某旅居小區(qū)生活污水處理一體化工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果

趙曉嬋，楊永森，2，李羊小，楊渤京，2

（1.北京廣誠(chéng)環(huán)境科技有限公司，北京 100020；2.清華大學(xué)山西清潔能源研究院，山西太原 030000）

隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求逐步上升，對(duì)當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)公共設(shè)施配置的要求也逐漸提高。我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平均處于一般水平，且空間差異較大，非城鎮(zhèn)地區(qū)明顯滯后于城鎮(zhèn)地區(qū)，尤其是污水處理設(shè)施〔1〕。城鎮(zhèn)的快速發(fā)展帶動(dòng)了郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)逐步開(kāi)發(fā)，但與發(fā)展情況不對(duì)等的污水處理設(shè)施配置水平造成了嚴(yán)重的水污染問(wèn)題〔2〕。城區(qū)邊緣的無(wú)市政管網(wǎng)小區(qū)、別墅和飯店產(chǎn)生的污水由于遠(yuǎn)離當(dāng)?shù)厥姓鬯幚韽S而不能進(jìn)行有效處理，生活污水大部分進(jìn)行了散排，排入了就近的溝渠或者河流，加劇了河流和農(nóng)田土壤的污染。污水處理設(shè)施配置不足不僅對(duì)當(dāng)?shù)厝说木幼…h(huán)境造成了影響，也成為制約當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展的主要原因。研究適合城市郊區(qū)和農(nóng)村的分散式污水處理技術(shù)成為了迫切需要解決的問(wèn)題〔3〕。以新建的旅居小區(qū)為研究對(duì)象，該小區(qū)位置偏僻，沒(méi)有被城市污水收集系統(tǒng)覆蓋。結(jié)合小區(qū)污水的出水水質(zhì)及各項(xiàng)綜合要求，設(shè)計(jì)了適合該小區(qū)的污水處理裝置，以期為無(wú)管網(wǎng)覆蓋的城區(qū)、郊區(qū)以及廣大村鎮(zhèn)地區(qū)污水處理的工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

該旅居小區(qū)位于我國(guó)西南部，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)中心，占地31 427.6 m2，總建筑面積58 044.31 m2，主要建筑為公寓和住宅，平面布局見(jiàn)圖1。

由于位置偏僻，小區(qū)附近沒(méi)有污水收集管網(wǎng)覆蓋，同時(shí)附近也沒(méi)有市政污水處理廠，污水只能外運(yùn)或者進(jìn)行處理后排放。經(jīng)調(diào)查，該地污水外運(yùn)的價(jià)格是40元/m3，而污水處理廠處理污水的價(jià)格僅為1～2元/m3。相比污水外運(yùn)，通過(guò)自建污水處理系統(tǒng)達(dá)標(biāo)處理后排放或回用是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。

污水處理站的污水主要來(lái)自于居民的廚房和衛(wèi)生間用水，水量和水質(zhì)隨居民的作息時(shí)間而變化，具有排放污水水質(zhì)和水量變化系數(shù)高、生化性能好和毒性小的特點(diǎn)。此外，由于該小區(qū)為旅居小區(qū)，水量和水質(zhì)受季節(jié)和節(jié)假日的影響也較大〔4〕。

2 水量與進(jìn)出水水質(zhì)

該小區(qū)屬于旅居小區(qū)，污水主要來(lái)自居住人員生活用水，由住戶(hù)生活污水和物管人員生活污水兩部分組成。該小區(qū)預(yù)計(jì)入住戶(hù)數(shù)為762戶(hù)，共1 500人，根據(jù)《云南省地方標(biāo)準(zhǔn)用水定額》（DB 53T168—2013）中城鎮(zhèn)居民用水定額以100 L/（人·d）計(jì)算，則住戶(hù)用水量為150 m3/d，產(chǎn)生的生活污水量為127.5 m3/d（產(chǎn)污系數(shù)為85%）。該小區(qū)預(yù)設(shè)物管人員30人，根據(jù)《云南省地方標(biāo)準(zhǔn)用水定額》（DB 53T168—2013）中“商貿(mào)機(jī)構(gòu)”辦公寫(xiě)字樓用水定額為40 L/（人·d）計(jì)算，則用水量預(yù)計(jì)約為1.2 m3/d（產(chǎn)污系數(shù)為85%）。綜合上述分析，污水處理站的日處理水量定為150 m3，以6.5 m3/h計(jì)。

