.1 總體設計

1.1.1 設計進出水水質。農村生活日漸城市化，生活污水主要來自農家的廁所沖洗水、廚房洗滌水、洗衣機排水、淋浴排水及其他排水等［2］。根據華北地區農村居民生物污水水質指標，考慮本地居民的生活、飲食習慣、生活污水中其他污染物比例，以及人口和污水量，綜合考慮確定本工程的設計進水水質。設計出水水質按照北京市《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》（DB 11/1612—2019）新（改、擴）建農村生活污水處理設施水污染排放二級A標準，見表1。

1.1.2 設計規模。本項目污水主要來自各農村污水管網系統收集的區域內的生活污水排水，包括住宅和其他公共場所等排出污水，根據當地政府確認，本項目各村均無工業廢水匯入。

①用水定額的確認。污水處理規模受氣候條件、經濟狀況及生活習慣等因素的影響，不同地區的農村污水排放量相差較大，農村污水排放量根據實地調查統計數據確定。通過調研發現，大部分村莊是打井取水，不需上交水費，村民用水量較大。同時，考慮到該片區村莊距離副中心較近，村民的生活質量逐漸提高，大部分村民家的淋浴等用水器具齊全，有些村民在自家院子里洗車、沖灑道路［3］。根據CJJ/T 246—2016《鎮（鄉）村給水工程規劃規范》，結合對該片區村莊用水量的調研及對排污口的實測結果，人均綜合用水量指標按 120 L/（人·d）計。

②工業廢水確認 。本工程污水收集處理工程無工業廢水排入。

③截污系數和產污系數。截污系數由建筑內部給排水設施水平和排水系統的普及程度等因素決定。一般情況下可按當地用水定額的80%～90%計算，本方案按照100%計算。產污系數按照80%計算。

④未預見水量。根據本項目用水習慣，預見水量按照平均日綜合生活污水量的10%計算。

⑤地下水滲漏系數。本地區地下水水位較淺，管網運營過程中不可避免地會造成部分地下水滲入到管道系統中，地下水滲漏系數取值5%。

本項目污水量預測指標見表2。

污水處理站占地360 m2，村常住人口1 491人，流動人口312人。擬新建污水處理站設計規模為200 t/日，變化系數取Kz=2.3（按24小時計），最大時流量為Q=19.17 m3/h。

1.1.3 污水處理廠尾水排放。本項目出水消毒經在線監測水質后排入附近溝渠。

1.1.4" 污水處理廠污泥出路。本工程污泥排入調節池內，由吸泥車定期抽吸外運，由通州區統一安排處治。

1.2" 生物處理工藝結構方案比選

1.2.1 生物處理結構形式。農村污水處理工藝一般在A2/O工藝、MBR工藝、SBR及其變形工藝等3類活性污泥法中選擇。目前，國內小型污水處理站選用裝配式結構較多，主要是考慮到設備占地面積小、管理方便等，大型污水處理廠基本為傳統處理構筑物，設施結構包括裝配式結構和鋼砼結構.兩種不同結構形式的對比見表3、表4。

通過以上技術經濟指標進行比較，水量在50～500 m3/d污水處理廠采用裝配式結構在噸水工程費用低于鋼砼結構，施工周期上少于鋼砼結構，并且在小城鎮污水站中裝配式結構運用廣泛，比較成熟，本工程設計規模為200 m3/d，建議采用一體化裝配式結構作為污水站生化段結構形式。

1.2.2 生物處理工藝比選。污水處理工藝選擇應充分考慮污水量、污水水質，以及經濟條件和管理水平，優先選用技術合理先進、安全可靠、低能耗、低投入、少占地和操作管理方便的成熟工藝。

AAO、SBR［4］、MBR為常見的農村污水處理工藝，結合國內外工程實例，本項目選取以下3種工藝方案進行比選（見表5）。

針對本次項目所涉及的場站，膜生物反應器（MBR）［5］優點為占地面積小，但MBR工藝缺點也比較明顯，如設備種類較多，操作復雜；運行成本高；運營期間MBR膜需定期清洗，維護困難，需要操作技能高的技術人員才能完成；MBR膜通量衰減速度及膜壽命受進水水質影響大，需要定期更換膜組件。SBR+膜過濾工藝自控要求高，變水位運行，電耗高，污泥體積大。而A3/O+MBBR+生物過濾工藝在好氧區投加大比表面積MBBR懸浮填料，作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用而處于流化狀態。通過懸浮填料上掛膜，實現短程硝化反硝化，同步硝化反硝化，增加對總氮的去除效果［6］。該處理工藝吸收了傳統流化床和生物接觸氧化法兩種工藝的優點，具有良好的脫氮除磷效果，抗沖擊載荷能力強，投資費用低，安裝簡單，運營成本更低，運行過程中基本無臭味，剩余污泥產量小。

通過上述比較，A3/O+MBBR+生物過濾工藝一次投資成本低，總體以一體化設備形式為主，具有集成度高，安裝快速、簡便等特點，且采用智能控制系統，運行維護簡單，人員成本低。因此，一體化裝置生物處理單元最終推薦采用A3/O+MBBR+生物過濾工藝。

