趙慶貴

（威寧縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，貴州 威寧 553100）

0 引言

我國(guó)高原地區(qū)具有高寒缺氧和空氣干燥的特征，全年降雨時(shí)間與空間分布不均，四季變化不明顯，平均海拔在2000 m以上。由于高原更容易受到污染，且水體自凈能力比較差，對(duì)環(huán)保工作要求較高，因而當(dāng)?shù)剞r(nóng)村污水排放的標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，有必要加強(qiáng)對(duì)污水治理的工藝設(shè)計(jì)，以達(dá)到保護(hù)高原生態(tài)環(huán)境的目的。

1 農(nóng)村污水治理模式的選擇

根據(jù)農(nóng)村地區(qū)污水治理終端模式的差別，常見(jiàn)的污水治理模式主要有以下3種。

（1）納廠處理模式，依靠城市污水收集系統(tǒng)，將其與污水處理系統(tǒng)相連接，該模式規(guī)模大且水質(zhì)穩(wěn)定，投資成本較低，便于對(duì)農(nóng)村污水進(jìn)行集中管理，適用于距離市政管網(wǎng)3 km以內(nèi)的村莊。

（2）集中處理模式，即以較大范圍的管網(wǎng)收集農(nóng)村污水，集中建立污水處理設(shè)施。該模式運(yùn)行穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力，適合用在居住密集且施工難度較低的村莊。

（3）分散處理模式，通過(guò)搭建小規(guī)模污水處理設(shè)施對(duì)分散居住的居民生活污水進(jìn)行處理，處理能力在5 t/d以下，常用于地形復(fù)雜或地質(zhì)條件較差的地區(qū)。

農(nóng)村污水處理主要分為一級(jí)至三級(jí)處理單元，按照具體水質(zhì)要求，一級(jí)處理設(shè)施主要包含格柵、隔油池和集水池；二級(jí)單元包含生物處理單元，集中進(jìn)行厭氧生物、缺氧生物以及好氧生物的處理；三級(jí)處理單元包含人工濕地、土地滲濾等部分[1]。

2 農(nóng)村污水治理工藝的選擇

目前常用的農(nóng)村污水治理工藝如下。

（1）“A2/O+生態(tài)”污水處理工藝。使用該工藝時(shí)，污水會(huì)經(jīng)過(guò)管網(wǎng)集中收集，隨后通過(guò)調(diào)節(jié)池的格柵去除大塊雜物，避免對(duì)管路造成堵塞，格柵分離之后的污水會(huì)進(jìn)入調(diào)節(jié)池，由調(diào)節(jié)池對(duì)污水進(jìn)行水質(zhì)混合，使流入微動(dòng)力生化池的水質(zhì)更穩(wěn)定。

（2）A2/O污水處理工藝，這是厭氧-缺氧-好氧處理工藝的簡(jiǎn)稱，具有良好的脫氮除磷效果。厭氧區(qū)可以釋放磷，碳源與沉淀池含磷污泥產(chǎn)生回流；缺氧區(qū)可以實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮，要求碳源和硝態(tài)氮混合液內(nèi)回流；好氧區(qū)可以將有機(jī)物成功去除，達(dá)到吸收磷的效果。沉淀池主要負(fù)責(zé)泥水分離，使一部分污泥回流到厭氧區(qū)，剩下的污泥排放除磷。

（3）“厭氧+人工濕地”污水處理工藝，污水經(jīng)過(guò)格柵后有效去除固體垃圾，再進(jìn)入?yún)捬醭氐却幚恚褂袡C(jī)污染物成功被去除，污染物被礦化，此時(shí)有機(jī)物變成了甲烷與二氧化碳。

（4）膜生物反應(yīng)器（membrane bioˉreactor,MBR）處理工藝，該技術(shù)就是通過(guò)組合生物學(xué)與膜分離處理方式，利用水中有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)源的細(xì)小生物，將水內(nèi)的膠質(zhì)性有機(jī)物轉(zhuǎn)為氣體與細(xì)胞。MBR膜分離處理可以將水和污泥的停留時(shí)間隔離，出水水質(zhì)穩(wěn)定，水體渾濁度可達(dá)到0，可以成功截流細(xì)小污染物。使用該工藝時(shí)，MBR主要以酶微生物作為催化劑，在化學(xué)反應(yīng)與生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的作用下依靠好氧細(xì)小生物溶解污染物，再使用硝化細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)為硝酸鹽，使污水的異味成功被去除，最終達(dá)到固液分離的效果[2]。

3 高原地區(qū)農(nóng)村污水治理工藝設(shè)計(jì)

