一体化污水处理工艺设计与运行性能探讨

刘孟浩 姜伊凡

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430010

当前，我国有的地区面临着污水处理设施配置不足的问题，与国家倡导的可持续发展战略不符。针对这种情况，加快污水处理建设成为当前城镇化建设中亟待解决的问题[1-2]。

1 污水处理站建设需求

某区域远离城镇中心，周围建有居民小区，以住宅建筑和公寓为主，总建筑面积为71288.32m2，居住人员较多，且附近没有市政污水处理厂，也缺少污水收集管网，日常产生的污水只能通过外运或者自建污水处理系统解决。调查发现，如果采用外运的方式，所产生的费用约为40 元/ m3；如果通过污水处理厂处理，费用仅1～2 元/ m3。从长远的角度来看，通过自建污水处理站，处理达标后排放或回收利用都是比较经济的选择。

调查发现，污水的产生主要来自于居民的厨卫生活用水，污水水质与水量和居民的作息时间密切相关；污水水质、水量变化系数较高，且污水的生化性能较好、毒性较小。另外，该小区旅居人口较多，污水的水质、水量变化也与季节、节假日等因素关系较大。

2 污水处理水量与水质的确定

2.1 日处理水量的确定

在建设污水处理站前期进行了详细的调查，附近居民多为旅居人口，污水主要来源是附近居民小区和写字楼生活污水。经过统计，附近小区居民共有762 户，人口数量超过1500 人，写字楼办公人员仅为30 人。按照本地用水定额进行计算，城镇居民为100L/ (人·d)，办公人员用水定额为40L/ (人·d)，产污系数为85%。综合以上各数据后进行测算，每小时处理水量按照6.5m3计算，确定所建污水处理站的日处理水量为150m3。

2.2 水质的确定

污水主要源自于附近居民的厨卫用水，对排放污水进行采样检测，确定污水处理站进水水质，所得数据见表1。污水经过处理后需要排入附近某河道中，该河道上游水质按照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类标准，保护级别为Ⅲ类。另外，居住在附近的居民经常在河中清洗衣物和蔬菜，按照这种情况污水排放水质应执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/ T 18920—2020）的标准，才能做到不影响附近居民的正常生活。综合多方面因素后，确定污水处理站排放水质执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/ T 18920—2020）的标准，对标准中未明确的物质参数按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准执行。

表1 污水水质相关参数

3 一体污水处理工艺设计

3.1 整体设计思路

在设计中需要考虑到污水处理站建设地址、小区的入住率、建设工期、投资成本、对周围环境的影响等。综合考虑污水处理站建设条件、周围居民小区环境、市政景观要求，还要考虑到污水处理站运行成本与建设费用，按照经济、合理、节能的原则，确定污水处理站建于居民小区内部一角；附近小区建设时间短，前期入住率较低，并且旅居人口较多，在旅游旺季时居民的入住率较高，所产生的污水排放量也较大；建设方要求污水处理站要在最短的时间内建成，工期紧、任务重；要求污水处理站占地面积小，严格控制投资成本，污水处理站建成之后运行成本要低，费用来源主要包括药剂、用电、工人等几个方面；污水处理设备运行过程中避免产生臭气和噪音，以免影响到附近居民的正常生活。综合以上各种因素后，确定采用一体化地埋式污水处理装置。

3.2 污水处理工艺确定

3.2.1 生化处理工艺

在选择污水生化处理工艺时考虑到建设方要求，选择投资成本少、运行成本低，且比较成熟、运行稳定的工艺。根据表1 中进水水质数据可以确定，进水的可生化性能较好，脱氮作用所需碳源比较充足，采用生物处理技术可以保证出水水质达到到排放标准要求。因污水处理排放水质执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/ T 18920—2020）标准，对出水的质量要求较高，因此生物处理技术宜选用强化脱氧除磷工艺。目前在小规模污水处理中应用较多的有A2/ O- MBR、SBR、生物膜+A2/ O、CASS 等技术。综合考虑投资成本、运行成本、水质要求等因素，本项目采用生物膜+A2/ O 工艺为二级生化处理工艺。与传统的+A2/ O 工艺相比，生物膜+A2/ O 工艺在缺氧池和好氧池中均加入了组合型填料。这样反应池中的微生物能够更好地附着在上面，为各种菌群提供良好的环境。另外，加入组合型填料后可以有效提高反应池中溶解氧的浓度，提高反应效果[3]。

3.2.2 污水深度处理工艺

经过生化处理后的水中依然含有大量杂质，深度处理就是为进一步净化水质。按照出水标准，要求TP 含量≤0.5mg/ L，去除率达到87.5%，需要在深度处理工艺中加入除磷环节；要求SS 含量≤10，需要在深度处理工艺中加入过滤环节，才能符合排放标准；出水水质对于大肠埃希氏菌有严格要求，需要在深度处理工艺中加入消毒环节。综合以上因素，深度处理选择混凝沉淀→过滤→消毒工艺，使用聚丙烯酰胺作为絮凝剂，聚合氯化铝作为混凝剂。

