城乡结合部污水处理技术优化及应用

2022-05-21方小军王守中王开颜

水科学与工程技术 2022年2期

方小军，周振，王守中，曲璐，王开颜

（1.北京特种工程设计研究院航天低温推进剂技术国家重点实验室，北京 100028；2.中央军委后勤保障部工程质量监督中心，北京 100036）

城乡结合部主要是指城市和乡村的过渡地带，随着城市化进程加快，城市不断向外围发展，使得毗邻乡村地区的土地利用从农业转变为工业、商业、居住区及其他功用，但其配套的城市服务设施建设不完备，大部分城乡结合部的污水不能接入市政管网，进行无害化处理。随着居住人员的不断增加，城乡结合部的水污染问题日渐突出，短期内市政污水处理设施难以覆盖，需考虑建设单独的污水处理设施，解决其污水处理问题。

城乡结合部污水是不同于中小城镇，也不同于农村的另一类污水，其特点和农村污水处理接近，但也有一定区别，农村污水处理技术如不加以改进，直接应用到城乡结合部污水处理之中，将会造成污水处理站达不到设计要求、处理设施不能充分利用等问题。

1 城乡结合部污水处理技术选择

1.1 城乡结合部污水处理特点

城乡结合部污水处理更接近农村污水处理，但与农村污水处理相比，具有管理水平低、水质水量变化大、建站和运行资金短缺等实际问题，还具有以下特点和要求：

1.1.1 污水处理规模较大且水质复杂

农村由于常住人口少，居住较分散，部分污水难以收集等问题，污水处理规模通常为每天几十立方至一百多立方，排放的污水主要为村民的生活污水和少量餐饮污水。

城乡结合部由于居住人口较多，通常有较多外来务工人员集中居住，居住也较集中，污水管网较为完善，所有污水基本都汇集在一起，因此处理规模较大，通常每天几百立方至一千多立方。同时城乡结合部污水来源较多，既有日常生活污水，又有较多的餐饮、洗车等服务业排水，还有可能包括一些工业企业的排水，水质情况复杂。

1.1.2 处理水质和环境要求高

农村污水通常仅需简单处理后即可排放或回用，但城乡结合部地区通常环境要求较高，对污水处理也提出了更高要求，对污水处理的水质、污水处理站的环境、气味、外观等都有更高要求。

1.1.3 污水处理站选址困难，可用地范围小

城乡结合部居住人员较多，基本没有闲置的土地，土地和建筑物所有权复杂，不便协调安排，因此污水处理站选择较困难。即要考虑靠近污水排放总管，又需有适合的建设用地，同时还需考虑污水处理站对周边居民的影响。

1.2 小型污水处理技术

村镇及农村污水等小型污水处理技术近几年有较多单位开展了相应研究，开发出一些适应其特点的处理工艺，主要可以分为两大类。一类是好氧处理技术，应用较多的有生物接触氧化工艺、AO工艺、速分处理工艺、SBR工艺等，此类工艺通过曝气，培养好氧菌对污水进行处理，处理效率高，出水水质好，占地面积小，但运行费用高。另一类是厌氧（或兼氧）技术，应用较多的有人工湿地、厌氧生物滤池、土地处理等，此类工艺不设置曝气设施，其通过土壤或填料等截留水中的污染物，并通过厌氧菌（或兼氧菌）对污水进行处理，其运行费用低，操作简单，但占地面积较大，出水水质较差。

自2006年起，北京特种工程设计研究院参与北京市新农村污水处理项目，研究开发了多种适合村镇污水处理的工艺，并建成多个工程应用实例，积累了许多工程应用经验，工艺技术参数得以不断改进。对城乡结合部污水，也开展了相应的研究工作，了解其排放现状和特点，对其适用技术进行了研究。

