宣城市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)計方案探討

袁軍成，楊 陽

（1.旌德縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，安徽 旌德 242600；2.安徽環(huán)境科技股份有限公司，合肥 230088）

隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟的發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理問題日益凸顯，許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒有建設(shè)系統(tǒng)的排水設(shè)施，部分地區(qū)雨污混流。為改善農(nóng)村人居環(huán)境，提升農(nóng)民生活品質(zhì)，安徽省出臺了《一體化推進農(nóng)村垃圾污水廁所專項整治 加快改善農(nóng)村人居環(huán)境實施方案》，該方案要求到2020年實現(xiàn)全省鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地生活污水處理設(shè)施全覆蓋。宣城市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于黃山東北麓，地處皖南山區(qū)，鎮(zhèn)區(qū)人口約1 500 人。目前，排水多采用人工明渠、暗溝、水泥函管等方式，雨污混流。現(xiàn)有污水處理站采用微動力生物處理工藝，日處理規(guī)模只有25 m3，處理規(guī)模較小且僅有部分污水進入污水處理設(shè)備，其余通過管道排放至附近河流。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理與城市污水處理具有不同的特點：處理規(guī)模較小，用地資源緊張，建設(shè)資金有限，專業(yè)運行人員缺乏等[1]。針對這些問題，本文以宣城市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例，合理設(shè)計了污水管網(wǎng)排水方案和生活污水處理工藝。

1 設(shè)計進出水水質(zhì)與污水量

1.1 設(shè)計進出水水質(zhì)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理對象主要為生活污水，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平和同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進水水質(zhì)確定進水濃度。依據(jù)排水受納河流環(huán)境功能類別及水體環(huán)境容量，同時考慮地方污染防治政策的要求，確定污水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。進出水情況如表1所示。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)及處理程度

1.2 污水量

污水處理廠的處理規(guī)模與其直接相關(guān)的就是污水量。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水量的預(yù)測與鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)模、位置、人口、經(jīng)濟水平等因素有關(guān)。

該鎮(zhèn)位于皖南山區(qū)，經(jīng)濟水平中等，鎮(zhèn)區(qū)現(xiàn)有人口約1 500 人，居民用水定額取140 L/人·d，用水總量為210 m3/d[2]。污水排放量由下式確定：污水量= 用水總量×K×Z，其中K為污水排放系數(shù)，取0.8；Z為污水收集率，近期污水收集率取80%。根據(jù)公式推算污水量為134.4 m3/d。考慮污水量季節(jié)性因素的變化，該鎮(zhèn)確定污水處理規(guī)模為150 m3/d。

2 污水廠站選址

污水處理廠站應(yīng)靠近受納水體，便于處理后的尾水就近排放；選址與規(guī)劃居住區(qū)的衛(wèi)生防護距離滿足要求，位于鎮(zhèn)區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的下方；所在位置地勢較低、地質(zhì)條件較好，便于污水自流入廠內(nèi)，但不應(yīng)設(shè)在雨季易受洪澇災(zāi)害的低洼處；廠站建設(shè)應(yīng)減少拆遷量，要與城鎮(zhèn)總體規(guī)劃相結(jié)合。

因此，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠站選址位于鎮(zhèn)區(qū)以北距離鎮(zhèn)政府約200 m，河流以東，滿足20年一遇設(shè)計洪水位要求。

3 配套管網(wǎng)設(shè)計

《室外排水設(shè)計規(guī)范》要求新建地區(qū)的排水系統(tǒng)應(yīng)采用分流制，現(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)，應(yīng)按城鎮(zhèn)排水規(guī)劃的要求，實施雨污分流改造，本次鎮(zhèn)區(qū)新建區(qū)域均采用雨污分流制[3]。

污水管網(wǎng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)地形地貌、水系分布，合理劃分污水分區(qū)；便于管道的維護管理，污水干管設(shè)計應(yīng)盡量沿現(xiàn)狀或近期建設(shè)的道路敷設(shè)；充分利用地形的特點進行管道布置，應(yīng)盡可能地減小管道的埋深和提升泵站的數(shù)量；通過水力計算優(yōu)化排水管道設(shè)計，使污水管網(wǎng)布置合理；力求做到排水工程技術(shù)方案可行、經(jīng)濟合理；污水管道應(yīng)盡量采用重力流的形式，避免提升，盡量減少與河道及各種地下構(gòu)筑物的交叉，并充分考慮地質(zhì)條件的影響；下游管段起端的水面和管底標(biāo)高都不得高于上游管段終端的水面和管底標(biāo)高。

根據(jù)該鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域地形圖，結(jié)合集鎮(zhèn)村落居民點位置及高程合理劃分污水匯水范圍，該鎮(zhèn)以河為分界線分為兩大匯水區(qū)域。河以西居民點較少，匯水面積約為 5.66 hm2；河以東為鎮(zhèn)區(qū)主城區(qū)，匯水面積約11.4 hm2。

3.1 污水管網(wǎng)平面設(shè)計

該鎮(zhèn)區(qū)污水主管網(wǎng)管徑取D300-D400，以河為界采用分區(qū)排水形式。河以東為鎮(zhèn)中心排水區(qū)范圍，本區(qū)域排水沿鎮(zhèn)中心東西兩側(cè)外圍敷設(shè)排水主管，并向北布置，在鎮(zhèn)北側(cè)匯合后接入污水處理站。河以西為村鎮(zhèn)結(jié)合部，本區(qū)域沿河西側(cè)沿岸布置截流管，南北兩端中間匯合后排入污水處理站。

3.2 污水管網(wǎng)縱斷面設(shè)計

根據(jù)鎮(zhèn)區(qū)地形現(xiàn)狀和高程分析，該工程主要采用重力流排水，污水管網(wǎng)埋深控制在1.5～2.5 m，其中管道穿越河道時采用倒虹吸方式。污水排水管道布置如圖1所示。

