高原地区农村污水治理工艺设计研究

赵庆贵

（威宁县生态环境监测站，贵州 威宁 553100）

0 引言

我国高原地区具有高寒缺氧和空气干燥的特征，全年降雨时间与空间分布不均，四季变化不明显，平均海拔在2000 m以上。由于高原更容易受到污染，且水体自净能力比较差，对环保工作要求较高，因而当地农村污水排放的标准更加严格，有必要加强对污水治理的工艺设计，以达到保护高原生态环境的目的。

1 农村污水治理模式的选择

根据农村地区污水治理终端模式的差别，常见的污水治理模式主要有以下3种。

（1）纳厂处理模式，依靠城市污水收集系统，将其与污水处理系统相连接，该模式规模大且水质稳定，投资成本较低，便于对农村污水进行集中管理，适用于距离市政管网3 km以内的村庄。

（2）集中处理模式，即以较大范围的管网收集农村污水，集中建立污水处理设施。该模式运行稳定，具有较强的抗负荷冲击能力，适合用在居住密集且施工难度较低的村庄。

（3）分散处理模式，通过搭建小规模污水处理设施对分散居住的居民生活污水进行处理，处理能力在5 t/d以下，常用于地形复杂或地质条件较差的地区。

农村污水处理主要分为一级至三级处理单元，按照具体水质要求，一级处理设施主要包含格栅、隔油池和集水池；二级单元包含生物处理单元，集中进行厌氧生物、缺氧生物以及好氧生物的处理；三级处理单元包含人工湿地、土地渗滤等部分[1]。

2 农村污水治理工艺的选择

目前常用的农村污水治理工艺如下。

（1）“A2/O+生态”污水处理工艺。使用该工艺时，污水会经过管网集中收集，随后通过调节池的格栅去除大块杂物，避免对管路造成堵塞，格栅分离之后的污水会进入调节池，由调节池对污水进行水质混合，使流入微动力生化池的水质更稳定。

（2）A2/O污水处理工艺，这是厌氧-缺氧-好氧处理工艺的简称，具有良好的脱氮除磷效果。厌氧区可以释放磷，碳源与沉淀池含磷污泥产生回流；缺氧区可以实现反硝化脱氮，要求碳源和硝态氮混合液内回流；好氧区可以将有机物成功去除，达到吸收磷的效果。沉淀池主要负责泥水分离，使一部分污泥回流到厌氧区，剩下的污泥排放除磷。

（3）“厌氧+人工湿地”污水处理工艺，污水经过格栅后有效去除固体垃圾，再进入厌氧池等待处理，使有机污染物成功被去除，污染物被矿化，此时有机物变成了甲烷与二氧化碳。

（4）膜生物反应器（membrane bioˉreactor,MBR）处理工艺，该技术就是通过组合生物学与膜分离处理方式，利用水中有机物作为营养源的细小生物，将水内的胶质性有机物转为气体与细胞。MBR膜分离处理可以将水和污泥的停留时间隔离，出水水质稳定，水体浑浊度可达到0，可以成功截流细小污染物。使用该工艺时，MBR主要以酶微生物作为催化剂，在化学反应与生物转化反应的作用下依靠好氧细小生物溶解污染物，再使用硝化细菌将氨氮转为硝酸盐，使污水的异味成功被去除，最终达到固液分离的效果[2]。

3 高原地区农村污水治理工艺设计

3.1 工艺设计

由于现阶段高原地区农村居民住房已经从原本的分散式转为集中居住和分散居住结合的形式，居民生活污水给高原带来的面源污染问题需要得到人们的关注，因此有必要采取合理的措施做好农村居民生活污水的几种净化处理[3]。在污水治理工艺设计方面，首先要考虑进出水的水质情况，积极参照当地颁布的《农村污水处理技术指南》，以贵州省《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》一级标准为例，相应出水水质设计情况如表1所示。

表1 高原地区农村污水排放标准 单位：mg/L

在污水处理设计工艺方面，经过高原地区地质条件勘探及比对分析，本项目确定采用“预处理+人工快渗+消毒”的处理工艺，对于污泥的处理则采用污泥干化和外运处置相结合的方式，相应工艺流程如图1所示[4]。

图1 “预处理+人工快渗+消毒”污水处理工艺流程

3.2 构筑物设计与计算

3.2.1 生物接触氧化池

污水处理工艺中，生物接触氧化法也被称为浸没式曝气生物滤池，即以生物滤池作为基础进行污水处理。生物接触氧化法就是在活性污泥法与生物滤池之间采取的污水生物处理工艺，兼具了两种技术的优势。表2为生物接触氧化池污染物去除率。

表2 生物接触氧化池污染物去除率

了解各项污染物的去除率后，还应计算接触氧化池的容积情况，明确相应设计参数，具体如表3所示。

根据表3参数，明确设计规模为150 m3/d，在设计池深时，超高层为0.4 m；填料层顶距水面的高度为0.6 m；填料层距池底距离为1.0 m；有效深度为2.5 m；总池深为数值相加之和，即4.5 m。总池容计算方面，计算停留时间为12.41 h，接触氧化池的设计尺寸为5.0 m×3.7 m×4.5 m，实际池容为83.25 m3，校核停留时间为13.32 h，最终可以满足相应规范要求，设计结果符合污水处理工艺需要。

