鄉鎮污水處理設計探討
——以京山市鄉鎮為例

文／李逾 中國市政工程華北設計研究總院有限公司湖南分公司 湖南長沙 410000

1、項目概況

1.1 項目名稱

京山市小集鎮（村）污水處理建設項目。

1.2 建設單位

京山市城市管理局。

1.3 項目建設地點

京山市下轄的新市鎮天王小集鎮、羅店鎮仁和小集鎮、雁門口鎮瓦廟小集鎮、孫橋鎮陳集小集鎮、坪壩鎮晏店小集鎮晏店村、坪壩鎮晏店小集鎮和平村、曹武鎮朱嶺小集鎮、錢場鎮龍泉小集鎮、永漋鎮王寶小集鎮、石龍鎮義和小集鎮。

1.4 主要工程內容

京山市小集鎮（村）污水處理建設項目，建設內容包含污水處理站和配套污水收集管網兩部分。新市鎮天王小集鎮污水處理站建設規模為50m3/d、羅店鎮仁和小集鎮污水處理站建設規模為250m3/d、雁門口鎮瓦廟小集鎮污水處理站建設規模為350m3/d、孫橋鎮陳集小集鎮污水處理站建設規模為150m3/d、坪壩鎮晏店小集鎮晏店村污水處理站建設規模為100m3/d、坪壩鎮晏店小集鎮和平村污水處理站建設規模為100m3/d、曹武鎮朱嶺小集鎮污水處理站建設規模為200m3/d、錢場鎮龍泉小集鎮污水處理站建設規模為250m3/d、永漋鎮王寶小集鎮污水處理站建設規模為150m3/d、石龍鎮義和小集鎮污水處理站建設規模為150m3/d，主要服務范圍為京山市各小集鎮所轄集鎮范圍內的生活污水，出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A 排放標準。

污水處理站主要采用工藝流程如下：

主要建設內容有：調節組合池（包含格柵沉砂池、調節池、儲泥池）、一體化設備（包含消毒計量設施）、排放渠。

新建各小集鎮污水處理站配套新建污水收集管網，污水管網部分主要內容有：污水干管、污水接戶管、檢查井、沉泥井等。主干管和支管采用鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管，新建DN300 管道25989m；入戶管采用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

作為基礎設施的重要組成部分和水污染治理的關鍵環節，污水處理系統的建設和運行至關重要。由于污水處理工程的建設和運營不僅成本高昂，而且受到諸多因素的限制和影響，因此處理工藝方案的優化選擇對于保證污水處理系統的性能和降低人工成本最為關鍵。 因此，有必要確定標準和通則，從整體優化的理念出發，結合項目規模、污水水質特點和當地實際情況，選擇可行、經濟、合理的處理工藝方案，經過綜合經濟技術比較、選擇和優化整體工藝方案和實施方法。

結合各鄉鎮的實際情況，在污水處理工藝選擇時需要遵循以下原則：

（1）貫徹國家關于環境保護的方針和政策，使設計符合國家的有關法規、規范。經處理后排放的污水水質符合國家和地方的有關排放標準和規定，符合環境保護的要求，能有效保護下游河流水質。

（2）考慮應急和長期服務相結合的原則，工程要投資少，實施易，建設周期短，見效快，充分發揮建設項目的社會效益、環境效益和經濟效益。

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

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

（5）采用先進、可靠的自動化控制技術，提高管理水平，保證處理工藝運行在最佳狀態，盡可能減輕工人的勞動強度。

2.2 污染物去除機理

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。污水中的無機顆粒和大直徑有機顆粒可通過自然沉降去除；小粒徑有機顆粒通過微生物降解去除，而小粒徑無機顆粒（包括膠體和亞膠體范圍的無機顆粒）顆粒依靠活性污泥絮體的吸附和網絡效應，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 指標有關，還與出水BOD5、CODCr、TP 等指標有關。由于廢懸浮物的主要成分是活性污泥，其有機物含量高，有機物本身含有磷，因此出水懸浮物含量較高會增加出水的BOD5、CODCr 和TP。因此，控制污水處理廠的SS 出水指數是最基本也是最重要的。

