北京通州區(qū)農(nóng)村生活污水處理站工藝設(shè)計(jì)分析

摘 要：【目的】為滿足北京通州區(qū)治理農(nóng)村污水的需求，對一體化污水處理站在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)分析。【方法】通過工程實(shí)例，分析通州地區(qū)農(nóng)村污水的水量水質(zhì)，比選污水處理工藝及生物處理單元結(jié)構(gòu)形式。確定采用A3/O＋MBBR＋生物過濾＋消毒的污水處理工藝的一體化裝置，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村污水全流程處理?！窘Y(jié)果】經(jīng)污水處理站處理后水質(zhì)能夠滿足北京市新（改、擴(kuò)）建農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染排放二級A標(biāo)準(zhǔn)的要求?！窘Y(jié)論】采用A3/O＋MBBR＋生物過濾＋消毒工藝的一體化污水處理站在農(nóng)村生活污水處理中應(yīng)用集成度高，安裝快速、簡便，運(yùn)行維護(hù)簡單，可為北方地區(qū)農(nóng)村污水處理設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村污水；工藝比選；MBBR

中圖分類號：X703" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）13-0107-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.022

Process Design and Analysis of Rural Domestic Sewage Treatment

Station in Tongzhou District of Beijing

WU Xuan ZHANG Yuanyuan

（BDG Water Design ＆ Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100068，China）

Abstract： [Purposes] In order to meet the demand of rural sewage treatment in Tongzhou District， Beijing， the application of integrated sewage treatment station in rural domestic sewage treatment was studied. [Methods] Through engineering examples， the quantity and quality of rural sewage in Tongzhou area were analyzed，and the sewage treatment technology and the structure form of biological treatment unit were compared.The use of A3/O+MBBR+ biological filtration + disinfection of sewage treatment process integrated device was determined to achieve the whole process of rural sewage treatment. [Findings] The water quality treated by the sewage treatment station can meet the requirements of the secondary， which is newly built （reformed and expanded） in Beijing. [Conclusions] The integrated sewage treatment station using A3/O+MBBR+ biological filtration + disinfection process has advantages like high degree of application integration in rural domestic sewage treatment， rapid installation， simple operation and maintenance， and provides a reference for rural sewage treatment design in northern China.

Keywords： rural sewage; process comparison; MBBR

0 引言

近些年來，隨著通州區(qū)的快速發(fā)展，各村鎮(zhèn)人口數(shù)量激增，村鎮(zhèn)內(nèi)生活污水總量增大。為滿足通州區(qū)治理農(nóng)村污水的需求，部分村鎮(zhèn)的多座污水處理站需進(jìn)行新建或改擴(kuò)建［1］?，F(xiàn)有的農(nóng)村污水處理站以一體化設(shè)備形式為主，具有集成度高，安裝快速、簡便等特點(diǎn)，且采用智能控制系統(tǒng)，運(yùn)行維護(hù)簡單，人員成本低。本研究根據(jù)北京通州地區(qū)農(nóng)村污水特點(diǎn)，通過對比分析確定了A3/O＋MBBR＋生物過濾工藝，為同類農(nóng)村污水處理工程設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

1 工程設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

1.1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)。農(nóng)村生活日漸城市化，生活污水主要來自農(nóng)家的廁所沖洗水、廚房洗滌水、洗衣機(jī)排水、淋浴排水及其他排水等［2］。根據(jù)華北地區(qū)農(nóng)村居民生物污水水質(zhì)指標(biāo)，考慮本地居民的生活、飲食習(xí)慣、生活污水中其他污染物比例，以及人口和污水量，綜合考慮確定本工程的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)按照北京市《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/1612—2019）新（改、擴(kuò)）建農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染排放二級A標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

1.1.2 設(shè)計(jì)規(guī)模。本項(xiàng)目污水主要來自各農(nóng)村污水管網(wǎng)系統(tǒng)收集的區(qū)域內(nèi)的生活污水排水，包括住宅和其他公共場所等排出污水，根據(jù)當(dāng)?shù)卣_認(rèn)，本項(xiàng)目各村均無工業(yè)廢水匯入。

