環(huán)境敏感區(qū)農(nóng)村生活污水處理工藝設(shè)計(jì)研究

（北京中鐵生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)院有限公司，北京 102699）

相較一般地區(qū)的農(nóng)村生活污水處理要求，水源保護(hù)地等環(huán)境敏感區(qū)域的污水排放標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)苛，污水處理需以環(huán)境保護(hù)為基礎(chǔ)展開工藝設(shè)計(jì)，部分地區(qū)自建設(shè)宜居鄉(xiāng)村理念提出以來，逐漸重視農(nóng)村生活污水處理，為更好展開工藝設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合環(huán)境敏感地區(qū)農(nóng)村生活污水特點(diǎn)和排放要求，經(jīng)過多種工藝比較選擇最優(yōu)方案。

1 環(huán)境敏感區(qū)農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)生活條件日益改善，衛(wèi)生間等相關(guān)設(shè)施已在農(nóng)村地區(qū)普及，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水排放量有所增加。近年來由于生活污水的無序排放，導(dǎo)致農(nóng)村環(huán)境逐漸惡化，造成農(nóng)村河道重度污染，威脅生態(tài)環(huán)境，影響人們身體健康。

對環(huán)境敏感區(qū)而言，其包括飲用水水源保護(hù)區(qū)、水土流失重點(diǎn)防治區(qū)等國家制度批準(zhǔn)的特殊保護(hù)區(qū)域，嚴(yán)重缺水區(qū)域、天然漁場等生態(tài)敏感與脆弱區(qū)等均為環(huán)境敏感區(qū)，同時文教區(qū)、療養(yǎng)地等社會關(guān)注區(qū)同樣屬于環(huán)境敏感區(qū)。生活污水中包含多種有害微生物、有機(jī)污染物，長期未處理易污染附近地表水，形成黑臭水體，威脅農(nóng)村生態(tài)環(huán)境[1]。

2 農(nóng)村生活污水處理工藝比較

農(nóng)村污水處理主要是針對COD、TP、BOD5、NH4+-N等指標(biāo)的控制，文章圍繞A2/O工藝、人工濕地工藝、MBR工藝、氧化溝工藝展開對比。

A2/O工藝相較傳統(tǒng)活性污泥法工藝增設(shè)了厭氧段、缺氧段，污水在A1段厭氧區(qū)中聚磷菌厭氧釋磷后進(jìn)入A2缺氧段，原水碳源與好氧池末端回流的硝態(tài)氮進(jìn)行硝化反應(yīng)并成氮?dú)狻Ｉ钗鬯?jīng)過處理后，進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)，好氧微生物完成碳化、硝化反應(yīng)，聚磷菌大量吸收水中的磷，富含磷的活性污泥可通過剩余污泥排出系統(tǒng)。此方式較為穩(wěn)定且除磷脫氮效果較好，在厭氧、缺氧環(huán)境下可有效抑制絲狀細(xì)菌大量繁殖，避免污泥膨脹[2]。

人工濕地工藝一般作為深度處理工藝，污水沉淀過濾后投入人工濕地環(huán)境內(nèi)，在土壤、植物、微生物共同作用下凈化污水，但此工藝占地較大、易受季節(jié)環(huán)境影響，因此，可結(jié)合工程用地和氣候情況，考慮配合其他工藝實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的深度污水處理。

MBR工藝主要借助膜分離作用與生物處理結(jié)合展開污水處理工作，此工藝去除率高、出水水質(zhì)好，在膜分離作用下污泥濃度可保持在較高的水平。但MBR工藝經(jīng)濟(jì)成本高，對技術(shù)要求較高，需要具備部分自動化設(shè)施，導(dǎo)致運(yùn)行成本較高。

氧化溝工藝主要依靠連續(xù)循環(huán)曝氣池完成污泥凈化，具有多種池型變種，對農(nóng)村污水處理可以做到集污泥回流、泥水分離、曝氣沉淀為一體的處理模式，具備穩(wěn)定可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)便捷特點(diǎn)，但其脫氮效果較弱，相關(guān)設(shè)施設(shè)備占地面積較大，僅適用于鎮(zhèn)級污水處理廠。