（2）BOD5 的去除

污水中BOD5 的去除是通過微生物的吸附代謝，再通過泥水分離來實現的。

活性污泥中的微生物利用污水中的一部分有機物在好氧條件下合成新的細胞，另一部分有機物被分解代謝以獲得細胞合成所需的能量。最終產物是CO2、H2O 等穩定物質，其本質是將液相中的有機污染物轉化為固相物質，表現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。京山市小集鎮污水處理廠BOD5/COD 大于0.3，可進行生化處理，二級處理工藝可產生COD ≤50mg/L。

（4）N 的去除

污水處理工程一般采用生物反硝化來實現N 的去除。氮是蛋白質的重要組成部分，廣泛存在于城市污水中。當有機物被氧化時，污水中的有機氮也被氧化成氨態氮，當溶解氧充足、污泥周期長時，氨態氮進一步被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，通常稱為硝化過程。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氧化有機物。將硝酸鹽中的氮還原為氮（N2），完成污水反硝化過程，通常稱為反硝化過程。

（5）P 的去除

污水除磷主要包括生物除磷和化學除磷。市政污水一般采用生物除磷，必要時輔以化學除磷，確保廢水中磷濃度達標排放要求，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菌在厭氧條件下受到抑制，在體內釋放磷酸鹽，為有機物的吸收和快速分解創造能量，轉化為PHB（聚-β-羥基丁酸）儲存。 .當這些儲磷菌進入好氧條件時，它們會分解體內儲存的PHB，產生能量供細胞合成和吸收磷，形成高濃度的含磷污泥，一起從系統中釋放出來。 .利用剩余污泥達到除磷目的。生物除磷的優點是不增加剩余污泥量，處理成本低。缺點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 毫克磷吸收儲存的有機物，好氧消化后產生的能量用于細胞合成和增殖，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物的含量。一般來說，這種有機物與磷的比例越高，減磷效果越好。

2.3 污水處理工藝選擇

2.3.1 預處理工藝選擇

（1）格柵

格柵主要安裝在污水處理構筑物的前端，用來截留污水中較大漂浮物和懸浮物，如：纖維、碎發、毛發、果皮、蔬菜、木片、布條、塑料制品等，防止堵塞和纏繞水泵機組、曝氣器、管道閥門、處理構筑物配水設施、進出水口，減少后續處理產生的浮渣，保證污水處理設施的正常運行。

格柵根據處理規模選擇，一般選用人工清除格柵，水量較大時采用機械格柵，本項目污水規模較小，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機顆粒，減輕后續處理單元的負荷，又能使污水中無機顆粒和有機顆粒得以分離，便于分別處理和處置，結合本工程的實際情況，本工程需設置沉砂池。

（3）調節池

根據《鄉鎮生活污水治理工作指南》的要求，鄉鎮污水廠需對廢水處理系統進行調節。由于本污水處理站只收納生活污水，故污水水質基本穩定，無較大波動，本項目不考慮設置事故池，只設置調節池，調節池內帶有提升泵。

2.3.2 生化處理工藝選擇

目前，農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缺點。

由于本項目污水站規模較小，結合京山地區的實際情況，優先考慮采用占地小，能耗低的一體化污水處理設備進行處理，對目前市面常用的幾種一體式污水處理設備對比如下：

2.3.3 生物轉盤膜反應器

生物轉盤膜反應器屬于生物膜法污水處理工藝，通過厭氧-缺氧-接觸氧化達到除磷脫氮的效果。生物轉盤膜反應器相對于其他污水處理工藝，在目前鄉鎮污水處理工藝中具有技術經濟性非常突出的優勢，且具有一體模塊化占地小、處理高效穩定、運營管理簡單維護方便、能耗低運行成本低等技術先進性；同時可靈活利用當地地形地勢，大大減少占地成本和管網成本，建設投資有一定優勢。當從投資運行的角度考慮，采用生物轉盤膜反應器處理工藝更適合小城鎮污水處理。

反應器分為四段——厭氧段、缺氧段、生物轉盤段及高效沉淀段，主要反應機理功能簡述如下：

厭氧段——強化除磷、抵抗進水沖擊

缺氧段——強化反硝化脫氮

生物轉盤段——兼氧條件下強化脫氮和去除有機物

高效沉淀段——強化沉淀（可酌情投混凝劑保證泥水分離效果）

厭氧段-缺氧段-生物轉盤段由下至上疊加，既能形成各自獨立生物處理空間，又能形成各系統單元的循環。采用厭氧-缺氧-接觸氧化除磷脫氮生物膜反應器處理小城鎮生活污水時可在進水端設置調蓄沉淀裝置進行預處理，污水經調蓄沉淀使進入系統的水質和水量可控制。生物轉盤膜反應器主反應區分為生物轉盤單元和厭氧單元，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為厭氧環境。進水、回流污泥、回流消化液混合后依次進入缺氧段、厭氧段、生物轉盤區進行生化反應，后再進入高效沉淀區進行固液分離，上清液排放。

