鄂西北鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)計(jì)探討

汪 洋

（上實(shí)環(huán)境控股（武漢）有限公司 湖北武漢 430074）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)快速推進(jìn)，農(nóng)村環(huán)境問題受到越來越多的關(guān)注，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理成為環(huán)保工作的重中之重。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后。大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)排水系統(tǒng)為雨污合流制，在未推行雨污分流之前建設(shè)的污水處理廠建成后都存在進(jìn)水水質(zhì)、水量波動(dòng)大，處理效果不穩(wěn)定的問題。同時(shí)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理沒有專門的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，工程設(shè)計(jì)參照城市污水的特點(diǎn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)是不合理且不經(jīng)濟(jì)的。本文以鄂西北某縣為例，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理工程的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行分析探討。

1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的現(xiàn)狀與特點(diǎn)

本項(xiàng)目所在地為鄂西北山區(qū)向漢江中游過渡的山區(qū)縣，包括18 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中16 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)常駐居民人口規(guī)模小于1 萬人。鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水主要來源于居民生活過程中的炊事、洗衣、洗浴、沖廁、清掃以及家庭圈養(yǎng)畜禽等產(chǎn)生的污水，不包括為發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)而開展的工業(yè)活動(dòng)（如農(nóng)產(chǎn)品加工、畜禽集中養(yǎng)殖等）產(chǎn)生的污水。經(jīng)總結(jié)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）水量小、波動(dòng)大、有地域差異。鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民自來水覆蓋率低，水沖式廁所普及率較低，導(dǎo)致生活污水量很少、濃度低；污水排放集中在早（6:00～8:00）、中（10:00～13:00）、晚（18:00～21:00）[1]，這三個(gè)時(shí)段炊事、洗衣、洗浴等活動(dòng)集中，瞬時(shí)污水排放量大，其余時(shí)段污水排放量很少。山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)常住人口明顯低于平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口，再加上山區(qū)老齡化比較嚴(yán)重，人口增加速度緩慢，所以用水量低于平原用水量。

（2）水質(zhì)波動(dòng)大。本項(xiàng)目鄉(xiāng)鎮(zhèn)現(xiàn)狀多采用雨污合流的排水體制。鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民大部分使用旱廁，糞污通過化糞池厭氧發(fā)酵后肥田，此部分污水很難收集，主要收集的污水為做飯、洗衣等污水，導(dǎo)致收集的污水量小、濃度低；降雨期間，山谷坡地的大量雨水匯流進(jìn)入集鎮(zhèn)的排水管渠，使得污染物濃度很低。

（3）污水收集難。山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)薄弱，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后，集鎮(zhèn)在建設(shè)時(shí)缺少科學(xué)規(guī)劃，且地形復(fù)雜，地理位置不集中，污水排放分散，很難達(dá)到集中處理的效果[2]，一般只在居民密集的核心區(qū)域建有排水管道，管網(wǎng)覆蓋面小，相對分散的區(qū)域沒有收集管道，導(dǎo)致鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水收集困難。

2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理對象主要為生活污水，零星生產(chǎn)廢水經(jīng)預(yù)處理達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中三級標(biāo)準(zhǔn)后方可排入污水收集系統(tǒng)，且不得超過鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水量的20%，含有重金屬、有毒有害成分及難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水限制排入。

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2.1.1 理論進(jìn)水水質(zhì)

以《湖北省鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理工作指南》（以下簡稱“《工作指南》”）中鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)參數(shù)作為理論參考，具體進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如下：

CODCr：120～260mg/L；BOD5：60～130mg/L；SS：150～200mg/L；NH3-N：15～30mg/L；TP：2.0～5.0mg/L；pH：6.5～8.0。

2.1.2 實(shí)測污水水質(zhì)

水質(zhì)檢測：3 月12 日～4 月5 日對區(qū)域覆蓋的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行兩次取樣，共選取12 個(gè)排污口，每個(gè)排污口早中晚采樣混合的方式進(jìn)行水樣的實(shí)測，典型排污口具體水質(zhì)指標(biāo)如表1：

表1 生活污水實(shí)測水質(zhì)

