一體化污水處理工藝設(shè)計與運行性能探討

劉孟浩 姜伊凡

中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司 湖北武漢 430010

當(dāng)前，我國有的地區(qū)面臨著污水處理設(shè)施配置不足的問題，與國家倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不符。針對這種情況，加快污水處理建設(shè)成為當(dāng)前城鎮(zhèn)化建設(shè)中亟待解決的問題[1-2]。

1 污水處理站建設(shè)需求

某區(qū)域遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)中心，周圍建有居民小區(qū)，以住宅建筑和公寓為主，總建筑面積為71288.32m2，居住人員較多，且附近沒有市政污水處理廠，也缺少污水收集管網(wǎng)，日常產(chǎn)生的污水只能通過外運或者自建污水處理系統(tǒng)解決。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如果采用外運的方式，所產(chǎn)生的費用約為40 元/ m3；如果通過污水處理廠處理，費用僅1～2 元/ m3。從長遠(yuǎn)的角度來看，通過自建污水處理站，處理達(dá)標(biāo)后排放或回收利用都是比較經(jīng)濟的選擇。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水的產(chǎn)生主要來自于居民的廚衛(wèi)生活用水，污水水質(zhì)與水量和居民的作息時間密切相關(guān)；污水水質(zhì)、水量變化系數(shù)較高，且污水的生化性能較好、毒性較小。另外，該小區(qū)旅居人口較多，污水的水質(zhì)、水量變化也與季節(jié)、節(jié)假日等因素關(guān)系較大。

2 污水處理水量與水質(zhì)的確定

2.1 日處理水量的確定

在建設(shè)污水處理站前期進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，附近居民多為旅居人口，污水主要來源是附近居民小區(qū)和寫字樓生活污水。經(jīng)過統(tǒng)計，附近小區(qū)居民共有762 戶，人口數(shù)量超過1500 人，寫字樓辦公人員僅為30 人。按照本地用水定額進(jìn)行計算，城鎮(zhèn)居民為100L/ (人·d)，辦公人員用水定額為40L/ (人·d)，產(chǎn)污系數(shù)為85%。綜合以上各數(shù)據(jù)后進(jìn)行測算，每小時處理水量按照6.5m3計算，確定所建污水處理站的日處理水量為150m3。

2.2 水質(zhì)的確定

污水主要源自于附近居民的廚衛(wèi)用水，對排放污水進(jìn)行采樣檢測，確定污水處理站進(jìn)水水質(zhì)，所得數(shù)據(jù)見表1。污水經(jīng)過處理后需要排入附近某河道中，該河道上游水質(zhì)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)級別為Ⅲ類。另外，居住在附近的居民經(jīng)常在河中清洗衣物和蔬菜，按照這種情況污水排放水質(zhì)應(yīng)執(zhí)行《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/ T 18920—2020）的標(biāo)準(zhǔn)，才能做到不影響附近居民的正常生活。綜合多方面因素后，確定污水處理站排放水質(zhì)執(zhí)行《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/ T 18920—2020）的標(biāo)準(zhǔn)，對標(biāo)準(zhǔn)中未明確的物質(zhì)參數(shù)按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

表1 污水水質(zhì)相關(guān)參數(shù)

3 一體污水處理工藝設(shè)計

3.1 整體設(shè)計思路

在設(shè)計中需要考慮到污水處理站建設(shè)地址、小區(qū)的入住率、建設(shè)工期、投資成本、對周圍環(huán)境的影響等。綜合考慮污水處理站建設(shè)條件、周圍居民小區(qū)環(huán)境、市政景觀要求，還要考慮到污水處理站運行成本與建設(shè)費用，按照經(jīng)濟、合理、節(jié)能的原則，確定污水處理站建于居民小區(qū)內(nèi)部一角；附近小區(qū)建設(shè)時間短，前期入住率較低，并且旅居人口較多，在旅游旺季時居民的入住率較高，所產(chǎn)生的污水排放量也較大；建設(shè)方要求污水處理站要在最短的時間內(nèi)建成，工期緊、任務(wù)重；要求污水處理站占地面積小，嚴(yán)格控制投資成本，污水處理站建成之后運行成本要低，費用來源主要包括藥劑、用電、工人等幾個方面；污水處理設(shè)備運行過程中避免產(chǎn)生臭氣和噪音，以免影響到附近居民的正常生活。綜合以上各種因素后，確定采用一體化地埋式污水處理裝置。

