村镇污水处理技术及设施运营管理模式探究 61页

'村镇污水处理技术及设施运营管理模式探究StudyonManagementModeofSewageTreatmentTechnologyandFacilitiesinVillagesandTowns工程领域：环境工程作者姓名：刘钊指导教师：刘志强企业导师：刘洪海天津大学环境科学与工程学院二〇一七年十二月 摘要近年来我国社会经济得到了快速发展，经济发展的同时也伴随着大量的环境污染和生态环境的破坏。我国出台了一系列政策和措施来改善环境污染现状，但农村地区的环境污染问题并没有得到足够的重视，相关政策法规不够完善，污染治理设施发展滞后。以往对村镇污水处理的研究中，大多数以成型的城市污水处理模式为参考，在工艺选择上缺乏适宜性，很少将工艺技术的选择与各个村镇实际情况相结合。本文通过调研村镇污水处理相关工艺，并将各工艺从处理规模、建造费用、运营费用等方面进行综合比较分析，确定不同地区、不同地貌特征村镇适合的工艺技术。并对村镇污水处理设施运营管理模式进行分析，确定适合我国村镇污水处理设施运营管理的模式。以天津市某村镇生活污水治理项目为具体研究对象。通过实际调查地形地貌、气候条件、水文概况、社会条件等因素，并依据相关法律法规、规范、标准等编制工程设计方案。确定设计工艺为“MBBR+MBR”高效双膜技术，采用地埋式一体化处理设备。方案设计中运营管理模式采用专业化第三方管理企业为运营管理主体，将各个村庄的污染治理设施运营状况通过物联网技术及数据传输技术实时反馈到企业控制中心，对治理设施进行远程监控。关键词：村镇污水处理，污水处理工艺，运营市场化，智能互联的应用I ABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofsocietyandeconomy,therehasbeenagreatdealofenvironmentalpollution.Eventhoughthegovernmenthaspublishedmanypoliciesandmeasurementstosolvetheseproblems,theeffortshavenotwellpreventedfurtherenvironmentaldestruction,especiallyinruralareas.Thereasonofthisphenomenonisnotonlytheimperfectpoliciesbutalsotheoutdatedpollutioncontrolfacilities.Inthepast,mostofthesewagetreatmentinvillagesandtownscomefromurbansewagetreatment,whichusuallylacksuitabilityinprocessselection,astheselectionofprocesstechnologyseldomcombinedwiththeactualsituationofeachvillageandtown.Inthispaper,byintroducingtherelevanttechnology,andcomprehensivelycomparingandanalyzingtheprocessesfromthescaleofprocessing,constructioncosts,operatingcostsandsoon,appropriateprocesstechnologyisdeterminedinviewofdifferentregionsanddifferentlandscapefeatures.Throughtheanalysisoftheoperationandmanagementofthevillageandtownsewagetreatmentfacilities,thesewagetreatmentfacilitiesoperationandmanagementmodewillbedeterminedwhichissuitableforlocalsituation..TakingavillagesewagetreatmentprojectinTianjinasaspecificresearchobject,Throughinvestigatingthetopography,climaticconditions,hydrologicalconditions,socialconditionsandotherfactors,theengineeringdesignplanisestablishedaccordingtorelevantlaws,regulationsandstandards.Thedeterminedprocessis"MBBR+MBR"efficientdouble-membranetechnology,andthefacilitiesisburiedintegrateddevices.Duringtheprojectdesigningprocess,theoperationandmanagementadoptsthespecializedthird-partymanagemententerpriseasthemainbodyofoperationmanagement.Byreal-timefeedingtheoperationstatusofthepollutioncontrolfacilitiesineachvillagetotheenterprisecontrolcenterthroughtheInternetofThingstechnologyanddatatransmissiontechnology,thetreatmentfacilitiescanbemonitoredremotely.KEYWORDS:Townsewagetreatment,sewagetreatmentprocess,Marketoperation,ApplicationofintelligentinterconnectionII 目录第1章绪论..................................................................................................................11.1研究背景.........................................................................................................11.1.1村镇污水特点......................................................................................11.1.2村镇污水污染现状..............................................................................31.2村镇污水处理面临的问题.............................................................................41.2.1技术工艺的选择..................................................................................41.2.2设施规划与建设..................................................................................41.2.3设施的运营管理..................................................................................51.3研究内容和技术路线.....................................................................................51.2.4研究内容..............................................................................................51.2.5技术路线..............................................................................................5第2章村镇污水处理发展的政策和现状..................................................................72.1国内的政策和措施.........................................................................................72.2国外的相关政策与措施成功经验.................................................................9第3章镇污水处理技术工艺....................................................................................133.1村镇污水处理技术工艺...............................................