2.1.3 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)以《工作指南》為理論依據(jù)，參考周邊污水處理廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，并結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)測水質(zhì)綜合分析。山區(qū)和平原區(qū)域，檢測水質(zhì)有差異，因此，對這兩類不同區(qū)域設(shè)置不同的進(jìn)水水質(zhì)，并考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和家庭作坊廢水的流入，具體設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如下：

（1）平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)

CODCr：250mg/L；BOD5：130mg/L；SS：200mg/L；TN：40mg/L；NH3-N：30mg/L；TP：4.0mg/L；pH：6～9。

（2）山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)

CODCr：200mg/L；BOD5：130mg/L；SS：200mg/L；TN：30mg/L；NH3-N：25mg/L；TP：3.5mg/L；pH：6～9。

2.2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

為切實(shí)改善城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)格工作標(biāo)準(zhǔn)，按照《省人民政府關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理工作的意見》，全省鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠出水執(zhí)行 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。具體出水水質(zhì)指標(biāo)如下：

CODCr：50mg/L；BOD5：10mg/L；SS：10mg/L；TN：15mg/L；NH3-N：5(8)mg/L；TP：2.0～5.0mg/L；pH：6～9。

備注：括號外數(shù)值為水溫＞12℃時(shí)的控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為水溫≤12℃時(shí)的控制指標(biāo)。

3 污水量的測算

3.1 人口確認(rèn)

主要方法：人口算法+實(shí)際調(diào)查相結(jié)合的形式測算。

人口統(tǒng)計(jì)：（1）人口普查數(shù)據(jù)為依據(jù)，測算以常駐人口為基準(zhǔn)；（2）通過各地城建部門明確數(shù)量；（3）調(diào)查各鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水用水量；（4）最后抽取人口現(xiàn)場調(diào)研復(fù)核的方式得出。

由于山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口外流嚴(yán)重，常住人口數(shù)量較戶籍人口數(shù)量有較大差異。設(shè)計(jì)近期規(guī)模按常住人口計(jì)算，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)期總規(guī)模根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)總體規(guī)劃確定人口規(guī)模，部分缺少總體規(guī)劃的鄉(xiāng)鎮(zhèn)或居民集中點(diǎn)按現(xiàn)狀人口確定規(guī)模，不考慮人口增長。

3.2 用水定額

通過參考用水定額、綜合用水定額以及取樣口流量調(diào)研綜合分析，得出不同地區(qū)用水定額參數(shù)，如表2：

表2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活用水定額參考取值

通過調(diào)研，平原中心鎮(zhèn)（常住人口＞1 萬人）和集中點(diǎn)（常住人口＜1 萬人）用水量有差別。平原中心鎮(zhèn)用水量大部分集中在100～120L/（人·d），平原居民集中點(diǎn)用水量大部分集中在90～110L/（人·d）。

通過參考用水定額、綜合用水定額以及取樣口流量調(diào)研綜合分析，得出不同地區(qū)用水定額參數(shù)，如表3：

表3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水量用水定額一覽表

3.3 折污系數(shù)

根據(jù)《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB50318—2000），城市綜合生活污水排放系數(shù)為0.80～0.90，結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)的現(xiàn)狀條件、各類建筑內(nèi)部排水設(shè)施水平，本次污水排放系數(shù)取0.8。

3.4 工業(yè)/養(yǎng)殖廢水

在本項(xiàng)目中，工業(yè)/養(yǎng)殖廢水量超過鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活水量的20%，先按20%預(yù)留水量，水質(zhì)按生活污水水質(zhì)設(shè)計(jì)，并且預(yù)留后期增加工業(yè)/養(yǎng)殖廢水處理的占地面積。對于未超過20%的，按實(shí)際排放量計(jì)入。

3.5 管網(wǎng)收集率

本項(xiàng)目同步建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)（含入戶管），采用雨污分流排水體制，污水管網(wǎng)收集率取90%。

