农村污水治理设计案例研究——以X县项目为例

张 宇

中国城市建设研究院有限公司 北京 100120

为实施乡村振兴战略、推动农村人居环境整治和污染防治[1]，X县政府结合乡村振兴战略规划要求，印发了《X县2021年农村生活污水治理工作方案》，提出在2019—2020年完成农村生活污水治理任务的基础上，完成剩余村庄的农村生活污水治理，2021年底，实现全县农村生活污水治理全覆盖。

X县农村数量多，地理位置分散，污水收集困难，很难集中处理，征地涉及镇、村，场内有房屋，坟墓，树木，大片的麦田、荷塘、水稻田等，场站选址及征地统筹难度大；且处理出水指标要求达到河北省《农村生活污水排放标准》(DB13/2171-2020)中一级标准，较常规农村污水治理要求严格，因此对处理工艺及设备选择、污水站选址提出了较高的要求。

1 建设背景

1.1 服务范围

X县2021年需完成剩余178个村农村生活污水治理工作，实现全县农村污水治理全覆盖。

其中8个城中村已基本全部接入县城污水管网，不在本工程范围内。

22个近期整体征迁村暂不开展污水治理工作。

26个隔碱沟附近重点村庄已由住建局、农业农村局牵头，各乡镇实施实施《隔碱沟等重点支干渠治理工程—控源截污(外源治理)工程》，接入污水管网3248户，剩余13752户污水治理工作，不在本工程范围内。

7村利用省人居办农村污水治理专项资金进行项目实施，不纳入本项目中。

2村拟采用新建污水处理管道接入镇污水处理厂的方式进行集中处理，不在本工程范围内。

4个村污水收集倒排后接入附近已建污水处理厂，不在本工程范围内。

综上，确定本项目的服务范围共10个乡镇110个村。

1.2 服务人口

2020年底，服务范围内人口共计37321户，170412人。随着城市经济快速发展，城市就业机会多，农村人口多向城市流动。因此2025年按4‰的人口增长率计算，人口数为174945人。

2 污水特点

2.1 污水量预测

居民生活污水的处理量采用综合生活污水定量法进行预测[2]，即：平均日污水产量=服务人口×人均生活用水量×生活污水排放系数×污水收集率。

本次项目范围内村庄90%以上居民使用旱厕或者双瓮式厕所，户内有给水排水卫生设备，但很少有淋浴设备，本次研究采用的农村人均生活用水量定额为80L/(人·d)。污水排放系数采用《华北地区农村生活污水处理指南(试行)》，收集全部灰水、少量黑水进入管网，综合考虑排水系数选0.6，污水收集率按85%，满足《X县2021年农村生活污水治理工作方案》要求的不低于70%。即平均日污水产量=服务人口×80×0.6×85%=40.8L/(人·d)，考虑到新区内有村庄正在陆续拆迁，经与X县政府商讨确认，本项目以满足现状农村污水处理为目标、人均污水产量选用40L/(人·d)。

2.2 进出水水质

本研究污水处理进水水质主要为生活污水，居民生活污水水质应根据调查资料确定，或参照临近城镇、村庄和居住区的水质确定。

本次污水水质依据《华北地区农村生活污水处理技术指南》(试行)中参考值及X县目前已运行农村污水处理站进水水质作为参考，见表1和表2。

表1 华北地区农村典型生活污水水质表 单位：mg/L

表2 X县现有污水处理站进水水质表 单位：mg/L

本项目生活污水主要来自厨房洗涤水、洗衣机排水、淋浴排水及其他排水等。项目所在区域只有部分居民进行厕改，将旱厕改为双翁式，绝大部分为旱厕。经分析项目内现有居民的生活习惯和生活质量，结合附近区域生活污水实测值，最终预测项目区生活污水水质见表3。

表3 设计生活污水进水水质表 单位：mg/L

出水指标达到河北省《农村生活污水排放标准》(DB13/2171-2020)中一级标准，主要出水水质如表4所示。

表4 设计生活污水出水水质表 单位：mg/L

3 处理工艺选择

3.1 污水水质分析

根据确定的进、出水水质要求，各项指标处理程度见表5。

表5 生活污水污染物去除率表

生活污水污染物浓度较小，水中污染物成分相对简单。污水处理工艺一般采用生化处理工艺，特别是生物除磷脱氮工艺，对进水中污染物质的配比和平衡有一定的要求，现将进水水质配比指标列表分析如表6所示。

表6 进水水质各污染物分析

根据上表，对以下两方面进行分析。

3.1.1 BOD5/COD比值

污水BOD5/COD值是判定污水可生化性的重要指标。一般认为BOD5/COD>0.4可生化性较好，BOD5/COD>0.3可生化，BOD5/COD<0.3较难生化，BOD5/COD<0.25不易生化。本研究污水处理厂进水BOD5/COD为0.51，由此可知该污水可生化性好，宜采用生化处理工艺。

