净化槽及一体化污水处理设备的应用及分析

李志刚 周 杨 段 洋 张 鑫

（湖南博世科环保科技有限公司 湖南长沙 410000）

引言

脱贫攻坚作为我国“十三五”期间的重要目标，已圆满完成。其中多举措脱贫中的易地搬迁扶贫是精准扶贫工作的重要举措之一，“十三五”期间在全国各地相继实施。

永顺隶属于湖南省湘西州，位于湖南西北部，湘西州东北部。随着永顺县易地搬迁扶贫安置工作的相继开展，各安置点污水处理工程作为配套设施也陆续建设完成，为保护当地的原始生态环境，改善安置百姓的生活条件及建设社会主义新农村发挥着重要作用。

1 项目概况

永顺县易地扶贫搬迁工程共有27 个安置点，共计安置人口14847 人，配套新建24 座（其中有4 个点集中处理）安置点污水处理站。污水处站建设前，各安置点均已建设配套污水管道，将各楼栋生活污水集中至三级化粪池，本工程仅需将化粪池出水口的污水接至污水处理站进行处理后排放。各安置点所处位置主要位于乡镇周边及农村地区。

2 污水站处理规模

参照 《湖南省农村生活污水治理技术指南》（试行），项目安置点均具备全日供水条件，且室内厨房、厕所、洗涤、淋浴等卫生设施齐全，参照指南，居民人均生活用水定额按100L/d 取值。考虑到本项目污水站点距安置区均较近，地下水入渗系数取1，污水收集率取0.9，污水排放系数取0.8。各安置点的污水量预测按照以下公式进行计算：

平均日污水量=平均日用水量×污水排放系数×污水收集率×地下水入渗系数

根据计算：

各污水处理站处理规模在3m3/d～165m3/d 之间，其中≤45m3/d 规模的污水站19 座，＞45m3/d 规模的污水站5 座，污水总处理量1093m3/d。

3 设计进出水水质

污水处理站进水污染物特性决定污水处理工艺的选择，并且与污水处理处理设施的基建投资和运行费用密切相关。

本案例设计进水水质参照同类地区常规农村污水进水水质，出水达到湖南《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》（DB43/1665-2019）一级标准，具体设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质（mg/L）

4 项目选址与布置

本案例污水站选址结合了各安置点的总体布局、地形特点、管网高程、主导风向和处理后污水便于排放等要素确定，并兼顾了污水处理站和周边景观的相容性，绝大部分场站的设备采用了地埋式。

5 污水处理工艺

5.1 工艺介绍

参考 《湖南省农村生活污水治理技术指南》（试行），本案例工艺的选择根据进水水质特点和排放要求、处理技术的特点和适用范围、当地地形气候等特点，本项目主体处理工艺采用净化槽及AAO 一体化污水处理设备。工艺设备介绍如下：

（1）净化槽：主体由接触氧化沉淀组成，主要用于分散式生活污水处理。净化槽通常每3～4 个月进行一次维护检查，并补充药物，每年进行一次以上的清扫[1]，一般单台处理规模为3-15m3/d。

工艺优势：核心多级接触氧化系统具有高效脱氮除磷和有机物去除能力；运行处理效果稳定，抗水质负荷波动影响能力强，产污泥量低；设备采用半封闭结构（仅预留检修孔），无恶臭气体释放，现场安装主要采用地埋式。

设备采用一体化设计，模压工艺制成，设备耐压强度大，可整体吊装，施工安装迅速。操作和维护简单，操作成本低。设备主要采用重力推流的运行方式，仅设置一台回流泵和低能耗曝气系统，占地少，出水效果好。

本案例对≤45m3/d 规模的污水站，采用净化槽工艺。

图1 净化槽内部构造示意图[2]

在运行过程中，污水首先进入格栅沉砂槽进行预处理，去除大颗粒物和悬浮固体，然后进入净化槽厌氧区，污水中溶解的有机物被附着在厌氧区填料上的生物膜去除；曝气区集接触氧化、截留过滤、反洗为一体[2]；经曝气区处理后的污水经过沉淀区进一步沉淀；设备末端设置消毒盒（内部填装缓释氯片），出水经消毒后外排。

（2）AAO 一体化污水处理设备：该系统集厌氧、缺氧、好氧和高效泥水分离于一体，在去除有机物的同时实现强化脱氮除磷，确保污水达标排放。

工艺优势：该设备在AAO 工艺的基础上增加一级硝化，使硝化细菌成为优势菌，强化硝化效果；同时在碳化区和硝化区加入悬浮填料，使微生物泥膜共生，以解决长泥龄硝化和短泥龄除磷的矛盾，保证有机物、氮、磷的高效去除。

设备高度集成，易于安装，降低了土建成本，占地少。污泥回流和硝化液回流采用气提回流，厌氧缺氧区采用气体搅拌，减少了用电设备，进一步的降低系统能耗。设备采用半封闭结构，并配有活动盖板，以减少废气的释放。产污泥量低，微生物泥膜共生工艺具有生物食物链长、生物量大的特点。并且设备自动化程度高，运行维护方便，无二次污染、污泥膨胀等问题。

图2 AAO一体化污水处理设备内部构造示意图

本案例对＞45m3/d 规模的污水站采用本工艺。

在运行过程中，污水首先进入格栅沉砂渠进行预处理，然后流入调节池，通过提升泵定量提升至一体化污水处理设备，依次经过厌氧区、缺氧区、碳化区、硝化区、高效分离区进行逐级净化，去除废水中有机物、氮、磷、悬浮物等污染物质，在高效分离区投加PAC 絮凝剂化学除磷（根据出水水质，按需投加），再经消毒杀菌后达标排放。