由于各種生活污水處理工工藝存在差異，應(yīng)結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目條件與標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇處理工藝，以保障污水處理工藝可發(fā)揮最大價值。

3 環(huán)境敏感區(qū)農(nóng)村生活污水處理工藝設(shè)計(jì)

3.1 項(xiàng)目概況

本次農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目周邊存在一所幼兒園、一所小學(xué)、一所中學(xué)，屬于農(nóng)村文教區(qū)，涉及農(nóng)村人口較多，結(jié)合當(dāng)?shù)厝丝谧匀辉鲩L率，預(yù)計(jì)2025年可達(dá)到11 000人，該區(qū)域?qū)儆谌丝诿芗瘏^(qū)，結(jié)合其性質(zhì)可將其判定為環(huán)境敏感區(qū)。該項(xiàng)目農(nóng)村生活污水處理標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)苛，應(yīng)根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）展開工藝選擇與流程設(shè)計(jì)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，采用A2/O工藝與人工濕地工藝相結(jié)合的方式展開設(shè)計(jì)，項(xiàng)目案例中農(nóng)村生活污水處理工藝試運(yùn)行效果良好且穩(wěn)定。

為進(jìn)一步深入了解該區(qū)生活污水狀況，采用人口指標(biāo)法取當(dāng)?shù)剞r(nóng)村用水量每人可達(dá)140 L/d，根據(jù)污水收集管網(wǎng)工程數(shù)據(jù)分析，人均產(chǎn)污系數(shù)為90%，污水收集管網(wǎng)截污率為84.89%。為便于生活污水處理設(shè)計(jì)，截污率取85%，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡叵滤h(huán)境，地下水滲入量按總污水量10%測算，可得本項(xiàng)目污水預(yù)測量，判定該項(xiàng)目污水處理規(guī)模為1 200 m3/d，具體如表1所示。

表1 污水預(yù)測量

3.2 處理工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 進(jìn)、出水水質(zhì)

本次主要針對環(huán)境敏感區(qū)農(nóng)村生活污水展開處理設(shè)計(jì)，以該地區(qū)污水預(yù)測量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定污水處理進(jìn)水水質(zhì)情況。

環(huán)境敏感區(qū)生活污水處理標(biāo)準(zhǔn)較高，NH4+-N、COD、TP指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）為依據(jù)。SS、TN嚴(yán)格參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行處理，嚴(yán)格控制其進(jìn)、出水水質(zhì)。以COD為例，進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)為≤300 mg/L，出水標(biāo)準(zhǔn)為≤40 mg/L，通過直觀對比了解污水處理目標(biāo)。進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)單位：mg/L

3.2.2 設(shè)計(jì)工藝流程

結(jié)合人工濕地工藝與A2/O工藝，其處理流程主要由進(jìn)水口進(jìn)入格柵調(diào)節(jié)池、生化系統(tǒng)（厭氧池、缺氧池、好氧池）、沉淀池、連續(xù)流沙濾池、人工濕地、紫外線消毒區(qū)，出水質(zhì)達(dá)標(biāo)后將其排出，沉淀池沉淀出的活性污泥回流至前端，剩余污泥排入污泥調(diào)理池、隔膜式壓濾機(jī)，以脫水污泥形式運(yùn)出農(nóng)村生活污水處理站。

格柵調(diào)節(jié)池主要用于緩解因每日時用水差異造成的生活污水量波動，設(shè)置格柵調(diào)節(jié)池用以攔截污水中大塊垃圾，結(jié)合攪拌機(jī)均質(zhì)進(jìn)水水質(zhì)，本次項(xiàng)目中采用格柵調(diào)節(jié)池尺寸為20 m×9 m×5.3 m，配備潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺、格柵2道、液位計(jì)1套、提升泵2臺。