3.2.3 一体化工艺流程

在生化处理工艺中选用格栅→调节池对进水进行预处理，在深度处理工艺中选择混凝沉淀→过滤→消毒工艺进行深度处理。因此一体工艺流程为：格栅→调节池→沉淀→过滤→消毒，最后水质达标排放。

3.3 污水处理站整体布置

根据前期规划设计，污水处理站建设用地为200m2，构筑物主要包括格栅槽、调节池、深度处理池及设备室。其中格栅槽、调节池占地面积较大，采用钢筋混凝土结构形式；其他构筑物占地面积较小，设备种类较多，结构相对复杂，均采用一体化污水处理装置。整体布局采用2 列设计，每列污水处理量为75m3/ d，在周围居民入住率较低的时候采用一列运行，这样可以最大限度节约能源。一体化污水处理装置由4 个碳钢材质的箱体组成，其中两个箱体为生化处理装置，一个箱体为深度处理装置，最后一个箱体为设备室。安装一体化污水处理装置前，需要按照箱体尺寸开挖基坑，并做好垫层；待箱体安装完毕回填，并覆盖土层种植绿植作为绿化[4]。

4 一体化污水处理装置运行效果

4.1 出水水质检测

因附近居民入住率较低，只启用一列污水处理装置，经测定平均水量在50m3/ d。采样点分别设置在污水处理站的进水口和出水口。在污水处理站建成之后，选择4 个时间段每天采样一次，分别是1 月份、4 月份、7 月份和10月份。对试样进行测定后发现，所有试样的各项指标均符合排放标准要求，污水处理站稳定运行。并且，后期的水质数据比前期更加稳定，说明污水处理站经过一段时间的运行，污水处理系统的抗冲击能力得到加强，菌群也处在稳定状态。

4.2 成本计算

在投入运营后，污水处理站的费用主要来自设置运转电费、人工费、药剂费、污水处理后污泥外运费用和其他杂费[5]。综合各项费用后，污水处理费为1.22 元/ t，与中型污水处理厂相比成本比较接近，符合节能运行的要求。

4.3 日常运行维护管理

因一体化处理装置深埋地下，加大了运行维护的难度，也增加了安全隐患，因此采用了性能优良的安全监测系统。要求工作人员能够熟练掌握污水处理系统的运行参数、运行细节，中控室值班人员应熟悉污水处理视频监控系统和自动化控制系统的操作。按照设备运行要求确定日常维护频率，提高污水处理设备的运行能力，减少设备更换频率。

4.4 一体污水处理系统的应用优势

（1）生化处理工艺的优势：在本工程中采用了生物膜+A2/ O 工艺，具有抗冲击负荷能力强、出水水质好的优点。在缺氧池和好氧池中均添加组合型填料，为菌群生长提供了良好的环境，提高了处理效果，即使水质、水量变化较大时也能够很好的适应。

（2）空间布置上的优势：污水处理站采用两列布置，当水量较小时只需要启动一列即可满足污水处理需求；当居民入住率高、污水排放量大时，可以同时启动两列设备，体现了节能的设计理念。

（3）地埋式设计的优势：本工程中一体化污水处理系统深埋地下，减少了地上空间的使用，可以进行绿化；污水处理设备在地下运行，减少了噪音对周围居民的影响，同时产生的臭气被密封在密闭的空间内，不会影响周围居民的生活。地埋式设计体现了绿色、环保的设计理念[6]。

（4）大大节约了建设工期：一体化污水处理装置是由4 个箱体组成，仅需要提前挖好基坑、做好垫层，安装完成后回填即可完成安装，施工速度快、简便。且一体化设备占地面积较小，大大缩减了施工工期。

（5）污水经过处理后可回收利用：污水处理站建设标准是按照《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/ T 18920—2020）执行的，出水水质完全符合排放标准要求。因此经过处理后的水可以作为小区绿化用水，节约淡水资源[7]。

5 结语

随着我国城镇化建设的发展，国家对于郊区、农村污水处理越来越重视。因这些区域距离城市污水处理厂较远且较分散，更加适合投资小、运行稳定、运行成本低、运维管理简单的小型污水处理系统。在这种背景下，一体化污水处理系统应运而生，更加适合偏远的农村、城镇郊区。本案例中的一体化污水处理系统安装在无管网、远离污水处理厂的区域，污水转运费用较高，因此选择自建一体化污水处理站的方式解决附近居民污水处理问题。在本工程中选用处理效果好的生物膜+A2/ O 工艺和集混凝沉淀→过滤→消毒于一体的深度处理工艺。经过一年的运行，期间进行了4 次取样检测，出水水质均达到了排放标准要求，运行效果良好。缺点是该一体化装置自动化水平较低，在今后研究中应将自动化控制、运维管理、运行成本等方面作为研究突破的重要方向。