①用水定額的確認(rèn)。污水處理規(guī)模受氣候條件、經(jīng)濟(jì)狀況及生活習(xí)慣等因素的影響，不同地區(qū)的農(nóng)村污水排放量相差較大，農(nóng)村污水排放量根據(jù)實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分村莊是打井取水，不需上交水費(fèi)，村民用水量較大。同時(shí)，考慮到該片區(qū)村莊距離副中心較近，村民的生活質(zhì)量逐漸提高，大部分村民家的淋浴等用水器具齊全，有些村民在自家院子里洗車、沖灑道路［3］。根據(jù)CJJ/T 246—2016《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村給水工程規(guī)劃規(guī)范》，結(jié)合對該片區(qū)村莊用水量的調(diào)研及對排污口的實(shí)測結(jié)果，人均綜合用水量指標(biāo)按 120 L/（人·d）計(jì)。

②工業(yè)廢水確認(rèn) 。本工程污水收集處理工程無工業(yè)廢水排入。

③截污系數(shù)和產(chǎn)污系數(shù)。截污系數(shù)由建筑內(nèi)部給排水設(shè)施水平和排水系統(tǒng)的普及程度等因素決定。一般情況下可按當(dāng)?shù)赜盟~的80%～90%計(jì)算，本方案按照100%計(jì)算。產(chǎn)污系數(shù)按照80%計(jì)算。

④未預(yù)見水量。根據(jù)本項(xiàng)目用水習(xí)慣，預(yù)見水量按照平均日綜合生活污水量的10%計(jì)算。

⑤地下水滲漏系數(shù)。本地區(qū)地下水水位較淺，管網(wǎng)運(yùn)營過程中不可避免地會造成部分地下水滲入到管道系統(tǒng)中，地下水滲漏系數(shù)取值5%。

本項(xiàng)目污水量預(yù)測指標(biāo)見表2。

污水處理站占地360 m2，村常住人口1 491人，流動人口312人。擬新建污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為200 t/日，變化系數(shù)取Kz=2.3（按24小時(shí)計(jì)），最大時(shí)流量為Q=19.17 m3/h。

1.1.3 污水處理廠尾水排放。本項(xiàng)目出水消毒經(jīng)在線監(jiān)測水質(zhì)后排入附近溝渠。

1.1.4" 污水處理廠污泥出路。本工程污泥排入調(diào)節(jié)池內(nèi)，由吸泥車定期抽吸外運(yùn)，由通州區(qū)統(tǒng)一安排處治。

1.2" 生物處理工藝結(jié)構(gòu)方案比選

1.2.1 生物處理結(jié)構(gòu)形式。農(nóng)村污水處理工藝一般在A2/O工藝、MBR工藝、SBR及其變形工藝等3類活性污泥法中選擇。目前，國內(nèi)小型污水處理站選用裝配式結(jié)構(gòu)較多，主要是考慮到設(shè)備占地面積小、管理方便等，大型污水處理廠基本為傳統(tǒng)處理構(gòu)筑物，設(shè)施結(jié)構(gòu)包括裝配式結(jié)構(gòu)和鋼砼結(jié)構(gòu).兩種不同結(jié)構(gòu)形式的對比見表3、表4。

通過以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，水量在50～500 m3/d污水處理廠采用裝配式結(jié)構(gòu)在噸水工程費(fèi)用低于鋼砼結(jié)構(gòu)，施工周期上少于鋼砼結(jié)構(gòu)，并且在小城鎮(zhèn)污水站中裝配式結(jié)構(gòu)運(yùn)用廣泛，比較成熟，本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為200 m3/d，建議采用一體化裝配式結(jié)構(gòu)作為污水站生化段結(jié)構(gòu)形式。

1.2.2 生物處理工藝比選。污水處理工藝選擇應(yīng)充分考慮污水量、污水水質(zhì)，以及經(jīng)濟(jì)條件和管理水平，優(yōu)先選用技術(shù)合理先進(jìn)、安全可靠、低能耗、低投入、少占地和操作管理方便的成熟工藝。