................................133.1.1污水处理方法.....................................................................................133.1.2典型的工艺技术.................................................................................133.2常用村镇生活污水处理技术对比及工艺推荐...........................................213.2.1常用村镇生活污水处理技术对比.....................................................213.2.2工艺推荐.............................................................................................22第4章污水处理设施的建设与运营管理................................................................234.1污水处理设施的建设...................................................................................234.1.1村镇污水处理设施的建设主要影响因素........................................234.1.2设施的设计........................................................................................234.1.2村镇污水处理设施设计.....................................................................244.1.3管网系统的布置.................................................................................254.2污水处理设施的运营管理...........................................................................25III 4.2.1运营市场化........................................................................................254.2.2设备维护与现场管理........................................................................274.3智能化互联的应用...............................................................................27第5章天津市某村镇污水处理工程设计................................................................295.1项目概述.......................................................................................................295.1.1项目建设的必要性............................................................................295.1.2编制依据............................................................................................305.1.3方案具体实施步骤............................................................................305.1.4区域村镇概况....................................................................................305.1.5进水水质及排放要求........................................................................315.2项目工艺方案的设计...................................................................................325.2.1工艺方案的比选原则........................................................................325.2.2工艺论证及确定................................................................................325.2.3主体工艺选择....................................................................................335.2.4深度处理工艺选择............................................................................345.2.5整体工艺方案确定............................................................................365.3典型方案介绍...............................................................................................365.4总平面及竖向设计.......................................................................................385.4.1平面设计............................................................................................385.4.2竖向设计............................................................................................395.5村镇设施运营管理模式...............................................................................405.6效益评价.......................................................................................................41第6章结论与展望....................................................................................................436.1结论...............................................................................................................436.2建议与展望....................................................................................................43参考文献......................................................................................................................45发表论文和参加科研情况说明..................................................................................49致谢..............................................................................................................................51IV 第1章绪论第1章绪论1.1研究背景1.1.1村镇污水特点水污染按照来源可以分为点源和面源污染两类，生活污水和工业废水的集中排放属于点污染，村镇地区生活污水属于面源污染，目前村镇生活污水的污染问题尤为突出。村镇生活污水根据污染物来源大致可以分为如下三类：村镇居民日常生活排放的生活污水，如：洗涤、厨房、冲厕、洗澡；降水、降雪造成雨水冲刷而产生的污水；禽畜养殖产生的污废水等。我国村镇污水的特点不同于我国的城市污水，也不同于国外一些发达国家的农村污水，农村地区的用水量、污水排放量、排放标准均比城镇的低，且大部分村镇没有污水排放管网，污水分散、水质不稳定。