羅成明，王 彤

(三峽基地發(fā)展有限公司烏東德分公司，云南昆明 651500)

1 背景趨勢

近年來，隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到飛速發(fā)展，但隨之而來的污染也成為亟待解決的重要問題，污水處理已日漸成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)不可或缺的組成部分。因此，大力發(fā)展污水處理技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平，是防止水體污染、緩解水資源短缺的重要途徑。今后一段時(shí)間，依據(jù)“十三五”規(guī)劃綱要等文件，與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)的污水處理行業(yè)還將得到進(jìn)一步的發(fā)展。目前，無論是大城市還是小城鎮(zhèn)，新城還是舊城，南方還是北方，鋪設(shè)城市下水道截污、集中興建市政污水處理廠處理城市污水已成趨勢[1]。環(huán)境保護(hù)部副部長趙英民2016年11月21日表示，過去5年，全國化學(xué)需氧量、氨氮排放總量累計(jì)下降了12.9%和13.0%，全國新增城鎮(zhèn)污水日處理能力5 700萬t，現(xiàn)在全國城鎮(zhèn)污水處理能力達(dá)到了1.82億t，已經(jīng)成為全世界污水處理能力最大的國家之一。但與國外相比，污水處理率和達(dá)標(biāo)率仍存在較大差距。這是因?yàn)槲覈丝诨鶖?shù)巨大，區(qū)域不平衡不充分發(fā)展問題突出。另外，集中式污水處理廠改造升級(jí)不能一概地照搬照抄國外經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)結(jié)合國情穩(wěn)步發(fā)展。

2 化糞池現(xiàn)狀

2.1 化糞池現(xiàn)狀及問題

建設(shè)化糞池是城市排污系統(tǒng)不完善情況下的一種必要選擇，化糞池作為環(huán)境保護(hù)的基本措施之一。雖然在消除病原體、減少污染等方面曾發(fā)揮了重要作用，但是，目前化糞池運(yùn)行管理薄弱，清理不及時(shí)，帶來了一系列問題[2]。

(1)營區(qū)管理混亂，定期清掏形同虛設(shè)，有的甚至從不清掏，糞便溢漏不經(jīng)任何處理就排入下水道。

(2)厭氧過程產(chǎn)生惡臭氣體，造成周圍空氣質(zhì)量惡化，影響周圍居民舒適性。

(3)運(yùn)輸過程中產(chǎn)生二次污染。吸糞車保養(yǎng)不當(dāng)，滴灑泄漏現(xiàn)象存在。司機(jī)素質(zhì)不高，沒有環(huán)保意識(shí)，若糞渣無出路，會(huì)發(fā)生清掏者隨意傾倒，污染環(huán)境。

(4)糞便在消化處理過程中，產(chǎn)生有毒有害氣體。在清理化糞池時(shí)有可能發(fā)生中毒、爆炸等安全事故。

(5)經(jīng)化糞池發(fā)酵的污水出水呈酸性，會(huì)對(duì)鋼制污水管道造成腐蝕。

2.2 化糞池對(duì)脫氮除磷的影響

化糞池對(duì)污水的簡易處理主要是發(fā)揮截留、沉淀、厭氧分解等物理與生化作用。正常情況下，固體懸浮物去除率約60%～70%；BOD5去除率約20%～30%；對(duì)氮、磷的去除則微不足道。集中式污水處理廠采用二級(jí)或三級(jí)深度處理工藝；二級(jí)處理的污水處理廠對(duì)有機(jī)物(BOD5)的去除率高達(dá)90%以上；三級(jí)處理的污水處理廠對(duì)氮、磷的去除亦可高達(dá)95%以上。相較而言，化糞池凈化污水的作用則顯得微不足道。在興建集中式城市污水處理廠的情況下再設(shè)置化糞池對(duì)脫氮除磷反而起了副作用，造成污水處理廠脫氮除磷所需的碳源不足[3]。碳是微生物生長需求量最大的營養(yǎng)元素，在脫氮除磷系統(tǒng)中，碳源大致上消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌正常代謝等方面，其中，釋磷和反硝化的反應(yīng)速率與進(jìn)水碳源中的易降解部分，尤其是揮發(fā)性有機(jī)脂肪酸(VFA)的數(shù)量關(guān)系很大[4]。