3.6 污水量

本項(xiàng)目近期污水量根據(jù)常住人口、用水量定額等進(jìn)行測算；遠(yuǎn)期污水量根據(jù)規(guī)劃文件以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)今年發(fā)展現(xiàn)狀綜合考慮后測算。近期污水量計(jì)算公式如下：鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理規(guī)模（m3/d）=（常住人口（人）×生活用水定額（L/（人·d））×折污系數(shù)（%）×[1+生產(chǎn)廢水量所占比例（%）]×污水收集率（%）/1000

本項(xiàng)目典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水量及污水站處理規(guī)模如表4：

表4 典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理規(guī)模測算一覽表

4 污水處理工藝選擇

污水處理廠的建設(shè)和運(yùn)行受多種因素的制約和影響，其中工藝方案的確定是處理廠的運(yùn)行性能、污水運(yùn)行和建設(shè)費(fèi)用的最關(guān)鍵的因素。工藝的選擇應(yīng)根據(jù)處理規(guī)模、水質(zhì)特性以及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和要求，選擇切實(shí)可行且經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案。同時(shí)，選擇工藝時(shí)考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)自身的特點(diǎn)，在技術(shù)合理的前提下，應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)節(jié)能，管理簡單[3]。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)要求及規(guī)模，本工程生物處理宜采用以生物脫氮除磷處理為主的生活污水處理工藝。較為常見的污水處理工藝如下。

4.1 A2/O工藝

A2/O 工藝技術(shù)成熟、出水穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛[4]，運(yùn)行過程中，污水流經(jīng)厭氧/缺氧/好氧三個(gè)不同的功能分區(qū)，在不同微生物菌群的作用下，去除污水中的有機(jī)物、氮和磷。A2/O 工藝相對成熟可靠，適用于各種水量污水處理，應(yīng)用較為廣泛。A2/O 工藝在系統(tǒng)上是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時(shí)間小于其它同類工藝，在厭氧（缺氧）、好氧交替運(yùn)行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI 值一般小于100，有利于處理后污水與污泥的分離，運(yùn)行中在厭氧和缺氧段內(nèi)只需輕緩攪拌，運(yùn)行費(fèi)用低。由于厭氧、缺氧和好氧三個(gè)區(qū)嚴(yán)格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此除磷脫氮效果非常好。

4.2 序批式活性污泥法（SBR）

SBR 工藝運(yùn)行過程中，污水的曝氣、沉淀、排水均在同一個(gè)池內(nèi)完成，各階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化以及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)、出水質(zhì)量與運(yùn)行功能要求等靈活變化。SBR 類活性污泥法工藝操作靈活，可采用多種運(yùn)行方式，但是單池處理能力較小，在較大規(guī)模的城市污水廠中采用，分組數(shù)多，控制點(diǎn)多，給操作管理帶來了不便。為減少平面占地，該工藝也可在較大水深下運(yùn)行（取決于撇水設(shè)備的能力），但水深加大，浪費(fèi)的水頭較大，運(yùn)行能耗較高，同時(shí)對運(yùn)行過程的自控技術(shù)要求較高。

4.3 氧化溝工藝

氧化溝工藝從流程上看，類似A2/O，但由于環(huán)型構(gòu)造，循環(huán)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)水流量，其中硝酸鹽（NO3-）的回流量很高，因此一般不設(shè)內(nèi)回流。氧化溝工藝由于要設(shè)計(jì)為環(huán)流形式，水量過小時(shí)，構(gòu)造上難以實(shí)現(xiàn)，一般水量大于5000m3/d 時(shí)，才考慮氧化溝工藝。氧化溝工藝池容大，有機(jī)負(fù)荷低，抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)；具有環(huán)流無終端的流線，兼具推流和完全混合的流態(tài)；采用表面曝氣器，在曝氣器之間交替形成好氧—缺氧環(huán)境，類似多級串聯(lián)的脫氮系統(tǒng)，污泥泥齡較長，脫氮效果好。由于池體水深較淺（一般3.0～4.0m），占地大。

