導(dǎo)讀
隨著新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)和村鎮(zhèn)居民生活水平的逐步提高，我國村鎮(zhèn)生活污水排放量也日益增大。但村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)設(shè)施建設(shè)卻嚴(yán)重滯后。據(jù)住建部2015年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至2015年，我國行政村的污水處理率僅為11.4%，絕大多數(shù)農(nóng)村污水未經(jīng)處理直接排入水體，造成水環(huán)境污染嚴(yán)重，水體黑臭現(xiàn)象增多，不僅威脅居民的身體健康，還阻礙了我國村鎮(zhèn)生態(tài)文明建設(shè)。因此，未來的村鎮(zhèn)污水處理市場(chǎng)需求巨大。
與城市污水特征不同，我國村鎮(zhèn)污水具有規(guī)模小、面廣、分散、水質(zhì)水量變化大等特點(diǎn)，且我國地區(qū)差異性顯著，村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平參差不齊，因此，不宜照搬傳統(tǒng)的城市污水處理工藝技術(shù)及模式。應(yīng)針對(duì)村鎮(zhèn)污水特點(diǎn)及我國村鎮(zhèn)地區(qū)特點(diǎn)因地制宜進(jìn)行村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)分類
1.1我國村鎮(zhèn)空間分布特點(diǎn)
我國村莊空間分布區(qū)域差異特征顯著，整體上呈現(xiàn)出聚集、隨機(jī)、離散均勻分布的并存空間分布模式。東南半壁區(qū)域的村莊空間分布密度高于西部地區(qū)和北方邊境地區(qū)。不同地域類型區(qū)村莊空間分布模式特征各異。平原地區(qū)的村莊空間分布密集，空間分布模式以隨機(jī)、分散為主，村莊之間鄰近距離較近。高寒山區(qū)、沙漠邊緣地帶，村莊空間分布密度極低，村莊之間鄰近距離偏大，村莊空間分布相對(duì)聚集。丘陵、山地交匯過渡地帶，村莊空間分布密度較大，空間分布模式偏向隨機(jī)分布。相對(duì)村莊而言，我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間分布區(qū)域差異性也較大，但相對(duì)村莊而言，整體分布相對(duì)比較集中。
1.2村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)投資分析
村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)包括收集管網(wǎng)和污水處理終端兩部分。在相對(duì)集中的村鎮(zhèn)，管網(wǎng)的投資費(fèi)用一般約為處理終端的2倍。但在相對(duì)分散的村莊時(shí)，管網(wǎng)的投資將是處理終端的3~4倍，甚至更高。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，村鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng)和處理終端總投資費(fèi)用相對(duì)變化趨勢(shì)如圖1所示。從圖1 中可以看出，當(dāng)村鎮(zhèn)污水處理終端設(shè)施建設(shè)越分散，處理終端的總投資費(fèi)用就相對(duì)越高，而收集管網(wǎng)的投資費(fèi)用就越低;當(dāng)村鎮(zhèn)污水處理終端設(shè)施建設(shè)越集中，收集管網(wǎng)的投資費(fèi)用就越高，而處理終端的投資費(fèi)用就越低。收集管網(wǎng)和處理終端的總投資也是隨終端設(shè)施建設(shè)分散到集中的程度而先下降后上升。因此，應(yīng)根據(jù)各地區(qū)居民居住密度、分散程度、污水收集輸送距離等對(duì)村鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng)和處理終端進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化，如通過增加污水處理終端實(shí)施的數(shù)量進(jìn)行分散化處理，從而減少管網(wǎng)投資。
圖1村鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng)和處理終端總投資費(fèi)用相對(duì)變化趨勢(shì)
1.3村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)分類
根據(jù)上述分析，并結(jié)合我國村鎮(zhèn)及村鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)，將我國村鎮(zhèn)污水處理按照規(guī)模大小系統(tǒng)的分為戶級(jí)、村級(jí)和鎮(zhèn)級(jí)3種集中程度不同的污水處理系統(tǒng)，適用條件如表1所示。
2村鎮(zhèn)污水處理工藝技術(shù)路線選擇
2.1村鎮(zhèn)污水處理工藝技術(shù)路線選擇原則
(1)因地制宜。我國村鎮(zhèn)具有分布廣、散，地形地貌復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，區(qū)域差異性大等特點(diǎn)，因此，村鎮(zhèn)污水處理工藝路線的選擇務(wù)必統(tǒng)籌考慮村鎮(zhèn)的地域性差異，針對(duì)不同地區(qū)、不同地形地勢(shì)、不同地理氣候條件以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，作對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整。
(2)優(yōu)先考慮資源化利用。我國水資源匱乏，應(yīng)優(yōu)先考慮村鎮(zhèn)污水的處理及就地資源化利用，尤其是對(duì)于我國北方及西部缺水干旱地區(qū)。