3.1 工藝設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)階段高原地區(qū)農(nóng)村居民住房已經(jīng)從原本的分散式轉(zhuǎn)為集中居住和分散居住結(jié)合的形式，居民生活污水給高原帶來(lái)的面源污染問(wèn)題需要得到人們的關(guān)注，因此有必要采取合理的措施做好農(nóng)村居民生活污水的幾種凈化處理[3]。在污水治理工藝設(shè)計(jì)方面，首先要考慮進(jìn)出水的水質(zhì)情況，積極參照當(dāng)?shù)仡C布的《農(nóng)村污水處理技術(shù)指南》，以貴州省《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為例，相應(yīng)出水水質(zhì)設(shè)計(jì)情況如表1所示。

表1 高原地區(qū)農(nóng)村污水排放標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

在污水處理設(shè)計(jì)工藝方面，經(jīng)過(guò)高原地區(qū)地質(zhì)條件勘探及比對(duì)分析，本項(xiàng)目確定采用“預(yù)處理+人工快滲+消毒”的處理工藝，對(duì)于污泥的處理則采用污泥干化和外運(yùn)處置相結(jié)合的方式，相應(yīng)工藝流程如圖1所示[4]。

圖1 “預(yù)處理+人工快滲+消毒”污水處理工藝流程

3.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.2.1 生物接觸氧化池

污水處理工藝中，生物接觸氧化法也被稱為浸沒(méi)式曝氣生物濾池，即以生物濾池作為基礎(chǔ)進(jìn)行污水處理。生物接觸氧化法就是在活性污泥法與生物濾池之間采取的污水生物處理工藝，兼具了兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。表2為生物接觸氧化池污染物去除率。

表2 生物接觸氧化池污染物去除率

了解各項(xiàng)污染物的去除率后，還應(yīng)計(jì)算接觸氧化池的容積情況，明確相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)，具體如表3所示。

根據(jù)表3參數(shù)，明確設(shè)計(jì)規(guī)模為150 m3/d，在設(shè)計(jì)池深時(shí)，超高層為0.4 m；填料層頂距水面的高度為0.6 m；填料層距池底距離為1.0 m；有效深度為2.5 m；總池深為數(shù)值相加之和，即4.5 m?？偝厝萦?jì)算方面，計(jì)算停留時(shí)間為12.41 h，接觸氧化池的設(shè)計(jì)尺寸為5.0 m×3.7 m×4.5 m，實(shí)際池容為83.25 m3，校核停留時(shí)間為13.32 h，最終可以滿足相應(yīng)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)結(jié)果符合污水處理工藝需要。

表3 接觸氧化池容積計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.2 人工快滲池

針對(duì)高原地區(qū)農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀，人工快滲屬于一種有效的污水土地處理方式，建設(shè)成本較低，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，只需要較短的建設(shè)周期就能達(dá)到較好的出水效果。人工快速滲濾系統(tǒng)被稱為CRI系統(tǒng)，滲濾池內(nèi)主要是人工填充的河砂，在其中加入特殊填料后就能提升CRI系統(tǒng)的水力負(fù)荷能力，同時(shí)滿足出水標(biāo)準(zhǔn)要求。相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：人工快滲池設(shè)計(jì)規(guī)模為150 m3/d；水力負(fù)荷為1.2 m3/m2·d；人工快滲池?cái)?shù)量為4座；池體尺寸為12 m×2.4 m×2.4 m；水力負(fù)荷校核為1.3 m3/m2·h。

3.3 污水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一旦農(nóng)村污水處理工藝中出現(xiàn)雨污分流不徹底，將會(huì)造成污水管網(wǎng)運(yùn)行不通暢，甚至引發(fā)污水冒溢，給污水處理中心帶來(lái)嚴(yán)重的沖擊負(fù)荷。此時(shí)可以采取兩種污水收集和雨污分流的設(shè)計(jì)方式，一種是居民家中雨污分流改造，另一種是戶外溢流槽改造。為了不影響居民正常生活，可鼓勵(lì)居民結(jié)合家中情況自行改造。采用戶內(nèi)雨污分流改造的方式，將廁所內(nèi)污水與生活排水集中收集起來(lái)，使院中雨水不會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)，保障末端處理系統(tǒng)正常工作。如果分流改造實(shí)施效果不理想，應(yīng)采用戶外溢流槽的改造方法，在排水溝末端位置設(shè)置污水收集裝置，溢流槽的設(shè)計(jì)如圖2所示。旱季到來(lái)后，居民家中污水會(huì)經(jīng)過(guò)未分流的排水溝進(jìn)入溢流槽，再利用地漏裝置將樹(shù)葉垃圾、大體積雜物截流，污水進(jìn)入管網(wǎng)。雨季到來(lái)后，雨水可越過(guò)溢流堰進(jìn)入村落溝渠，實(shí)現(xiàn)雨水和污水的統(tǒng)一收集溢流。