表3 接触氧化池容积计算设计参数

3.2.2 人工快渗池

针对高原地区农村污水处理现状，人工快渗属于一种有效的污水土地处理方式，建设成本较低，系统运行稳定，只需要较短的建设周期就能达到较好的出水效果。人工快速渗滤系统被称为CRI系统，渗滤池内主要是人工填充的河砂，在其中加入特殊填料后就能提升CRI系统的水力负荷能力，同时满足出水标准要求。相应设计参数如下：人工快渗池设计规模为150 m3/d；水力负荷为1.2 m3/m2·d；人工快渗池数量为4座；池体尺寸为12 m×2.4 m×2.4 m；水力负荷校核为1.3 m3/m2·h。

3.3 污水收集系统设计

一旦农村污水处理工艺中出现雨污分流不彻底，将会造成污水管网运行不通畅，甚至引发污水冒溢，给污水处理中心带来严重的冲击负荷。此时可以采取两种污水收集和雨污分流的设计方式，一种是居民家中雨污分流改造，另一种是户外溢流槽改造。为了不影响居民正常生活，可鼓励居民结合家中情况自行改造。采用户内雨污分流改造的方式，将厕所内污水与生活排水集中收集起来，使院中雨水不会进入系统，保障末端处理系统正常工作。如果分流改造实施效果不理想，应采用户外溢流槽的改造方法，在排水沟末端位置设置污水收集装置，溢流槽的设计如图2所示。旱季到来后，居民家中污水会经过未分流的排水沟进入溢流槽，再利用地漏装置将树叶垃圾、大体积杂物截流，污水进入管网。雨季到来后，雨水可越过溢流堰进入村落沟渠，实现雨水和污水的统一收集溢流。

图2 溢流槽

3.4 污水处理系统设计

经过调研得知，目前国内农村污水治理通常采用一体化处理设施，污水处理规模最大可以达到200 m3/d，占地小，自动化控制程度较高，且不容易受到高原地区气候条件和季节变化的影响。常用的工艺主要有MBR工艺、厌氧-缺氧-好氧法（anaerobicanoxic-oxic,AAO）工艺以及生物接触氧化法3种。以MBR工艺为例，应用格栅将多余垃圾杂物成功筛除，污水进入调节池，调节池内部安装一体化提升泵，可有效提升污水处理效率，对溶解难度较大的有机残留物进行处理，依靠微生物分解作用，形成小分子细胞，出水之后进入MBR区，完成有机污染物的处理，以达到预期氧化分离效果。这一过程中，调节池主要负责污水的收集，同时兼顾水质水量的均衡，起到调节pH的作用，能够保障污水处理系统的稳定运行。厌氧池作为一种生化系统，溶解氧需要保持在0.2 mg/L以下，大分子有机物被分解为小分子，为后续污水处理工艺的运行奠定基础，将一部分COD成功去除，同时具有除磷的效果。

选择生物处理工艺时，常用的工艺有MBR工艺、AAO工艺等，生物膜法应用较少，不适合用于大规模污水处理，但对水质有着较强的适应性，污泥产量很少，沉降效果显著，适合用于高原农村地区的污水治理。采用“厌氧+人工湿地”相结合的处理工艺，污水在经过格栅之后可以有效去除固体垃圾和杂物，再进入厌氧池处理，起到厌氧池调节和沉淀的作用。

3.5 消毒处理单元与污泥处理系统设计

对于污水消毒处理单元的设计，应根据高原地区污染物排放标准来选择污水处理设施，根据排放标准中对粪大肠杆菌的指标要求，可在处理单元中加入消毒设施。随着人们对污水消毒处理要求的提高，应做好污水和污泥回用之前的消毒处理，以三氯乙腈尿酸为消毒剂，预防疾病的传播。

对于污泥处理工艺的设计，当前农村污水处理常见两种污泥处理工艺，一种是储泥池和污泥螺压脱水机相结合；另一种是将储泥池和吸污罐车外运的方式，将污泥运输到集中处理中心。如果用到污泥螺压脱水机，该设备占地小，后期运维难度低，可用于高原地区分散式小规模污水处理中心，但每日工作量较大，需要合理安排工作人员。另一种方式下，污泥清运的工作量很大，需安排较多维护人员。因此，有必要对污泥处理工艺加以优化设计，针对AAO工艺易脱水的特征，要明确技术路线，即“污泥重力浓缩池+干化池+绿化回用与农村农用”的工艺路线，减轻人员工作量，根据农村污水治理特点实现污泥的自然干化，干化池的设计如图3所示。

图3 干化池

4 结语

总而言之，结合高原地区的地质气候条件，采用生物接触氧化法与人工快渗相结合的污水处理工艺，同时配合MBR工艺和AAO工艺，实现农村污水的集中收集和处理，经过污水消毒单元设计和干化池设计，使污泥得到科学处理，最终出水水质可以达到地方规定的排放标准。根据高原地区高寒缺氧的特征，结合恶劣的自然气候条件，农村污水治理工艺达到多样化标准要求。