5.2 工艺路线

根据上述工艺的介绍，本项目污水处理工艺选择如下：

（1）3-45m3/d 规模污水站：采用“格栅-沉砂渠+玻璃钢调节池+净化槽+排放槽”。

（2）75-165m3/d 规模污水站：采用“格栅-沉砂渠+玻璃钢调节池+一体化AAO 污水处理设备+消毒排放槽”。

6 污泥处理

农村生活污水处理过程产生的污泥，按来源不同，主要可分为：化粪池污泥、腐殖污泥（生物膜法产生的沉淀物质）等。本项目采用的工艺污泥产量较少，采用定期统一收集到干化场处理，待污泥熟化后，再进行土地农田园林绿化利用。

7 主要工艺设计参数

（1）格栅：2 道人工格栅，栅条间隙分别为15、10mm，人工格栅安装角度为60°。

（2）沉砂渠：水平流速取值为0.15m/s，最高时流量的停留时间不小于45s。

（3）调节池：SMC 复合材料，地埋式安装。停留时间5～7h，有效水深1.2～1.7m，池内设提升泵。

（4）净化槽：SMC 复合材料，地埋式安装。壳体厚：δ=7mm，内含厌氧填料、缺氧填料、好氧填料、内气提回流装置、内曝气装置等。设备总停留时间约26h。

（5）一体化AAO 污水处理设备：碳钢结构，地面式安装，自带风机及PAC 加药设备。水力停留时间约14.5h。生化段的污泥负荷为0.15kgBOD5/（kg MLSS·d），好氧区溶解氧为2.0～4.0mg/L，混合液回流比为100%～200%，污泥回流比为50%～100%。沉淀区水利表面负荷1.63m3/m2·h。

（6）消毒排放槽：有效停留时间约0.5h，供消毒、取样及出水观察用。

8 工程投资与成本分析

本工程新建24 座污水处理设施，污水总处理量1093m3/d，工程总投资约1368.5 万元，吨水建设投资约1.25 万。污水处理站运行维护费用主要包括人工费、电费、药剂费、检修维护费、污泥处置费。年运行成本如表2。

表2 运行成本分析表

9 运行情况分析

项目于2020 年9 月进入运营阶段，取2020 年09 月至2021 年02 月（6 个月）的运营数据进行分析判断。运营期内每月对各污水站进出水水质进行一次采样检测，并将24 个污水站进出水水质加和平均值作为分析依据。

进水水质、净化槽工艺及一体化污水处理设备处理工艺6 个月内出水水质如下：

（1）6 个月的污水进水污染物均值（mg/L）为COD：151.5、SS：76.6、TN:18.5、NH4+-N:13.3、TP:1.53；各月进水水质均值如图3。

图3 污水站月平均进水水质（mg/L）

（2）净化槽工艺及一体化污水处理设备工艺6个月平均出水水质见图4。

图4 污水站月平均出水水质（mg/L）

（3）通过上述数据知道污水站进水水质略低于设计值，主要原因可能是污水经过化粪池部分污染物得到了降解，同时各安置点污水管网中有可能混进去了部分雨水等情况。数据显示污水站出水水质较为稳定且符合设计要求的排放标准，项目整体工艺设计合理，满足农村污水处理要求。本项目总体进出水水质指标及去除率见表3。

表3 水质指标（mg/L）及去除率表(%)

10 农村污水处理设施运行的相关问题及建议

净化槽及一体化污水处理设备以其占地小、处理效果好、安装方便、运行稳定、运行成本低等优势在广大农村污水处理工程中得到了广泛的应用。但在应用过程中广泛存在“重建设、轻管护”的现象，面临着组织管理方面的问题[3]，为保证农村污水处理设施长期稳定运行，就农村污水处理设施如何管好提出以下想法建议：

明确统一可靠的运营方。农村污水处理设施具有处理规模小而且分散的特点。如果管理单位多且不统一，就很难完全保证运营质量。建议成立县级水务公司，实行统一规划、建设、管理、运营的治理模式，后期运行维护均由专业团队负责。不仅可以改变很多环保设施后期“晒太阳”的情况，同时项目实施后的运行质量更有保障。

其次，建立监督考核机制。对设施的运行维护情况进行考核，考核结果与运行维护经费挂钩。这样就可以更有效地激励运营者切实履行职责，同时也确保经费用到实处[4]。

结语

全面推进乡村振兴是国家“十四五”规划的一项新目标，农村地区的污水治理又是其中的重要一环，农村地区污水治理的主要意义及作用主要体现在以下几个方面：

首先，农村生活污水处理设施的建设是贯彻党中央、各级政府对农村水污染防治、农村环境整治的要求，同时也是建设社会主义新农村的必然举措。最后，农村地区水资源丰富，投资环境宽松，农村生活污水处理也是促进农村经济发展的必然要求。

本案例建成后将使排入农村地区的水污染物大量降低，本次共建设24 座污水处理站，建设总规模为1093m3/d，投运后预计污染物质削减量COD、TN、NH3-N、TP 分别为55.8 t/a、4.6 t/a、4.6 t/a、0.8t/a，能明显地改善地表水水质，环境效益、社会效益显著。