郝靜文

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 451460)

1 概述

隨著村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)水平的日益提高，農(nóng)戶的日常生活和生產(chǎn)用水量與日俱增，污水的排放量也日益增加[1-3]。社區(qū)作為農(nóng)村建設(shè)的一種新模式，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外大量涌現(xiàn)。由于社區(qū)的人員相對(duì)聚集，產(chǎn)生的污水量較大，若未經(jīng)達(dá)標(biāo)處理便排放，將成為農(nóng)村水生態(tài)破壞的重要源頭[4]。

農(nóng)村污水處理與城市污水處理的工藝選擇有較大區(qū)別，農(nóng)村地區(qū)污水來(lái)源相對(duì)分散，水質(zhì)波動(dòng)也相對(duì)較大[5]。ZHENG等[6]基于氣升回流技術(shù)建立了強(qiáng)化的缺氧/好氧(A/O)生物接觸氧化工藝，取得了較好的農(nóng)村污水污染物去除效果，對(duì)TN和NH3-N的去除效率分別達(dá)到95.3%和80.6%。嚴(yán)子春等[7]為降低農(nóng)村生活污水的治理成本，研發(fā)了絮凝/A/O生物接觸氧化工藝，應(yīng)用光伏動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行，結(jié)果表明在最佳運(yùn)行參數(shù)下，污水中的COD、NH3-N、TN、TP和SS經(jīng)該工藝處理后，質(zhì)量濃度均可達(dá)到地方一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用降低了4.155元/m3。陳月芳等[8]采用串聯(lián)的斜板生物濾池對(duì)農(nóng)村地區(qū)的生活污水進(jìn)行凈化，結(jié)果表明硝化液的最適回流比為100%，此時(shí)的污染物去除效果最好，出水濃度優(yōu)于地方農(nóng)村生活污水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。潘偉亮等[9]研發(fā)了一種適用于農(nóng)村污水處理的新型生態(tài)濾池，運(yùn)行期能實(shí)現(xiàn)較高的COD、SS去除效果，去除率分別超過(guò)83%、91%，對(duì)NH3-N、TN、TP的去除率則分別達(dá)到了69%、39%、44%以上。當(dāng)傳統(tǒng)處理工藝對(duì)農(nóng)村社區(qū)污水的處理效果不理想時(shí)，通常通過(guò)設(shè)計(jì)組合工藝的方式，來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化污水處理構(gòu)筑物的處理效果[10]，以確保農(nóng)村社區(qū)生活污水的有序和達(dá)標(biāo)排放。

基于此背景，本研究提出了適用于社區(qū)污水處理的組合工藝流程，對(duì)工藝流程涉及的關(guān)鍵構(gòu)(建)筑物及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其綜合運(yùn)行效果和成本展開了分析，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)社區(qū)污水中主要污染物的高效和穩(wěn)定去除，從而達(dá)到減少水環(huán)境污染、改善農(nóng)村區(qū)域人居環(huán)境的目的。

2 工程概況

2.1 污水來(lái)源及水質(zhì)

工程污水來(lái)源于成都某農(nóng)村社區(qū)居民的生活污水，設(shè)計(jì)水量為800m3/d。經(jīng)處理后水質(zhì)指標(biāo)要求達(dá)到或優(yōu)于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)，水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計(jì)原水、排水水質(zhì)參數(shù)

2.2 工藝流程

結(jié)合社區(qū)經(jīng)濟(jì)和自然條件，綜合考慮污水的一級(jí)處理、二級(jí)處理、深度處理、消毒方式、污水回用及污泥處理，設(shè)計(jì)污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 主要構(gòu)筑物

(1)格柵。格柵是采用金屬或塑料等材料制作而成的柵條或篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其功能是攔截污水中較明顯的漂浮物和懸浮物，防止設(shè)備被雜質(zhì)堵塞，本工藝選用平面機(jī)械清渣格柵。

(2)調(diào)節(jié)池。由于地處農(nóng)村，社區(qū)成員多以種植業(yè)為主，村民有早出晚歸的作息規(guī)律，使得早晚出現(xiàn)污水水量的高峰期，因而設(shè)置調(diào)節(jié)池來(lái)保障進(jìn)水水量和水質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定。