3 格柵沉砂池替代化糞池

3.1 化糞池的使用情況

化糞池的使用情況主要分兩種：a.該服務(wù)區(qū)未建立集中式污水處理廠；b.該服務(wù)區(qū)集中式污水處理廠正在興建但周邊小區(qū)已形成，化糞池作為過渡階段。

對(duì)于有集中式污水處理廠的，取消化糞池是大勢所趨，但為了保護(hù)集中式污水處理廠的設(shè)備、管道不受固體雜物影響，應(yīng)該在收集口設(shè)置格柵沉砂井。四川的排水主管部門要求即便在市政污水處理廠的服務(wù)范圍內(nèi)，小區(qū)污水也不能直接排入市政污水管網(wǎng)，需用格柵沉砂池代替化糞池，在污水接入市政管網(wǎng)之前起到清除大的雜物、防止堵塞的預(yù)處理作用，而污水的可生化性并不受到影響。以烏東德實(shí)際運(yùn)行為例，污水排放主要包括宿舍生活污水排放：淋浴排水、衛(wèi)生間排水、洗臉/洗衣盆排水；食堂排水：洗碗池排水、洗菜池排水、地面沖洗排水等；化驗(yàn)室排水：廢酸、廢堿排水。在考慮設(shè)置格柵沉砂井的前端時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，設(shè)置油水分離器、酸堿中和池，流程如圖1所示。

圖1 污水收集流程示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Sewage Collection Process

為避免食堂含油脂、動(dòng)物碎骨、植物根莖等雜質(zhì)的生活廢水直接進(jìn)入收集管網(wǎng)，需對(duì)食堂廢水進(jìn)行隔油除渣預(yù)處理。目前，烏東德水電站食堂分散，水量較小時(shí)常采用隔油池。隔油池是對(duì)食堂產(chǎn)生的餐飲廢水進(jìn)行預(yù)處理的設(shè)施，主要作用是分離污水中的油脂[5]。為避免化驗(yàn)室的酸性、堿性或其他腐蝕性廢液直接排放對(duì)環(huán)境造成污染，實(shí)驗(yàn)室后設(shè)置酸堿中和池，洗滌后，廢水經(jīng)酸堿中和池后排放。

隔油池和酸堿中和池均有成熟的經(jīng)驗(yàn)，并在不斷的優(yōu)化。目前，未出臺(tái)格柵沉砂井布置要求，尺寸也存在爭議，給后續(xù)推進(jìn)格柵尺寸選型造成了一定的難度，本文對(duì)其展開討論。

3.2 案例數(shù)據(jù)對(duì)比

烏東德水電站樞紐建筑物規(guī)模宏大，根據(jù)施工總體布置，施工期退水為魚類增殖放流站生產(chǎn)生活廢水、施工營地生活污水，運(yùn)行期及施工期污廢水均經(jīng)處理達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排入金沙江干流。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際需求，設(shè)置7個(gè)污水處理站，本文通過對(duì)比金坪子1#污水處理廠、新村污水處理廠2017年4月、2018年6月的進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)，分析格柵沉砂井代替化糞池的可行性。

表1 化驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)Tab.1 Test Data of Laboratory

由表1化驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)可知，營區(qū)內(nèi)住宅小區(qū)均設(shè)有化糞池的新村污水廠碳源含量低于采用格柵沉砂井的金坪子1#廠，金坪子1#廠的COD、BOD5的去除率明顯高于新村污水廠。根據(jù)污水運(yùn)維班組反應(yīng)的情況，春節(jié)期間該情況更加明顯。