1.3 城乡结合部污水处理技术选择

城乡结合部选择污水处理技术时，应根据其水质特点、环境条件和处理要求，主要考虑具备较强的耐冲击负荷能力、低能耗、少占地及操作管理简便的技术。

小型污水处理技术中大多可以应用到城乡结合部污水处理中，但应根据现场情况进行选择和优化调整。工艺选择时主要考虑以下因素：①在处理标准上，对出水排至封闭水体的，需考虑较高的脱氮除磷能力，如AO工艺、人工湿地工艺等，以免造成排放水体富营养化；排至河流的，由于河流有一定的自净能力，则重点考虑去除BOD和氨氮，如接触氧化工艺、速分工艺等。 ②在地形坡度较大的区域，流至污水站处的污水管埋设深度较小，适宜建设较大的来水调节设施，可以选用生物接触氧化工艺、AO工艺、厌氧生物滤池等工艺，如不便设置较大来水调节设施，则应采用SBR工艺、速分工艺、人工湿地等耐冲击较强的工艺。 ③在靠近城区、用地较紧张地区，应选择占地小的好氧处理技术，如有适宜的空地可作为污水站用地时，可以采用人工湿地、土地处理等占地大的工艺，但宜加强预处理或后处理，提高出水水质。

2 城乡结合部污水处理实例

2.1 项目概况

城乡结合部某村，2005年开展新村建设后，由原来的村落改造为城市化居住小区。现有和即将入住总住户2180户，约5000人，配套商业住户面积2万m2。村内采用雨污分流排水体制，排放污水经化粪池初步处理后经污水管线在京沈高速南侧排入灌渠。

污水量设计为800m3/d，处理对象主要为生活污水（包括部分饭店排水）。根据工程经验和对类似废水的水质分析，设计进水主要指标如表1。处理出水排放至灌渠，用于农田灌溉，结合《北京市水污染物排放标准》和《农田灌溉用水水质》的有关要求，设计出水主要水质如表1。

表1 设计进水、出水主要水质单位：mg/L

2.2 工艺流程及说明

污水处理工艺流程如图1。

图1 污水处理工艺流程

流程说明：

（1）格栅。格栅的主要作用是去除水中尺寸较大的漂浮物和飘浮物，对生化处理系统和污水提升泵具有重要保护作用。污水经格栅后自流进入集水调节池。格栅采用机械格栅，栅条间距为3mm。格栅设置于格栅间。

（2）集水池。由于污水来水较深，需要提升后进入处理池，因此设置集水池。集水池既可以安装提升泵，又可部分缓冲来水不均匀产生的冲击，污水在集水池内平均停留时间2h。

（3）提升泵。集水池内设置污水提升泵3台，单台流量25m3/h，采用液位控制水泵启动台数，最大流量可达75m3/h，可以及时把不均匀的污水提升至后续处理池。

（4）SBR处理池。 SBR处理池是处理站的核心构筑物，污水中的大部分有机污染物在微生物的作用下进行氧化分解，池内设二格，第一个为兼氧区、第二格为好氧区。好氧区内设曝气机，污水处理后直接排放。 SBR处理池按照曝气、沉淀、排水、闲置的周期运行，运行方式由可编程序控制器控制，当进水水质变化时，可适当调整运行程序，达到在满足放标准的前提下降低能耗。 SBR处理池采用全地下布置，地面绿化，池内有效容积640m3，平均停留时间为19.2h。排水采用排水泵排至外排水渠，排水泵采用2台，单台排水量为100m3/h。 SBR处理池的污泥通过污泥泵提升，回流至兼氧区，剩余污泥通过阀门切换，排至污泥池，定期用化粪车外运作为肥料。

（5）曝气机。本工艺采用曝气机供氧，经计算处理池的需氧量为22.04kg/h。设计采用AR-315-80型沉水式潜水曝气机3台，单台供氧量7～13kg/h。

（6）控制系统。污水站采用全自动控制，各设备通过液位、运行周期等设定的程序自动运行，可以做到无人值守。在运行过程中，控制程序中的关键参数可以根据运行情况，进行调整和设定，可以使系统不断适应现场情况，使处理系统的能力最大化。同时控制系统可以进行手动/自动切换，在调试、检修等情况时进行手动操作。

（7）附属用房。污水处理站的格栅和配电控制设备均需设置在附属用房中，附属用房分为2间，面积为7.2m×5.4m。