董翔 周林成 李靜 趙威

(蘭州大學(xué)淮安高新技術(shù)研究院 江蘇淮安 223100)

1 背景及現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題受到越來越多的關(guān)注，而水體污染環(huán)境問題尤為突出。在發(fā)展落后的農(nóng)村地區(qū)，隨著城市化的快速推進(jìn)，村鎮(zhèn)水資源的污染和浪費(fèi)呈現(xiàn)出惡化趨勢[1]。近年來，以科學(xué)發(fā)展為指導(dǎo)、優(yōu)化人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境為核心、“整治農(nóng)村衛(wèi)生，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境”為主題，全面開展農(nóng)村環(huán)境集中整治活動，加強(qiáng)小城鎮(zhèn)的污水處理監(jiān)管，保護(hù)農(nóng)村水環(huán)境，是國家建立農(nóng)村環(huán)境的長效機(jī)制，也是改善農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。而村鎮(zhèn)污水處理是當(dāng)下急需解決的重點及核心部分，也是改善鄉(xiāng)村環(huán)境、加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)的必要基礎(chǔ)。如何根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、地勢、水資源、建設(shè)現(xiàn)狀和規(guī)劃等實際情況，選擇合適的處理工藝和設(shè)施，確保水質(zhì)穩(wěn)定同時又能降低耗費(fèi)、方便管理維護(hù)，是農(nóng)村生活污水處理的關(guān)鍵。按照生態(tài)化、節(jié)能化、景觀化的原則來處理可促進(jìn)農(nóng)村水資源環(huán)境的健康、可持續(xù)發(fā)展[2]。

以寧夏某鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例，進(jìn)行因地制宜式的改造設(shè)計。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于寧夏南部，總面積3 130 km2，其中耕地242.09 萬畝，總?cè)丝?9.6 萬人，其中農(nóng)業(yè)人口42.5 萬人，回族28.8 萬人，占58%，是少數(shù)民族聚居縣以及國家和自治區(qū)扶貧開發(fā)重點縣。目前該鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施主要采用“預(yù)處理+人工濕地”，而污水處理設(shè)施只建有格柵+化糞池等預(yù)處理，采取人工定期抽吸清運(yùn)的方式處理，如圖1 所示。同時污水處理設(shè)施由于缺少專人維護(hù)，后續(xù)資金支持不夠，管網(wǎng)鋪設(shè)未到位，污水收集量不夠充足，設(shè)備處于半運(yùn)行或間歇運(yùn)行狀態(tài)。并且由于當(dāng)?shù)匚鬯幚砑夹g(shù)人員稀缺，污水處理站運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題不能夠及時解決，設(shè)備未能及時有效維護(hù)?，F(xiàn)有設(shè)備設(shè)施的自動化程度低，不能夠自適應(yīng)不同的工況要求。

圖1 人工濕地和出水口

目前污水處理設(shè)施運(yùn)維現(xiàn)狀和管理問題存在以下問題。一是村鎮(zhèn)建設(shè)缺乏環(huán)保規(guī)劃，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后。雖已建立廢水排放系統(tǒng)，但無廢水收集系統(tǒng)，且用來處理污水的設(shè)施也無法正常使用。二是當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)無專業(yè)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和專業(yè)的人員進(jìn)行運(yùn)行操作和維護(hù)，污水處理設(shè)施一旦發(fā)生故障，無法保證其管理維修和出水水質(zhì)，導(dǎo)致污水設(shè)施的運(yùn)行困難和效果不理想，造成資源和設(shè)施的浪費(fèi)。三是環(huán)境管理能力薄弱。人員少，力量弱，造成鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）環(huán)境管理嚴(yán)重滯后。四是運(yùn)維管理未引入第三方運(yùn)營機(jī)制及先進(jìn)的管理手段，無法達(dá)到污水站設(shè)計的污水處理預(yù)期效果[3]。

在充分考慮污水處理工藝的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性的前提下，遵循因地制宜、節(jié)約高效原則，以當(dāng)?shù)乜傮w規(guī)劃為先導(dǎo)，從實際出發(fā)，分類治理。結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，充分考慮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會狀況、生活污水排放現(xiàn)狀、受納水體環(huán)境容量和農(nóng)民生產(chǎn)生活習(xí)慣等因素，同時盡可能利用現(xiàn)有污水處理設(shè)施，確保合理利用資金，科學(xué)合理地規(guī)劃設(shè)計出技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)實用、管理方便、運(yùn)行穩(wěn)定的農(nóng)村生活污水處理工藝和設(shè)備[4]，從而營造出農(nóng)村“藍(lán)天、碧水、凈土”的美好生態(tài)環(huán)境。

