靳少培,赵 普,李 露,杨 震,冯 尚,杜蓝桥

(1. 天津市水文水资源管理中心，天津 300061；2. 自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

1 设计思路及基本设计参数

1.1 原水水质

此系统原水为乡镇污水，其水质成分见表1。

表1 原水水质情况Tab.1 Parameters of rawwater

1.2 设计思路

由于乡镇位置分散，管理、配套设施尚不完善，村镇污水时间上集中排放，处理工艺需要能耐受较大水质、水量波动；根据以上特点，针对村落污水的自身特点，采用分散式、一体化污水处理设施，一体化处理设施减少了土建建构物的工程量，兼具自动化程度较高等特点，主体工艺采用“A2O+MBR”工艺路线[1-3]。

1.3 设计产水水质(表2)

表2 产水水质Tab.2 Quality of water production

项目设计进水温度5 ℃，按每天24 h不间断运行。为保证系统运行的稳定性、可靠性、维护的便利性，项目所有核心设备均设有备用。正常运行时，根据设定时间，运行设备与备用设备进行切换运行。考虑MBR膜性能的衰减，设计时应当留有一定的设计余量。

2 系统设计

由于村镇道路狭窄，运输、吊装不便，要求污水处理装置模块化设计，单个模块重量不宜过大，模块与模块之间易于连接与拆卸。项目由住户排出的污水需自流至污水处理场站，污水收集需考虑一定的坡度(2/1 000)，同时需兼顾冻土层影响，按照此类设计，污水收集管路至场站时已经达到-8 m以下，给污水处理场站的施工及安装带来很大困难。结合村落的实际高程，在适当的位置设置检查井及中间提升水泵，通过一次或多次提升，保证污水进入污水处理场站在-5 m以上。

污水收集管路，将污水排入场站集水井内，集水井设有提篮格栅，去除污水中大部分的悬浮物、颗粒物等。通过集水井提升泵的作用将污水依次提升至进入调节池、一体化污水处理设备内，再通过一体化设备完成污染物的处理、达标排放工作。

2.1 工艺流程

一体化设备主工艺为“A2O+MBR”，在A级池内，由于污水中有机物浓度较高，微生物处于缺氧状态，此时微生物为兼性微生物，它们将污水中有机氮转化为氨氮，同时利用有机碳源作为电子供体，将NO2-N、NO3-N 转化为N2，而且还利用部分有机碳源和氨氮合成新的细胞物质。所以A级池不仅具有一定的有机物去除功能，减轻后续O级生化池的有机负荷，以利于硝化作用进行，而且依靠污水中的高浓度有机物，完成反硝化作用，最终消除氮的富营养化污染。经过A 级池的生化作用，污水中仍有一定量的有机物和较高的氮氨存在，为使有机物进一步氧化分解，同时在碳化作用趋于完全的情况下，硝化作用能顺利进行，A级池出水自流依次进入O池、MBR池，通过O池、MBR 池的自养、异氧微生物完成COD、残余氨氮的处理，MBR池出水进入消毒池，最终达标排放；另一部分回流至A 级池进行内循环，以达到反硝化的目的。在A级和O级生化池中均安装有填料，整个生化处理过程依赖于附着在填料上的多种微生物来完成。工艺流程如图1。

图1 工艺流程图Fig.1 Flow chart of process flow

2.2 厌氧池

为使厌氧级生化池内溶解氧控制在 0.2 mg/L以下且保证厌氧池内微生物与污水的充分接触，池内上中下设置了盘式布水，通过进水的冲击，使微生物处于高度悬浮状态；同时，厌氧池采用新型弹性立体填料，填料的设置给微生物提供了附着的载体，以上两项措施保证了厌氧池的处理效果。

2.3 缺氧池

缺氧池采用穿孔曝气系统，在保证一定溶解氧的同时，可同步实现微生物与污水的充分接触。

2.4 好氧池

好氧池设有弹性立体填料与微孔曝气器，弹性填料为微生物附着提供载体；微孔曝气器为好氧微生物的高效生存提供了充足的氧量。厌氧、缺氧、好氧各池中采用同规格填料。微孔曝气器及填料性能参数如下：

(1)微孔曝气器。

规格：Φ215 mm，材质：EPDM+ABS。

主要技术参数：气泡直径，≤3 mm；充氧量，0.112 kg O2/个·h～0.185 kg O2/个·h；氧利用率，18.4%～27.7%；服务面积，0.35 m3～0.5 m3。

(2)组合纤维填料。

规格：Φ150 mm×60 mm,材质：PE+醛化维纶。

2.5 MBR系统

MBR系统包含MBR膜组件及配套曝气系统。

膜区内的曝气装置主要完成两个功能：既能为膜的气水震荡清洗，保持膜面清洁提供气源，同时还为MBR区的好氧微生物提供气源。经生物降解处理后的水经自吸泵进入消毒池，由于膜的高效拦截作用，微生物被截留在膜生物反应器内，可有效保证硝化菌等其它微生物的浓度。

MBR膜采用帘式膜，材质PVDF，运行方式为：运行8 min，空曝2 min，运行每200 min反洗2 min，设计反洗水量为产水量的2倍，设计膜通量12 L/m2·h。

2.6 加药系统设计

考虑出水水质系统及系统的长期稳定安全运行，项目设计3个加药点，分别为消毒加药、除磷加药、MBR反洗加药。

消毒剂加药点。消毒池投加次氯酸钠消毒剂，确保出水中病毒、细菌达标排放。由于次氯酸钠的投加，出水色度也有明显改善。

除磷加药点。A2O工艺具备脱氮除磷功能，除磷加药作为备用考虑，平时运行时不予投加，当来水中磷超标，系统无法处置时，应急投加，确保出水磷的达标排放。

MBR反洗加药点。MBR膜时刻处于污泥包覆中，即使有气水的搅动，仍避免不了膜表面污堵的发生。在反洗时辅助加药，保证膜通量的维持及膜的使用寿命。

2.7 控制系统设计

水泵根据相应的液位控制启停，同时联锁整个系统设备的启停，整个系统通过PLC实现全程自动控制。

集水井液位达到启动液位时，集水井提升泵启动，向一体化污水处理装置供水，集水井液位降到低液位时，集水井提升泵停止运行。

MBR液位达到启动液位时，MBR自吸泵启动；MBR产水进入消毒池，当消毒池高液位时，MBR自吸泵停止运行；同时集水井提升泵提至向一体化系统中供水；消毒池低液位时，自吸泵、集水井提升泵恢复启动。

整个系统水泵均设有热保护，当系统某个水泵过载时，控制系统的蜂鸣器会发出蜂鸣报警，提醒巡检人员及时查看、解决。

3 结论

1)根据乡村村落的实际特点，原水通过污水收集管道收集后，通过一次或多次提升后进入污水处理场站，降低埋管的深度。

2)主体工艺选择“A2O+MBR”，确保水质达标排放要求的同时，可承受一定的冲击负荷。

3)场站分散布置，采用智能化、一键启动、无人值守数控模式，确保系统安全运行，降低了劳动强度。

4 展望

乡村污水处理系统根据村落大小、布局各具特色，应依据每个乡村实际特点因地制宜、量身定制。

乡村污水处理较为分散，巡检人员往往来不及对每一场站实时监控。随着物联网的发展，可将场站运行数据及实时影像通过4G信号或者光纤实时传到巡检人员手机上，不仅可获得系统运行数据亦可实时观察场站实际情况，提高工作效率的同时，降低事故发生的可能性。