3.3 格柵沉砂井構(gòu)造及布置

格柵沉砂井根據(jù)其功能分為兩部分：沉砂部及格柵部，設(shè)置在居民小區(qū)污水出口處，并由池壁、進(jìn)水管、出水管、沉砂部、格柵部組成。為實(shí)現(xiàn)沉砂與雜物攔擋功能，進(jìn)水管、沉砂部、格柵部、出水管依次設(shè)置。進(jìn)水管應(yīng)采用高進(jìn)，沉砂部有足夠的沉砂空間，格柵板則應(yīng)充分考慮介質(zhì)屬性及過渣尺寸設(shè)置。

格柵沉砂井尺寸應(yīng)根據(jù)處理量、來水水質(zhì)確定，常規(guī)施工項(xiàng)目外部尺寸可參照國標(biāo)圖集的化糞池尺寸。井底應(yīng)充分夯實(shí)，密實(shí)度95%以上，鋪設(shè)10 cm碎石或c15墊層，提高基礎(chǔ)承載力。不同管材分別采用不同的連接處防水處理，水泥管應(yīng)鑿毛、1∶2膨脹砂漿等處理工藝進(jìn)行防水。進(jìn)水管道應(yīng)略高于出水管道1倍管徑以上，避免污水回流。當(dāng)?shù)匦纹露炔辉试S時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。圖2中沉砂格柵井共用一室，但分區(qū)明顯。污水在遷移、流動(dòng)和匯集過程中不可避免地混入泥砂。

污水中的砂如果不預(yù)先沉降分離去除，則會(huì)影響后續(xù)處理設(shè)備的運(yùn)行。最主要的是磨損機(jī)泵、堵塞管網(wǎng)，干擾甚至破壞生化處理工藝過程。沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2 mm、密度大于2.65 t/m3的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，故在統(tǒng)一設(shè)計(jì)沉砂池尺寸時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮過流速度，使比重大的無機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒能夠隨水流去除。圖2右半部分為沉砂部分，主要是去除水中砂礫、固體廢棄物、可自然沉降的固體有機(jī)物。

格柵室處理的對(duì)象則主要是可能堵塞水泵葉輪和管道閥門及增加后續(xù)處理單元負(fù)荷的雜物，格柵是污水泵站中最主要的輔助設(shè)備。本次格柵沉砂池中的格柵板由一組平行的柵條組成，斜置于井室出口，傾斜角度建議采用60°～80°。 其中，污水的腐蝕性是影響格柵壽命的主要原因，腐蝕是由氫的去極化反應(yīng)和硫化物引起的。在格柵材料選型中應(yīng)選擇耐腐蝕、抗壓強(qiáng)度高、質(zhì)量小的材質(zhì)。目前，用于污水格柵的輕便復(fù)合材料制造工藝標(biāo)準(zhǔn)不一、質(zhì)量參差不齊，建議使用耐腐蝕、強(qiáng)度高的不銹鋼片。格柵應(yīng)可拆卸，在修建格柵沉砂井時(shí)可制作滑軌，便于拆卸清洗。

圖2 格柵沉砂井圖示Fig.2 Schematic Diagram with Grille and Grit Chamber

3.4 管道堵塞原因分析及格柵沉砂井的運(yùn)行管理

管道堵塞可分為慢性阻塞和異物阻塞。慢性阻塞：管道內(nèi)流體物質(zhì)經(jīng)年累月因管道自身和別的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎，漸漸地附著在管道壁上，使管道通量逐步變小，最后導(dǎo)致管路阻塞；異物阻塞：雜物掉入污水排放口、檢查井等敞口，導(dǎo)致污水管網(wǎng)堵塞。在生活污水管網(wǎng)施工時(shí)，有的施工隊(duì)不夠資質(zhì)、不按操作規(guī)程施工；管道枕基不實(shí)而塌陷、坡度不均甚至反坡、管道材質(zhì)低劣；掉在檢查井和管道里的雜物未清理；渣土木棍、鋼筋、工具等，如房頂施工掉進(jìn)管口的木棍，卡在地下橫管彎處，就會(huì)給排水造成終身隱患，而施工人員并未向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)等多種施工管理不善也會(huì)造成污水管網(wǎng)堵塞。管道阻塞的緣由還有許多，且往往是多種要素相互作用的結(jié)果，因而其修理辦法不盡相同。