目前我国农村生活污水具有以下几个显著特点：（1）污水中污染物复杂多样，排放区域大且分散广，收集处理困难。村镇生活污水N、P含量高、难降解有机物较少、可生化性较好、有毒有害物质重金属等含量少[1]，污染物复杂多样；村镇生活污水的污染源主要为人体排放的粪便、厨房污水、家庭清洁洗涤、家禽家畜养殖等。由于我国不同地区的经济条件和自然环境使各个地区的污水排放存在着明显的差异性，广大居民居住较为分散，所以污染源分布广泛，又因为村镇没有污水排放管网使得污水收集非常困难。加之我国很多农村地区地形复杂这一客观条件会大大的增加污水收集系统和处理系统建设的难度。（2）村镇生活污水排放总量大，排放量波动变化大，排放系数变化明显随着村镇生活水平不断提高和经济快速发展，居民生活方式发生了很大的改变，其用水量和污水排放量也在快速增长。排放量主要取决于村镇的人口规模和经济发展水平以及自来水的普及程度。大部分农村的污水排放量在50-300m³/d之间。较大村镇的污水量大概分布在10-1000m³/d[2]。我国大部分的村镇生活污水排放具有规律性。图1-1为某农村地区18小时内的污水排放量随时间变化的分布情况，由图可知排放高峰主要集中在早上8：00、中午12:00左右、晚上20:00三个时间段内，20：00之后随着大多数人休息使得排水量逐渐降低，24：00之后甚至可能断流，所以村镇污水排放量波动变化大，1 天津大学硕士学位论文图1-1某农村18小时内污水排放情况呈现不连续不稳定状态。（3）季节性变化明显、所含污染物浓度波动大不同季节的村镇生活污水的污水排放量相差很大，水质变化波动较大。如雨季大量的降水使污水排放总量增加，雨水会稀释原有的污染物浓度，在一定程度上污染物浓度会降低，出现水质较好的情况，并且多雨季节每日、每时段都不尽相同，所以不论是水质还是水量都会对污染治理设施造成很大的影响。此外，在一些旅游区的主要污染物浓度和排放总量随着旅游旺、淡季不同变化明显。村镇生活污水的主要污染物指标为化学需氧量（COD）、生化需氧量(BOD)、氮(N)、磷(P)、悬浮物(SS)等，村镇生活污水中污染物的COD、N、P含量一般比城市污水高，而且通常不含有毒有害物质。我国部分地区村镇生活污水水质、水量范围详见表1-1。表1-1我国部分地区农村生活污水水质水量统计排水量水质（毫克每升）区域L/人·dCODBODSS氨氮总磷西南地区25~70350~770200~400175~30030~402.5~3.5太湖地区20~50250~650200~400150~30030~452.5~5.02 第1章绪论1.1.2村镇污水污染现状（1）我国村镇污水现状近年来，随着我国经济突飞猛进的发展和农村基础设施的不断完善，各级政府投资建设了部分村镇污水处理治理设施，这些设施主要分布在一些相对发达的地区，但是很多设施建成后面临运行困难及处理效果差等问题，使得很多已经建成的污水处理设施并没有发挥其真正的作用，只有在污染治理设施建成并运营起来才能够解决环境污染问题达到改善环境状况的目的[3]。在经济欠发达地区，农村人口分布范围广，基础设施建设滞后，绝大多数农村没有建设排水渠道收集系统和污水处理系统，未经处理的生活污水随意排放，直接排放的污水渗入地下水系统或者直接进入河流水体中严重污染了河道及饮用水，让村镇地区的饮用水供水安全和居民的身体健康受到严重的威胁。根据2012年环境报告中提到的关于我国部分村庄环境监测数据，对我国798个村庄的环境进行监测并进行相关数据的分析，监控调查结果表明，很多村镇的生活污水未经处理而直接排入自然水体，大部分村镇的地表水与地下水系统都已受到不同程度的污染，村镇环境问题变得愈发严峻[4]。村镇污染问题的典型例子比比皆是，如云南滇池、无锡太湖蓝藻爆发，其主要原因便是排放的生活污水中含有大量的氮、磷造成了水体的富营养化。在我国经济日新月异的发展形势下，居民生活质量也在逐步优化，但在污水处理方面比城市污水处理起步晚、重视不足，处理量较低。表1-2是不同等级的地区污水处理率相关数据。表1-22012年县城、村庄、建制镇、城市污水相关数据对比类别排放量/（10万吨/天)污水处理率/%未处理量/（10万吨/天)较大城市11417851449一般县城233675578建制镇2677281926行政村321082952目前我国村镇环境问题主要体现在以下几个方面：一是大多数居民环保意识的欠缺，对环境污染的重视不够，没有意识到环境污染的严重危害；二是缺乏相关专业人才，我国村镇水处理建设面临很多的挑战，需要具有丰厚知识和丰富经验的专业人士来引领；三是村镇污废水分布比较分散，收集系统极不完善，没有污水处理设施[5]；四是环境保护机制不健全，相关的法律法规、政策导向也不够3 天津大学硕士学位论文明确，环保设施的规划建设、运营缺乏专业化管理；五是村镇的环境保护没有得到足够的关注，我国绝大部分村镇自身经济条件相对较差，各级政府对其污染治理设施的资金投入不足，很多地区还存在着设施建不起、后期管不起等问题；目前我国很多建成的农村治理设施在工艺上大多是简单套用目前成型的大城市现有的污水处理技术工艺，但是城市污水处理存在着投资大、管理复杂等诸多问题，所以往往这些工艺并不一定适合村镇水处理，处理效果并不一定达到预期。我国村镇污水处理应充分考虑村镇的发展状况、自然环境和经济承受能力等[6]。1.2村镇污水处理面临的问题1.2.1技术工艺的选择目前我国现有的大中型城市污水处理厂的工艺主要为两级生化处理，以好氧处理与厌氧处理为主导。其中生化工艺主要包括：氧化沟工艺、A-A-O工艺、SBR工艺等。实际上目前我国大部分已经建设的村镇污水处理设施在工艺选择上都是照搬城市污水处理工艺，但村镇与城市的经济发展状况、经济承受能力不同，在选择与城市相同的水处理工艺时存在着建设不起、运营不起、维护不了等一系列问题[7]。所以村镇污水处理需要一套经济、高效、节能且能适应于我国不同农村地区实际要求的工艺技术[13]。目前我国在村镇污水处理工艺方面的研究相对较少，对于村镇污水处理工艺的选择比较还有待研究。1.2.2设施规划与建设目前我国村镇的发展在规划和管理上还没有达到统一的程度，使得村镇环境污染问题很难实现统一化和规范化的管理。村镇污水处理一方面存在工艺设计复杂和排放标准的要求不一，另一方面面临着建设资金短缺和建设周期较长等问题，而目前我国大部分村镇经济发展相对落后，资金匮乏，使得目前我国村镇污水处理产业还处于初期阶段。根据相关数据统计我国目前大概有7亿农村籍户口，其中2亿人随着城市化的建设转入城市生活工作，大概还有5亿人的生活污水处理需要面对和解决。从投资上来看，按每人5000元计算，要治理好村镇污水，大概需要投入25000亿，设施建成后每年的运营管理费用也将多达300亿元，所以村镇污水处理的存在建设不起，运营管理不起，维护困难等诸多问题。在十二五期间对于脱氮除磷、原有设施升级设计改造、中小城镇污水处理设施的建设是规划发展的重点。相关专7家根据相关分析，预测在未来几年内，村镇新增污水处理规模将超过310t/d，4 第1章绪论农村污水处理市场资金规模将达到3000亿，因此未来各级政府需要加大村镇污染治理设施的投入[8]。1.2.3设施的运营管理近些年来，虽然我国各地政府投资建设了大批的村镇污水处理设施，但由于运营维护管理工作不到位使得大多数污水处理设施并未得到很好的运行，没有充分实现其建设价值。无论多么先进的技术设备在没有良好有效的运行管理下，都无法正常运营和达到预期的处理效果。污水处理设施能否稳定运行是改善水质环境的关键，所以建立长期有效的运行管理模式是必要的，建立长期有效的运行管理模式时需要解决资金压力、监管不力、技术和标准不规范等一系列问题。提高污水处理设施的的运作效率，并促进市场化、规范化、高效化的处理模式，需要将多种项目模式相互协调共同作用，不断强化农村生活污水设施的资源化建设与污染治理设施的高效稳定运行，促进污水处理设施建设在我国农村地区的发展。1.3研究内容和技术路线1.2.4研究内容本文对村镇污水处理技术及设施运营管理模式两方面展开研究，主要研究内容如下：（1）根据调研资料，阐述了我国村镇污水处理发展的政策和现状；（2）通过考察现有的村镇污水处理设施，了解常用的村镇污水处理技术进行详细的介绍。从规模、造价、运营成本、区域条件、地理特性等方面进行分析，为不同条件的地区筛选适宜的处理工艺与技术提供参考。（3）从村镇污水处理设施的建设、运营与管理的角度，分析目前我国村镇水务行业设施的管理模式以及物联网等技术在设施管理中的应用。（4）依据我国相关法律法规、规范、标准和要求，以蓟州区农村生活污水治理工程项目建议书及可行性研究相关工作为基础，选取具体研究对象，通过实际调查地形地貌、气候条件、水文概况、人口规模、水质水量等因素，编制工程设计文件。1.2.5技术路线本研究的技术路线如图1-2所示。5 天津大学硕士学位论文天津市某村镇生活污查阅相关文献资料，分析目对已完水治理工程实例研究前国内现状，参考国外先进成的村处理技术和运营管理模式镇污水处理设施进行考察进行资料的收集整对常用技术进行分理分析和析，设施运营管理模拟合利式进行探讨分析用，项目建设意义及可行性分析编制某村镇污水处工艺技术的选择及理设施工程设计书管理模式的推荐图1-2技术路线图6 第2章村镇污水处理发展的政策和现状第2章村镇污水处理发展的政策和现状2.1国内的政策和措施从党的十八大以来生态文明建设已经成发展的主旋律。国家相关政策和法规把环境保护放到了前所未有的新高度，促进环境保护产业的发展。国家相关环保政策的出台是实现环境改善、环境保护的有效手段。国家环保政策促使水务市场加大改革与加速发展，是污水处理科学化、规范化的有效保障。