AAO、SBR［4］、MBR為常見的農(nóng)村污水處理工藝，結(jié)合國內(nèi)外工程實(shí)例，本項(xiàng)目選取以下3種工藝方案進(jìn)行比選（見表5）。

針對本次項(xiàng)目所涉及的場站，膜生物反應(yīng)器（MBR）［5］優(yōu)點(diǎn)為占地面積小，但MBR工藝缺點(diǎn)也比較明顯，如設(shè)備種類較多，操作復(fù)雜；運(yùn)行成本高；運(yùn)營期間MBR膜需定期清洗，維護(hù)困難，需要操作技能高的技術(shù)人員才能完成；MBR膜通量衰減速度及膜壽命受進(jìn)水水質(zhì)影響大，需要定期更換膜組件。SBR+膜過濾工藝自控要求高，變水位運(yùn)行，電耗高，污泥體積大。而A3/O+MBBR+生物過濾工藝在好氧區(qū)投加大比表面積MBBR懸浮填料，作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用而處于流化狀態(tài)。通過懸浮填料上掛膜，實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，同步硝化反硝化，增加對總氮的去除效果［6］。該處理工藝吸收了傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的脫氮除磷效果，抗沖擊載荷能力強(qiáng)，投資費(fèi)用低，安裝簡單，運(yùn)營成本更低，運(yùn)行過程中基本無臭味，剩余污泥產(chǎn)量小。

通過上述比較，A3/O+MBBR+生物過濾工藝一次投資成本低，總體以一體化設(shè)備形式為主，具有集成度高，安裝快速、簡便等特點(diǎn)，且采用智能控制系統(tǒng)，運(yùn)行維護(hù)簡單，人員成本低。因此，一體化裝置生物處理單元最終推薦采用A3/O+MBBR+生物過濾工藝。

1.3 污水處理工藝流程和平面布置

本污水處理工程采用提籃格柵+調(diào)節(jié)池+A3/O+MBBR+生物過濾+消毒工藝。污水處理工藝流程如圖1所示。

來水經(jīng)提籃格柵截留較大的懸浮物或漂浮物，進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)池出水提升進(jìn)入生化池。本方案選用A3/O生化池，污水在厭氧區(qū)內(nèi)與沉淀區(qū)回流的污泥充分混合，聚磷菌在厭氧的環(huán)境下充分釋磷，為好氧區(qū)的生物除磷奠定基礎(chǔ)，聚磷菌在好氧條件下過量吸磷，降低污水中總磷含量；厭氧區(qū)混合液與來自好氧區(qū)回流的硝化液在缺氧區(qū)混合，反硝化細(xì)菌在缺氧條件下成為優(yōu)勢菌種、充分生長繁殖，從而實(shí)現(xiàn)缺氧區(qū)高效的生物脫氮。整個(gè)生化池可保障出水CODCr、BOD5、氨氮、TN達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，TP出水指標(biāo)較低。

經(jīng)過好氧區(qū)后的含污泥混合液，進(jìn)入沉淀區(qū)沉淀并分離出上清液和污泥，其中，上清液進(jìn)入軟性固定填料過濾區(qū)進(jìn)一步過濾去除SS，部分污泥從沉淀區(qū)回流至預(yù)脫硝區(qū)，維持系統(tǒng)污泥濃度，剩余污泥外排至調(diào)節(jié)池。經(jīng)軟性固定填料過濾后的清水進(jìn)入清水區(qū)，消毒后達(dá)標(biāo)回用或排放。

根據(jù)規(guī)劃要求，本工程設(shè)計(jì)平面布置按200 m3/d規(guī)?？紤]。根據(jù)矢量圖上污水處理站占地面積360 m2，長度為24 m，寬度為15 m，現(xiàn)污水站按矢量圖上占地面積進(jìn)行設(shè)計(jì)。擬建的污水處理站位于西集馬坊村南。污水處理站按照工藝流程，依次有調(diào)節(jié)池（含格柵）、MBBR生物反應(yīng)器、設(shè)備間等。為節(jié)約用地，各構(gòu)筑物在保證工藝流程順暢性和合理性的條件下應(yīng)盡量緊湊布置，平面布置如圖2所示。