3.2 污水處理工藝確定

3.2.1 生化處理工藝

在選擇污水生化處理工藝時考慮到建設(shè)方要求，選擇投資成本少、運行成本低，且比較成熟、運行穩(wěn)定的工藝。根據(jù)表1 中進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)可以確定，進(jìn)水的可生化性能較好，脫氮作用所需碳源比較充足，采用生物處理技術(shù)可以保證出水水質(zhì)達(dá)到到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。因污水處理排放水質(zhì)執(zhí)行《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/ T 18920—2020）標(biāo)準(zhǔn)，對出水的質(zhì)量要求較高，因此生物處理技術(shù)宜選用強化脫氧除磷工藝。目前在小規(guī)模污水處理中應(yīng)用較多的有A2/ O- MBR、SBR、生物膜+A2/ O、CASS 等技術(shù)。綜合考慮投資成本、運行成本、水質(zhì)要求等因素，本項目采用生物膜+A2/ O 工藝為二級生化處理工藝。與傳統(tǒng)的+A2/ O 工藝相比，生物膜+A2/ O 工藝在缺氧池和好氧池中均加入了組合型填料。這樣反應(yīng)池中的微生物能夠更好地附著在上面，為各種菌群提供良好的環(huán)境。另外，加入組合型填料后可以有效提高反應(yīng)池中溶解氧的濃度，提高反應(yīng)效果[3]。

3.2.2 污水深度處理工藝

經(jīng)過生化處理后的水中依然含有大量雜質(zhì)，深度處理就是為進(jìn)一步凈化水質(zhì)。按照出水標(biāo)準(zhǔn)，要求TP 含量≤0.5mg/ L，去除率達(dá)到87.5%，需要在深度處理工藝中加入除磷環(huán)節(jié)；要求SS 含量≤10，需要在深度處理工藝中加入過濾環(huán)節(jié)，才能符合排放標(biāo)準(zhǔn)；出水水質(zhì)對于大腸埃希氏菌有嚴(yán)格要求，需要在深度處理工藝中加入消毒環(huán)節(jié)。綜合以上因素，深度處理選擇混凝沉淀→過濾→消毒工藝，使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑，聚合氯化鋁作為混凝劑。

3.2.3 一體化工藝流程

在生化處理工藝中選用格柵→調(diào)節(jié)池對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，在深度處理工藝中選擇混凝沉淀→過濾→消毒工藝進(jìn)行深度處理。因此一體工藝流程為：格柵→調(diào)節(jié)池→沉淀→過濾→消毒，最后水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

3.3 污水處理站整體布置

根據(jù)前期規(guī)劃設(shè)計，污水處理站建設(shè)用地為200m2，構(gòu)筑物主要包括格柵槽、調(diào)節(jié)池、深度處理池及設(shè)備室。其中格柵槽、調(diào)節(jié)池占地面積較大，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式；其他構(gòu)筑物占地面積較小，設(shè)備種類較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，均采用一體化污水處理裝置。整體布局采用2 列設(shè)計，每列污水處理量為75m3/ d，在周圍居民入住率較低的時候采用一列運行，這樣可以最大限度節(jié)約能源。一體化污水處理裝置由4 個碳鋼材質(zhì)的箱體組成，其中兩個箱體為生化處理裝置，一個箱體為深度處理裝置，最后一個箱體為設(shè)備室。安裝一體化污水處理裝置前，需要按照箱體尺寸開挖基坑，并做好墊層；待箱體安裝完畢回填，并覆蓋土層種植綠植作為綠化[4]。

4 一體化污水處理裝置運行效果

4.1 出水水質(zhì)檢測

因附近居民入住率較低，只啟用一列污水處理裝置，經(jīng)測定平均水量在50m3/ d。采樣點分別設(shè)置在污水處理站的進(jìn)水口和出水口。在污水處理站建成之后，選擇4 個時間段每天采樣一次，分別是1 月份、4 月份、7 月份和10月份。對試樣進(jìn)行測定后發(fā)現(xiàn)，所有試樣的各項指標(biāo)均符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求，污水處理站穩(wěn)定運行。并且，后期的水質(zhì)數(shù)據(jù)比前期更加穩(wěn)定，說明污水處理站經(jīng)過一段時間的運行，污水處理系統(tǒng)的抗沖擊能力得到加強，菌群也處在穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 成本計算