根据住建部村镇建设司最新的统计数据显示，随着新农村的建设逐步深入，中央和地方政府对村镇污水处理问题给予高度重视，并在农村地区兴建了一批村镇污水处理设施。我国村庄、镇、县城、城市的污水处理率分别为8%、28%、75%、87%[9]。从中我们可以得到，在新型城镇化建设过程中，新增污水处理设施将主要集中于村镇。从整体来看，每年我国农村的污水排放量在80亿吨左右，现阶段已经具备了污水处理体系以及排水渠道的农村不过4%[10]。我国面临着水污染以及水资源短缺等极为严重的水资源挑战，对我国经济的发展造成了巨大的负面影响，国家正在加大力度扶持新农村水改项目，然而受管理能力不足、基础设施不完善等影响，阻碍了农民生活水平提升的步伐，农村水环境治理逐步演变成我国环境治理工作的关键任务。我国在村镇污水处理方面应学习发达国家的现金经验并引以为鉴、取其精华，整合一套针对我国村镇处理多样化的分散性污水处理工艺，打造污水再利用的生态农业格局，同时兼顾当地农业的具体情况，实现污水的无害化和资源化。环保政策的制定以国家环境保护需要为依据、以经济社会会展水平为前提、以社会整体文明程度作为支撑。2014年4月颁布的《中华人民共和国环境保护法》中涉及农村污水处理的内容有我国各级人民政府应当在财政预算中安排农村污水处理相关资金。国务院办公厅也在《关于改善农村人居住环境的指导意见》中提到：大力推进农村垃圾与污水治理工作，建立相关评价机制，指导检查各项工作的开展情况[11]。2013年11月国家环保部发布《农村生活污水处理项目建设与投资指南》等几项文件，对农村生活污水处理、生活垃圾分类处理、农村饮用水保护、农村小型养殖场污染防治四个方面给出了建设和投资指南。《农村生活污水处理项目建设与投资指南》要求收集系统投资建设与污水处理厂投资建设的比例原则上不超过2.5:1，运营维护管理费大概为0.05至0.25元/吨，主要为：泵站电费、设施维修维护保养费、人工费等[12]。2013年国家发改委发布了相关通知，要求稳步开展污权交易试点和农村分7 天津大学硕士学位论文散性污水处理试点。环保部2013年7月1日发布了《农村环境连片整治技术指南》HJ2013-2031、《村镇饮用水水源地环境保护技术指南》HJ2013-2032、《村镇生活污染防治最佳可行技术指南》等进一步贯彻落实环境保护法，完善环境保护工作体系，促进环境污染治理技术的进步，为我国的村镇污水处理提供了有效的技术指导依据。对于污水处理而言，政策往往难以贯彻落实，原因主要有污水归集网络建设的财政扶持力度较弱、筹资难度较高等等，因我国财政扶持力度持不足，致使污水归集在我国城镇地区的发展情况并不理想，最终影响到农村地区环境污染治理规划的实现，村镇生活污染防治最佳可行技术指南要求到2018年将全国的城市污水处理率提高到85%，县级市以及县城处理率提高到70%，城镇则达到30%[13]。污水处理费的价格调整机制僵化，成本不断的上升，普遍来讲调整周期相对较长。随着我国经济的快速发展，村镇污水排放量也在不断增加，2010年全国生活污水排放总量达到380亿吨，其中村镇污水占总量的约为23%，村镇污水处理对于建设清洁卫生的村镇有重要意义，也是创建生态环境的一项重要内容。伴随民众生活质量的逐步优化，民众环保意识随之强化，进而带动了污水处理局面的改善。无论是从“质”的角度来讲，还是从“量”的层面上看，污水处理行业的发展前景均极为广阔。“十二五”期间，政府有关部门从更为具体的角度就我国城镇污水处理以及再利用设施建设进行了规划，并将其作为政绩考核的关键指标。现阶段国内污水处理企业，连同围绕在此类企业周边的技术服务机构在以融资为代表的多个方面均呈现出旺盛的发展势头。城镇化规划内容的导向性作用是不容小觑的，《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》更是从多个角度入手要求污水处理达到更优化的水平[14]。党的十八届三中全会颁布了《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》，该决定明确了生态文明体系对于总体战略规划深化改革的重要意义，明确应通过市场化机制的建构充分调动社会资本对于生态环保的参与积极性，全面提高环境污染治理的服务性以及专业性；相关专家表示，一些相关行业如污水处理行业发展前景非常广阔，新型城镇化的推进将为环保产业带来巨大商机。并且现阶段在中小城市以及小城镇中，污水处理基建工作明显发生了转变，从创新力、市场占有率以及成本控制等方面对有关企业提出了更高的标准。《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》明确指出，东部沿海区域的建制镇与县城以及中西部地区设市城市是配套管网补建的关键区域[15]。《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》提到：全面推进环境治理在农村地区的发展，贯彻落实乡村清洁工程，将整治工作落实到村庄，尽量优化农村水环境以及河道情况，面向农村实行垃圾分类处理政策，强化土壤环境治理以及污水治理能力，严禁城市和工业污染向农村扩散。同当地客观情况相结合，8 第2章村镇污水处理发展的政策和现状推进更具针对性的分散型生态处理设施或污水处理厂的设立，保证关键城镇连同各个县城均能更好的应对污水处理工作，将关键城镇的污水处理率提高到约70%的水平、县城污水处理率将控制在85%[16]；伴随城镇化进程的逐步深化，对于污水处理提出了更高的要求，现阶段我国面临着极为严重的水资源挑战，集中体现在水质性缺水以及资源型缺水两个方面，带来现有污水处理厂各环节结束升级、改造，节水政策出台催生污废水再生回收市场发展，同时推动深度处理膜技术加速推广。其中不难看出市场的趋势，污水处理设施布局已由大城市向中小城市和小城镇倾斜。《国家新型城镇化规划（2014—2020）》还进一步要求搭建市场化机制，充分调动社会资本关于生态环保的参与积极性，倡导环境污染治理的第三方参与等。逐步提高水务的智能性，搭建全面覆盖供水过程以及为水质量提供安全保障的污水处理体系以及智能排水系统，搭建资源环境产权交易机制。在技术革命的大环境下，企业必须就运营管理能力进行优化才能更好的顺应时代发展形势。促进环保市场能力的逐步强化，贯彻落实碳排放权、排污权及水权等多项政策。无论是从企业技术以及运营管理方面来讲，还是以政策落实为立足点，污水处理工作依然面临着巨大挑战。保障供水水质安全、供水生产安全以及供水的稳定连续等问题的解决。污水处理行业前景广阔、商机无限，但企业在运营管理上要逐步规范化[17]。在我国经济日新月异的发展背景下，农村所面临的环境挑战逐步加剧，通过科学合理的手段就生活污水以及垃圾等问题进行妥善处理，不仅能够为农村发展提供可持续的动力与活力，同时有利于推进新农村建设进度。农村污水治理工作并非一蹴而就的，不仅要结合先进而科学的污水处理手段，更应该从政策层面通过在相关政策的制定为其提供保证。2.2国外的相关政策与措施成功经验欧美发达国家的城市化水平较高，民众环保意识强，环境经济政策、治理技术、监管执法、法律法规、教育培训等政策与措施都很完善。以丹麦为代表的欧洲国家，其人工湿地系统运行量超过了200个，其处理重心大都集中于人口总量数以达到千人的乡村级社区。使村镇具有比城市更优美舒适的生活环境。美国早在20世纪60年代就已经基本实现城乡一体化，约四分之一的人口和三分之一的社区使用分散式污水处理设施，美国用了大概十五年的时间完成了村镇污水处理设施的全面普及。作为人工湿地拥有量最多的国家，美国在市政、农业等领域投资比例较大。在美国村镇在投资融资方面政策明确、手续简洁。村镇基础设施建设资金由政府与地方政府及开发商共同承担[18]。2003年，美国为了指导各州和地方有效开展分式污水治理模式的推广，出台了《分散处理系统管理9 天津大学硕士学位论文指南》，对污水处理的集中营和专业化、规模化、统一化运营模式进行了介绍。这种运营模式的提出有利于通过合理的政策支持与行政程序来确定统一的立法机构。明确污水处理方、第三方服务企业、政府管理机构方各方的权力与责任，保证污水处理分散系统的有效管理与运营。德国政府20多年前就提出全面改造和建设农村污水处理系统，充裕的财政支持和雄厚的工业基础及先进的高新技术使得德国村镇污水处理得到了良好的发展，政府明确要求，无论哪一项目建设均不能打破绿地总量平衡的局面，随意排放未经处理污水的行为应承担对应的惩罚。人口规模超过50人的村庄就必须进行污水处理，设置污水处理设施亦或者采用生物技术对水质进行净化处理。德国的乡镇政府一般都建有污水处理厂。为了改造村镇的居住环境，提高舒适度，即使是最小的村镇也都具备大城市所具有的基础设施。科学的城镇规划和系统的环境保护相结合，创造了优美的自然环境。德国将村镇规划提高到了立法层面，实现环境与经济的和谐发展。对不同村镇在发展能力上的差异，国家往往采用政府补助和鼓励引入资金建设环境保护设施，加快发展环保经济。在整个法律体系中环境保护占据了重要的位置，环境保护的相关法律法规制约着社会发展的全过程。早在上世纪70年代，农村污水治理就引起了日本政府的关注，并为其提供约30%的财政扶持，用以促进农村生活污水以及垃圾处理设施的逐步完全。上世界八十年代日本加强了村镇下水道系统的建设。并通过小型污水处理厂处理。日本的污水处理设施建设费用摊比相对恒定，通过中央以及地方政府直接拨款的形式对污水处理设施进行统一建设[19]。从分散式污水处理设备的角度来看，以净化槽为代表的分散式设施享受政府的补贴政策，区域政府为主导的建设项目中，受益人仅仅出资10%，地方政府出资75%。日本为促进农村生活污水治理，实施一套有别于城市的法规与政策，在城市通过“公共下水道”汇集污水输送污水处理场处理，在乡村实施以农村地区为对象的“农村村落排水”和在房屋分散地区的“合并处理槽”的处理模式。