4 污水處理工程設(shè)計

4.1 工藝流程

為保證污水處理廠站長期穩(wěn)定運行，解決小城鎮(zhèn)污水處理廠運行管理的難點，按照“工程費用省，運行費用低”的總體原則，設(shè)計污水處理工藝。該鎮(zhèn)生活污水經(jīng)管道收集后排入格柵渠，去除大顆粒的雜物，然后流入沉砂池區(qū)域，污水經(jīng)沉砂池自流入調(diào)節(jié)池，污水在調(diào)節(jié)池內(nèi)充分調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，通過提升泵提升至A3/O-MBBR 一體化設(shè)備中進行生物處理，出水經(jīng)人工濕地深度處理后達標(biāo)排放，剩余污泥定期送至縣城市政污水處理廠協(xié)同處理。污水處理工藝流程如圖2所示。

4.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計

4.2.1 格柵渠

污水匯集到格柵渠前端，用格柵去除尺寸較大的漂浮物，進而保護后續(xù)泵的正常工作。工藝尺寸為L×B×H=0.8 m×3.0 m×4.0 m。設(shè)置人工粗細格柵各一套，寬度為0.6 m，粗柵條間隙10 mm，細柵條間隙5 mm。

4.2.2 沉砂池

沉砂池用于去除水中相對密度2.65、粒徑0.2 mm以上的砂粒，使無機砂粒與有機物分離開來，便于后續(xù)生物處理正常運行。工藝尺寸為L×B×H=5.45 m× 1.00 m×3.15 m。

圖1 污水排水管道布置

圖2 污水處理工藝流程

4.2.3 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池用來調(diào)節(jié)水量和均化水質(zhì)，保證后續(xù)工藝設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運行。調(diào)節(jié)池尺寸為L×B×H=5.45 m× 9.00 m×3.40 m，設(shè)計水深1.5 m，有效容積73.5 m3，配有兩臺潛水泵，泵參數(shù)為Q=4 m3/h，h=12 m，N=0.55 kW，并配有液位控制系統(tǒng)。

4.2.4 A3/O-MBBR 一體化設(shè)備

A3/O-MBBR 一體化設(shè)備采用預(yù)消化+厭氧+缺氧+移動生物膜好氧工藝技術(shù)，該工藝脫氮除磷效果好，運行穩(wěn)定，剩余活性污泥少。一體化設(shè)備尺寸為L×B×H=14.7 m×2.9 m×2.9 m，采用高強度鋼板拼接焊接而成，外表光滑并經(jīng)防腐處理，設(shè)備基礎(chǔ)采用地埋式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（1）預(yù)硝化池。將活性污泥回流至預(yù)硝化池，在缺氧條件下充分去除回流活性污泥中硝酸鹽。預(yù)硝化池有效容積4.44 m3，停留時間0.71 h。

（2）厭氧池。厭氧池的主要功能是與好氧池配合除磷。厭氧池有效容積7.94 m3，停留時間1.27 h。

（3）缺氧池。缺氧池的主要功能是反硝化脫氮。缺氧池有效容積24.38 m3，停留時間3.9 h。

（4）好氧池。好氧池的主要功能是氧化有機物和硝化氨氮。好氧池有效容積30 m3，停留時間4.8 h。

（5）沉淀池。污水經(jīng)生化處理后流入沉淀池，實現(xiàn)泥水分離。同時，池內(nèi)安裝污泥回流系統(tǒng)，經(jīng)池內(nèi)的活性污泥部分回流至預(yù)硝化區(qū)，剩余污泥定期排入污泥池。沉淀池有效容積18.34 m3，停留時間2.93 h。

4.2.5 污泥池

污泥池主要用于存儲一體化設(shè)備產(chǎn)生的剩余污泥，污泥定期由污泥車抽取，運至縣城污泥干化場處理。污泥池尺寸為L×B×H=4.4 m×3.0 m×3.4 m，全地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積為44.88 m3。

4.2.6 人工濕地池

處理出水由管道布水噴流系統(tǒng)均勻分布到人工濕地表面，對出水進行深度處理，進一步降低有機物、氮、磷及懸浮物的含量，使出水穩(wěn)定達標(biāo)排放。設(shè)置1 座垂直潛流人工濕地池，總濕地面積100 m2，濕地采用卵石填料，填料厚度0.5 m，種植美人蕉、鳶尾等水生植物。

5 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

5.1 工程投資

該場站占地742 m2，總投資112 萬元，其中土建部分投資35 萬元，設(shè)備購置投資73 萬元，包含工藝主體設(shè)備、電氣、自控及監(jiān)測儀表等，安裝調(diào)試費用4萬元。

5.2 運行費用

該污水處理水站平均處理成本為0.94 元/m3，其中電費為0.45 元/m3，4S 維護費為0.49 元/m3。

6 結(jié)語

該鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理規(guī)模為150 m3/d，以河為界采用分區(qū)排水形式，最后匯合排入污水處理站。污水設(shè)計處理水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。采用預(yù)消化+厭氧+缺氧+移動生物膜（簡稱A3/O+MBBR）一體化處理工藝。該工藝將強化脫氮除磷的工藝，與傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化相結(jié)合的MBBR 工藝有機結(jié)合，運行穩(wěn)定可靠，出水水質(zhì)穩(wěn)定，抗沖擊負荷能力強，脫氮除磷效果好，剩余污泥量少、投資運行成本低。同時，設(shè)備占地面積小，基礎(chǔ)設(shè)施配套簡單，可遠程監(jiān)控及自動化控制，運營維護成本低，采用模塊化設(shè)計，安裝運輸方便，后期升級改造容易。