該小區(qū)的污水主要來(lái)自于居民的廚房和衛(wèi)生間，根據(jù)附近排放水質(zhì)情況確定進(jìn)水水質(zhì)，見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)Table 1 The designed influent quality

小區(qū)污水處理站的污水最終要排入小區(qū)西側(cè)的白橋河，白橋河為大盈江支流，大盈江為伊洛瓦底江一級(jí)支流，水環(huán)境功能為工業(yè)用水，水質(zhì)保護(hù)類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。此外白橋河附近村民經(jīng)常在河中洗衣洗菜，為了減小污水對(duì)周邊居民生活的影響，出水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）的標(biāo)準(zhǔn)，綜合以上兩項(xiàng)水質(zhì)規(guī)范和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002），確定出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）城市綠化標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定的COD、SS、TN（以N計(jì)）、TP（以P計(jì)）的排放濃度參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The effluent quality standard

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 工程設(shè)計(jì)思路

污水處理站建于小區(qū)內(nèi)部，工藝設(shè)計(jì)要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)條件，包括建筑地基狀況、周?chē)幼…h(huán)境、景觀設(shè)計(jì)，還要考慮基建費(fèi)用和運(yùn)行成本，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、合理、節(jié)能的原則。因此污水處理站的工程設(shè)計(jì)有以下要點(diǎn)：小區(qū)初期居民入住率低，同時(shí)受旅游周期的影響，居民的入住率波動(dòng)大，污水水量波動(dòng)大；工程工期要短，占地??；控制投資成本，并減少小區(qū)污水處理站的后期運(yùn)行成本，包括藥劑費(fèi)用、動(dòng)力電費(fèi)和人工費(fèi)用；工程設(shè)計(jì)要盡量避免運(yùn)行產(chǎn)生的臭味和噪音對(duì)周?chē)^(qū)居民生活的影響。綜合考慮以上因素，該小區(qū)的污水處理站采用一體化地埋式裝置，可以滿(mǎn)足工程工期短、占地小、后期運(yùn)行對(duì)周?chē)h(huán)境影響小的建設(shè)要求。

3.2 生化工藝

污水處理站生化工藝需適用于一體化地埋式裝置，同時(shí)要求工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、投資運(yùn)行成本低。進(jìn)水BOD5/COD的值為0.5，BOD5/NH4+-N的值為5.7，說(shuō)明進(jìn)水的可生化性能好，反硝化所需碳源充足，利用生物處理工藝能使出水COD達(dá)標(biāo)〔5〕。由于本項(xiàng)目出水質(zhì)量較高，生物處理工藝需選擇強(qiáng)化脫氮除磷工藝，常用于小規(guī)模污水處理廠的生物處理工藝有A2/O-MBR〔6〕、SBR、生物膜法A/O2〔7〕、CASS〔8〕等工藝。

結(jié)合水質(zhì)分析和投資成本要求，選擇A2/O生物膜工藝為二級(jí)生化處理工藝〔9〕。A2/O生物膜工藝相比傳統(tǒng)A2/O工藝，在缺氧池和好氧池添加了組合填料，組合填料可以為反應(yīng)池中的微生物提供附著點(diǎn)，增加反應(yīng)池中菌群的數(shù)量與種類(lèi)，同時(shí)組合填料可以多次切割反應(yīng)池中的氣泡，提高反應(yīng)池中溶解氧〔10〕。

3.3 深度處理工藝

深度處理是進(jìn)一步去除水中雜質(zhì)的后續(xù)環(huán)節(jié)。由出水水質(zhì)要求可知，出水總磷應(yīng)小于0.5 mg/L，去除率達(dá)87.5%，污水需要增加化學(xué)除磷步驟；出水SS應(yīng)小于10 mg/L，二級(jí)處理很難穩(wěn)定達(dá)到該指標(biāo)要求，深度處理需增加過(guò)濾單元；為使出水標(biāo)準(zhǔn)的總余氯指標(biāo)和總大腸菌群指標(biāo)達(dá)標(biāo)，深度處理工藝需增加消毒程序。因此選擇深度處理工藝為混凝沉淀+過(guò)濾+消毒，其中混凝沉淀投加聚丙烯酰胺（PAM）和聚合氯化鋁（PAC）分別作為絮凝劑和混凝劑。