在投入運營后，污水處理站的費用主要來自設(shè)置運轉(zhuǎn)電費、人工費、藥劑費、污水處理后污泥外運費用和其他雜費[5]。綜合各項費用后，污水處理費為1.22 元/ t，與中型污水處理廠相比成本比較接近，符合節(jié)能運行的要求。

4.3 日常運行維護(hù)管理

因一體化處理裝置深埋地下，加大了運行維護(hù)的難度，也增加了安全隱患，因此采用了性能優(yōu)良的安全監(jiān)測系統(tǒng)。要求工作人員能夠熟練掌握污水處理系統(tǒng)的運行參數(shù)、運行細(xì)節(jié)，中控室值班人員應(yīng)熟悉污水處理視頻監(jiān)控系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)的操作。按照設(shè)備運行要求確定日常維護(hù)頻率，提高污水處理設(shè)備的運行能力，減少設(shè)備更換頻率。

4.4 一體污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）生化處理工藝的優(yōu)勢：在本工程中采用了生物膜+A2/ O 工藝，具有抗沖擊負(fù)荷能力強、出水水質(zhì)好的優(yōu)點。在缺氧池和好氧池中均添加組合型填料，為菌群生長提供了良好的環(huán)境，提高了處理效果，即使水質(zhì)、水量變化較大時也能夠很好的適應(yīng)。

（2）空間布置上的優(yōu)勢：污水處理站采用兩列布置，當(dāng)水量較小時只需要啟動一列即可滿足污水處理需求；當(dāng)居民入住率高、污水排放量大時，可以同時啟動兩列設(shè)備，體現(xiàn)了節(jié)能的設(shè)計理念。

（3）地埋式設(shè)計的優(yōu)勢：本工程中一體化污水處理系統(tǒng)深埋地下，減少了地上空間的使用，可以進(jìn)行綠化；污水處理設(shè)備在地下運行，減少了噪音對周圍居民的影響，同時產(chǎn)生的臭氣被密封在密閉的空間內(nèi)，不會影響周圍居民的生活。地埋式設(shè)計體現(xiàn)了綠色、環(huán)保的設(shè)計理念[6]。

（4）大大節(jié)約了建設(shè)工期：一體化污水處理裝置是由4 個箱體組成，僅需要提前挖好基坑、做好墊層，安裝完成后回填即可完成安裝，施工速度快、簡便。且一體化設(shè)備占地面積較小，大大縮減了施工工期。

（5）污水經(jīng)過處理后可回收利用：污水處理站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)是按照《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/ T 18920—2020）執(zhí)行的，出水水質(zhì)完全符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求。因此經(jīng)過處理后的水可以作為小區(qū)綠化用水，節(jié)約淡水資源[7]。

5 結(jié)語

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，國家對于郊區(qū)、農(nóng)村污水處理越來越重視。因這些區(qū)域距離城市污水處理廠較遠(yuǎn)且較分散，更加適合投資小、運行穩(wěn)定、運行成本低、運維管理簡單的小型污水處理系統(tǒng)。在這種背景下，一體化污水處理系統(tǒng)應(yīng)運而生，更加適合偏遠(yuǎn)的農(nóng)村、城鎮(zhèn)郊區(qū)。本案例中的一體化污水處理系統(tǒng)安裝在無管網(wǎng)、遠(yuǎn)離污水處理廠的區(qū)域，污水轉(zhuǎn)運費用較高，因此選擇自建一體化污水處理站的方式解決附近居民污水處理問題。在本工程中選用處理效果好的生物膜+A2/ O 工藝和集混凝沉淀→過濾→消毒于一體的深度處理工藝。經(jīng)過一年的運行，期間進(jìn)行了4 次取樣檢測，出水水質(zhì)均達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)要求，運行效果良好。缺點是該一體化裝置自動化水平較低，在今后研究中應(yīng)將自動化控制、運維管理、運行成本等方面作為研究突破的重要方向。