鄂西北乡镇污水处理设计探讨

汪 洋

（上实环境控股（武汉）有限公司 湖北武汉 430074）

引言

随着我国经济的不断发展，生态文明建设快速推进，农村环境问题受到越来越多的关注，乡镇污水治理成为环保工作的重中之重。由于乡镇基础设施建设落后。大多数乡镇排水系统为雨污合流制，在未推行雨污分流之前建设的污水处理厂建成后都存在进水水质、水量波动大，处理效果不稳定的问题。同时，乡镇污水处理没有专门的规范和标准，工程设计参照城市污水的特点而进行设计是不合理且不经济的。本文以鄂西北某县为例，对乡镇污水治理工程的设计工作进行分析探讨。

1 乡镇生活污水的现状与特点

本项目所在地为鄂西北山区向汉江中游过渡的山区县，包括18 个乡镇，其中16 个乡镇常驻居民人口规模小于1 万人。乡镇生活污水主要来源于居民生活过程中的炊事、洗衣、洗浴、冲厕、清扫以及家庭圈养畜禽等产生的污水，不包括为发展乡镇经济而开展的工业活动（如农产品加工、畜禽集中养殖等）产生的污水。经总结，乡镇污水主要有以下几个特点。

（1）水量小、波动大、有地域差异。乡镇居民自来水覆盖率低，水冲式厕所普及率较低，导致生活污水量很少、浓度低；污水排放集中在早（6:00～8:00）、中（10:00～13:00）、晚（18:00～21:00）[1]，这三个时段炊事、洗衣、洗浴等活动集中，瞬时污水排放量大，其余时段污水排放量很少。山区乡镇常住人口明显低于平原乡镇人口，再加上山区老龄化比较严重，人口增加速度缓慢，所以用水量低于平原用水量。

（2）水质波动大。本项目乡镇现状多采用雨污合流的排水体制。乡镇居民大部分使用旱厕，粪污通过化粪池厌氧发酵后肥田，此部分污水很难收集，主要收集的污水为做饭、洗衣等污水，导致收集的污水量小、浓度低；降雨期间，山谷坡地的大量雨水汇流进入集镇的排水管渠，使得污染物浓度很低。

（3）污水收集难。山区乡镇经济薄弱，基础设施建设落后，集镇在建设时缺少科学规划，且地形复杂，地理位置不集中，污水排放分散，很难达到集中处理的效果[2]，一般只在居民密集的核心区域建有排水管道，管网覆盖面小，相对分散的区域没有收集管道，导致乡镇污水收集困难。

2 设计进出水水质

乡镇污水处理对象主要为生活污水，零星生产废水经预处理达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中三级标准后方可排入污水收集系统，且不得超过乡镇生活污水量的20%，含有重金属、有毒有害成分及难降解有机物的工业废水限制排入。

2.1 设计进水水质

2.1.1 理论进水水质

以《湖北省乡镇生活污水治理工作指南》（以下简称“《工作指南》”）中乡镇生活污水水质参数作为理论参考，具体进水水质指标如下：

CODCr：120～260mg/L；BOD5：60～130mg/L；SS：150～200mg/L；NH3-N：15～30mg/L；TP：2.0～5.0mg/L；pH：6.5～8.0。

2.1.2 实测污水水质

水质检测：3 月12 日～4 月5 日对区域覆盖的乡镇进行两次取样，共选取12 个排污口，每个排污口早中晚采样混合的方式进行水样的实测，典型排污口具体水质指标如表1：

表1 生活污水实测水质

2.1.3 设计进水水质

本项目设计进水水质以《工作指南》为理论依据，参考周边污水处理厂实际进水水质，并结合现状实测水质综合分析。山区和平原区域，检测水质有差异，因此，对这两类不同区域设置不同的进水水质，并考虑乡镇经济发展和家庭作坊废水的流入，具体设计进水水质指标如下：

（1）平原乡镇

CODCr：250mg/L；BOD5：130mg/L；SS：200mg/L；TN：40mg/L；NH3-N：30mg/L；TP：4.0mg/L；pH：6～9。

（2）山区乡镇

CODCr：200mg/L；BOD5：130mg/L；SS：200mg/L；TN：30mg/L；NH3-N：25mg/L；TP：3.5mg/L；pH：6～9。

2.2 设计出水水质

为切实改善城乡生态环境，严格工作标准，按照《省人民政府关于全面推进乡镇生活污水治理工作的意见》，全省乡镇生活污水处理厂出水执行 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A 标准。具体出水水质指标如下：

