乡镇污水处理设计探讨——以京山市乡镇为例

文／李逾 中国市政工程华北设计研究总院有限公司湖南分公司 湖南长沙 410000

1、项目概况

1.1 项目名称

京山市小集镇（村）污水处理建设项目。

1.2 建设单位

京山市城市管理局。

1.3 项目建设地点

京山市下辖的新市镇天王小集镇、罗店镇仁和小集镇、雁门口镇瓦庙小集镇、孙桥镇陈集小集镇、坪坝镇晏店小集镇晏店村、坪坝镇晏店小集镇和平村、曹武镇朱岭小集镇、钱场镇龙泉小集镇、永漋镇王宝小集镇、石龙镇义和小集镇。

1.4 主要工程内容

京山市小集镇（村）污水处理建设项目，建设内容包含污水处理站和配套污水收集管网两部分。新市镇天王小集镇污水处理站建设规模为50m3/d、罗店镇仁和小集镇污水处理站建设规模为250m3/d、雁门口镇瓦庙小集镇污水处理站建设规模为350m3/d、孙桥镇陈集小集镇污水处理站建设规模为150m3/d、坪坝镇晏店小集镇晏店村污水处理站建设规模为100m3/d、坪坝镇晏店小集镇和平村污水处理站建设规模为100m3/d、曹武镇朱岭小集镇污水处理站建设规模为200m3/d、钱场镇龙泉小集镇污水处理站建设规模为250m3/d、永漋镇王宝小集镇污水处理站建设规模为150m3/d、石龙镇义和小集镇污水处理站建设规模为150m3/d，主要服务范围为京山市各小集镇所辖集镇范围内的生活污水，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A 排放标准。

污水处理站主要采用工艺流程如下：

主要建设内容有：调节组合池（包含格栅沉砂池、调节池、储泥池）、一体化设备（包含消毒计量设施）、排放渠。

新建各小集镇污水处理站配套新建污水收集管网，污水管网部分主要内容有：污水干管、污水接户管、检查井、沉泥井等。主干管和支管采用钢带增强聚乙烯螺旋波纹管，新建DN300 管道25989m；入户管采用UPVC 塑料管，包括dn160 管道15392m、dn225 管道18225m。

2、污水处理工艺方案选择及确定

2.1 污水处理工艺选择原则

作为基础设施的重要组成部分和水污染治理的关键环节，污水处理系统的建设和运行至关重要。由于污水处理工程的建设和运营不仅成本高昂，而且受到诸多因素的限制和影响，因此处理工艺方案的优化选择对于保证污水处理系统的性能和降低人工成本最为关键。 因此，有必要确定标准和通则，从整体优化的理念出发，结合项目规模、污水水质特点和当地实际情况，选择可行、经济、合理的处理工艺方案，经过综合经济技术比较、选择和优化整体工艺方案和实施方法。

结合各乡镇的实际情况，在污水处理工艺选择时需要遵循以下原则：

（1）贯彻国家关于环境保护的方针和政策，使设计符合国家的有关法规、规范。经处理后排放的污水水质符合国家和地方的有关排放标准和规定，符合环境保护的要求，能有效保护下游河流水质。

（2）考虑应急和长期服务相结合的原则，工程要投资少，实施易，建设周期短，见效快，充分发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益。

（3）工艺选择时要求工艺流程简单可靠、运行管理方便的处理工艺。注意首选管理人员少，产泥量少或没有污泥处理工艺的深度处理技术，以减少污泥等的二次污染。

（4）充分利用现有地形，对处理系统各部分合理布局，尽量减少污水提升和减少占地。

（5）采用先进、可靠的自动化控制技术，提高管理水平，保证处理工艺运行在最佳状态，尽可能减轻工人的劳动强度。

2.2 污染物去除机理

在采用生物脱氮除磷的活性污泥工艺中，不同的污染物是以不同的方式去除的。

（1）SS 的去除

污水中SS 的去除主要依靠降水。污水中的无机颗粒和大直径有机颗粒可通过自然沉降去除；小粒径有机颗粒通过微生物降解去除，而小粒径无机颗粒（包括胶体和亚胶体范围的无机颗粒）颗粒依靠活性污泥絮体的吸附和网络效应，与活性污泥絮体一起沉积去除。

污水厂出水悬浮物浓度不仅与出水SS 指标有关，还与出水BOD5、CODCr、TP 等指标有关。由于废悬浮物的主要成分是活性污泥，其有机物含量高，有机物本身含有磷，因此出水悬浮物含量较高会增加出水的BOD5、CODCr 和TP。因此，控制污水处理厂的SS 出水指数是最基本也是最重要的。