本文探究的格柵沉沙井運(yùn)行管理模式為無人值守，其可以完全取代傳統(tǒng)化糞池的沉砂功能。設(shè)置在居民小區(qū)污水出口處的粗格柵可以有效去除污水中粒徑大于0.2 mm且密度大于2.65 t/m3的砂粒和水中砂礫、固體廢棄物、可自然沉降的固體有機(jī)物。與傳統(tǒng)化糞池相比，由于格柵沉砂井無需承擔(dān)厭氧分解等物理與生化作用，大大降低了清理工作量。運(yùn)行管理的主要工作內(nèi)容是及時(shí)清除沉砂和固體廢棄物，其清理量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)化糞池。傳統(tǒng)化糞池清理周期一般在化糞池設(shè)計(jì)時(shí)確定，通常設(shè)計(jì)為分3個(gè)月、半年、1年這3種不同的清理周期。在格柵沉砂井的設(shè)計(jì)過程中，同容積情況下可以結(jié)合實(shí)際較傳統(tǒng)化糞池適當(dāng)增加清理周期，減少清掏頻次。清掏出來的沉砂及雜物宜打包處理，宜利用電動(dòng)升降設(shè)備升井，然后密封，外運(yùn)有資質(zhì)的垃圾填埋場或無害化處理。

3.5 格柵沉砂井布置形式

集中式污水處理廠運(yùn)行過程中，污泥提升泵、曝氣孔、回流泵、中間水池提升泵、過濾器等過水設(shè)備受污水影響較大。烏東德水電站7座污水處理站歷年檢修原因表明，施工雜物、運(yùn)行過程中的雜物是污水處理設(shè)備損壞的主要原因。水泵在運(yùn)行過程中吸入雜物會(huì)導(dǎo)致葉片受損，過流面積變小，軸功率增加，振動(dòng)變大，產(chǎn)生異響等，輕則葉片受損，重則電機(jī)燒毀。在后續(xù)污水處理站收集管網(wǎng)設(shè)置中，應(yīng)合理設(shè)置格柵沉沙井、格柵機(jī)等布置形式，為后續(xù)設(shè)備提供良好的作業(yè)環(huán)境。在針對(duì)烏東德水電站新村污水處理站收集管網(wǎng)的布置中，18號(hào)樓收集口布置一個(gè)格柵沉沙井，其格柵孔徑為100～200 mm，主要是為了攔擋大的雜物，如礦泉水瓶、塑料袋等大型生活垃圾。如圖3所示，在相距3～5個(gè)井段后，再設(shè)置一個(gè)格柵沉沙井，其格柵孔徑為50～100 mm，去除較小的固體垃圾，其功能主要是分擔(dān)一級(jí)格柵沉砂池負(fù)荷、解決占地面積受限等問題。

圖3 格柵沉砂井布置圖示例Fig.3 Schematic Diagram of Layout Drawings with Grille and Grit Chamber

3.6 化糞池與格柵沉砂井經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

由國標(biāo)圖集03s702可知，6#～13#化糞池內(nèi)部結(jié)構(gòu)分3格。第一格是糞便池，主要用作儲(chǔ)糞和一級(jí)厭氧；第二格是糞便過濾池，主要用作過濾沉淀和二級(jí)厭氧；第三格是清水池，主要用作排污。格柵沉砂井格柵沉砂池的主要作用是去除雜物，沒有儲(chǔ)糞及厭氧酸化的功能，同等污水處理量下，其容積比化糞池小得多，中間無需設(shè)置隔斷，占地面積較化糞池小，建設(shè)費(fèi)用也小得多。