通过政府主导、居民配合、第三方环保企业的配合，形成相对完善和有效的农村污水处理模式。澳大利亚CSIRO的专家通过不断的努力提出了一种集暗管排水、土地治理以及过滤等多重功能于一体的污水再利用系统，也就是“FILTER”污水处理系统，又有着“非尔脱高效、持续性污水灌溉新技术”的称谓，这一系统不仅有效的保证了农作物关于水养的需要，同时对氮磷的去除效果也非常明显。该系统以污水灌溉为载体实现了污水处理的目标，取得了污水量减少、污染物降低的双赢局面，使存在于污水中以钾元素为代表的各类有害物质含量得以降低，从根本上解决了污水对于水体的负面影响[24]。可满足作物对水分与养分的需求，该系统对于10 第2章村镇污水处理发展的政策和现状CODcr的去除率为75%-86%；对BOD5的去除率为93%；对TN的去除率为82%-86%；对于TP的处理率更是高达97%-99%。其最大特征集中表现为经灌溉处理的污水均通过暗管流出，实现集中，并在水泵的支撑下，就暗管以上的地下水位以及暗管排量进行把控。韩国主流污水处理系统为湿地污水处理系统。韩国用水总量之中，农业用水量占一半以上。作为最具代表性的春旱气候国家，韩国通过废水稳定塘与人工湿地相结合的方式进行土地处理技术的优化，春旱用水需求难以满足时可通过稳定塘内储水进行补足。韩国农民的居住集中性相对较弱，污水集中处理系统项目建设的成本过高，便捷、体积小的污水处理系统更能保障农村污水处理需求的满足。但其最大的弊端则体现在土地需求量过大，同时还要受到气温、季节影响。通过稳定塘同人工湿地相结合的方式实现污水处理目标并真正应用于农业领域内，是集中性不强的农村地区解决水资源匮乏与水体保护的有效手段。该系统一般由生长在其上的沼生植物(芦苇、香蒲、灯心草和大麻等)和人工基质(例如多为碎石)组成，是一种相对特殊的由土壤、植物以及微生物共同构成的生态体系，在不同构成要素的综合作用下，就存在于污水中的毒害物质进行过滤以及处理，进而保证污水处理目标的实现[20]。提出了一种湿地污水处理系统，通过微生物作用进行由有害向无害的转变，通过土壤或湿地进行污水中毒害性的过滤或重吸收。这种方法需要的能源少，维护的成本低。当前已被应用于诸多国家，包括欧洲、北美以及澳大利亚等。11 天津大学硕士学位论文12 第3章村镇污水处理技术工艺第3章村镇污水处理技术工艺3.1村镇污水处理技术工艺3.1.1污水处理方法物理处理、化学处理或生物处理是几种常用的污水处理方法，污水处理也可分为一级、二级和三级处理。各级处理常用方法及主要作用见下表。表3-1农村生活污水处理原理和主要处理方法类型主要污染物去除种类常用的方法一级处理悬浮物及漂浮固体杂质格栅、沉淀池、沉砂池胶体、易降解有机物、部分无机二级处理活性污泥法、生物膜法污染物难降解有机物混凝、吸附、电解、膜系统等三级处理氮磷等混凝沉淀、离子交换病毒细菌消毒杀菌3.1.2典型的工艺技术（1）氧化沟工艺氧化沟是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。其曝气设备为转刷，设置在氧化沟的直段上，转刷旋转，推动混合液在池内循环流动，并使活性污泥处于悬浮状态[21]。通常污水在反应池内循环几十圈后才能流出沟外。工艺流程如图3-1所示：污水粗格栅进水泵房细格栅沉砂池出水排消毒池二沉池氧化沟放图3-1氧化沟工艺流程13 天津大学硕士学位论文卡鲁塞尔氧化沟这种系统是在Carrousel氧化沟前增加了一个缺氧区和厌氧区。全部回流污泥和10%~30%的污水进入缺氧区，可将回流污泥中残留的硝酸氮在缺氧和10%~30%碳源条件下完成反硝化，为以后的厌氧池创造缺氧条件。同时，缺氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA，聚磷菌获得VFA将其同化成PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。缺氧区出水进入内部安装搅拌器的厌氧区，在厌氧区混合液既无分子氧也无化合物氧(硝酸根)，此时，70%~90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。厌氧区后接普通Carrousel系统，进一步完成去除BOD、脱氮和除磷[22]。最后，混合液在好氧区排出，在好氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，剩余污泥排出系统。这样，在Carrousel系统内，较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。工艺流程如下图3-2所示。图3-2Carrousel氧化沟示意图（2）SBR工艺间歇式活性污泥处理系统(SBR)技术是活性污泥法的一种，去除污染物的机理与传统的活性污泥法完全一致，但其操作过程又与活性污泥法完全不同。SBR作为序批式活性污泥法兼有推流、厌氧—好氧操作、间断进水的特点。它与传统的充放式曝气池不同。从进水方式看，可以是间歇的，也可以是连续的。而排水一般是间歇的；从曝气方式看，可以采用充水期不曝气的限制曝气方式、充水期曝气的非限制曝气方式或充水后期曝气的半限制曝气方式。流程如图3-3所示。污水粗格栅进水泵房细格栅出水排放消毒池CASS/SBR水解酸化池图3-3污水处理工艺流程(SBR)14 第3章村镇污水处理技术工艺CASS工艺的主体为间歇式反应器，而活性污泥法在此反应器内按照曝气、非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行。CASS工艺一般包括进水：流入、反应、沉淀、排放、闲置等工序。CASS工艺反应池一般包括三个区：第一区(生物选择区)、第二区(预反应区)和第三区(主反应区)。CASS工艺平面图如图3-4所示，对于处理生活污水的CASS池，三个区的大小比例一般以1:2:17为宜[23]。图3-4CASS工艺示意图污水从生物选择区进入CASS池内，在这里与来自于主反应区的回流污泥(回流比约为20%)充分混合，通过酶反应机理，废水中的溶解性可降解有机物被迅速去除，有机底物被转化为微生物细胞内物质，如糖原质、PHB等。由于来自于主反应区的回流污泥经过充分的好氧代谢，微生物多处于内源呼吸阶段，因此具有很强的活性，对有机物的吸附、降解作用十分明显。由于生物选择区内微生物处于高有机底物浓度环境，使得絮状微生物处于支配地位，从而抑制了丝状菌的生长，有效地防止了污泥膨胀。生物选择区可以根据不同的情况设置在厌氧、缺氧或好氧条件下运行[24]。通常在以脱氮除磷为目的的处理工艺中，选择区在缺氧—厌氧条件下运行；如果以去除废水中有机污染物为目的，则一般选择在好氧条件下运行。经过生物选择区后，污水依次经过预反应区和主反应区。预反应区和主反应区反应条件相似，DO一般控制在0~2.5mg/L间以确保同步硝化反硝化的进行以及磷的吸放。预反应区的有机负荷比主反应区高，不仅具有辅助厌氧或兼氧条件下生物选择的功能，还具有对进水水质水量变化的缓冲作用，如果在非曝气期间停止进水则可以省去预反应区。预反应区、主反应区微生物通过供氧调解，反复经过缺氧-好氧-厌氧的状态，ORP约在-150~100mV之间。主反应区是完成生物降解和泥水分离的主要场所，在一个周期中完成有机物降解、硝化、反硝化及磷的吸收[25]。最后清水通过滗水器排出池外。（3）A-A-O工艺在厌氧/好氧除磷系统和缺氧/好氧脱氮系统原理的基础上，人们提出的15 天津大学硕士学位论文A-A-O污水处理系统，即将两个处理系统结合起来，使污水经过厌氧(Anaerobic)、缺氧(Anoxic)及好氧(Oxic)三个生物处理过程，达到同时去除BOD、氮和磷的目的。除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸附两个过程完成的。污水进入厌氧池使污泥中的好氧微生物处于压抑状态，以释放出贮存在菌体内的多聚磷酸盐，同时释放出能量，可供处于压抑状态下生物活动的需要。聚磷细胞厌氧释放的前提是水中既无分子态氧又无结合态氧，在厌氧状态下。聚磷细胞中磷的释放越充分，体内贮存的聚—β羟基丁酸盐也越多，进入好氧状态后磷的吸收量也越大。有试验资料表明，厌氧状态下每释放1mg磷，进入好氧状态后就可吸收2.0一2.4mg磷[26]。细胞内吸收了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除磷过程。脱氮过程为零级反应，反硝化速率与水中硝态氮浓度无关，因此为充分利用水中有机质，一般均采用前置缺氧脱氮流程。硝态氮由硝化后的混合液回流提供。具体工艺流程如图3-5所示。污水粗格栅进水泵房细格栅沉砂池水水水出水消毒单元二沉池曝气池缺氧池厌氧池图3-5A-A-O污水处理工艺流程传统的A-A-O工艺流程是：污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs；回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs，并在体内储存PHB；进入缺氧区，反硝化细菌利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮；接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖[26]。最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部分回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其它同类工艺，且在厌氧-缺氧-好养交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。