(3)經(jīng)濟(jì)高效。村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)要投資省、運(yùn)行能耗低，與村鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，村民的經(jīng)濟(jì)承受能力相適應(yīng)。工藝設(shè)計(jì)可靠穩(wěn)定，出水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
(4)易于管理，穩(wěn)定可靠。村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施要盡量簡(jiǎn)單，方便管理及運(yùn)行維護(hù)，并能長久穩(wěn)定有效發(fā)揮其作用。
2.2戶級(jí)污水處理工藝路線
我國大部分農(nóng)村及欠發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住相對(duì)比較分散，且配套污水管網(wǎng)差，若集中建設(shè)污水處理設(shè)施管網(wǎng)投資費(fèi)用高。因此，針對(duì)分布相對(duì)分散的村莊采用戶級(jí)污水處理系統(tǒng)。戶級(jí)污水處理可采用基于生物膜法開發(fā)的地埋式一體化污水處理裝置，核心技術(shù)為生物接觸氧化技術(shù)。其處理工藝路線如圖2所示。
圖2戶級(jí)污水處理工藝路線
村民生活污水先進(jìn)入化糞池，經(jīng)過化糞池沉淀消解后再進(jìn)入戶級(jí)污水處理裝置。在污水處理生化單元內(nèi)通過生物填料上面附著的厭氧、缺氧、好氧微生物等多種微生物的生化反應(yīng)，去除有機(jī)污染物和氮磷物質(zhì)，通過生化處理后的水進(jìn)入澄清沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液達(dá)標(biāo)排放或綠化回用。
2.3村級(jí)污水處理工藝路線
針對(duì)居住相對(duì)集中的村莊采用村級(jí)污水處理系統(tǒng)。村級(jí)污水處理可采用地埋式多級(jí)生物接觸氧化技術(shù)。該技術(shù)是在傳統(tǒng)生物接觸氧化法的基礎(chǔ)上，將反應(yīng)單元設(shè)計(jì)成多級(jí)形式，各級(jí)形成不同功能的優(yōu)勢(shì)微生物菌群，通過其協(xié)同作用，大大提高了污水處理效率。其工藝路線如圖3所示。
圖3村級(jí)污水處理工藝路線
村級(jí)生活污水由排水系統(tǒng)收集后，進(jìn)入污水處理站的格柵井，去除較大的懸浮物及顆粒雜質(zhì)后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水量水質(zhì)調(diào)節(jié)，再提升至多級(jí)生化處理單元內(nèi)，通過生物填料上面的厭氧、缺氧、好氧微生物等的生化反應(yīng)，去除有機(jī)污染物及氮磷。再自流進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離。當(dāng)出水要求達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)或是更高標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可增加生化處理單元，同時(shí)，在澄清沉淀池后設(shè)置石英砂過濾器，處理后的清水經(jīng)紫外消毒后達(dá)標(biāo)排放。
2.4鎮(zhèn)級(jí)污水處理工藝路線
針對(duì)相對(duì)集中的鄉(xiāng)鎮(zhèn)采用鎮(zhèn)級(jí)污水處理系統(tǒng)。鎮(zhèn)級(jí)污水處理采用以生物轉(zhuǎn)盤為核心的高效生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)。高效生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)是在傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)盤的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)生物盤片的結(jié)構(gòu)及性能，使盤片比表面積及掛膜效率大大增加，從而大幅提高了污水處理效率。其工藝路線如圖4所示。
圖4鎮(zhèn)級(jí)污水處理工藝路線
鎮(zhèn)級(jí)生活污水首先進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，攔截大的雜物、沉淀懸浮物和調(diào)節(jié)水量。再進(jìn)入高效生物轉(zhuǎn)盤單元，生物轉(zhuǎn)盤以一定的線速度不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，生物膜交替的與污水和空氣接觸，變成一個(gè)連續(xù)的吸氧、吸附、氧化分解過程，從而使污水得到凈化。與此同時(shí)轉(zhuǎn)盤上的生物膜也同樣經(jīng)歷掛膜、生長、增厚和老化脫落的過程，脫落的生物膜可進(jìn)入泥水分離系統(tǒng)。泥水分離后上清液經(jīng)紫外消毒后達(dá)標(biāo)排放。污泥采用移動(dòng)式污泥處理裝備，可同時(shí)解決多個(gè)廠(站)的污泥處理問題。
3村鎮(zhèn)污水處理工程實(shí)踐
3.1戶級(jí)污水處理工程實(shí)踐
3.1.1項(xiàng)目名稱
吉林省和龍市惠章屯8個(gè)戶級(jí)生活污水處理項(xiàng)目，見圖5。
圖5和龍市惠章屯戶級(jí)污水處理項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)
3.1.2項(xiàng)目概況
