分散式污水處理技術(shù)應(yīng)用研究

胡杰HU Jie

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，長(zhǎng)沙410000）

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)絕大多數(shù)污水管網(wǎng)建設(shè)主要為廣大城鎮(zhèn)污水處理服務(wù)，但是很多農(nóng)村地區(qū)與城鎮(zhèn)距離較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的生活污水無(wú)法通過(guò)指定的排水管網(wǎng)排入城市污水處理廠進(jìn)行集中處理，而此類不能被排入污水管網(wǎng)或者是無(wú)法進(jìn)行集中處理的生活污水即為分散式生活污水。本文主要圍繞分散式污水處理技術(shù)應(yīng)用展開分析。

1 分散式污水處理要求

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略在十九大報(bào)告中首次提出，重視關(guān)系國(guó)計(jì)民生的“三農(nóng)問(wèn)題”，大力開展農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)任務(wù)，改善村民的生活環(huán)境，提高農(nóng)村地區(qū)的生活水平，提供更加便利居住條件，加速推進(jìn)“廁所革命”。分散式污水處理是環(huán)境保護(hù)和鄉(xiāng)村振興的重要抓手，環(huán)境治理與廁所革命都與農(nóng)村地區(qū)水污染防治問(wèn)題密切相關(guān)。

分散式生活污水大多地廣人稀，如偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、高速公路服務(wù)區(qū)、風(fēng)景區(qū)等地產(chǎn)生的生活污水，這些地區(qū)的污水基本沒(méi)有納入雨污管網(wǎng)，污水未經(jīng)處理或處理未達(dá)標(biāo)直接排放，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。針對(duì)分散式農(nóng)村生活污水處理，當(dāng)前存在的難題主要如下：①收集難度高。分散式農(nóng)村住戶居住較為分散，大多一戶或幾戶聚居，絕大多住戶沒(méi)有鋪設(shè)污水收集管道，污水排放較為混亂，污染嚴(yán)重。②水質(zhì)不穩(wěn)定。主要體現(xiàn)為不同時(shí)段居民排水水質(zhì)差別較大，污染物眾多，常見的有COD、N、P 及致病微生物等。③水量變化大。農(nóng)村生活污水排放特征為夏季多、冬季少，白天排放量大、夜晚少。④我國(guó)人口眾多，擁有56 個(gè)民族，因此農(nóng)村風(fēng)俗習(xí)慣，生活條件差異較大，要針對(duì)不同經(jīng)濟(jì)、民族風(fēng)俗習(xí)慣，建立適用于當(dāng)?shù)氐奈鬯幚硐到y(tǒng)。⑤運(yùn)行管理差。因農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，未建立現(xiàn)代化污水處理站，所用設(shè)備老舊，日常管理未專人專崗。

2 幾種常見的分散式污水處理技術(shù)

2.1 物理化學(xué)法

2.1.1 混凝

混凝法對(duì)水中懸浮物和雜質(zhì)去除需要經(jīng)過(guò)混合和絮凝兩個(gè)過(guò)程。該工藝操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)投入低，效率高?；炷齽┦腔炷ǖ暮诵?，經(jīng)過(guò)壓縮雙電層、吸附架橋等系列反應(yīng)，出現(xiàn)凝聚，失穩(wěn)膠體分化成微小顆粒，隨后進(jìn)一步形成較大絮凝體，沉底去除?；炷齽┳饔檬芩|(zhì)條件影響較大，水體酸堿度、水溫以及水利條件等影響較大，同時(shí)混凝劑的投加量在水質(zhì)水量波動(dòng)較大時(shí)缺乏針對(duì)性，在水質(zhì)水量波動(dòng)較大的分散式生活污水處理中適應(yīng)性較低?；炷m操作簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟、但單獨(dú)采用對(duì)污染物去除能力有限，距離排放或回用要求有一定距離。

2.1.2 吸附

吸附法的核心是吸附劑，吸附劑又稱吸收劑，呈現(xiàn)為大比表面、多微孔結(jié)構(gòu)，可吸附大量的顆粒附著在表層，對(duì)污染物進(jìn)行富集，凈化污水。膨潤(rùn)土、硅藻土等作為常用吸附劑可以對(duì)包含有毒重金屬物質(zhì)在內(nèi)的污廢水進(jìn)行有效處理。吸附法是指投入一定量的吸附劑，利用溶質(zhì)與吸附劑之間產(chǎn)生的范德華力、靜電力和化學(xué)鍵等，對(duì)污染物進(jìn)行吸附去除。吸附法主要針對(duì)微量污染物，在除臭味、脫除重金屬等方面效果顯著。吸附法對(duì)濃度相對(duì)較高的生活污水中的有機(jī)物污染去除能力有限，且吸附劑價(jià)格昂貴，容易造成二次污染，在農(nóng)村地區(qū)投入使用較困難。

