農村污水治理設計案例研究
——以X縣項目為例

張 宇

中國城市建設研究院有限公司 北京 100120

為實施鄉村振興戰略、推動農村人居環境整治和污染防治[1]，X縣政府結合鄉村振興戰略規劃要求，印發了《X縣2021年農村生活污水治理工作方案》，提出在2019—2020年完成農村生活污水治理任務的基礎上，完成剩余村莊的農村生活污水治理，2021年底，實現全縣農村生活污水治理全覆蓋。

X縣農村數量多，地理位置分散，污水收集困難，很難集中處理，征地涉及鎮、村，場內有房屋，墳墓，樹木，大片的麥田、荷塘、水稻田等，場站選址及征地統籌難度大；且處理出水指標要求達到河北省《農村生活污水排放標準》(DB13/2171-2020)中一級標準，較常規農村污水治理要求嚴格，因此對處理工藝及設備選擇、污水站選址提出了較高的要求。

1 建設背景

1.1 服務范圍

X縣2021年需完成剩余178個村農村生活污水治理工作，實現全縣農村污水治理全覆蓋。

其中8個城中村已基本全部接入縣城污水管網，不在本工程范圍內。

22個近期整體征遷村暫不開展污水治理工作。

26個隔堿溝附近重點村莊已由住建局、農業農村局牽頭，各鄉鎮實施實施《隔堿溝等重點支干渠治理工程—控源截污(外源治理)工程》，接入污水管網3248戶，剩余13752戶污水治理工作，不在本工程范圍內。

7村利用省人居辦農村污水治理專項資金進行項目實施，不納入本項目中。

2村擬采用新建污水處理管道接入鎮污水處理廠的方式進行集中處理，不在本工程范圍內。

4個村污水收集倒排后接入附近已建污水處理廠，不在本工程范圍內。

綜上，確定本項目的服務范圍共10個鄉鎮110個村。

1.2 服務人口

2020年底，服務范圍內人口共計37321戶，170412人。隨著城市經濟快速發展，城市就業機會多，農村人口多向城市流動。因此2025年按4‰的人口增長率計算，人口數為174945人。

2 污水特點

2.1 污水量預測

居民生活污水的處理量采用綜合生活污水定量法進行預測[2]，即：平均日污水產量=服務人口×人均生活用水量×生活污水排放系數×污水收集率。

本次項目范圍內村莊90%以上居民使用旱廁或者雙甕式廁所，戶內有給水排水衛生設備，但很少有淋浴設備，本次研究采用的農村人均生活用水量定額為80L/(人·d)。污水排放系數采用《華北地區農村生活污水處理指南(試行)》，收集全部灰水、少量黑水進入管網，綜合考慮排水系數選0.6，污水收集率按85%，滿足《X縣2021年農村生活污水治理工作方案》要求的不低于70%。即平均日污水產量=服務人口×80×0.6×85%=40.8L/(人·d)，考慮到新區內有村莊正在陸續拆遷，經與X縣政府商討確認，本項目以滿足現狀農村污水處理為目標、人均污水產量選用40L/(人·d)。

2.2 進出水水質

本研究污水處理進水水質主要為生活污水，居民生活污水水質應根據調查資料確定，或參照臨近城鎮、村莊和居住區的水質確定。

本次污水水質依據《華北地區農村生活污水處理技術指南》(試行)中參考值及X縣目前已運行農村污水處理站進水水質作為參考，見表1和表2。

表1 華北地區農村典型生活污水水質表 單位：mg/L

表2 X縣現有污水處理站進水水質表 單位：mg/L

本項目生活污水主要來自廚房洗滌水、洗衣機排水、淋浴排水及其他排水等。項目所在區域只有部分居民進行廁改，將旱廁改為雙翁式，絕大部分為旱廁。經分析項目內現有居民的生活習慣和生活質量，結合附近區域生活污水實測值，最終預測項目區生活污水水質見表3。

表3 設計生活污水進水水質表 單位：mg/L

出水指標達到河北省《農村生活污水排放標準》(DB13/2171-2020)中一級標準，主要出水水質如表4所示。

表4 設計生活污水出水水質表 單位：mg/L

3 處理工藝選擇

3.1 污水水質分析

根據確定的進、出水水質要求，各項指標處理程度見表5。

表5 生活污水污染物去除率表

生活污水污染物濃度較小，水中污染物成分相對簡單。污水處理工藝一般采用生化處理工藝，特別是生物除磷脫氮工藝，對進水中污染物質的配比和平衡有一定的要求，現將進水水質配比指標列表分析如表6所示。

表6 進水水質各污染物分析

根據上表，對以下兩方面進行分析。

3.1.1 BOD5/COD比值

污水BOD5/COD值是判定污水可生化性的重要指標。一般認為BOD5/COD>0.4可生化性較好，BOD5/COD>0.3可生化，BOD5/COD<0.3較難生化，BOD5/COD<0.25不易生化。本研究污水處理廠進水BOD5/COD為0.51，由此可知該污水可生化性好，宜采用生化處理工藝。