生化系統(tǒng)主體工藝形式為A2/O，投加懸浮填料增強(qiáng)微生物濃度，相較傳統(tǒng)活性污泥，生物載體硝化效果更佳。A2/O工藝反應(yīng)池分為兩組，每組采用20 m×5 m×5.5 m規(guī)格，懸浮填料的填充比為10%～20%，好氧池與缺氧池間的混合液回流比為400%，此過程需鼓風(fēng)機(jī)2臺、管式曝氣器120根、攪拌機(jī)4臺、填料600 m3。

二沉池后設(shè)置混凝沉淀池，混凝沉淀池的主要作用為化學(xué)除磷及去除SS，采用豎流式沉淀池，采用兩套加藥裝置分別存放投加PAM、PAC，混凝沉淀池?cái)?shù)量為2座，尺寸為6 m×6 m×6 m。連續(xù)流沙濾池作用主要為強(qiáng)化SS去除工藝，需將SS控制在10 mg/L以下，連續(xù)流沙濾池具有規(guī)避人工濕地堵塞的作用，是一種高效濾池工藝，在過濾器采用汽水聯(lián)合反沖洗，節(jié)省反洗能耗，保證清洗效果。

人工濕地主要采用垂直復(fù)合型濕地工藝，具有除磷脫氮的效果，濕地內(nèi)輔以鵝卵石、碎石、沸石等填料，根據(jù)季節(jié)變化選擇水生植物，一般采用菖蒲、美人蕉、麥冬等。主要指標(biāo)應(yīng)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，此過程需水生植物若干。人工濕地尺寸分為兩類，分別為8 m×25 m、26 m×11 m，數(shù)量為2座、4座。紫外線消毒區(qū)主要為尾水消毒，需配備總功率為16 kW的紫外燈管，共16根。

3.2.3 實(shí)際運(yùn)用效果

經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，了解A2/O工藝與人工濕地相結(jié)合的工藝處理效果，格柵調(diào)節(jié)池、生化系統(tǒng)、混凝沉淀池、連續(xù)流沙濾池均運(yùn)行正常，出水COD、TN、TP等數(shù)據(jù)均處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，TN、TP去除率分別為86.7%、98.3%、67.7%、92.6%，結(jié)合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）分析，已符合相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

分析本次環(huán)境敏感區(qū)農(nóng)村生活污水工序（人工濕地工藝與A2/O工藝相結(jié)合），一年處理生活污水約800 m3/d，實(shí)際處理量約為設(shè)計(jì)水量的60%，運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、人工費(fèi)、維修費(fèi)、藥劑費(fèi)等。本次項(xiàng)目集人工濕地、A2/O為一體，總投資約600萬元，包含一類費(fèi)用約500萬元，工程其他費(fèi)用約88萬元，占地面積約8.7畝。

3.2.5 工藝設(shè)計(jì)總結(jié)

本次生活污水處理工藝主要針對環(huán)境敏感區(qū)展開，融合人工濕地工藝與A2/O工藝，將TP、COD等物質(zhì)出水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定控制在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。結(jié)合實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，其污染物去除率較高，工藝流程與設(shè)備穩(wěn)定性較好，在專業(yè)操作與管理下運(yùn)行成本相對較低。

分析總體達(dá)標(biāo)率，生活污水、人工濕地、生化系統(tǒng)（厭氧池、缺氧池、好氧池）停留時間建議適當(dāng)延長，以保證運(yùn)行穩(wěn)定性，對美人蕉、麥冬等季節(jié)性水生植物應(yīng)定期修剪，確保生物污水處效果最大化，為更好展現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與建設(shè)宜居農(nóng)村理念，可結(jié)合當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村環(huán)境構(gòu)建人工濕地，增加綠植面積，美化生態(tài)環(huán)境，充分發(fā)揮人工濕地的價值。

4 結(jié)語

綜上所述，為更好展開污水處理工藝設(shè)計(jì)，經(jīng)多種工藝對比后，選擇融合人工濕地工藝與A2/O工藝展開論述，在結(jié)合出水水質(zhì)要求基礎(chǔ)上，選取設(shè)計(jì)工藝流程，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行效果展開分析，分析案例項(xiàng)目的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行成本，為同類工程的設(shè)計(jì)或改造提供參考。