(3)沉砂池。沉砂池主要用于污水中無(wú)機(jī)顆粒物的分離，以減少對(duì)后續(xù)處理流程的干擾。農(nóng)村居民因種植勞作，洗浴污水中泥沙含量相對(duì)較高，因而需設(shè)置沉砂池。由于平流沉砂池流速不穩(wěn)定，有機(jī)顆粒物沉降率較高，不宜采用，又因?yàn)樵摰厣钗鬯蠦OD5濃度不太高，使用曝氣沉砂池會(huì)預(yù)曝氣消耗有機(jī)物，致使污水中碳源不足，影響二級(jí)處理階段的反硝化效果。因此，本工藝采用旋流沉砂池。

(4)CASS反應(yīng)池。循環(huán)活性污泥法(Cyclic activated sludge system，CASS)作為本工藝的二級(jí)處理階段，污水中的大部分有機(jī)物、氮素污染物是在該階段被去除的，因此該池是整個(gè)污水處理工藝的核心?？紤]到污水性質(zhì)，本設(shè)計(jì)采用具有“選擇區(qū)-兼性區(qū)-主反應(yīng)區(qū)”3個(gè)反應(yīng)區(qū)的CASS技術(shù)，主反應(yīng)區(qū)設(shè)置潷水裝置，水下鋪設(shè)微孔曝氣器，曝氣方式采用鼓風(fēng)曝氣。

(5)絮凝沉淀池。絮凝沉淀池是為了污水能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放而設(shè)計(jì)的，其工藝形式多種多樣。目前，國(guó)內(nèi)外更多的是使用網(wǎng)格絮凝沉淀，其工藝簡(jiǎn)單、絮凝效果好、時(shí)間短，適用于污水的深度凈化。本工藝選用網(wǎng)格絮凝沉淀法，絮凝劑與污水的混合方式采用水泵水力混合。

(6)轉(zhuǎn)盤濾池。轉(zhuǎn)盤濾池和絮凝沉淀池配合使用，可以使出水的水質(zhì)更好，本設(shè)計(jì)推薦采用纖維轉(zhuǎn)盤濾池，其主體濾料為聚酯纖維，材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、力學(xué)性能好，由該種材料制成的轉(zhuǎn)盤濾池出水效果優(yōu)、使用壽命長(zhǎng)、前期投資和運(yùn)行成本低。另外，在轉(zhuǎn)盤過(guò)濾器工作時(shí)一般不需人為操作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

(7)污泥濃縮池。綜合考慮社區(qū)生活污水的特性和CASS工藝技術(shù)的特點(diǎn)，污泥產(chǎn)量相對(duì)較少，且性質(zhì)相對(duì)較為穩(wěn)定，故選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、管理方便的重力濃縮池進(jìn)行污泥濃縮。

(8)污泥脫水間。自然脫水?dāng)倳袼杳娣e大、耗時(shí)長(zhǎng)，不推薦使用。根據(jù)實(shí)際情況，本工藝選用效率較高的帶式壓濾機(jī)脫水，該種設(shè)備運(yùn)行能耗低、可連續(xù)運(yùn)行、脫水性能好，在污泥處理中較受青睞。

3.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和對(duì)比分析得到主要構(gòu)(建)筑物的參數(shù)條件見表2。