BOD5/N(即C/N)比值是判別能否有效脫氮的重要指標。從理論上講，C/N≥2.86就能進行脫氮。本研究進水水質C/N=3.0，滿足生物脫氮的要求，但仍需采取一定的技術措施以確保在水質波動的情況下穩定達標。

3.1.2 BOD5/TP

該指標是評價采用生物除磷工藝是否可行的主要指標。一般認為有較好的磷去除率需BOD5/TP≥20。本研究進水BOD5/TP指標為36，在生物除磷對碳源的要求方面滿足。因此在生物段中設置厭氧池，可以有效進行磷的充分釋放，在曝氣段中完成磷的過量吸收，并為保證系統磷的去除率，在污水處理流程中需增加化學除磷措施。

3.2 農村污水特點

農村由于其地理位置、人口規模、經濟發展及居民生產生活方式等特殊性，導致其污水排放與城鎮存在較大差異，具有自身的特點，通常表現在以下幾個方面：(1)污水總量小；(2)時段污水量變化大；(3)水質穩定，可生化性好；(4)處理率低。

3.3 處理工藝選擇

由于農村居民特有的生活習慣，導致農村生活污水具有水量小、水質水量變化大、排放分散、管網收集率低等特點。根據農村污水特點，農村污水處理技術與城市污水處理有較大的不同。目前，常用的農村生活污水處理工藝主要有A2/O工藝、CASS工藝、生物轉盤、人工濕地、膜生物反應器(MBR)、移動床生物膜反應器(MBBR)技術，結合上述原則，能作為成套設備化的工藝可移動的有A2/O、膜生物反應器(MBR)、移動床生物膜反應器(MBBR)等[3]。工藝比選見表7。

表7 工藝比選

經比選，本研究選擇A3/O+MBBR工藝作為主要工藝。

3.3.1 工藝流程

工藝流程如下圖所示：

A3/O+MBBR工藝流程示意圖

3.3.2 工藝原理

A3/O污水生化處理工藝是對傳統A/A/O(即A2/O)工藝的全面提升，優化設置功能明晰的預脫硝區、厭氧區、缺氧區和好氧區，增設前端預脫硝區，去除回流混合液中攜帶的硝態鹽氮，確保厭氧聚磷菌的優良環境，提高反應系統的生物處理能效，充分利用原水中碳源，強化了脫氮除磷的效果。

MBBR是移動床生物膜反應器(Moving Bed Biofilm Reactor)的簡稱，該工藝兼具傳統流化床和生物接觸氧化兩者的優點，運行穩定可靠，抗沖擊負荷能力強，脫氮效果好，是一種經濟高效的污水處理工藝。目前，國外應用較多。具有生化系統啟動快、脫氮除磷效果好、剩余活性污泥少、投資運行費用低的特點。

3.3.3 A3/O+MBBR工藝的優勢

①占地面積小，基礎設施配套簡單；

②集中與分散處理相結合，節省管網投資；

③遠程監控及自動化設計，運營維護成本低；

④模塊化組裝設計，安裝、運輸、升級高效；

⑤封閉式設計，防止氣味揮發，杜絕二次污染；

⑥專業化外觀設計，與周圍環境相融合。

4 場站選址

4.1 選址原則

鄉村生活污水處理站站址選擇應根據總體規劃和排水系統布置、受納水體功能區劃和環境容量、排水用途、自然條件等情況確定。

站址選擇一般需考慮以下原則：

(1)站址符合鄉鎮總體規劃，并考慮遠期需求，宜具有擴建的空間。

(2)站址要與污水處理工藝流程相適應，要便于污泥的處理與處置，并盡可能不占農田和少占農田。

(3)站址應位于集中給水水源的下游，處于于鄉鎮和工廠廠區夏季主風向的下風向。

(4)站址應充分利用地形，優先選擇可利用重力流進廠的方案。應合理利用自然地形條件，減少工程費用和運行成本。

(5)污水處理后直接排放水體的，站址宜靠近水體。污水處理后要利用的，站址宜靠近利用點。

(6)站址應設在地質條件良好的地方。除采用穩定塘外，站址不宜設在易受水淹的低洼地帶。靠近自然水體的，必須滿足防洪要求。

(7)有方便的交通、運輸和水電條件。

4.2 污水處理站總體布局

本項目各村莊污水處理站根據各自不同處理規模、處理之后出水的排放方式及各村莊自然地勢條件進行廠站位置的選定。

本項目涵蓋10個鎮，共110個村，擬建76座污水處理站，其中29座為多村合建污水處理站，46座為單村單建污水處理站。污水處理站總體布置見表8。

表8 污水處理站總體布置表

結語

農村污水治理難度大，各個村之間較分散，污水水量水質和城市有較大差距，設計難度大，屬于鄉村振興政策的深水區。本研究依托X縣農村生活污水治理特許經營項目，梳理了農村污水治理設計中關于選擇處理工藝和場址選址過程中的分析過程和必要原則。農村為全國其他地方農村污水治理工程設計提供了一些參考價值。