1.3 污水處理工藝流程和平面布置

本污水處理工程采用提籃格柵+調節池+A3/O+MBBR+生物過濾+消毒工藝。污水處理工藝流程如圖1所示。

來水經提籃格柵截留較大的懸浮物或漂浮物，進入調節池進行水質水量的調節，調節池出水提升進入生化池。本方案選用A3/O生化池，污水在厭氧區內與沉淀區回流的污泥充分混合，聚磷菌在厭氧的環境下充分釋磷，為好氧區的生物除磷奠定基礎，聚磷菌在好氧條件下過量吸磷，降低污水中總磷含量；厭氧區混合液與來自好氧區回流的硝化液在缺氧區混合，反硝化細菌在缺氧條件下成為優勢菌種、充分生長繁殖，從而實現缺氧區高效的生物脫氮。整個生化池可保障出水CODCr、BOD5、氨氮、TN達到排放標準，TP出水指標較低。

經過好氧區后的含污泥混合液，進入沉淀區沉淀并分離出上清液和污泥，其中，上清液進入軟性固定填料過濾區進一步過濾去除SS，部分污泥從沉淀區回流至預脫硝區，維持系統污泥濃度，剩余污泥外排至調節池。經軟性固定填料過濾后的清水進入清水區，消毒后達標回用或排放。

根據規劃要求，本工程設計平面布置按200 m3/d規模考慮。根據矢量圖上污水處理站占地面積360 m2，長度為24 m，寬度為15 m，現污水站按矢量圖上占地面積進行設計。擬建的污水處理站位于西集馬坊村南。污水處理站按照工藝流程，依次有調節池（含格柵）、MBBR生物反應器、設備間等。為節約用地，各構筑物在保證工藝流程順暢性和合理性的條件下應盡量緊湊布置，平面布置如圖2所示。

2 主要建構筑物及設備

2.1 調節池

來水經提升后首先進入調節池，調節水質水量，池內前端設置提籃格柵，用來截流大粒徑固體物，提籃格柵應定期人工清撈。調節池內設2臺提升泵（1用1備），將污水提升至一體化設備內。提升泵采用潛水泵，設計規格：Q=10 m3/h，H=10 m，N=0.75 kW。將污水均勻提升至后續生物池。

主要技術參數：設計規模：200 m3/d，總變化系數Kz=2.3，調節池尺寸：13.2 m×3.5 m×3.72 m，平均時停留時間：12 h。

2.2 生物池

經調節池調節水質水量后，污水首先進入預脫硝區，利用原水中的有機物與從沉淀區回流至預脫硝區的污泥中的硝態氮進行反硝化反應；在預脫硝區反硝化后的含污泥混合液，進入厭氧區進行生物釋磷反應；經過厭氧區釋磷后的含污泥混合液，進入缺氧區與從好氧區回流至缺氧區的硝化液進行反硝化反應；在缺氧區反硝化后的含污泥混合液，進入好氧區進行硝化反應，同時部分硝化液從好氧區回流至缺氧區；經過好氧區后的含污泥混合液，進入沉淀區沉淀并分離出上清液和污泥。其中，上清液進入軟性固定填料過濾區進一步過濾去除SS，部分污泥從沉淀區回流至預脫硝區，維持系統污泥濃度，剩余污泥外排至污泥池，實現生物除磷效果。經軟性固定填料過濾后的清水進入清水區，消毒后達標回用或排放。工藝原理如圖3所示。

A3/O+MBBR+生物過濾一體化污水處理裝置設置1套，預脫硝區停留時間0.6 h，厭氧段停留時間1.0 h，缺氧段停留時間4.0 h，好氧段停留時間5.1 h，沉淀區停留時間2.5 h，生物過濾區停留時間0.9 h，總停留時間14.1 h。污水處理裝置采用集裝箱式，處理量200 m3/d，規格尺寸為19.5 m×3.0 m×2.9 m。

2.3 加藥間

為確保本工程出水水質穩定達標，工藝設計中設置有PAC投加系統及乙酸鈉投加系統，根據運行需要選擇投加。設置加藥間1座，規格尺寸為2.9 m×2.3 m×2.2 m。

2.4 投資控制

本工程總投資為309.22萬元。工程費合計256.08萬元，工程建設其他費38.41萬元，預備費14.72萬元。單位投資為1.2萬元/m3。

3 結語

本研究針對農村污水的水質和水量變化波動較大的特點，采用A3/O＋MBBR＋生物過濾＋消毒工藝，處理后水質能夠滿足北京市《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》（DB 11/ 1612—2019）新（改、擴）建農村生活污水處理設施水污染排放二級A標準的要求。主體處理單元采用一體化設備形式，具有集成度高，安裝快速、簡便等特點，且采用智能控制系統，運行維護簡單，人員成本低。

參考文獻：

［1］龐文，李振靈，馮成洪，等 . 北京農村污水處理工藝演變歷程與現狀解析［J］. 給水排水，2021，57 （S2）：146-152.

［2］賀玉曉， 楊璐， 任玉芬，等. 農村生活污水治理存在問題及對策［J］.市政技術，2023，41（10）：7-15.

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［4］張鼎強， 蔡天洲， 楊帆，等. 改良SBR工藝處理分散式農村生活污水效能研究［J］. 工業水處理，2023，43（11）：167-172.

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［6］岳鵬，白冰，于洋洋，等.A3/O+MBBR污水處理站在我國北方農村的工程應用研究［J］. 中國資源綜合利用， 2023，41（2）：185-190.