惠章屯是吉林省延邊朝鮮族自治州和龍市南坪鎮(zhèn)的一個(gè)村民小組，人口60人。該村住戶較分散，考慮到集中式處理難度較大，故采用分散式聯(lián)戶處理模式，每2~4戶聯(lián)合建一個(gè)戶級(jí)污水處理站，處理規(guī)模為1 m3/d，共建了8個(gè)污水處理站，總處理規(guī)模為8 m3/d，實(shí)現(xiàn)了惠章屯生活污水的全覆蓋。該項(xiàng)目采用EPC模式。項(xiàng)目采用SMART-SDT地埋式一體化裝置，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的污水就近排入村邊排水溝。目前該項(xiàng)目正處于建設(shè)期收尾期，即將正式投入運(yùn)行。
3.1.3項(xiàng)目工藝流程及技術(shù)路線(見圖6)
圖6和龍市惠章屯戶級(jí)污水處理工藝流程
村民生活污水先進(jìn)入兩格式化糞池，化糞池第一格設(shè)有格柵攔截大的固體懸浮物，同時(shí)居民廚房排出的含油污水在第一格進(jìn)行隔油;上清液進(jìn)入第二格，通過管道收集進(jìn)入下一戶化糞池;2~4戶為一個(gè)處理單元，通過化糞池、管路串聯(lián)起來，最終將污水引入戶級(jí)污水處理設(shè)備。污水依次流經(jīng)第1、2處理單元，在污水處理單元內(nèi)通過生物填料上面附著的厭氧、缺氧、好氧微生物等多種微生物的生化反應(yīng)，在去除有機(jī)污染物的同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步硝化和反硝化作用，達(dá)到脫氮除磷目的，通過兩級(jí)生化處理后的水進(jìn)入澄清沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液達(dá)標(biāo)排放至出水井，再通過提升泵提升至村邊排水溝達(dá)標(biāo)排放。
3.2村級(jí)污水項(xiàng)目典型案例
3.2.1項(xiàng)目名稱
北京市通州區(qū)姚辛莊村生活污水處理項(xiàng)目。
3.2.2項(xiàng)目概況
北京市通州區(qū)姚辛莊村污水處理項(xiàng)目是首都副中心村級(jí)治污第一完成項(xiàng)目，位于北京市通州區(qū)馬駒橋鎮(zhèn)東北側(cè)姚辛莊村，緊鄰七支渠中上游，服務(wù)人口2 435人。該項(xiàng)目總規(guī)模為250 m3/d，采用BOT模式，特許經(jīng)營年限15年，采用SMART“新麥田”設(shè)計(jì)理念，項(xiàng)目工藝采用SMART-PFBP多級(jí)生物接觸氧化工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行《北京市水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11307-2013)表2的B標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片見圖7。
圖7姚辛莊村級(jí)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)
3.2.3項(xiàng)目工藝流程及技術(shù)路線
項(xiàng)目采用的工藝流程如圖8所示。
圖8姚辛莊村級(jí)污水處理工藝流程
生活污水通過排水管網(wǎng)收集至集水井，由一級(jí)提升泵提升至格柵井，去除較大的懸浮物及顆粒雜質(zhì)后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水量水質(zhì)調(diào)節(jié)，再提升至多級(jí)生化處理單元內(nèi)，通過生物填料上的厭氧、缺氧、好氧微生物等的生化反應(yīng)，去除有機(jī)污染物及氮磷。再自流進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液再通過石英砂過濾器過濾，進(jìn)一步去除懸浮物。處理后的清水經(jīng)紫外線消毒后達(dá)標(biāo)排放。
3.2.4項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果及運(yùn)行成本
(1)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果。姚辛莊村級(jí)污水處理項(xiàng)目自2016年2月中旬開始調(diào)試，3月開始正式運(yùn)行，至今已運(yùn)行1年半。項(xiàng)目運(yùn)行期間的日平均處理效果見表2所示。從表2中可以看出，出水COD、NH3-N、TN、TP等污染指標(biāo)均可優(yōu)于DB 11307-2013中表2的 B排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。
(2)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行成本。該項(xiàng)目自建成并投入使用以來，一直基本保持正常運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)用約為15元/t，主要包括人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)等費(fèi)用。該項(xiàng)目利用太陽能光伏技術(shù)提供動(dòng)力，將處理后的污水優(yōu)先用于澆灌站區(qū)里面的花草木，達(dá)到節(jié)約能耗和資源化利用的雙重目的，既美化了站區(qū)環(huán)境，又減少了自來水的使用，還節(jié)省了能耗。
3.3鎮(zhèn)級(jí)污水項(xiàng)目典型案例
3.3.1項(xiàng)目名稱
湖南省長沙縣18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施全覆蓋工程。
3.3.2項(xiàng)目概況