表2 污水處理主要構(gòu)(建)筑物

該工藝采用的主要處理設(shè)備如表3所示。

表3 污水處理主要設(shè)備

4 運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

4.1 整體運(yùn)行效果

工藝調(diào)試穩(wěn)定后，對(duì)進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，計(jì)算出主要水體污染物的去除效果如圖2所示。由圖2(a)所示的COD去除情況可以看出，當(dāng)污水中COD濃度為246.2～318.5mg/L時(shí)，本工藝可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的高效去除，處理后出水中的COD濃度降至13.8～31.4mg/L，平均值僅為20.1mg/L，去除率高達(dá)90.1%～95.4%，平均去除率為93.2%。從圖2(b)所示的BOD5去除效果來(lái)看，進(jìn)水BOD5濃度為145.9～199.5mg/L，說(shuō)明該污水水質(zhì)的可生化性較好，經(jīng)處理后出水BOD5濃度為1.4～8.2mg/L，平均為4.5mg/L，去除率為95.8%～99.1%，平均為97.5%。圖2(c)反映了NH3-N的去除效果，可以看到當(dāng)進(jìn)水NH3-N濃度為30.5～39.8mg/L，本工藝表現(xiàn)出優(yōu)良的脫氮效能，處理后出水NH3-N的濃度降至0.3～1.9mg/L，濃度均值僅為1.1mg/L，去除率均值則達(dá)到了96.9%。圖2(d)反映了運(yùn)行期間SS的去除效果，對(duì)進(jìn)水SS含量為125.3～199.8mg/L的污水進(jìn)行處理后，出水SS濃度范圍為1.2～9.1mg/L，平均為4.8mg/L，去除率均值達(dá)到97.3%。

由此可見，該工藝對(duì)農(nóng)村社區(qū)污水表現(xiàn)出優(yōu)良的凈化效果，上述水質(zhì)指標(biāo)均能達(dá)到相應(yīng)的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，當(dāng)水質(zhì)不穩(wěn)定時(shí)，該工藝依然表現(xiàn)出較高的處理效率，可見其抵抗負(fù)荷沖擊的能力較強(qiáng)。CASS工藝運(yùn)行靈活、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、管理方便、工程造價(jià)合理且易升級(jí)改造，不僅符合當(dāng)下污染物的處理要求，也與該地區(qū)的中遠(yuǎn)期發(fā)展目標(biāo)最為適應(yīng)。

圖2 主要污染物的去除效果

4.2 運(yùn)行費(fèi)用及處理成本

該工藝污水處理總運(yùn)行費(fèi)用等于人工費(fèi)、電費(fèi)、日常用水費(fèi)、藥劑費(fèi)及污泥處理費(fèi)等費(fèi)用的總和。本污水處理站設(shè)計(jì)運(yùn)行管理人員共7人，勞務(wù)費(fèi)每人每天150元，人工費(fèi)總計(jì)1050元/d。總耗電量大約在348kW·h/d左右，污水處理站電費(fèi)消耗約為212.2元/d。設(shè)污水處理站日常用水定額150L/(人·d)，則日常用水費(fèi)為3.36元/d。本工藝在運(yùn)行時(shí)會(huì)投加絮凝劑和FeCl3，絮凝劑投加量大約在0.4kg/d左右，F(xiàn)eCl3投加量在8kg/d左右，則污水處理產(chǎn)生的藥劑費(fèi)大約為40元/d。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，污泥處理費(fèi)用大約為200元/t，本工藝剩余污泥為30kg/d，則污泥處理費(fèi)用大約為6元/d。綜上所得，本工程運(yùn)行產(chǎn)生的費(fèi)用大約為1311.56元/d，單位體積污水的處理成本核算為1.64元/m3。

與現(xiàn)有的A/O、絮凝/A/O、生物濾池等技術(shù)方法相比，本組合工藝對(duì)污染物的去除效率處于較高水平，而處理成本處于較低水平，在農(nóng)村地區(qū)具有良好的實(shí)用性，表現(xiàn)出較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

5 結(jié)論

為減少農(nóng)村水環(huán)境污染，改善區(qū)域生活環(huán)境，本研究設(shè)計(jì)了以“CASS+絮凝+轉(zhuǎn)盤濾池”工藝為核心的工藝用于農(nóng)村社區(qū)污水處理，得到如下結(jié)論：

(1)經(jīng)組合工藝處理后，COD、BOD5、NH3-N、SS的出水濃度分別低于50、10、5、10mg/L，去除率均高于90%，符合國(guó)家排放限值的要求。

(2)組合工藝的日運(yùn)行成本約為1311.56元，折合1m3污水的凈化費(fèi)用為1.64元，該工藝運(yùn)行費(fèi)用低，且具有較高的適應(yīng)性和抗沖擊性，用于處理農(nóng)村社區(qū)污水具有良好的可行性。

(3)本工藝未對(duì)農(nóng)村社區(qū)污水中存在的油脂、陰離子表面活性劑等污染物進(jìn)行去除研究，建議在經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)增設(shè)氣浮、隔油等環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。