2 處理設(shè)施工藝設(shè)計及應(yīng)用

為了保證污水處理項目的穩(wěn)定和高效，減輕勞動強(qiáng)度，改善操作環(huán)境，同時實現(xiàn)污水處理的現(xiàn)代化管理，因地制宜采用高效節(jié)能、科學(xué)合理的綜合污水處理工藝設(shè)計，在確保污水處理效果的基礎(chǔ)上，節(jié)省工程投資和日常運(yùn)行費(fèi)用，力求經(jīng)濟(jì)合理、管理簡單、高效節(jié)能、操作方便、成本低，保證該鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水連片治理后達(dá)標(biāo)排放或回收利用，獲得最大的社會效益和環(huán)境效益。

根據(jù)該鄉(xiāng)鎮(zhèn)總體規(guī)劃布局，經(jīng)過現(xiàn)場考察實際情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦魏铜h(huán)境要求，設(shè)計在該鄉(xiāng)鎮(zhèn)新建一座污水處理站和完善配套管網(wǎng)設(shè)施，處理生活的污水。污水處理站選址需遵循以下原則：一是在城鎮(zhèn)水體的下游；二是便于處理后尾水的排放；三是在當(dāng)?shù)氐貏輩^(qū)域內(nèi)主風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)；四是工程地質(zhì)條件良好，無地質(zhì)問題；五是占地不浪費(fèi)土地資源；六是地形不應(yīng)受洪澇災(zāi)害影響；七是有方便的交通、運(yùn)輸和水電條件。根據(jù)設(shè)計的污水處理設(shè)施，實行污水綜合治理，貫徹近遠(yuǎn)期結(jié)合，分步實施的方針，減輕污水處理站排放對附近地表水、地下水造成的污染，改善附近水體質(zhì)量。

2.1 水量

筆者根據(jù)北方農(nóng)村生活居民生活污水參考值35～80 L/人·d（《農(nóng)村生活污水處理項目建設(shè)與投資指南》）和《寧夏農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南》中三類地區(qū)，結(jié)合走訪當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，考慮氣候條件，調(diào)取當(dāng)?shù)刈詠硭镜挠盟當(dāng)?shù)據(jù)，確定化糞池容量80 m3/d。

2.2 規(guī)模

根據(jù)實地調(diào)研數(shù)據(jù)，考慮農(nóng)村飲用自來水工程對當(dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣的影響，以及當(dāng)?shù)卮逦瘯慕ㄗh確定新建污水處理站的設(shè)計處理規(guī)模為80 m3/d。

2.3 受納水體及出水標(biāo)準(zhǔn)

該鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水新建處理設(shè)施出水尾水排放于廢棄河道中且不與飲用水源地接觸，其出水標(biāo)準(zhǔn)按照寧夏回族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。出水水質(zhì)指標(biāo)表如表1所示。

表1 設(shè)計出水指標(biāo)

2.4 主體工藝

根據(jù)《寧夏農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南》三類地區(qū)水質(zhì)指標(biāo)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的三類地區(qū)水質(zhì)指標(biāo)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的實際情況，生活污水水質(zhì)水量變化大，B/C 較高，污水中含有油脂、食物殘渣、糞便和泥沙等污染物，故按照當(dāng)?shù)貙嶋H污水成分，其進(jìn)水指標(biāo)如表2所示。

表2 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

按照該鄉(xiāng)鎮(zhèn)目前污水處理設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)和要求，為確保出水水質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)施的實際條件，從整體出發(fā)，選擇工藝可靠、技術(shù)成熟、操作簡單、管理維護(hù)方便的方案；同時所采用的工藝需保證污水處理站占地面積小，工藝緊湊，投資省、能耗少，運(yùn)行費(fèi)用低。綜合考慮當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)的實際情況，污水中污染物的成分，盡量選擇無害化、資源化的的工藝路徑，所采用的工藝應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，能適應(yīng)一定的水質(zhì)、水量的變化；在此基礎(chǔ)上需要提高項目社會效益、環(huán)境效益及綜合經(jīng)濟(jì)效益。主體工藝流程圖具體如圖2所示。

圖2 主體工藝流程圖

對于一體化污水處理設(shè)備采用固定化微生物工藝。固定化微生物技術(shù)是通過附著在載體（填料）上的生物膜為主，凈化污水的一種水處理工藝。固定化微生物的載體平均密度與水的密度十分接近，可在曝氣池中構(gòu)成一種流化態(tài)、濾層態(tài)或浮動態(tài)等多種形態(tài)的污水處理介質(zhì)，不需進(jìn)行反沖洗，擺脫了傳統(tǒng)意義生物膜的概念。因此，該技術(shù)處理污水基質(zhì)的降解速度快、停留時間短、具有較高的污水處理效率，并在運(yùn)行中無不良?xì)馕?。同時其填料的浮動狀態(tài)，保證了污水處理系統(tǒng)均勻傳質(zhì)、不易結(jié)膜及氧氣的利用率高等特性，這些都非常有利于通過生物化學(xué)過程處理污水。與傳統(tǒng)生化處理技術(shù)相比，該技術(shù)由于處理容積負(fù)荷高、占地面極小、運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便以及運(yùn)行成本較。通過該工藝定制的一體化污水處理設(shè)備可以根據(jù)對排放水的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置的定制。