湖南省長沙縣18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施全覆蓋工程是湖南省長沙市環(huán)境保護(hù)三年行動(dòng)計(jì)劃的標(biāo)志工程之一，也是長沙縣社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的重點(diǎn)工程。該工程包括“16+2”個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠，具體是指長沙縣16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的投資、建設(shè)、運(yùn)營(BOT)和管網(wǎng)等配套建設(shè)工程的建設(shè)、移交(BT)，以及原有的2個(gè)污水處理廠的托管運(yùn)營(OM)，總設(shè)計(jì)規(guī)模達(dá)3.44萬m3/d。項(xiàng)目采用BOT模式，特許經(jīng)營年限30年，采用SMART-HRBC高效生物轉(zhuǎn)盤工藝技術(shù)，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918-2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。圖9為項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片。
圖9長沙縣黃花鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)
3.3.3項(xiàng)目工藝流程及技術(shù)路線
項(xiàng)目采用的工藝流程如圖10所示。
圖10長沙縣某分水廠工藝流程
“生物轉(zhuǎn)盤+濾布濾池”是該項(xiàng)目的主體工藝，污水經(jīng)管網(wǎng)收集后首先通過格柵等預(yù)處理設(shè)施，以攔截較大的顆粒及懸浮物，為后續(xù)處理構(gòu)筑物的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造有利條件，然后經(jīng)多功能預(yù)處理池進(jìn)行沉淀、水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)等預(yù)處理，再提升至高效生物轉(zhuǎn)盤進(jìn)行生化處理。生物轉(zhuǎn)盤出水再經(jīng)過濾布濾池進(jìn)行快速過濾，去除懸浮物后，自流至消毒池消毒，最終達(dá)標(biāo)排放。
3.3.4項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果及運(yùn)行成本
(1)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果。湖南省長沙縣18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目自2011年建設(shè)，2012年全面投入運(yùn)營，至今已運(yùn)行近5年。連續(xù)近21個(gè)月(近600天)對(duì)某廠的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各污染物進(jìn)出水日平均濃度見表3所示。從表3中可以看出，出水COD、NH3-N、SS等污染指標(biāo)均可達(dá)到GB 18918-2002一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。目前，該項(xiàng)目一級(jí)B的排放標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足環(huán)境容量要求，下一步，該項(xiàng)目將進(jìn)行提標(biāo)改造，排放標(biāo)準(zhǔn)提升至GB 18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
(2)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行成本。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)打捆項(xiàng)目自建成并投入使用以來，一直基本保持正常運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)用約為1元/m3，主要包括人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)等費(fèi)用。該項(xiàng)目的建成及投入使用，大大改善了所服務(wù)區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量，大力提升了居民的生活質(zhì)量。
4結(jié)論
(1)針對(duì)我國村鎮(zhèn)及村鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)，將我國村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的分為戶級(jí)、村級(jí)和鎮(zhèn)級(jí)3種集中程度不同的污水處理系統(tǒng)，其中，戶級(jí)污水處理規(guī)模為0.1～10 m3/d以下。村級(jí)污水處理規(guī)模為10～500 m3/d。鎮(zhèn)級(jí)污水處理規(guī)模一般為500 m3/d 以上，但一般不超過10 000 m3/d。
(2)村鎮(zhèn)污水處理工藝路線選擇應(yīng)遵循因地制宜的原則。戶級(jí)污水處理可采用地埋式一體化污水處理裝置;村級(jí)污水處理可采用地埋式多級(jí)生物接觸氧化技術(shù);鎮(zhèn)級(jí)污水處理可采用高效生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)。
(3)通過吉林省和龍市戶級(jí)、北京市姚辛莊村級(jí)、湖南省長沙縣鎮(zhèn)級(jí)等多個(gè)典型村鎮(zhèn)污水處理工程實(shí)踐，為我國村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)提供案例參考。
來源:給水排水 作者:王俊安等
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