环境敏感区农村生活污水处理工艺设计研究

2021-05-17

智能城市 2021年6期

（北京中铁生态环境设计院有限公司，北京 102699）

相较一般地区的农村生活污水处理要求，水源保护地等环境敏感区域的污水排放标准较为严苛，污水处理需以环境保护为基础展开工艺设计，部分地区自建设宜居乡村理念提出以来，逐渐重视农村生活污水处理，为更好展开工艺设计，应结合环境敏感地区农村生活污水特点和排放要求，经过多种工艺比较选择最优方案。

1 环境敏感区农村生活污水特点

随着社会经济的不断发展，农村地区生活条件日益改善，卫生间等相关设施已在农村地区普及，导致农村生活污水排放量有所增加。近年来由于生活污水的无序排放，导致农村环境逐渐恶化，造成农村河道重度污染，威胁生态环境，影响人们身体健康。

对环境敏感区而言，其包括饮用水水源保护区、水土流失重点防治区等国家制度批准的特殊保护区域，严重缺水区域、天然渔场等生态敏感与脆弱区等均为环境敏感区，同时文教区、疗养地等社会关注区同样属于环境敏感区。生活污水中包含多种有害微生物、有机污染物，长期未处理易污染附近地表水，形成黑臭水体，威胁农村生态环境[1]。

2 农村生活污水处理工艺比较

农村污水处理主要是针对COD、TP、BOD5、NH4+-N等指标的控制，文章围绕A2/O工艺、人工湿地工艺、MBR工艺、氧化沟工艺展开对比。

A2/O工艺相较传统活性污泥法工艺增设了厌氧段、缺氧段，污水在A1段厌氧区中聚磷菌厌氧释磷后进入A2缺氧段，原水碳源与好氧池末端回流的硝态氮进行硝化反应并成氮气。生活污水经过处理后，进入好氧反应区，好氧微生物完成碳化、硝化反应，聚磷菌大量吸收水中的磷，富含磷的活性污泥可通过剩余污泥排出系统。此方式较为稳定且除磷脱氮效果较好，在厌氧、缺氧环境下可有效抑制丝状细菌大量繁殖，避免污泥膨胀[2]。

人工湿地工艺一般作为深度处理工艺，污水沉淀过滤后投入人工湿地环境内，在土壤、植物、微生物共同作用下净化污水，但此工艺占地较大、易受季节环境影响，因此，可结合工程用地和气候情况，考虑配合其他工艺实现高标准的深度污水处理。

MBR工艺主要借助膜分离作用与生物处理结合展开污水处理工作，此工艺去除率高、出水水质好，在膜分离作用下污泥浓度可保持在较高的水平。但MBR工艺经济成本高，对技术要求较高，需要具备部分自动化设施，导致运行成本较高。

氧化沟工艺主要依靠连续循环曝气池完成污泥净化，具有多种池型变种，对农村污水处理可以做到集污泥回流、泥水分离、曝气沉淀为一体的处理模式，具备稳定可靠、运转便捷特点，但其脱氮效果较弱，相关设施设备占地面积较大，仅适用于镇级污水处理厂。

由于各种生活污水处理工工艺存在差异，应结合实际项目条件与标准，合理选择处理工艺，以保障污水处理工艺可发挥最大价值。

3 环境敏感区农村生活污水处理工艺设计

3.1 项目概况

本次农村生活污水处理项目周边存在一所幼儿园、一所小学、一所中学，属于农村文教区，涉及农村人口较多，结合当地人口自然增长率，预计2025年可达到11 000人，该区域属于人口密集区，结合其性质可将其判定为环境敏感区。该项目农村生活污水处理标准较为严苛，应根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）展开工艺选择与流程设计，结合当地实际情况，采用A2/O工艺与人工湿地工艺相结合的方式展开设计，项目案例中农村生活污水处理工艺试运行效果良好且稳定。

为进一步深入了解该区生活污水状况，采用人口指标法取当地农村用水量每人可达140 L/d，根据污水收集管网工程数据分析，人均产污系数为90%，污水收集管网截污率为84.89%。为便于生活污水处理设计，截污率取85%，结合当地的地下水环境，地下水渗入量按总污水量10%测算，可得本项目污水预测量，判定该项目污水处理规模为1 200 m3/d，具体如表1所示。