BOD5/N(即C/N)比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮。本研究进水水质C/N=3.0，满足生物脱氮的要求，但仍需采取一定的技术措施以确保在水质波动的情况下稳定达标。

3.1.2 BOD5/TP

该指标是评价采用生物除磷工艺是否可行的主要指标。一般认为有较好的磷去除率需BOD5/TP≥20。本研究进水BOD5/TP指标为36，在生物除磷对碳源的要求方面满足。因此在生物段中设置厌氧池，可以有效进行磷的充分释放，在曝气段中完成磷的过量吸收，并为保证系统磷的去除率，在污水处理流程中需增加化学除磷措施。

3.2 农村污水特点

农村由于其地理位置、人口规模、经济发展及居民生产生活方式等特殊性，导致其污水排放与城镇存在较大差异，具有自身的特点，通常表现在以下几个方面：(1)污水总量小；(2)时段污水量变化大；(3)水质稳定，可生化性好；(4)处理率低。

3.3 处理工艺选择

由于农村居民特有的生活习惯，导致农村生活污水具有水量小、水质水量变化大、排放分散、管网收集率低等特点。根据农村污水特点，农村污水处理技术与城市污水处理有较大的不同。目前，常用的农村生活污水处理工艺主要有A2/O工艺、CASS工艺、生物转盘、人工湿地、膜生物反应器(MBR)、移动床生物膜反应器(MBBR)技术，结合上述原则，能作为成套设备化的工艺可移动的有A2/O、膜生物反应器(MBR)、移动床生物膜反应器(MBBR)等[3]。工艺比选见表7。

表7 工艺比选

经比选，本研究选择A3/O+MBBR工艺作为主要工艺。

3.3.1 工艺流程

工艺流程如下图所示：

A3/O+MBBR工艺流程示意图

3.3.2 工艺原理

A3/O污水生化处理工艺是对传统A/A/O(即A2/O)工艺的全面提升，优化设置功能明晰的预脱硝区、厌氧区、缺氧区和好氧区，增设前端预脱硝区，去除回流混合液中携带的硝态盐氮，确保厌氧聚磷菌的优良环境，提高反应系统的生物处理能效，充分利用原水中碳源，强化了脱氮除磷的效果。

MBBR是移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor)的简称，该工艺兼具传统流化床和生物接触氧化两者的优点，运行稳定可靠，抗冲击负荷能力强，脱氮效果好，是一种经济高效的污水处理工艺。目前，国外应用较多。具有生化系统启动快、脱氮除磷效果好、剩余活性污泥少、投资运行费用低的特点。

3.3.3 A3/O+MBBR工艺的优势

①占地面积小，基础设施配套简单；

②集中与分散处理相结合，节省管网投资；

③远程监控及自动化设计，运营维护成本低；

④模块化组装设计，安装、运输、升级高效；

⑤封闭式设计，防止气味挥发，杜绝二次污染；

⑥专业化外观设计，与周围环境相融合。

4 场站选址

4.1 选址原则

乡村生活污水处理站站址选择应根据总体规划和排水系统布置、受纳水体功能区划和环境容量、排水用途、自然条件等情况确定。

站址选择一般需考虑以下原则：

(1)站址符合乡镇总体规划，并考虑远期需求，宜具有扩建的空间。

(2)站址要与污水处理工艺流程相适应，要便于污泥的处理与处置，并尽可能不占农田和少占农田。

(3)站址应位于集中给水水源的下游，处于于乡镇和工厂厂区夏季主风向的下风向。

(4)站址应充分利用地形，优先选择可利用重力流进厂的方案。应合理利用自然地形条件，减少工程费用和运行成本。

(5)污水处理后直接排放水体的，站址宜靠近水体。污水处理后要利用的，站址宜靠近利用点。

(6)站址应设在地质条件良好的地方。除采用稳定塘外，站址不宜设在易受水淹的低洼地带。靠近自然水体的，必须满足防洪要求。

(7)有方便的交通、运输和水电条件。

4.2 污水处理站总体布局

本项目各村庄污水处理站根据各自不同处理规模、处理之后出水的排放方式及各村庄自然地势条件进行厂站位置的选定。

本项目涵盖10个镇，共110个村，拟建76座污水处理站，其中29座为多村合建污水处理站，46座为单村单建污水处理站。污水处理站总体布置见表8。

表8 污水处理站总体布置表

结语

农村污水治理难度大，各个村之间较分散，污水水量水质和城市有较大差距，设计难度大，属于乡村振兴政策的深水区。本研究依托X县农村生活污水治理特许经营项目，梳理了农村污水治理设计中关于选择处理工艺和场址选址过程中的分析过程和必要原则。农村为全国其他地方农村污水治理工程设计提供了一些参考价值。