CODCr：50mg/L；BOD5：10mg/L；SS：10mg/L；TN：15mg/L；NH3-N：5(8)mg/L；TP：2.0～5.0mg/L；pH：6～9。

备注：括号外数值为水温＞12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。

3 污水量的测算

3.1 人口确认

主要方法：人口算法+实际调查相结合的形式测算。

人口统计：（1）人口普查数据为依据，测算以常驻人口为基准；（2）通过各地城建部门明确数量；（3）调查各乡镇自来水用水量；（4）最后抽取人口现场调研复核的方式得出。

由于山区乡镇人口外流严重，常住人口数量较户籍人口数量有较大差异。设计近期规模按常住人口计算，设计远期总规模根据各乡镇总体规划确定人口规模，部分缺少总体规划的乡镇或居民集中点按现状人口确定规模，不考虑人口增长。

3.2 用水定额

通过参考用水定额、综合用水定额以及取样口流量调研综合分析，得出不同地区用水定额参数，如表2：

表2 乡镇居民生活用水定额参考取值

通过调研，平原中心镇（常住人口＞1 万人）和集中点（常住人口＜1 万人）用水量有差别。平原中心镇用水量大部分集中在100～120L/（人·d），平原居民集中点用水量大部分集中在90～110L/（人·d）。

通过参考用水定额、综合用水定额以及取样口流量调研综合分析，得出不同地区用水定额参数，如表3：

表3 乡镇污水量用水定额一览表

3.3 折污系数

根据《城市排水工程规划规范》（GB50318—2000），城市综合生活污水排放系数为0.80～0.90，结合项目所在地区的现状条件、各类建筑内部排水设施水平，本次污水排放系数取0.8。

3.4 工业/养殖废水

在本项目中，工业/养殖废水量超过乡镇生活水量的20%，先按20%预留水量，水质按生活污水水质设计，并且预留后期增加工业/养殖废水处理的占地面积。对于未超过20%的，按实际排放量计入。

3.5 管网收集率

本项目同步建设乡镇污水收集系统（含入户管），采用雨污分流排水体制，污水管网收集率取90%。

3.6 污水量

本项目近期污水量根据常住人口、用水量定额等进行测算；远期污水量根据规划文件以及乡镇今年发展现状综合考虑后测算。近期污水量计算公式如下：乡镇污水处理规模（m3/d）=（常住人口（人）×生活用水定额（L/（人·d））×折污系数（%）×[1+生产废水量所占比例（%）]×污水收集率（%）/1000

本项目典型乡镇污水量及污水站处理规模如表4：

表4 典型乡镇污水处理规模测算一览表

4 污水处理工艺选择

污水处理厂的建设和运行受多种因素的制约和影响，其中工艺方案的确定是处理厂的运行性能、污水运行和建设费用的最关键的因素。工艺的选择应根据处理规模、水质特性以及当地的实际情况和要求，选择切实可行且经济合理的工艺方案。同时，选择工艺时考虑乡镇自身的特点，在技术合理的前提下，应做到经济节能，管理简单[3]。根据进水水质、出水水质要求及规模，本工程生物处理宜采用以生物脱氮除磷处理为主的生活污水处理工艺。较为常见的污水处理工艺如下。

4.1 A2/O工艺

A2/O 工艺技术成熟、出水稳定、应用广泛[4]，运行过程中，污水流经厌氧/缺氧/好氧三个不同的功能分区，在不同微生物菌群的作用下，去除污水中的有机物、氮和磷。A2/O 工艺相对成熟可靠，适用于各种水量污水处理，应用较为广泛。A2/O 工艺在系统上是最简单的同步除磷脱氮工艺，总水力停留时间小于其它同类工艺，在厌氧（缺氧）、好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，SVI 值一般小于100，有利于处理后污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，运行费用低。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此除磷脱氮效果非常好。