4.4 膜生物反應(yīng)器（MBR）

MBR 使用微濾膜分離技術(shù)取代傳統(tǒng)活性污泥法的沉淀池和常規(guī)過濾單元，使水力停留時(shí)間和泥齡完全分離，MBR 能高效的進(jìn)行固液分離，出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定；生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，容積負(fù)荷高，占地少；系統(tǒng)在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，污泥處理費(fèi)用低；不受污泥老化和污泥膨脹等影響，微濾膜固液分離性能穩(wěn)定，出水SS 低，不需設(shè)置二沉池；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便。MBR 投資及運(yùn)行費(fèi)用較其他工藝高，除對出水水質(zhì)有特殊要求時(shí)，一般應(yīng)用較少。

4.5 生物轉(zhuǎn)盤工藝

生物轉(zhuǎn)盤工藝是一種生物膜法處理技術(shù)[5]，利用細(xì)菌、菌類微生物和原生動(dòng)物在生物轉(zhuǎn)盤的載體上形成生物膜，對污水進(jìn)行凈化。生物轉(zhuǎn)盤屬于生物膜法，污泥齡長產(chǎn)泥量少，半浸沒轉(zhuǎn)盤出水SS 較低，且不需要污泥回流，沉淀單元污泥負(fù)荷低；轉(zhuǎn)盤比表面積大，污水接觸時(shí)間比生物濾池和接觸氧化池的時(shí)間長，污水處理效率較高，且不易造成濾料的堵塞；改良的全浸沒+半浸沒串聯(lián)式生物轉(zhuǎn)盤，TN 去除率可達(dá)70～80%，多級半浸沒串聯(lián)可以提高整體負(fù)荷，保證末端出水穩(wěn)定。生物轉(zhuǎn)盤適用于各種水量，運(yùn)行費(fèi)用低，占地面積大，從長期效益來看具有優(yōu)勢。

4.6 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化工藝兼有活性污泥法及生物膜法的特點(diǎn)，具有較高的容積負(fù)荷，不需要污泥回流，無污泥膨脹問題，運(yùn)行管理較簡單，對水量水質(zhì)的波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。近年來，為提高村鎮(zhèn)級生活污水脫氮除磷效果，衍生出多級生物接觸氧化工藝。多級處理設(shè)置，通過反復(fù)缺氧、好氧環(huán)境，強(qiáng)化了工藝整體的脫氮除磷效果；生物填料泥膜共生的環(huán)境，強(qiáng)化了系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷；生物膜內(nèi)部的缺氧池和厭氧層的大量反硝化菌，反硝化脫氮能力強(qiáng)。多級生物接觸氧化工藝為模塊式一體化設(shè)備，僅適用于小水量污水處理。由于氧化溝工藝不適合本工程規(guī)模范圍，不予考慮，其他幾種工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比如表5。

表5 污水處理工藝對比表

綜合以上工藝對比分析，本項(xiàng)目近期規(guī)模從50m3/d 到3000m3/d，在工藝選擇時(shí)根據(jù)污水水量、水質(zhì)、用地面積、工程規(guī)模、建設(shè)成本、運(yùn)行管理成本等多因素綜合考慮，最終確定處理規(guī)模不大于1000m3/d 的污水處理廠采用多級生物接觸氧化工藝（模塊式一體化設(shè)備）；處理規(guī)模大于1000m3/d 的污水處理廠采用生物轉(zhuǎn)盤工藝。

結(jié)語

鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水、排水設(shè)施建設(shè)缺少規(guī)劃，現(xiàn)狀排水設(shè)施竣工圖紙等基礎(chǔ)資料缺失，前期調(diào)研階段需對常住人口、用水量、排水設(shè)施現(xiàn)狀等進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)、核實(shí)；通過對山區(qū)、平原、丘陵等不同區(qū)域的集鎮(zhèn)分別進(jìn)行水質(zhì)采樣分析，使進(jìn)水水質(zhì)的設(shè)定更符合實(shí)際情況。該縣大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于山區(qū)，基礎(chǔ)開挖難度大，在污水處理廠流程布置時(shí)，需盡量利用現(xiàn)狀地形，減少開挖、鑿石等基礎(chǔ)工程量；在用地面積緊張的情況下，廠區(qū)平面布置盡量將池體合建、共用池壁，避免分散布置時(shí)無法滿足總圖的各種距離要求。