2 主要建構(gòu)筑物及設(shè)備

2.1 調(diào)節(jié)池

來水經(jīng)提升后首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，池內(nèi)前端設(shè)置提籃格柵，用來截流大粒徑固體物，提籃格柵應(yīng)定期人工清撈。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)2臺提升泵（1用1備），將污水提升至一體化設(shè)備內(nèi)。提升泵采用潛水泵，設(shè)計(jì)規(guī)格：Q=10 m3/h，H=10 m，N=0.75 kW。將污水均勻提升至后續(xù)生物池。

主要技術(shù)參數(shù)：設(shè)計(jì)規(guī)模：200 m3/d，總變化系數(shù)Kz=2.3，調(diào)節(jié)池尺寸：13.2 m×3.5 m×3.72 m，平均時(shí)停留時(shí)間：12 h。

2.2 生物池

經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，污水首先進(jìn)入預(yù)脫硝區(qū)，利用原水中的有機(jī)物與從沉淀區(qū)回流至預(yù)脫硝區(qū)的污泥中的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)；在預(yù)脫硝區(qū)反硝化后的含污泥混合液，進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)進(jìn)行生物釋磷反應(yīng)；經(jīng)過厭氧區(qū)釋磷后的含污泥混合液，進(jìn)入缺氧區(qū)與從好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)的硝化液進(jìn)行反硝化反應(yīng)；在缺氧區(qū)反硝化后的含污泥混合液，進(jìn)入好氧區(qū)進(jìn)行硝化反應(yīng)，同時(shí)部分硝化液從好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)；經(jīng)過好氧區(qū)后的含污泥混合液，進(jìn)入沉淀區(qū)沉淀并分離出上清液和污泥。其中，上清液進(jìn)入軟性固定填料過濾區(qū)進(jìn)一步過濾去除SS，部分污泥從沉淀區(qū)回流至預(yù)脫硝區(qū)，維持系統(tǒng)污泥濃度，剩余污泥外排至污泥池，實(shí)現(xiàn)生物除磷效果。經(jīng)軟性固定填料過濾后的清水進(jìn)入清水區(qū)，消毒后達(dá)標(biāo)回用或排放。工藝原理如圖3所示。

A3/O+MBBR+生物過濾一體化污水處理裝置設(shè)置1套，預(yù)脫硝區(qū)停留時(shí)間0.6 h，厭氧段停留時(shí)間1.0 h，缺氧段停留時(shí)間4.0 h，好氧段停留時(shí)間5.1 h，沉淀區(qū)停留時(shí)間2.5 h，生物過濾區(qū)停留時(shí)間0.9 h，總停留時(shí)間14.1 h。污水處理裝置采用集裝箱式，處理量200 m3/d，規(guī)格尺寸為19.5 m×3.0 m×2.9 m。

2.3 加藥間

為確保本工程出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，工藝設(shè)計(jì)中設(shè)置有PAC投加系統(tǒng)及乙酸鈉投加系統(tǒng)，根據(jù)運(yùn)行需要選擇投加。設(shè)置加藥間1座，規(guī)格尺寸為2.9 m×2.3 m×2.2 m。

2.4 投資控制

本工程總投資為309.22萬元。工程費(fèi)合計(jì)256.08萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)38.41萬元，預(yù)備費(fèi)14.72萬元。單位投資為1.2萬元/m3。

3 結(jié)語

本研究針對農(nóng)村污水的水質(zhì)和水量變化波動較大的特點(diǎn)，采用A3/O＋MBBR＋生物過濾＋消毒工藝，處理后水質(zhì)能夠滿足北京市《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/ 1612—2019）新（改、擴(kuò)）建農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染排放二級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。主體處理單元采用一體化設(shè)備形式，具有集成度高，安裝快速、簡便等特點(diǎn)，且采用智能控制系統(tǒng)，運(yùn)行維護(hù)簡單，人員成本低。

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