傳統(tǒng)化糞池的運(yùn)行管理費(fèi)主要發(fā)生在化糞池清掏過程中。污泥清掏必須是在污水中有機(jī)物分解并酸性發(fā)酵成為消化污泥后方能清掏，清掏周期受到污水溫度、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及建筑物使用要求的影響較大，這就使得有效容積要足夠大。在同樣條件下，格柵沉砂井不受水溫、氣候條件等的影響，有效容積只根據(jù)污水含渣量確定。研究表明，生活污水排放無機(jī)質(zhì)含量與含砂率大約在20%～30%，與地理環(huán)境以及進(jìn)水性質(zhì)有關(guān)。故相同容積的格柵沉沙井清掏量只占傳統(tǒng)化糞池的20%～30%，運(yùn)行周期更長，清掏頻率下降，運(yùn)行管理成本不到傳統(tǒng)化糞池的30%。在烏東德工程區(qū)域使用上述格柵沉沙井，其管理簡單，操作簡易，取得了不錯(cuò)的效果。值得注意的是，井室應(yīng)按規(guī)范加裝帶鎖蓋板，防止人員誤入和雜物墜入。在城鎮(zhèn)污水處理廠服務(wù)范圍外的區(qū)域，不能用格柵沉砂井取代化糞池。

3.7 配套格柵機(jī)

在烏東德水電站污水處理站管網(wǎng)堵塞情況嚴(yán)重的情況下，結(jié)合新村營地污水處理站、金坪子1#污水處理站運(yùn)行情況，每日對(duì)格柵井清掏。兩座污水處理站來水量較大，雜物較多，格柵易堵塞，格柵井溢流情況頻發(fā)。經(jīng)討論，在電站運(yùn)行期人口較多的3個(gè)營區(qū)污水處理站，即金坪子1#污水處理站、新村污水處理站、海子尾巴污水處理站加裝格柵機(jī)，保障水流通暢，避免出現(xiàn)溢流。方案擬采用回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵，其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高、分離效率高、動(dòng)力消耗小、無噪音、耐腐蝕性能好，在無人看管的情況下可保證連續(xù)工作，符合烏東德現(xiàn)場實(shí)際。格柵機(jī)選用HF300-3600型，安裝角度為75°，掉渣高度為1.5 m。統(tǒng)一采用內(nèi)寬0.5 m、深1.5 m的溝槽，溝槽底部使用C10素混凝土墊層10 cm、底部0.053 m的磚砌體，側(cè)壁使用0.024 m的磚砌體，溝槽內(nèi)做20 mm防水砂漿。配置長100 m、10 m2的3芯電纜線，在操作間就近取電。格柵機(jī)安裝后取得了較好的效果，保障了污水處理站的設(shè)備安全。

4 結(jié)論

為了防治氮磷污染及水體富營養(yǎng)化問題，《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)均對(duì)污水處理廠出水的氮磷指標(biāo)提出了較嚴(yán)格的要求。在今后的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，集中式污水處理廠均需合理布置脫氮除磷工藝，目前較為成熟的生物脫氮除磷受碳源影響大，故在設(shè)有集中式污水處理廠的地區(qū)取消化糞池是大勢所趨，也是科學(xué)發(fā)展的必然。污水處理是民生工程，規(guī)范污水處理，做到“污水全收集，收集全處理，處理全達(dá)標(biāo)”是山水林田湖生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的重中之重。統(tǒng)一清理排查化糞池現(xiàn)狀，在設(shè)有集中污水處理廠的服務(wù)區(qū)內(nèi)廢除糞池合理布置格柵沉砂井，對(duì)推進(jìn)污水處理工作有積極的意義。另外，脫氮除磷還存在大量尚待研究的領(lǐng)域，進(jìn)一步挖掘并做到穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的脫氮除磷是必要的。