4 工藝流程

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及二級(jí)生化處理工藝，本工程設(shè)計(jì)選用格柵+調(diào)節(jié)池作為預(yù)處理方式。本工程采用的工藝為：格柵+調(diào)節(jié)池+A2/O生物膜+混凝沉淀+過(guò)濾+消毒，工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 污水處理工藝流程Fig.2 Flow chart of sewage treatment process

5 工程布置

根據(jù)小區(qū)的建筑布置和管網(wǎng)布置，污水處理站建于2#公寓南側(cè)，總占地面積為200 m2。本工程構(gòu)筑物包含格柵槽、調(diào)節(jié)池、生化池、深度處理池和設(shè)備間。其中調(diào)節(jié)池和格柵槽采用鋼混結(jié)構(gòu)單獨(dú)修建。其余構(gòu)筑物占地面積小、配置設(shè)備多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用一體化污水處理裝置。

污水處理站按照2列設(shè)計(jì)，每列75 m3/d，在小區(qū)建設(shè)初期和旅游淡季時(shí)期，污水處理站只運(yùn)行其中的一列。一體化污水處理裝置配置4個(gè)箱體，采用碳鋼箱體。4個(gè)箱體包含生化處理一體化裝置2個(gè)，深度處理一體化裝置1個(gè)和設(shè)備間1個(gè)。一體化設(shè)備的放置需先挖好基坑，然后做好墊層，放置好4個(gè)箱體后進(jìn)行回填，設(shè)備上部覆蓋土層作為綠化帶。

6 主要構(gòu)筑物與設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)工藝流程，確定了污水處理站的主要構(gòu)筑物為格柵槽、調(diào)節(jié)池、2組生化處理一體化裝置、深度處理一 體化裝置、一組設(shè)備間，結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 構(gòu)筑物的各項(xiàng)參數(shù)Table 3 The parameters of the structures

7 工程運(yùn)行效果

7.1 出水水質(zhì)

由于小區(qū)入住率較低，目前污水處理站只運(yùn)行1列，平均水量為50 m3/d。在污水處理站的總出口和總?cè)肟谠O(shè)置采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間段分別選擇2020年7月、2020年10月、2021年1月、2021年4月，每月的采樣頻率均為每天1次。取樣后監(jiān)測(cè)出水和進(jìn)水的各項(xiàng)指標(biāo)，pH和總大腸菌群兩項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)（COD、SS、TN、TP、的進(jìn)水與出水的污染物質(zhì)量濃度見(jiàn)圖3。

圖3 進(jìn)水與出水的污染物濃度Fig.3 Pollutant concentration of influent and effluent

由圖3可知，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，站點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。對(duì)比4個(gè)月份的出水水質(zhì)，2021年的出水水質(zhì)比2020年更穩(wěn)定，說(shuō)明站點(diǎn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，污水處理系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力逐漸增強(qiáng)，系統(tǒng)中的菌群也趨于穩(wěn)定。2021年1月溫度較低，出水中的COD、TN、濃度相比其他月份較高，但指標(biāo)依舊能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7.2 運(yùn)行成本

污水處理站運(yùn)行的成本包括動(dòng)力電費(fèi)、人工費(fèi)用、藥劑費(fèi)用、污泥外運(yùn)產(chǎn)生的費(fèi)用、其他費(fèi)用，費(fèi)用分別為0.5、0.33、0.20、0.08、0.11元/t，合計(jì)為1.22元/t，運(yùn)行成本和中型污水處理廠的成本相近〔11〕。

7.3 日常運(yùn)維管護(hù)