（2）BOD5 的去除

污水中BOD5 的去除是通过微生物的吸附代谢，再通过泥水分离来实现的。

活性污泥中的微生物利用污水中的一部分有机物在好氧条件下合成新的细胞，另一部分有机物被分解代谢以获得细胞合成所需的能量。最终产物是CO2、H2O 等稳定物质，其本质是将液相中的有机污染物转化为固相物质，表现为活性污泥量的增加。

（3）COD 去除

污水中 CCP 的去除原理与 BOD 5 基本相同。污水处理厂出水的剩余 CCP 即 CCP 去除率取决于原废水的生物降解性，这与市政污水的成分有关。京山市小集镇污水处理厂BOD5/COD 大于0.3，可进行生化处理，二级处理工艺可产生COD ≤50mg/L。

（4）N 的去除

污水处理工程一般采用生物反硝化来实现N 的去除。氮是蛋白质的重要组成部分，广泛存在于城市污水中。当有机物被氧化时，污水中的有机氮也被氧化成氨态氮，当溶解氧充足、污泥周期长时，氨态氮进一步被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，通常称为硝化过程。好氧生物废水处理后，大部分凯氏氮被氧化成硝酸盐，反硝化菌可以在极低的溶解氧浓度或缺氧条件下，利用硝酸盐中的氮作为电子受体来氧化有机物。将硝酸盐中的氮还原为氮（N2），完成污水反硝化过程，通常称为反硝化过程。

（5）P 的去除

污水除磷主要包括生物除磷和化学除磷。市政污水一般采用生物除磷，必要时辅以化学除磷，确保废水中磷浓度达标排放要求，最大限度降低投药和处理成本。生物除磷是指污水中积聚磷的细菌在厌氧条件下受到抑制，在体内释放磷酸盐，为有机物的吸收和快速分解创造能量，转化为PHB（聚-β-羟基丁酸）储存。 .当这些储磷菌进入好氧条件时，它们会分解体内储存的PHB，产生能量供细胞合成和吸收磷，形成高浓度的含磷污泥，一起从系统中释放出来。 .利用剩余污泥达到除磷目的。生物除磷的优点是不增加剩余污泥量，处理成本低。缺点是为了避免磷重新释放到剩余污泥中，在污泥处理工艺的选择上存在一定的局限性。

资料表明，厌氧阶段释放1 毫克磷吸收储存的有机物，好氧消化后产生的能量用于细胞合成和增殖，可吸收2-2.4毫克磷。因此，磷的吸收取决于磷的释放，而磷的释放又取决于下水道中存在的可快速降解的有机物的含量。一般来说，这种有机物与磷的比例越高，减磷效果越好。

2.3 污水处理工艺选择

2.3.1 预处理工艺选择

（1）格栅

格栅主要安装在污水处理构筑物的前端，用来截留污水中较大漂浮物和悬浮物，如：纤维、碎发、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。

格栅根据处理规模选择，一般选用人工清除格栅，水量较大时采用机械格栅，本项目污水规模较小，采用人工清除格栅。

（2）沉砂池

沉砂池的功能是从污水中分离比重较大的无机颗粒，减轻后续处理单元的负荷，又能使污水中无机颗粒和有机颗粒得以分离，便于分别处理和处置，结合本工程的实际情况，本工程需设置沉砂池。

（3）调节池

根据《乡镇生活污水治理工作指南》的要求，乡镇污水厂需对废水处理系统进行调节。由于本污水处理站只收纳生活污水，故污水水质基本稳定，无较大波动，本项目不考虑设置事故池，只设置调节池，调节池内带有提升泵。

2.3.2 生化处理工艺选择

目前，农村污水处理站常用的具有脱氮除磷效果的污水处理工艺有很多。各种具有除磷脱氮功能的污水处理工艺都有其适用性及优缺点。

由于本项目污水站规模较小，结合京山地区的实际情况，优先考虑采用占地小，能耗低的一体化污水处理设备进行处理，对目前市面常用的几种一体式污水处理设备对比如下：

2.3.3 生物转盘膜反应器

生物转盘膜反应器属于生物膜法污水处理工艺，通过厌氧-缺氧-接触氧化达到除磷脱氮的效果。生物转盘膜反应器相对于其他污水处理工艺，在目前乡镇污水处理工艺中具有技术经济性非常突出的优势，且具有一体模块化占地小、处理高效稳定、运营管理简单维护方便、能耗低运行成本低等技术先进性；同时可灵活利用当地地形地势，大大减少占地成本和管网成本，建设投资有一定优势。当从投资运行的角度考虑，采用生物转盘膜反应器处理工艺更适合小城镇污水处理。