2.2 生態(tài)處理法

2.2.1 人工濕地

濕地的作用可謂之地球之腎，它可以保護(hù)生物的多樣性，改良水質(zhì)，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)也可作為區(qū)域特色旅游資源。利用土壤、砂石、生物等構(gòu)建人工濕地。生活污水匯入后，污染物會(huì)被大量吸附，隨后經(jīng)過(guò)沉淀，植物吸收作用，系統(tǒng)內(nèi)微生物分解作用等對(duì)污水處理和排放。社會(huì)發(fā)展需要，土地需求率增高，農(nóng)村的土地利用率亦不斷提高，大面積的建設(shè)人工濕地，會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

2.2.2 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是利用人工建設(shè)的水塘中的生物對(duì)污染物進(jìn)行吸附降解，并經(jīng)過(guò)系列的過(guò)濾和沉淀對(duì)污水進(jìn)行處理。不同種類的植物和微生物可對(duì)不同性質(zhì)的污水起到穩(wěn)定的處理作用，污染物去除率在80%以上。但是占地面積大，處理耗時(shí)長(zhǎng)，不適合大范圍推廣和普及。

圖1 工藝高程布置

2.2.3 土壤滲濾

土壤滲濾工藝是通過(guò)土壤、植物、微生物組成自然降解系統(tǒng)，對(duì)注入的生活污水進(jìn)行處理。通過(guò)植物和土壤組成的復(fù)合系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入的污水進(jìn)行緩慢分布，降解處理。該方式處理量小，負(fù)荷低，因而大范圍使用受限。土壤滲濾工藝充分發(fā)揮土壤的自然凈化作用，成本低廉、運(yùn)行管理要求低。然而，該工藝也可能存在土壤堵塞、缺氧、污水過(guò)多、地下水污染以及對(duì)周圍居民居住環(huán)境產(chǎn)生影響。

2.3 生化處理法

2.3.1 化糞池

化糞池是在農(nóng)村地區(qū)最為常見污水處理設(shè)備?；S池主要通過(guò)微生物沉淀和厭氧發(fā)酵來(lái)凈化生活污水。但化糞池作用單一，只能初步對(duì)高濃度的生活污水進(jìn)行一定的分解，出水污染濃度依舊較高，距離國(guó)家城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)有較大差距，同時(shí)衛(wèi)生條件較差，對(duì)周圍居住環(huán)境影響較大。

2.3.2 日本凈化槽

日本凈化槽是比較知名的一種一體化污水處理設(shè)備，集合常用的傳統(tǒng)生活污水處理工藝于一體，對(duì)生活污水進(jìn)行凈化，去除其中的污染物，使得水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但是該設(shè)備造價(jià)較高，單套設(shè)備的成本較高，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)推行可能性較小。

2.3.3 SBR 法

SBR 活性污泥生物反應(yīng)器，該工藝可以省略二次沉淀池，不需要污泥回流。反應(yīng)器通過(guò)連續(xù)進(jìn)水，調(diào)整曝氣時(shí)段，然后沉淀排水，循環(huán)往復(fù)。

SBR 反應(yīng)器占地面積較小，投資少，對(duì)生活污水處理效果好且穩(wěn)定，并且該工藝發(fā)生污泥膨脹的幾率較小，針對(duì)小水量的分散式農(nóng)村生活污水具有很好的適用性。

2.3.4 膜生物反應(yīng)器

膜生物生物反應(yīng)器由膜分離與生物處理相結(jié)合。膜分離取代傳統(tǒng)二次沉淀作用，維持生物量，提高系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷，增強(qiáng)抗沖擊能力，提升污水處理效果。節(jié)省占地面積，但是也存在造價(jià)較高、運(yùn)行費(fèi)用較高、膜組件容易被污染等問(wèn)題。

當(dāng)前，我國(guó)常州、無(wú)錫等地村落已經(jīng)開始全面投入和使用分散式污水處理設(shè)備，成效漸佳。部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到修復(fù)，水環(huán)境污染問(wèn)題已在一定程度上得到解決。新形勢(shì)，新政策，新要求下，各地陸續(xù)出臺(tái)法規(guī)政策，積極宣傳推廣分散式污水處理，提高分散式生活污水處理要求。常見的分散式生活污水處理方式人工濕地、穩(wěn)定塘等，在經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、出水效果等方面存在缺陷和不足。研究開發(fā)針對(duì)性更強(qiáng)，處理效果更好，更加經(jīng)濟(jì)可行的一體化污水處理設(shè)備成為分散式污水處理研究的新方向。

3 實(shí)例探析分散式一體化污水處理技術(shù)

3.1 工程概況

某農(nóng)村生活污水處理工程原處理能力為50t/d，可滿足全村500 戶污水處理要求。污水處理流程為：廢水流入化糞池，沉淀多日后排入市政管網(wǎng)，利用一體化設(shè)備進(jìn)行去污、凈化處理，符合標(biāo)準(zhǔn)后排放。該地所用設(shè)備采用地埋式設(shè)計(jì)，占地面積為110m2，工藝高程布置如圖1 所示。