A-A-O工艺流程如图3-6所示。16 第3章村镇污水处理技术工艺图3-6A-A-O工艺流程示意（4）化粪池化粪池是一种发明的较早厌氧反应器，一般多用于生活污水的初级处理阶段，它利用厌氧发酵原理和沉淀去除部分有机物和固体物质。目前化粪池在我国得到广泛应用，用来降低对市政处理系统的冲击负荷，以确保市政管网的平稳，污水处理站的运转稳定。化粪池中的沉淀物需要定期清理外运也可以用作肥料。化粪池可以单独使用也可以与其他工艺一起综合使用[27]。化粪池的优点有：结构建设简单、建造与维护成本低、耐冲击能力强等。缺点有：水力停留时间较短、系统的处理效果受季节温度变化影响明显、反应效果较差、反应不充分等。（5）人工湿地人工湿地系统主要是通过吸附、滞留、降解、过滤、沉淀、微生物代谢分解等方式对污水中污染物进行处理，达到净化水质的目的。目前在低洼、湿地地区人工湿地处理技术应用较为广泛。人工湿地系统在欧美国家广泛应用，效果显著。人工湿地系统与常规的污水处理系统相比较，人工湿地系统具有明显的优点：建设投资成本低、后期运营成本低、处理高效、低能耗、适应性强、抗冲击能力强、净化水质稳定等特点。主要的缺点是：需要占用大面积的土地，气温高时有可能还会出现腐烂性气味。污水湿地处理系统又有两个系统共同构成，分别为人工湿地处理系统；自然湿地处理系统。其中人工湿地系统又进一步包括下列三个系统：表面流人工湿地是通过植物根茎的拦截和微生物代谢作用去除污染物，一般采用大型植物加碎石床组。水位一般较浅，污水在湿地表面流动。主要依靠自然作用，无外界动力作用，易堵塞。表面流湿地系统COD浓度为200mg/l时去除率可达75%、总氮浓度为40mg/l时去除率可达75%、总磷浓度为5mg/l时去除率可达73%。此系统的投资少、运行费用低、操作简单便捷，但同时存在着占地面积较大、卫生条件较差、净化能力不足、受季节温度变化影响较大等明显缺点[28]。水平流人工湿地系统，原理是利用基质的过滤作用、吸附作用、和生物膜作用达到净化水质的目的。对可降解性有机物和重金属去除效果明显。污水在基质表17 天津大学硕士学位论文面以下水平流动，受气候变化温度变化影响较小，对基质组成要求较高，投资相对较大。总氮的去除率可达3.3g/(㎡/d)、氨氮的去除率可达3.5g/(㎡/d)、有机物的去除率可达29.3g/(㎡/d)[29]。垂直流人工湿地系统，垂直流人工湿地系统更好的发挥了基质的过滤和吸附作用，大大的提高了氨氮的处理效率。按水流方向一般分为上流式（水流由下而上）和下流式（水流由上而下）两种，将表面流和潜流两种系统的优点相结合，对于各种污染物的处理效果也更加明显。但是集水系统复杂、建设投资大、后期运营管理复杂费用较高。一般可以根据具体的试验资料参数确定人工湿地系统的主要设计参数，无试验资料数据时可以根据经验数据或者按表3-2中的相关参数取值。表3-2人工湿地系统基本设计参数生化需氧量负荷水力停留时间水力负荷采用的类型kg/(h㎡.d)dm³/(㎡.d)表面流式人工湿地系统14～515～9＜0.1水平潜流式人工湿地系统81～1211～4＜0.5垂直流式人工湿地系统80～1211～4＜1（6）地下土壤渗滤系统地下土壤渗滤净化系统的应用性更强，大都是以几户或十余户为单位。这一系统的理论研究以及实践运用已经引起了诸多国家的关注，包括美、日、澳等国。该技术对于总磷、悬浮物、大肠杆菌以及氨氮的去除率提出了较高的要求，大都需控制在80%以上[30]。污水的土地处理系统是19世纪德国本兹劳利用土地处理污水及污泥。按照预先设定好的方案将污水通过某种构造排放到距地半米左右且扩散性较好的土层之中。以自然生态原理为根本，通过实用性与工程性的进一步强化而建立起的规模不大的创新性污水处理系统。所排放污水经由水管周边砂层以及碎石的处理，以土壤毛管为依托扩展到周边土层之中[31]。水质净化效果非常好，停留时间长且稳定。该系统通过精心设计的渗透沟进行污染排放，在化学、物理反应连同植物吸收等多种手段的共同作用下实现污水的净化与处理。目前污水处理土地系统在我国沈阳、北京昌平等地已经成功应用。清华大学在农村土地应用推广中建议使用土壤渗滤系统，处理效果良好。实现了设施建构、净化方式等环节的系统性与规范性，并建立起匹配的技术标准。所以，基于农村地区水资源匮乏问题的逐步严峻、污水处理需求的持续扩张，此种技术不仅有着极为显著的技术优势，在经济方面的价值同样不容小觑。污水流经土壤得以净化，其净化机理多种作用、多种过程综合作用。表层土壤内含有不计其数的微生物，作物根18 第3章村镇污水处理技术工艺区的好氧性较强，通过分解、过滤等方式就污水中所含的有毒物质进行处理，因此同污水慢速渗滤处理系统对比而言，地下渗滤处理工作有着一定的共性。受负荷低的影响，土壤处理系统又进一步划分成四种类型，分别为慢速渗透、地下渗透、快速渗透以及地表漫流。地下土壤渗透净化系统建设难度较小，后期维护简单，运行成本低同时投资方面的优势也极为显著[32]。直接在地下进行处理装置的摆放，不仅无不良气味产生，同时不会对景观产生负面影响。新农村建设过程中，最常用的污水处理技术当属好氧生物处理系统。此种处理方式存在多样化的工艺，且各有利弊，应同客观情况相结合，通过系统性的对比与分析选择更为恰当的方案，强调性价比上的优势。具体设计参数见表3-3。同自然处理法对比而言，生物处理系统的用地需求较小，对于以气候为代表的外界因素的抵御水平较高，对于建设选址的要求较低，处理率强、处理稳定。然而在成本以及投资方式的劣势却远大于自然处理系统。其工艺主要包括如下几种：生物接触氧化、氧化沟、曝气生物滤池、MBR等，所谓生物处理法即在以风机为代表的相关设备的支持下提高污水内的含氧量，进而微生物以及有益菌种的培养，在此类微生物以及菌种的作用下实现污水中毒害物质向无毒物质的还变，并产生一定的细胞物质，为微生物生长的物质需求提供保证，并以污泥形式排出。最具代表性的当属SBR法，实现了排水、沉淀等多种功能的有机结合，自由转换完全取代了传统物流回流设备的作用，使得建设成本得到了有效控制：A-A-O法的功能集中体现在除磷、除氮方面，还包括以膜生物反应器处理为代表的多重工艺。好氧以及厌氧物生物均在宿体表面寄生，进行建立起用于毒害物处理的生物膜，最终达到污水处理的目标。表3-3土壤处理系统的主要设计参数处理系统模式相关参数（年水力负荷m³/㎡.a）慢速渗滤处理系统0.55快速渗滤处理系统5～120地表漫流系统3～20自20世纪80年代起，厌氧生物处理方法在国内污水处理领域内的研发与应用工作逐步拉开序幕。厌氧生物滤池是美国1967年在生物滤池的基础上开发研制出的一种内部装有填料的厌氧反应器[33]。厌氧滤池根据水流方式不同可分为：升流式和降流式两种。当前从技术的层面上，厌氧生物法依然面临的来自多方面的挑战，集中体现为生物处理率不理想，其中以氮磷去除最为典型，从某种角度来讲对其实际运用造成了消极影响。无动力的埋式生活污水处理装置有着相对好19 天津大学硕士学位论文氧处理更高的基础投资需求，但日常运营过程无需任何成本。比如以无动力厌氧生物膜技术为根本的无动力埋式生活污水处理装置，不仅工艺复杂性较弱，同时耗能量较低，且均掩藏于地表之下，省去了人工看管之繁琐。（7）稳定塘通过天然净化能力进行污水处理工作的构筑物统称之稳定塘，其有着生物塘以及氧化塘之称。同自然水体净化过程对比而言，稳定塘的净化是在人工的作用下实现土地向池塘的转变，并在周边设置防渗层以及围栏，通过塘水自生的微生物用于污水治理。20世纪50年代，稳定塘技术研究已经在国内拉开序幕。稳定塘最初的动力来源为太阳能，将水生植物种养于稳定塘之中，通过水禽以及水产养殖打造非天然的生态系统，在太阳能的作用下，稳定塘内不同的食物链各自发生对应的能量转化以及物质转移对塘内污水进行处理，使其毒害物转化成无毒物，有效的降低了污染物含量，并以水产水禽等生产资料的形式进行重吸收，同时经处理的污水也可以再生资源投入与其他领域之中，有效结合污水处理以及再利用两个过程，打造资源型的污水处理。以传统稳定塘为根本进行高效藻类的改进有着传统稳定塘所不及的生物数量，并进行了搅拌装置的新增，提高污水混合能力；就塘内CO2以及O2的含量进行抑制，从而达到以有机物为代表的各类物质去除的目的[34]。包括光照在内的外界环境同高效藻类间存在着十分紧密的联系。当前常见的稳定塘共包括四种，分别为厌氧塘、好氧塘、曝气塘以及兼性塘。在藻类以及菌类的共同努力下就废水中的毒害物进行去除。具体设计参数如表3-4所示。表3-4稳定塘设计参数（农村生活污水处理）相关设计参数曝气塘好氧塘兼性塘厌氧塘深度m1～4.50.6～1.21～2.53～5停留时间d2～102～67～3030～50五日生化需氧量负荷率g/（㎡.d）30～6010～202～1030～100五日生化需氧量去除率%55～8880～9575～9050～70稳定塘污水处理系统的优势极为显著，包括投资低、成本低、后期维保简单，对于存在于污水中的有毒物有着良好的处理作用、操作便捷、省去了污染处理麻烦等等。同夏季对比而言，污水在冬季的停留时间提升了100%[35]，夏季水温大都控制在18-25度之间，且流速较高，毒害物去除效果更为量[36]。缺点有：占地面积过于多、会造成二次污染、气候对稳定塘的处理效果影响较大、污泥不易排出和处理利用、易产生臭味和滋生蚊蝇。它的主要优点有：结构单一、费用低廉；20 第3章村镇污水处理技术工艺有利于污水回收利用以及资源化的提升；处理能耗需求力小，便于运行维保，成本低；美化环境，形成生态景观；不过产生过多的污泥；对于污水波动的承载能力较强，同时抗冲击性以及适应性优势极为显著[37]。3.2常用村镇生活污水处理技术对比及工艺推荐3.2.1常用村镇生活污水处理技术对比农村地区污水处理工艺技术的应用缺乏适宜性，技术管理水平较低。