一體化設(shè)備由污水收集、調(diào)節(jié)模塊、水解酸化模塊、好氧生化和混凝沉淀等模塊組成。其中，調(diào)節(jié)模塊可將化糞池中的土著微生物的作用充分發(fā)揮出來，協(xié)助后端生化模塊。水解酸化模塊可實現(xiàn)硝化和反硝化作用，可將好氧生化所產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣等，從而除去污水中的氨氮，該環(huán)節(jié)還有解毒、開環(huán)、斷鏈的作用，使得難降解的大分子有機(jī)物得以充分的破壞，提高污水的可生化性。好氧生化的建立是因為生活污水可生化性好、污染物易被好氧微生物所降解，微生物群體易建立、種群消化能力強(qiáng)。在好氧生化模塊，有機(jī)物分子可直接降解為二氧化碳和水；好氧生物是將高效微生物在高效載體上有效固定化，體系中生物密度高，在載體的不同部位固定不同的微生物菌群，從而形成豐富的微生物群落，提高對污染物去除的廣譜性，可有效去除有機(jī)污染物、總氮、氨氮、磷以及重金屬等?；炷恋砟K主要是去除污水中的懸浮物和微生物死泥等，確保SS 達(dá)標(biāo)排放，同時實現(xiàn)去除磷的作用，通過混凝劑PAC、PAM，使得污水中難以沉淀的顆?；ハ嗑酆闲纬赡z體，然后與水體中的雜質(zhì)結(jié)合形成更大的絮凝體。絮凝體具體強(qiáng)大吸附力，不僅能吸附懸浮物，還能吸附部分溶解性物質(zhì)，污水中的磷、懸浮物可被有效吸附沉淀去除。

2.5 管網(wǎng)

根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)及周邊已經(jīng)建有較為完善的污水收集管網(wǎng)，敷設(shè)主管道至新建污水處理站即可，并將污水站及敷設(shè)管道開挖周邊綠化恢復(fù)。配套管網(wǎng)包括收集干管，即敷設(shè)DN600Ⅱ級鋼筋混凝土排水管道，主干道為村子主要通行道路，主干道下采用磚砌檢查井[5]。在管網(wǎng)布置中在設(shè)置φ1000 排水檢查井，污水處理站的選址位于地勢低洼處，污水管線盡量采用重力流布置。

3 提標(biāo)改造應(yīng)用

提標(biāo)改造是根據(jù)該鄉(xiāng)鎮(zhèn)目前的污水處理濕地，由于周邊村落分布較散，所以無法集中處理，只能通過吸糞車抽。通過收集進(jìn)入化糞池，經(jīng)過化糞池的厭氧發(fā)酵后排放。但現(xiàn)有的化糞池容量已經(jīng)不能夠滿足實際需求，且以前化糞池收集的污水經(jīng)過簡單處理發(fā)酵后排放到后山崖內(nèi)的廢棄河道內(nèi)，對周圍環(huán)境以及周圍居民的人居環(huán)境造成一定的影響。原有的污水處理工藝為“預(yù)處理+人工濕地”為主體，廢水直接經(jīng)過管道排入溝渠。

體表改造設(shè)計是通過在原有化糞池附近新增設(shè)一套玻璃鋼化糞池，兩組化糞池并聯(lián)運(yùn)行。對化糞池的上清液溢流經(jīng)過細(xì)格柵通過管道輸送至新建污水處理站。定期將化糞池進(jìn)行清掏與污水站的污泥一起至污泥池中堆肥使用。針對出水水質(zhì)要求分析，因為出水經(jīng)過人工濕地或者直接灌溉于農(nóng)田，對尾水中的氮磷等元素要求不高，對于水中的病毒有害物質(zhì)控制嚴(yán)格。經(jīng)過一體化設(shè)備處理后的水通過管道流至修葺后的人工濕地或者灌溉儲水池內(nèi)?？紤]到寧夏當(dāng)?shù)氐臍夂蚝蜏囟?，為保證一體化設(shè)備穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行，一體化設(shè)備作為地埋式，設(shè)備頂部加蓋并綠化，既能降低投資又能美化環(huán)境[6]。

4 結(jié)語

污水處理站的建設(shè)和完善，對促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速發(fā)展，改善人居環(huán)境，保護(hù)人民身體健康，防治水污染，充分利用水資源等方面都有促進(jìn)作用。污水處理站的建設(shè)也可保護(hù)當(dāng)?shù)睾恿魉|(zhì)，改善農(nóng)民人居環(huán)境質(zhì)量，這是落實科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)社會主義新農(nóng)村，轉(zhuǎn)變鄉(xiāng)村發(fā)展理念，促進(jìn)人與自然和諧，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮和社會進(jìn)步的內(nèi)在需要和改善農(nóng)民人居環(huán)境的必然需求。