3.2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中進(jìn)水、出水水質(zhì)要求如表1 所示。項(xiàng)目污水處理設(shè)施出水均嚴(yán)格按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備均為自動(dòng)化程式，無(wú)需專人值守。

表1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì) （單位：mg/L）

3.3 一體化設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程選用一體化設(shè)備，設(shè)備設(shè)計(jì)為玻璃鋼結(jié)構(gòu)，頂部蓋板材料為碳鋼，鋼板表層均勻噴漆。設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

表2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4 工藝流程

工藝流程如圖2 所示。

圖2 分散式污水處理工藝流程

接觸氧化出水回流，回流比設(shè)置為0-300%，全部埋于地下，減少總工程占地面積。

工藝流程如下：①污水因自身重力自然流入格柵井，格柵井內(nèi)部安裝有兩層提籃格柵，便于篩出大顆粒污物。②格柵井提高至一定高度時(shí)，污水流入調(diào)節(jié)池，水質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)后便可進(jìn)入一體化設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理。③污水先進(jìn)入一體化設(shè)備中的初沉單元，該階段可初步去除污水中的部分顆粒物，如砂、渣等。④污水經(jīng)初沉單元處理后流入核心生化單元，該階段通過(guò)生物接觸氧化法去除污水中的有機(jī)物、氨氮等。該工藝的突出優(yōu)勢(shì)為硝化效果良好、產(chǎn)生的污泥較少，同時(shí)該單元會(huì)使用到填料或者濾料，材料表層的微孔結(jié)構(gòu)可吸附大量的異養(yǎng)菌及硝化菌，后通過(guò)曝氣，利用溶解氧可去除污水中的有機(jī)物與氨氮，處理效率高。最終生化單元末端流出的水會(huì)回流至初沉池。該工程核心生化單元選用的均為新型組合生物填料，填料表面積大，水頭損失也可控制下10cm 以下，管道極少出現(xiàn)堵塞問(wèn)題。⑤核心生化單元處理后的污水流入快混單元，該單元處理時(shí)會(huì)添加適量的PAC，經(jīng)設(shè)備均勻攪拌后產(chǎn)生磷酸鋁、氫氧化鋁絮體。后污水進(jìn)入流入除磷單元對(duì)固體、液體進(jìn)行分離，再經(jīng)過(guò)短暫沉淀后投放清液，便可將污水排入脫氮單元。⑥無(wú)論沉淀單元出水如何，脫氮單元都可對(duì)水質(zhì)處理起積極作用。若沉淀單元出水氮含量符合排放標(biāo)準(zhǔn)，該單元可進(jìn)行過(guò)濾；若出水氮含量低于排放標(biāo)準(zhǔn)，則該單元會(huì)添加碳源，產(chǎn)生反硝化作用達(dá)到脫氮目的。⑦脫氮單元出水流入紫外消毒設(shè)備，經(jīng)消毒后便可排放至清水池。⑧沉淀池底部積聚的污泥應(yīng)定期排入至儲(chǔ)泥池，需濃縮方可與柵渣一起運(yùn)出。由此可見，與傳統(tǒng)處理工藝相較，該工程選用工藝建設(shè)周期短，占地面積小，安裝便捷，但運(yùn)行效果極佳。實(shí)踐表明，一體化處理設(shè)備和過(guò)濾材料的應(yīng)用有效解決了該區(qū)域污泥處理難題，且無(wú)需安排專人看守，衛(wèi)生條件良好。

3.5 處理效果分析

一體化設(shè)備使用效果理想，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，對(duì)試運(yùn)行階段的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示均符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)。主要污染物及進(jìn)、出水指標(biāo)見表3。

表3 主要污染物進(jìn)、出水指標(biāo) （單位：mg/L）

3.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

該工程經(jīng)濟(jì)效益分析著重于直接運(yùn)行費(fèi)用及投資費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算。經(jīng)分析，污水處理設(shè)備涉及的直接運(yùn)行費(fèi)用（主要為電費(fèi)、藥劑費(fèi)）約為0.64 元/t，工程投資費(fèi)用如表4所示。

表4 工程投資直接費(fèi)用

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水資源污染破壞逐漸成為我國(guó)建設(shè)發(fā)展中要面對(duì)和解決的新問(wèn)題。生活污水產(chǎn)量伴隨著生活方式和生活水平的提高，問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，尤其是分散式生活污水對(duì)水環(huán)境的污染程度日漸提高，全面整治分散式生活污水污染問(wèn)題勢(shì)在必行。針對(duì)分散式生活污水的處理與排放，需逐步完善政策法規(guī)，推廣分散式污水處理技術(shù)，鼓勵(lì)分散式一體化污水處理設(shè)備的應(yīng)用，切實(shí)改善地區(qū)水環(huán)境。