高原地區農村污水治理工藝設計研究

趙慶貴

（威寧縣生態環境監測站，貴州 威寧 553100）

0 引言

我國高原地區具有高寒缺氧和空氣干燥的特征，全年降雨時間與空間分布不均，四季變化不明顯，平均海拔在2000 m以上。由于高原更容易受到污染，且水體自凈能力比較差，對環保工作要求較高，因而當地農村污水排放的標準更加嚴格，有必要加強對污水治理的工藝設計，以達到保護高原生態環境的目的。

1 農村污水治理模式的選擇

根據農村地區污水治理終端模式的差別，常見的污水治理模式主要有以下3種。

（1）納廠處理模式，依靠城市污水收集系統，將其與污水處理系統相連接，該模式規模大且水質穩定，投資成本較低，便于對農村污水進行集中管理，適用于距離市政管網3 km以內的村莊。

（2）集中處理模式，即以較大范圍的管網收集農村污水，集中建立污水處理設施。該模式運行穩定，具有較強的抗負荷沖擊能力，適合用在居住密集且施工難度較低的村莊。

（3）分散處理模式，通過搭建小規模污水處理設施對分散居住的居民生活污水進行處理，處理能力在5 t/d以下，常用于地形復雜或地質條件較差的地區。

農村污水處理主要分為一級至三級處理單元，按照具體水質要求，一級處理設施主要包含格柵、隔油池和集水池；二級單元包含生物處理單元，集中進行厭氧生物、缺氧生物以及好氧生物的處理；三級處理單元包含人工濕地、土地滲濾等部分[1]。

2 農村污水治理工藝的選擇

目前常用的農村污水治理工藝如下。

（1）“A2/O+生態”污水處理工藝。使用該工藝時，污水會經過管網集中收集，隨后通過調節池的格柵去除大塊雜物，避免對管路造成堵塞，格柵分離之后的污水會進入調節池，由調節池對污水進行水質混合，使流入微動力生化池的水質更穩定。

（2）A2/O污水處理工藝，這是厭氧-缺氧-好氧處理工藝的簡稱，具有良好的脫氮除磷效果。厭氧區可以釋放磷，碳源與沉淀池含磷污泥產生回流；缺氧區可以實現反硝化脫氮，要求碳源和硝態氮混合液內回流；好氧區可以將有機物成功去除，達到吸收磷的效果。沉淀池主要負責泥水分離，使一部分污泥回流到厭氧區，剩下的污泥排放除磷。

（3）“厭氧+人工濕地”污水處理工藝，污水經過格柵后有效去除固體垃圾，再進入厭氧池等待處理，使有機污染物成功被去除，污染物被礦化，此時有機物變成了甲烷與二氧化碳。

（4）膜生物反應器（membrane bioˉreactor,MBR）處理工藝，該技術就是通過組合生物學與膜分離處理方式，利用水中有機物作為營養源的細小生物，將水內的膠質性有機物轉為氣體與細胞。MBR膜分離處理可以將水和污泥的停留時間隔離，出水水質穩定，水體渾濁度可達到0，可以成功截流細小污染物。使用該工藝時，MBR主要以酶微生物作為催化劑，在化學反應與生物轉化反應的作用下依靠好氧細小生物溶解污染物，再使用硝化細菌將氨氮轉為硝酸鹽，使污水的異味成功被去除，最終達到固液分離的效果[2]。

3 高原地區農村污水治理工藝設計

3.1 工藝設計

由于現階段高原地區農村居民住房已經從原本的分散式轉為集中居住和分散居住結合的形式，居民生活污水給高原帶來的面源污染問題需要得到人們的關注，因此有必要采取合理的措施做好農村居民生活污水的幾種凈化處理[3]。在污水治理工藝設計方面，首先要考慮進出水的水質情況，積極參照當地頒布的《農村污水處理技術指南》，以貴州省《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》一級標準為例，相應出水水質設計情況如表1所示。

表1 高原地區農村污水排放標準 單位：mg/L

在污水處理設計工藝方面，經過高原地區地質條件勘探及比對分析，本項目確定采用“預處理+人工快滲+消毒”的處理工藝，對于污泥的處理則采用污泥干化和外運處置相結合的方式，相應工藝流程如圖1所示[4]。

圖1 “預處理+人工快滲+消毒”污水處理工藝流程

3.2 構筑物設計與計算

3.2.1 生物接觸氧化池

污水處理工藝中，生物接觸氧化法也被稱為浸沒式曝氣生物濾池，即以生物濾池作為基礎進行污水處理。生物接觸氧化法就是在活性污泥法與生物濾池之間采取的污水生物處理工藝，兼具了兩種技術的優勢。表2為生物接觸氧化池污染物去除率。

表2 生物接觸氧化池污染物去除率

了解各項污染物的去除率后，還應計算接觸氧化池的容積情況，明確相應設計參數，具體如表3所示。

根據表3參數，明確設計規模為150 m3/d，在設計池深時，超高層為0.4 m；填料層頂距水面的高度為0.6 m；填料層距池底距離為1.0 m；有效深度為2.5 m；總池深為數值相加之和，即4.5 m?？偝厝萦嬎惴矫?，計算停留時間為12.41 h，接觸氧化池的設計尺寸為5.0 m×3.7 m×4.5 m，實際池容為83.25 m3，校核停留時間為13.32 h，最終可以滿足相應規范要求，設計結果符合污水處理工藝需要。