4.2 序批式活性污泥法（SBR）

SBR 工艺运行过程中，污水的曝气、沉淀、排水均在同一个池内完成，各阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质、出水质量与运行功能要求等灵活变化。SBR 类活性污泥法工艺操作灵活，可采用多种运行方式，但是单池处理能力较小，在较大规模的城市污水厂中采用，分组数多，控制点多，给操作管理带来了不便。为减少平面占地，该工艺也可在较大水深下运行（取决于撇水设备的能力），但水深加大，浪费的水头较大，运行能耗较高，同时对运行过程的自控技术要求较高。

4.3 氧化沟工艺

氧化沟工艺从流程上看，类似A2/O，但由于环型构造，循环量远远大于进水流量，其中硝酸盐（NO3-）的回流量很高，因此一般不设内回流。氧化沟工艺由于要设计为环流形式，水量过小时，构造上难以实现，一般水量大于5000m3/d 时，才考虑氧化沟工艺。氧化沟工艺池容大，有机负荷低，抗冲击负荷强；具有环流无终端的流线，兼具推流和完全混合的流态；采用表面曝气器，在曝气器之间交替形成好氧—缺氧环境，类似多级串联的脱氮系统，污泥泥龄较长，脱氮效果好。由于池体水深较浅（一般3.0～4.0m），占地大。

4.4 膜生物反应器（MBR）

MBR 使用微滤膜分离技术取代传统活性污泥法的沉淀池和常规过滤单元，使水力停留时间和泥龄完全分离，MBR 能高效的进行固液分离，出水水质良好、稳定；生物反应器内污泥浓度高，容积负荷高，占地少；系统在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，污泥处理费用低；不受污泥老化和污泥膨胀等影响，微滤膜固液分离性能稳定，出水SS 低，不需设置二沉池；易于实现自动控制，操作管理方便。MBR 投资及运行费用较其他工艺高，除对出水水质有特殊要求时，一般应用较少。

4.5 生物转盘工艺

生物转盘工艺是一种生物膜法处理技术[5]，利用细菌、菌类微生物和原生动物在生物转盘的载体上形成生物膜，对污水进行净化。生物转盘属于生物膜法，污泥龄长产泥量少，半浸没转盘出水SS 较低，且不需要污泥回流，沉淀单元污泥负荷低；转盘比表面积大，污水接触时间比生物滤池和接触氧化池的时间长，污水处理效率较高，且不易造成滤料的堵塞；改良的全浸没+半浸没串联式生物转盘，TN 去除率可达70～80%，多级半浸没串联可以提高整体负荷，保证末端出水稳定。生物转盘适用于各种水量，运行费用低，占地面积大，从长期效益来看具有优势。

4.6 生物接触氧化工艺

生物接触氧化工艺兼有活性污泥法及生物膜法的特点，具有较高的容积负荷，不需要污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理较简单，对水量水质的波动有较强的适应能力。近年来，为提高村镇级生活污水脱氮除磷效果，衍生出多级生物接触氧化工艺。多级处理设置，通过反复缺氧、好氧环境，强化了工艺整体的脱氮除磷效果；生物填料泥膜共生的环境，强化了系统的抗冲击负荷；生物膜内部的缺氧池和厌氧层的大量反硝化菌，反硝化脱氮能力强。多级生物接触氧化工艺为模块式一体化设备，仅适用于小水量污水处理。由于氧化沟工艺不适合本工程规模范围，不予考虑，其他几种工艺优缺点对比如表5。

表5 污水处理工艺对比表

综合以上工艺对比分析，本项目近期规模从50m3/d 到3000m3/d，在工艺选择时根据污水水量、水质、用地面积、工程规模、建设成本、运行管理成本等多因素综合考虑，最终确定处理规模不大于1000m3/d 的污水处理厂采用多级生物接触氧化工艺（模块式一体化设备）；处理规模大于1000m3/d 的污水处理厂采用生物转盘工艺。

结语

乡镇供水、排水设施建设缺少规划，现状排水设施竣工图纸等基础资料缺失，前期调研阶段需对常住人口、用水量、排水设施现状等进行详细统计、核实；通过对山区、平原、丘陵等不同区域的集镇分别进行水质采样分析，使进水水质的设定更符合实际情况。该县大部分乡镇位于山区，基础开挖难度大，在污水处理厂流程布置时，需尽量利用现状地形，减少开挖、凿石等基础工程量；在用地面积紧张的情况下，厂区平面布置尽量将池体合建、共用池壁，避免分散布置时无法满足总图的各种距离要求。