污水处理工艺的选择应结合村镇污水的特点，同时应考虑各地区不同的自然环境和经济承受能力等。几种常用村镇污水处理技术对比如表3-5所示。表3-5常用村镇生活污水处理技术对比工艺使用农村适宜建设费用运行费用动力情况适宜规模地区（元/吨）（元/吨）生物接使用动力（可利50吨/日平原、半山区农村、环境7000~150000.6~1.2触氧化用地势高差减少以上敏感区等曝气量）A/O使用动力（可利25~200吨平原、半山区农村、环境3000~50000.5~1工艺用地势高差充/日以上敏感区等氧）人工微动力、无动力150吨/日半山区、山区、海岛农村2000~40000.3~0.8湿地以上等土壤无动力、微动力50吨/日以土壤渗透性较强、沙壤或2500~30000.4~0.6处理上（未经人沙土农村地区，非敏感区工强化）等氧化塘微动力、无动力100吨/日平原、半山区农村、非敏2000~25000.1~0.3以上感区厌氧无动力、微动力10~200吨/半山区、山区农村900~20000.2~0.4处理日以上户用无动力多为8立方平原、半山区农村500~600≈0沼气池米化粪池无动力2~100立方平原、山区、半山区、海300~500≈0米岛农村等21 天津大学硕士学位论文3.2.2工艺推荐（1）集中/相对集中型农村生活污水处理设施工艺推荐1）预处理+厌氧好氧生物处理+生态处理：以各户化粪池、沼气池为预处理设施，利用厌氧及好氧微生物分解污水中大部分有机污染物后，将余水通过人工湿地、氧化塘等生态化处理方式，进一步降低水中氮磷浓度，确保出水水质达标。2）预处理+生物接触氧化：以各户化粪池、沼气池为预处理设施，并将污水浸没全部填料，通过曝气充氧，使氧气、污水和填料三项充分接触，填料上附着生长的微生物可有效地去除污水中的悬浮物、有机物、氨氮、总氮等污染物。用地较为紧张地区或对景观环境要求较高的地区可采用地埋式一体化设施。3）预处理+A/O：以各户化粪池、沼气池为预处理设施，利用厌氧微生物分解污水中的有机污染物，强化厌氧生化处理效果。微动力好氧池利用微动力设备引入空气，在池内形成好氧状态，利用好氧微生物的净化功能，实现对污水中某些小分子有机物以及氮磷的去除。用地较为紧张地区或对景观环境要求较高的地区可采用地埋式一体化设施。4）预处理+多级厌氧池+人工湿地/氧化塘：以各户化粪池、沼气池为预处理设施，主体工艺将厌氧生化与人工湿地、氧化塘等生态处理工艺相结合，利用厌氧微生物分解污水中的有机污染物，去除悬浮物，然后利用人工湿地、氧化塘内植物根系的吸附、拦截、吸收、降解等净化功能，对污水进一步处理。5）预处理+单级/多级厌氧池+土壤处理：以各户化粪池、沼气池为预处理设施，主体工艺将厌氧生化与土壤处理相结合，污水在土壤渗滤过程中通过微生物及植物系统的物理、化学、生物等处理作用，达到净化效果。（2）分散型农村生活污水处理设施工艺推荐1）化粪池、沼气池（预处理设施）：利用化粪池、沼气池对农户生活污水进行预处理，此工艺在我国农村厕所改造过程中使用较多，经过化粪池或沼气池处理后的污水可进行农用，因此适合对粪便或沼气能有需求的农户。但化粪池或沼气池出水中污染物浓度较高，因此不宜直接排入村落周边水系。采用此方式处理生活污水时。应防止雨水进入化粪池或沼气池造成池体内的污水溢出。2）预处理设施+小型厌氧池+土壤处理：采用化粪池、沼气池预处理过的生活污水，如果不被农用或农用量较少时，会产生一定量污水外排，可利用土壤渗滤处理方式对生活污水进一步处理。由于化粪池或沼气池出水浓度较高，可在预处理设施后、土壤处理单元之前增设小型厌氧池，以降低土壤渗滤的负荷。22 第4章污水处理设施的建设与运营管理第4章污水处理设施的建设与运营管理4.1污水处理设施的建设4.1.1村镇污水处理设施的建设主要影响因素污水处理设施的建设是村镇的基础建设，村镇污水处理设施建设需要综合考虑设计、施工、监管和运营管理等多方面[38]。村镇污水处理建设综合考虑因素如下图4-1所示：4.1.2设施的设计图4-1污水处理设施效果主要影响因素23 天津大学硕士学位论文4.1.2村镇污水处理设施设计（1）设计原则主要包括：遵循国家相关的法律法规；遵循村镇发展的整体规划；全面规划、因地制宜，根据当地的自然环境和农业发展进行切合实际的规划建设；坚持经济合理原则，以节省投资、降低运营费用寻求最佳经济指标；治理设施和管网系统同步建设，优化布局节约土地资源。（2）设计步骤主要包括：设计前期工作，主要为前期调查工作及可行性研究；初步设计，主要工作包括设计说明书、工程量、材料与设备、工程概算等；施工图设计，施工图设计以初步设计和说明书为依据，每张图纸都要精确绘制保障后期施工人员能够按图施工。（3）水质水量的确定：进水水质是工程设计的基本参数，进水水质的确定对于工艺的选择和污染治理设施的建设有着重要意义。典型的村镇污水中的各类主要污染物浓度范围大概为：BOD：100-150mg/l、COD：100-150mg/l、SS：均值为200mg/l左右、氨氮介于30-50mg/l、总磷、1-10mg/l[39]。村镇污水的设计相对于城市来说更加复杂，不同的经济生活水平、不同的收集系统、不同的季节进水水质不尽相同。因此在设计进水水质时要充分调查研究，在专业的分析基础上反复论证后确定。设计水量对于污水处理来说十分重要，只有确定了水量才能确定设施的规模、和处理构筑物大小以及相关配套设施的选择。村镇污水处理设施的设计水量为平均日处理量。确定村镇污水处理设施的设计水量时应对以下几个主要因素进行分析：村镇农民用水定额、村镇人口、管网系统、村镇排水机制、规划使用年限等等。而且在水位较高地区还应该考虑深入地下水水量，具体需要根据项目实际进行测定确定。一般排水量按照用水定额的百分之八十计算（根据《室外给排水设计规范》），农村地区生活用水量如表4-1所示。表4-1农村居民生活用水量及排水量取值单位：L/（人·d）区位村庄类型用水量排水量城郊经济情况相对理想，室内卫生设施较为完善120～150980平原经济情况相对理想，室内卫生设施较为完善90～12079半山区经济情况一般，室内卫生设施相对简单80～10069山区无处理设施60～906124 第4章污水处理设施的建设与运营管理4.1.3管网系统的布置污染治理设施以及管网收集系统是构成村镇污水处理系统的两个重要组成部分，村镇污水的收集系统就是将村庄各个用户分散的污水进行收集。目前大多数采用截留式合流制。随着村镇的不断发展，许多现有的排水设施已经不能满足正常使用，还有大部分村镇没有排水设施。合理的选择排水机制，是村镇排水系统规划和设计的重要内容。排水管网的规划制定应符合村镇的总体规划和区域规划。不仅同排水系统的设计与管理存在紧密关联，同时也深刻的影响着村镇规划与环保工作。污水管网的建设应考虑如下几个方面：系统规划、合理设计、厂区同步建设、区域经济条件等[40]。4.2污水处理设施的运营管理4.2.1运营市场化村镇污水处理设施是一项惠民工程，只有真正的运行起来才能体现其价值。污染治理设施的关键在于运营管理，即“三分建设，七分维护”与“建管并用，以用为本”。中国村镇污水处理行业市场化，需要更多项目模式相互租用与中国村镇污水处理设施建设运营工作。从本质上讲，所谓水务行业的市场化即政府借助市场化决策促进服务市场性及专业性能力的不断增强。政府实现了污水治理工作中的角色转移，即由传统意义上的全面负责从建设到服务整个过程的服务主体转变成进行公共服务供应的公共管理主体。从村镇污水处理的角度来讲，现阶段我国依然存在着严重问题，包括政策体系不完善、运营监管不彻底等。单纯依靠多元渠道进行资金的筹措是远远不够的，还应通过专业性、市场性以及集约性的提升实现运营成本的有效控制，因地制宜同当地客观情况相结合，并充分发挥政府作用，合理分配市场资源，从而最终解决村镇污水处理存在的基础设施短缺，并减轻财政负担[41]。从供给以及生产两个角度入手进行村镇污水治理，并就政府乃至市场的权责予以明确，政府在监管以及公共决策的支持下稳定供需关系，推进生产市场化能力的提升，保证城镇污水处理资金需求，促进资源利用率以及运营有效性的提升。大多数发达国家村镇多采用集中理方式和分散处理方式。同污水集中处理对比来讲，分散处理不仅投资少、对于技术的要求较低，同时处理规模也不大，以国外经验为根本，可从三个角度入手推进分散污水处理的市场化建设，分别为配套服务、设施建设以及设施运行，降低监管的难度以及减少监管数量，因地制宜25 天津大学硕士学位论文的建构农村污水治理机构或专业服务团队，通过集约化手段就地区分散污水治理设施进行建设与维护，可以解决运营效率、资金不足的问题。通过集约化能力的提升，监管工作的范畴得以扩张，实现了由单个业主或设施的监管逐步扩张为对区域内专门性服务机构或企业的监管，能够使分散处理中营运的不确定性以及运行管理专业性不足的问题得到妥善处理[42]。较适宜于在技术扶持情况下或排他服务合作私有私营状态下社区同用户通过协商进行处理。《世界发展报告》就常见的污水治理市场化模式进行了介绍，分别为私有私营、公有公营、公有私营以及社区资自助[48]。结合我国的基本国情，适用于私有私营模式并不合理，然而进行类似于将污水处理设施运营管理工作交由村委会自主负责的社区自助模式适应也不太合理。所以从我国村镇的客观情况入手，同全球发达国家的先进经验相结合，共列举了同我国基本国情相吻合的三种市场化管理模式[43]：（1）管理合同模式：公有公营模式下的部分问题通过管理合同得到了有效解决，其根本目的在于通过以服务合同为代表的各种合同形式使民营企业切实为污水治理工作做出贡献，促进竞争，进而带动运营效能的提升。从民营企业中获得一些特殊的技术和经验，管理合同是指为了降低运营成本，由民营企业切实承担部分设施运营的具体职责。世界银行发展报告就管理合同的概念进行了界定，即为充分调动企业关于设施运营管理的参与积极性，政府逐步实现管理权的下放，由民营企业对设施经营的整个管理过程负责，第三方服务企业进行专业化市场化管理。