反应器分为四段——厌氧段、缺氧段、生物转盘段及高效沉淀段，主要反应机理功能简述如下：

厌氧段——强化除磷、抵抗进水冲击

缺氧段——强化反硝化脱氮

生物转盘段——兼氧条件下强化脱氮和去除有机物

高效沉淀段——强化沉淀（可酌情投混凝剂保证泥水分离效果）

厌氧段-缺氧段-生物转盘段由下至上叠加，既能形成各自独立生物处理空间，又能形成各系统单元的循环。采用厌氧-缺氧-接触氧化除磷脱氮生物膜反应器处理小城镇生活污水时可在进水端设置调蓄沉淀装置进行预处理，污水经调蓄沉淀使进入系统的水质和水量可控制。生物转盘膜反应器主反应区分为生物转盘单元和厌氧单元，厌氧单元又分缺氧段和厌氧段，前段由于硝化液回流为缺氧段，后段随着微生物消耗溶解氧变为厌氧环境。进水、回流污泥、回流消化液混合后依次进入缺氧段、厌氧段、生物转盘区进行生化反应，后再进入高效沉淀区进行固液分离，上清液排放。

脱氮主要在生物转盘区和缺氧段进行，首先氨氮在生物转盘区进行亚硝化、硝化，然后在缺氧段进行反硝化。除磷主要在生物转盘区和厌氧段进行，厌氧段消耗碳源释磷，生物转盘区进行好氧聚磷，通过排放沉淀池剩余污泥进行除磷，如果来水总磷超标还可通过化学方式除磷。同时生物转盘区生物膜内部也存在缺氧、厌氧微环境，保证系统的脱氮除磷效果。

2.3.4 净化槽

净化槽是起源于日本的一种小型分散式生活污水处理装置，在日本得到了广泛的应用，尤其是在农村污水分散处理方面取得了显著的成果，该技术在日本已有超过60年的历史。净化槽是将物理和生化处理相结合，通过微生物分解，物理沉淀和生化絮凝反应来降低污水中的污染物浓度的一种污水处理设施。

净化槽呈卧式结构，它包括依次相接的厌氧接触区、缺氧接触区、好氧接触区和沉淀区。厌氧接触区具有较强的耐冲击负荷能力，在水解酸化产甲烷菌群作用下分解有机物，降低后续负荷的作用；缺氧接触区通过好氧污水回流较低的溶解氧混合液，在缺氧环境下硝态氮进行反硝化反应，强化脱氮作用的生物反应过程；好氧接触区利用生物活性极高的好氧微生物进行高效降解污水中的有机物，同时氨氮进行硝化反应。

工艺优点：占地面积小；处理效果好，核心多级接触氧化系统具有高效脱氮除磷去除有机物的能力；运行处理效果稳定，抗水质负荷波动的冲击的能力强；污泥产量少；系统采用半封闭结构，不会释放恶臭气体，可采用地埋式；反应器采用一体化设计，可以整体吊装，节省施工安装费用；运行维护简单；运行费用低，系统主要采用重力推流仅设置一台回流泵和低能耗曝气系统。

2.3.5 A2/O+MBR 一体化污水处理设备

“A2/O+MBR 一体化污水处理设备”是一种将高效膜分离技术和生物处理技术相结合的污水处理工艺。用膜过滤代替传统的沉淀池，提高了设备的固液分离效果，污泥浓度大幅度提高，污泥负荷低，处理后的污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002)一级 A 标准，经过消毒处理就可达到中水回用水质要求，直接作为市政用水或进一步深度处理回用于工业用水。

A2/O+MBR 一体化污水处理设备以定制高强度防腐集装箱为结构基础，将集装箱划分为多个生物反应室，两个膜室和一个控制室。两个膜室交替曝气，实现对膜的双向冲洗，节约膜气擦洗能耗的一半；膜室曝气动能推动水流动，实现水流在膜室和多个生化室间的反复循环，降低能耗；生化消耗的溶解氧由膜池曝气提供，降低能耗；膜产水由重力过滤实现，简化设备，降低能耗；实现膜的原位化学清洗和膜的自动洗膜，保证稳定运行。对于典型生活污水，COD、氨氮、总氮、总磷、色度、悬浮物等等指标连续稳定达到国家污水排放一级A 标准。

图1 A2/O-MBR 一体化反应器示意图

设备特点：

（1）出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002)一级 A 标准；

（2）设备紧凑，占地面积小，选址方便，灵活布置；

（3）模块化配置，标准化生产，建设周期短，易于增容扩建；

（4）高度集成，外部配套少，配套费用低；

（5）需求定制化，满足不同应用领域的水质、水量和排放标准要求；

（6）配套监控平台，智能远程控制，无人值守。

结语：

综上所述，随着我国经济的不断发展和生态文明建设的快速推进，农村环境问题越来越受到重视，城市污水处理成为环保工作的重中之重。 由于城市基础设施建设积压。 城市排水系统多为雨污结合，雨污分流实施前建设的污水处理厂存在水质、水量波动大、处理效果不稳定等问题。 同时，城市污水处理没有专门的规范和标准，针对城市污水的特点进行工程设计是不合理和不经济的。