脫氮主要在生物轉盤區和缺氧段進行，首先氨氮在生物轉盤區進行亞硝化、硝化，然后在缺氧段進行反硝化。除磷主要在生物轉盤區和厭氧段進行，厭氧段消耗碳源釋磷，生物轉盤區進行好氧聚磷，通過排放沉淀池剩余污泥進行除磷，如果來水總磷超標還可通過化學方式除磷。同時生物轉盤區生物膜內部也存在缺氧、厭氧微環境，保證系統的脫氮除磷效果。

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用，尤其是在農村污水分散處理方面取得了顯著的成果，該技術在日本已有超過60年的歷史。凈化槽是將物理和生化處理相結合，通過微生物分解，物理沉淀和生化絮凝反應來降低污水中的污染物濃度的一種污水處理設施。

凈化槽呈臥式結構，它包括依次相接的厭氧接觸區、缺氧接觸區、好氧接觸區和沉淀區。厭氧接觸區具有較強的耐沖擊負荷能力，在水解酸化產甲烷菌群作用下分解有機物，降低后續負荷的作用；缺氧接觸區通過好氧污水回流較低的溶解氧混合液，在缺氧環境下硝態氮進行反硝化反應，強化脫氮作用的生物反應過程；好氧接觸區利用生物活性極高的好氧微生物進行高效降解污水中的有機物，同時氨氮進行硝化反應。

工藝優點：占地面積小；處理效果好，核心多級接觸氧化系統具有高效脫氮除磷去除有機物的能力；運行處理效果穩定，抗水質負荷波動的沖擊的能力強；污泥產量少；系統采用半封閉結構，不會釋放惡臭氣體，可采用地埋式；反應器采用一體化設計，可以整體吊裝，節省施工安裝費用；運行維護簡單；運行費用低，系統主要采用重力推流僅設置一臺回流泵和低能耗曝氣系統。

2.3.5 A2/O+MBR 一體化污水處理設備

“A2/O+MBR 一體化污水處理設備”是一種將高效膜分離技術和生物處理技術相結合的污水處理工藝。用膜過濾代替傳統的沉淀池，提高了設備的固液分離效果，污泥濃度大幅度提高，污泥負荷低，處理后的污水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002)一級 A 標準，經過消毒處理就可達到中水回用水質要求，直接作為市政用水或進一步深度處理回用于工業用水。

A2/O+MBR 一體化污水處理設備以定制高強度防腐集裝箱為結構基礎，將集裝箱劃分為多個生物反應室，兩個膜室和一個控制室。兩個膜室交替曝氣，實現對膜的雙向沖洗，節約膜氣擦洗能耗的一半；膜室曝氣動能推動水流動，實現水流在膜室和多個生化室間的反復循環，降低能耗；生化消耗的溶解氧由膜池曝氣提供，降低能耗；膜產水由重力過濾實現，簡化設備，降低能耗；實現膜的原位化學清洗和膜的自動洗膜，保證穩定運行。對于典型生活污水，COD、氨氮、總氮、總磷、色度、懸浮物等等指標連續穩定達到國家污水排放一級A 標準。

圖1 A2/O-MBR 一體化反應器示意圖

設備特點：

（1）出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002)一級 A 標準；

（2）設備緊湊，占地面積小，選址方便，靈活布置；

（3）模塊化配置，標準化生產，建設周期短，易于增容擴建；

（4）高度集成，外部配套少，配套費用低；

（5）需求定制化，滿足不同應用領域的水質、水量和排放標準要求；

（6）配套監控平臺，智能遠程控制，無人值守。

結語：

綜上所述，隨著我國經濟的不斷發展和生態文明建設的快速推進，農村環境問題越來越受到重視，城市污水處理成為環保工作的重中之重。 由于城市基礎設施建設積壓。 城市排水系統多為雨污結合，雨污分流實施前建設的污水處理廠存在水質、水量波動大、處理效果不穩定等問題。 同時，城市污水處理沒有專門的規范和標準，針對城市污水的特點進行工程設計是不合理和不經濟的。