表3 接觸氧化池容積計算設計參數

3.2.2 人工快滲池

針對高原地區農村污水處理現狀，人工快滲屬于一種有效的污水土地處理方式，建設成本較低，系統運行穩定，只需要較短的建設周期就能達到較好的出水效果。人工快速滲濾系統被稱為CRI系統，滲濾池內主要是人工填充的河砂，在其中加入特殊填料后就能提升CRI系統的水力負荷能力，同時滿足出水標準要求。相應設計參數如下：人工快滲池設計規模為150 m3/d；水力負荷為1.2 m3/m2·d；人工快滲池數量為4座；池體尺寸為12 m×2.4 m×2.4 m；水力負荷校核為1.3 m3/m2·h。

3.3 污水收集系統設計

一旦農村污水處理工藝中出現雨污分流不徹底，將會造成污水管網運行不通暢，甚至引發污水冒溢，給污水處理中心帶來嚴重的沖擊負荷。此時可以采取兩種污水收集和雨污分流的設計方式，一種是居民家中雨污分流改造，另一種是戶外溢流槽改造。為了不影響居民正常生活，可鼓勵居民結合家中情況自行改造。采用戶內雨污分流改造的方式，將廁所內污水與生活排水集中收集起來，使院中雨水不會進入系統，保障末端處理系統正常工作。如果分流改造實施效果不理想，應采用戶外溢流槽的改造方法，在排水溝末端位置設置污水收集裝置，溢流槽的設計如圖2所示。旱季到來后，居民家中污水會經過未分流的排水溝進入溢流槽，再利用地漏裝置將樹葉垃圾、大體積雜物截流，污水進入管網。雨季到來后，雨水可越過溢流堰進入村落溝渠，實現雨水和污水的統一收集溢流。

圖2 溢流槽

3.4 污水處理系統設計

經過調研得知，目前國內農村污水治理通常采用一體化處理設施，污水處理規模最大可以達到200 m3/d，占地小，自動化控制程度較高，且不容易受到高原地區氣候條件和季節變化的影響。常用的工藝主要有MBR工藝、厭氧-缺氧-好氧法（anaerobicanoxic-oxic,AAO）工藝以及生物接觸氧化法3種。以MBR工藝為例，應用格柵將多余垃圾雜物成功篩除，污水進入調節池，調節池內部安裝一體化提升泵，可有效提升污水處理效率，對溶解難度較大的有機殘留物進行處理，依靠微生物分解作用，形成小分子細胞，出水之后進入MBR區，完成有機污染物的處理，以達到預期氧化分離效果。這一過程中，調節池主要負責污水的收集，同時兼顧水質水量的均衡，起到調節pH的作用，能夠保障污水處理系統的穩定運行。厭氧池作為一種生化系統，溶解氧需要保持在0.2 mg/L以下，大分子有機物被分解為小分子，為后續污水處理工藝的運行奠定基礎，將一部分COD成功去除，同時具有除磷的效果。

選擇生物處理工藝時，常用的工藝有MBR工藝、AAO工藝等，生物膜法應用較少，不適合用于大規模污水處理，但對水質有著較強的適應性，污泥產量很少，沉降效果顯著，適合用于高原農村地區的污水治理。采用“厭氧+人工濕地”相結合的處理工藝，污水在經過格柵之后可以有效去除固體垃圾和雜物，再進入厭氧池處理，起到厭氧池調節和沉淀的作用。

3.5 消毒處理單元與污泥處理系統設計

對于污水消毒處理單元的設計，應根據高原地區污染物排放標準來選擇污水處理設施，根據排放標準中對糞大腸桿菌的指標要求，可在處理單元中加入消毒設施。隨著人們對污水消毒處理要求的提高，應做好污水和污泥回用之前的消毒處理，以三氯乙腈尿酸為消毒劑，預防疾病的傳播。

對于污泥處理工藝的設計，當前農村污水處理常見兩種污泥處理工藝，一種是儲泥池和污泥螺壓脫水機相結合；另一種是將儲泥池和吸污罐車外運的方式，將污泥運輸到集中處理中心。如果用到污泥螺壓脫水機，該設備占地小，后期運維難度低，可用于高原地區分散式小規模污水處理中心，但每日工作量較大，需要合理安排工作人員。另一種方式下，污泥清運的工作量很大，需安排較多維護人員。因此，有必要對污泥處理工藝加以優化設計，針對AAO工藝易脫水的特征，要明確技術路線，即“污泥重力濃縮池+干化池+綠化回用與農村農用”的工藝路線，減輕人員工作量，根據農村污水治理特點實現污泥的自然干化，干化池的設計如圖3所示。

圖3 干化池

4 結語

總而言之，結合高原地區的地質氣候條件，采用生物接觸氧化法與人工快滲相結合的污水處理工藝，同時配合MBR工藝和AAO工藝，實現農村污水的集中收集和處理，經過污水消毒單元設計和干化池設計，使污泥得到科學處理，最終出水水質可以達到地方規定的排放標準。根據高原地區高寒缺氧的特征，結合惡劣的自然氣候條件，農村污水治理工藝達到多樣化標準要求。