由于該站點(diǎn)位于地下，日常運(yùn)維管護(hù)的難點(diǎn)增大。相比地上污水處理廠，安全隱患比較隱蔽，站點(diǎn)增加了一套更嚴(yán)密的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)要求提高，維護(hù)人員需熟悉掌握污水處理系統(tǒng)的配置設(shè)備和工藝運(yùn)行細(xì)節(jié)；中控室的值班人員需提高對(duì)污水處理系統(tǒng)的視頻監(jiān)控和自動(dòng)化系統(tǒng)的熟悉度和關(guān)注度；提高站點(diǎn)設(shè)備的日常維護(hù)頻率以降低設(shè)備的維修與更換頻率。

7.4 工程特點(diǎn)分析

（1）選取抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、出水水質(zhì)高的處理工藝。污水處理站主體工藝采用A2/O生物膜工藝，此工藝是在A2/O工藝的缺氧池和好氧池裝填了組合填料，增加了反應(yīng)池中的生物量和菌群種類(lèi)。相比傳統(tǒng)A2/O工藝，該工藝的抗沖擊負(fù)荷能力和出水水質(zhì)都得到明顯提高，可以適應(yīng)小區(qū)水質(zhì)水量變化大的進(jìn)水情況。

（2）空間布置為后期水量擴(kuò)容預(yù)備處理空間。調(diào)節(jié)池、厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池按照2列設(shè)計(jì)，在排水量小的期間可以?xún)H運(yùn)行1列，體現(xiàn)出節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。此外2列生化池并列放置運(yùn)行，為日后污水處理系統(tǒng)擴(kuò)建提供了基礎(chǔ)，如后期污水排放量增大，可以增加平行生化池實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建。

（3）污水處理站采用埋地式設(shè)計(jì)，埋地式設(shè)計(jì)將污水處理設(shè)備置于地下，可以避免運(yùn)行產(chǎn)生的噪音對(duì)小區(qū)居民的影響，同時(shí)運(yùn)行產(chǎn)生的臭味也可以控制在密封空間內(nèi)，便于收集處理，體現(xiàn)了節(jié)地、綠色、環(huán)保的理念。此外，地下溫度溫差較地面小，溫度較穩(wěn)定，地埋式污水處理有利于各階段工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）一體化污水處理裝置設(shè)計(jì)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，節(jié)約工期。工程采用一體化污水處理裝置，將2個(gè)平行的生化處理裝置、深度處理裝置和設(shè)備間置于4個(gè)箱體中，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。同時(shí)工廠規(guī)?；a(chǎn)的箱體放置僅需要挖好基坑后做墊層，然后進(jìn)行回填即可，具有施工快、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，可以大大縮減工期，減小對(duì)周?chē)用癍h(huán)境的影響〔12〕。

（5）污水處理站的出水可進(jìn)行資源回用。出水水質(zhì)可達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）城市綠化標(biāo)準(zhǔn)，出水可直接用于小區(qū)綠化和路面沖洗，減少小區(qū)自來(lái)水的使用量。

8 展望

隨著對(duì)郊區(qū)和農(nóng)村污染控制的重視程度增強(qiáng)，研究適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的分散式生活污水處理的工程設(shè)計(jì)顯得更加重要。研究投資少、運(yùn)行穩(wěn)定、管理簡(jiǎn)單和運(yùn)行成本低的分散式生活污水處理工程才能為治理分散式污水排放引起的水資源污染問(wèn)題提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。污水處理一體化裝置是適用于小規(guī)模污水處理的模式，可應(yīng)用于農(nóng)村及郊區(qū)住宅小區(qū)。以某旅居無(wú)管網(wǎng)小區(qū)為研究對(duì)象，污水處理站采用以A2/O生物膜工藝為生化處理工藝的一體化地埋式污水處理裝置，運(yùn)行效果良好，可為分散式生活污水處理的工程設(shè)計(jì)提供思路。但是本工程設(shè)計(jì)依舊存在處理成本高、自動(dòng)化管理程度低的問(wèn)題，研究自動(dòng)化控制更精密、管理維護(hù)更簡(jiǎn)便、出水質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和運(yùn)行成本更低的污水處理一體化裝置依舊是小規(guī)模污水處理的重點(diǎn)研究方向。