表1 污水预测量

3.2 处理工艺设计

3.2.1 进、出水水质

本次主要针对环境敏感区农村生活污水展开处理设计，以该地区污水预测量为基础数据，确定污水处理进水水质情况。

环境敏感区生活污水处理标准较高，NH4+-N、COD、TP指标标准以《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）为依据。SS、TN严格参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准执行处理，严格控制其进、出水水质。以COD为例，进水标准为≤300 mg/L，出水标准为≤40 mg/L，通过直观对比了解污水处理目标。进、出水水质指标如表2所示。

表2 进、出水水质指标单位：mg/L

3.2.2 设计工艺流程

结合人工湿地工艺与A2/O工艺，其处理流程主要由进水口进入格栅调节池、生化系统（厌氧池、缺氧池、好氧池）、沉淀池、连续流沙滤池、人工湿地、紫外线消毒区，出水质达标后将其排出，沉淀池沉淀出的活性污泥回流至前端，剩余污泥排入污泥调理池、隔膜式压滤机，以脱水污泥形式运出农村生活污水处理站。

格栅调节池主要用于缓解因每日时用水差异造成的生活污水量波动，设置格栅调节池用以拦截污水中大块垃圾，结合搅拌机均质进水水质，本次项目中采用格栅调节池尺寸为20 m×9 m×5.3 m，配备潜水搅拌机1台、格栅2道、液位计1套、提升泵2台。

生化系统主体工艺形式为A2/O，投加悬浮填料增强微生物浓度，相较传统活性污泥，生物载体硝化效果更佳。A2/O工艺反应池分为两组，每组采用20 m×5 m×5.5 m规格，悬浮填料的填充比为10%～20%，好氧池与缺氧池间的混合液回流比为400%，此过程需鼓风机2台、管式曝气器120根、搅拌机4台、填料600 m3。

二沉池后设置混凝沉淀池，混凝沉淀池的主要作用为化学除磷及去除SS，采用竖流式沉淀池，采用两套加药装置分别存放投加PAM、PAC，混凝沉淀池数量为2座，尺寸为6 m×6 m×6 m。连续流沙滤池作用主要为强化SS去除工艺，需将SS控制在10 mg/L以下，连续流沙滤池具有规避人工湿地堵塞的作用，是一种高效滤池工艺，在过滤器采用汽水联合反冲洗，节省反洗能耗，保证清洗效果。

人工湿地主要采用垂直复合型湿地工艺，具有除磷脱氮的效果，湿地内辅以鹅卵石、碎石、沸石等填料，根据季节变化选择水生植物，一般采用菖蒲、美人蕉、麦冬等。主要指标应满足《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中出水水质标准，此过程需水生植物若干。人工湿地尺寸分为两类，分别为8 m×25 m、26 m×11 m，数量为2座、4座。紫外线消毒区主要为尾水消毒，需配备总功率为16 kW的紫外灯管，共16根。

3.2.3 实际运用效果

经过一段时间的运行，了解A2/O工艺与人工湿地相结合的工艺处理效果，格栅调节池、生化系统、混凝沉淀池、连续流沙滤池均运行正常，出水COD、TN、TP等数据均处于标准范围内，TN、TP去除率分别为86.7%、98.3%、67.7%、92.6%，结合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）和《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）分析，已符合相关排放标准。

3.2.4 经济指标分析

分析本次环境敏感区农村生活污水工序（人工湿地工艺与A2/O工艺相结合），一年处理生活污水约800 m3/d，实际处理量约为设计水量的60%，运行费用主要包括电费、人工费、维修费、药剂费等。本次项目集人工湿地、A2/O为一体，总投资约600万元，包含一类费用约500万元，工程其他费用约88万元，占地面积约8.7亩。

3.2.5 工艺设计总结

本次生活污水处理工艺主要针对环境敏感区展开，融合人工湿地工艺与A2/O工艺，将TP、COD等物质出水水质指标稳定控制在国家标准范围内。结合实际运转情况，其污染物去除率较高，工艺流程与设备稳定性较好，在专业操作与管理下运行成本相对较低。

分析总体达标率，生活污水、人工湿地、生化系统（厌氧池、缺氧池、好氧池）停留时间建议适当延长，以保证运行稳定性，对美人蕉、麦冬等季节性水生植物应定期修剪，确保生物污水处效果最大化，为更好展现可持续发展与建设宜居农村理念，可结合当地乡村环境构建人工湿地，增加绿植面积，美化生态环境，充分发挥人工湿地的价值。