圖2 溢流槽

3.4 污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)調(diào)研得知，目前國(guó)內(nèi)農(nóng)村污水治理通常采用一體化處理設(shè)施，污水處理規(guī)模最大可以達(dá)到200 m3/d，占地小，自動(dòng)化控制程度較高，且不容易受到高原地區(qū)氣候條件和季節(jié)變化的影響。常用的工藝主要有MBR工藝、厭氧-缺氧-好氧法（anaerobicanoxic-oxic,AAO）工藝以及生物接觸氧化法3種。以MBR工藝為例，應(yīng)用格柵將多余垃圾雜物成功篩除，污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池內(nèi)部安裝一體化提升泵，可有效提升污水處理效率，對(duì)溶解難度較大的有機(jī)殘留物進(jìn)行處理，依靠微生物分解作用，形成小分子細(xì)胞，出水之后進(jìn)入MBR區(qū)，完成有機(jī)污染物的處理，以達(dá)到預(yù)期氧化分離效果。這一過(guò)程中，調(diào)節(jié)池主要負(fù)責(zé)污水的收集，同時(shí)兼顧水質(zhì)水量的均衡，起到調(diào)節(jié)pH的作用，能夠保障污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。厭氧池作為一種生化系統(tǒng)，溶解氧需要保持在0.2 mg/L以下，大分子有機(jī)物被分解為小分子，為后續(xù)污水處理工藝的運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，將一部分COD成功去除，同時(shí)具有除磷的效果。

選擇生物處理工藝時(shí)，常用的工藝有MBR工藝、AAO工藝等，生物膜法應(yīng)用較少，不適合用于大規(guī)模污水處理，但對(duì)水質(zhì)有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，污泥產(chǎn)量很少，沉降效果顯著，適合用于高原農(nóng)村地區(qū)的污水治理。采用“厭氧+人工濕地”相結(jié)合的處理工藝，污水在經(jīng)過(guò)格柵之后可以有效去除固體垃圾和雜物，再進(jìn)入?yún)捬醭靥幚?，起到厭氧池調(diào)節(jié)和沉淀的作用。

3.5 消毒處理單元與污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于污水消毒處理單元的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)高原地區(qū)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇污水處理設(shè)施，根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)糞大腸桿菌的指標(biāo)要求，可在處理單元中加入消毒設(shè)施。隨著人們對(duì)污水消毒處理要求的提高，應(yīng)做好污水和污泥回用之前的消毒處理，以三氯乙腈尿酸為消毒劑，預(yù)防疾病的傳播。

對(duì)于污泥處理工藝的設(shè)計(jì)，當(dāng)前農(nóng)村污水處理常見(jiàn)兩種污泥處理工藝，一種是儲(chǔ)泥池和污泥螺壓脫水機(jī)相結(jié)合；另一種是將儲(chǔ)泥池和吸污罐車外運(yùn)的方式，將污泥運(yùn)輸?shù)郊刑幚碇行摹Ｈ绻玫轿勰嗦輭好撍畽C(jī)，該設(shè)備占地小，后期運(yùn)維難度低，可用于高原地區(qū)分散式小規(guī)模污水處理中心，但每日工作量較大，需要合理安排工作人員。另一種方式下，污泥清運(yùn)的工作量很大，需安排較多維護(hù)人員。因此，有必要對(duì)污泥處理工藝加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)AAO工藝易脫水的特征，要明確技術(shù)路線，即“污泥重力濃縮池+干化池+綠化回用與農(nóng)村農(nóng)用”的工藝路線，減輕人員工作量，根據(jù)農(nóng)村污水治理特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)污泥的自然干化，干化池的設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 干化池

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，結(jié)合高原地區(qū)的地質(zhì)氣候條件，采用生物接觸氧化法與人工快滲相結(jié)合的污水處理工藝，同時(shí)配合MBR工藝和AAO工藝，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村污水的集中收集和處理，經(jīng)過(guò)污水消毒單元設(shè)計(jì)和干化池設(shè)計(jì)，使污泥得到科學(xué)處理，最終出水水質(zhì)可以達(dá)到地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)高原地區(qū)高寒缺氧的特征，結(jié)合惡劣的自然氣候條件，農(nóng)村污水治理工藝達(dá)到多樣化標(biāo)準(zhǔn)要求。