总体上减少投资从而降低运营成本。该模式适用于村镇污水治理设施的运营与维护。专业的第三方服务性企业会专业的技术支持，为设施提供更加专业化的管理与维护。（2）供排水一体化模式：所谓供排水一体化模式也就是从供排水、污水处理以及循环利用等多个方面实现城市与村镇的有机结合，搭建供排水体系，并进行统筹管理。供排水一体化模式为典型的公有公营模式，无需市场化体系建设达到更高的能力，更适宜应用于市场化初级阶段。该模式共由两个部分构成，分别为供水费、排污费，共同征收使得农村污水费难以征收的情况得到了有效改善，为农村污水处理工作的资金需求满足提供了保证。这一模式实现市场化的关键在于政企分开，解决了政府不能为污水处理项目向银行等金融机构融资的体制问题。普遍来讲，农村污水处理融资、建设、运营以及维护环节中更适宜运用此种模式，其优势集中体现为：有效缓解了融资难度，很好的满足了农村污水治理工作的资金需求。基于供带动排，实现两者的共同发展。同污水处理对比而言，供水在投资回报率以及回收周期方面更具优势。伴随供排水一体化进程的深入，公司经济利益不仅与供水量相关，同排水量之间也存在着极为密切的关联，企业片26 第4章污水处理设施的建设与运营管理面追求供水量提升是不恰当的，还需从污水集中处理等方面进行综合性的考量。同时这一模式实现了建设、收费、巡查、运营、维修等供排水业务的有机结合，促进市场化的推荐提高了工作效率，节约了技术成本，提升了竞争力。（3）DBO(Design设计Build建造Operate运营)是公有私营模式：也就是政府对投资负责，而自设计开始直至维护的整个过程则由承包商予以承担，同时尊重政府的各相关规定与政策进行工程的推进。政府将在管理合同有效期满后重新成为资产的所有权者。DBO模式最显著的特征体现在实现了建设主体与运营主体的相对独立。从投资的角度来讲，政府为投资之主体，私人部门无需承担任何的融资风险。这种模式目前在国外应用很多[44]。现阶段全球最主流的基建方案就包括DBO模式，此种模式认为污水治理能力直接代表着私人部门的服务能力，并对此种服务提出了日趋专业化的要求。4.2.2设备维护与现场管理设备维护及现场管理主要有两方面进行。第一前期管理，也就是指由设备规划直至使用过程中的所有工作，包括设置设备管理规范、明确管理目标、采购、安装、调试、人员的培训、运行等工作[45]。第二后期管理主要包括设备的日常维护到设备报废更新整个过程中的工作，比如管理档案建设、常规的设备保养与维护、设备检查、维护等级以及故障检修等等。始终以严谨的工作态度来对待设备检修、设备养护，既是污水处理厂的常规性工作，更是保障设备正常运转的最有效方式。完善的管理制度不仅能严密监控设备的具体情况，第一时间发展设备问题，并快速做出反应解决问题[46]。建立定期安全监察制度，并抓好污水处理设备的定期维保以及常规维护工作，做到发现问题及时妥善处理，控制不良事故的发生，为现场运营人员提供安全保障[47]。4.3智能化互联的应用随着行业的不断发展“智能水务”应运而生，它将物联网、云端计算应用到污水处理运营管理平台中，是一种高效的发展模式。移动互联网的应用使污水处理行业向生产过程自动化、设施管理集约化、经营管理信息化发展。可将智能管理控制系统应用于村镇污水处理中，为污水处理运营企业提供了安全管理、稳定运行、设备管理等统一的信息服务平台。设施的实时生产运行状况的及时反馈，为不同的管理者提供及时准确的项目信息[45]。污水处理行业的持续发展对数字化信息化的平台依赖越来越大，水处理行业对智能的理念认知也在不断的增强，随着移动互联网的高速发展，借助于通讯技术、软件技术的应用，未来水务发展道27 天津大学硕士学位论文路将会越来越科技化[48]。运用互联网、物联网技术建立数字化服务平台，全方位的、立体的覆盖了农村生活污水处理设施的运营管理维护工作，实现了农村治理设施日常化、常态化、稳定化运行。该农村系统主要包括无人值守控制系统、生产数控服务平台和移动客户端三部分[49]。智能农村水系统管理平台如图4-2所示。图4-2智能农村水系统管理平台28 第5章天津市某村镇污水处理工程设计第5章天津市某村镇污水处理工程设计5.1项目概述5.1.1项目建设的必要性我国的水资源面临着两大主要问题：一是水资源短缺，二是水污染严重，并制约着我国总体经济的健康持续发展。尤其是基础设施和管理水平的落后抑制了农村地区居民生活质量的改善和提高，农村地区的水环境治理也成为我国环境综合治理的重要组成部分。《水污染防治行动计划》（以下简称“水十条”）工作中明确提出，以县级行政区域为单元，实行农村污水处理统一规划、统一建设、统一管理，有条件的地区积极推进城镇污水处理设施和服务向农村延伸。面对该区一些农村地区水环境质量较差、水生态损伤严重、水环境隐患问题普遍存在的现状，农村生活污水治理工程项目，是贯彻落实“水十条”工作的有效手段，是进一步推动统一思想、提高认识、明确目标、突出重点、强化措施、狠抓落实要求的具体体现；积极推进乡镇污水处理设施建设，为确保国控、省控断面水质稳定达标奠定坚实的基础。此外，通过本项目的实施，能够使该区大部分农村人居环境质量得到提升，并最终带动区域水环境水生态质量的整体改善，使农村居民充分体会到“水十条”等国家系列环保政策的益处。随着于桥水库上游水质恶化和库区周边面源负荷的日益极大，水库面临着水体富营养化的威胁，天津市供水安全问题不容忽视。天津市总体规划(2011-2020年)中提出要“加大对饮用水源保护区的保护力度；加快、协调城镇污水处理厂建设，合理调整布局，实现环境准入制度。村镇根据其具体情况确定排水体制及污水处理形式。”此外，将“推进农村生活污染治理”纳入重点工作，即结合新农村建设，积极争取国家扶持资金，因地制宜地开展农村生活污水和垃圾污染治理。基于村镇生活污水处理基础设施明显不足的现状，推进区域污水设施的统一规划、统一建设和统一管理，并对有条件的乡镇逐步建设污水处理设施；现有污水处理厂周边村镇的污水逐步纳入污水收集管网；对居住比较分散、经济条件较差村庄的生活污水，可采取分散式、低成本、易管理的方式进行处理；进而从源头实现农村生活污水治理，不断提高治污设施建设和运行水平，消除区域水环境安全隐患。综上所述，提高农村生活污水处理基础配套设施建设及管理水平，加快削减29 天津大学硕士学位论文入河污染物负荷，改善当地水生态与水环境质量，社会效益、环境效益、政策效益明显。5.1.2编制依据《市政公用工程设计文件编制深度规定》、《建设项目经济评价方法与参数》、《天津市国土江河综合整治滦河流域试点2014年度实施方案》、《中国节水技术政策大纲》、《全国农村环境污染防治规划纲要》、《全国生态示范区建设规划纲要》、《关于加强农村环境保护工作的意见》、《室外排水设计规范》、《村庄整治技术规范》、《村镇供水工程设计规范》、《农村生活污水治理项目建设与投资指南》、《村镇供水工程设计规范》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》、基础数据、技术资料等。5.1.3方案具体实施步骤（1）根据各村镇人口规模、地形条件等实际情况，计算其污水处理系统的设计水量，并确定其设计规模、进水水质；（2）根据处理系统出水的用途，确定其设计出水水质；（3）进行污水处理工艺优选，确定最佳工艺流程，进行达标可行性分析；5.1.4区域村镇概况项目所在区域位于天津市北部，地处燕山南麓与华北平原的交接地带，东连2遵化、玉田，西接三河、大厂、香河、平谷。面积1470km。该区属暖温带半湿润大陆性季风气候，全年四季分明，降雨年内分布不均，冬、春、秋三季受蒙古高压冷空气控制，气候干燥少雨雪，极易形成干旱，尤其是山区和丘陵区，更易干旱成灾，程度不同的春旱几乎年年发生；夏季受西太平洋副热带高压及温带气旋影响，降雨集中，7、8、9三个月的降雨量占年降雨量的80%以上，而且因受地形抬升作用的影响，夏季降雨多以暴雨的形式出现，又易暴雨成灾。区域境内河流均属蓟运河水系，一级河道3条：州河、泃河、蓟运河，总长度161km；二级河道12条：漳河、么河、辽运河、引辽入州、引漳入州、引秃入漳、引秃入泃、淋河、黎河、兰泉河、沙河、果河，总长115.34km，基本属于季节性河流，槽蓄容量444.08万m³。除一二级河道外，还有秦庄子排干、咀头排干、白塔子排干、永安庄排干、漳泗河排干、南河排干、庞家场干渠、大仇庄排干、甘八里排干、一线穿排干、高庄子排干等8条农村骨干渠道，总长度30 第5章天津市某村镇污水处理工程设计102.03km。该区有25个建制镇、1个乡、1个街道、949个行政村，农业户口约为78万人。2013年户籍人口84.82万人，其中非农业户口15.76万人，占总人口的16.6%，城镇化水平为41.58%，新城现状总人口20.4万人。目前该区共有772个建制村。经过统计常驻居民有593550人，最大接待能力为46259人。根据《室外排水设计规范》GB50014-2006、村庄整治技术规范》GB50445-2008、《村镇供水工程设计规范》SL687-2014以及《农村污水治理项目建设与投资指南》，人均日生活污水排放量为50L，排水量为31990.45m³/d，因此该项目污水治理规模为32856m³/d。5.1.5进水水质及排放要求（1）进水水质：处理系统进水来源为典型的农村生活污水，其各项污染物浓度指标如表5-1所示。表5-1本项目进水水质pHCODBOD5氨氮总氮总磷动植物油指标—mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L浓度6-93501803551314（3）排放要求：本方案设计中污水处理出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》DB12/599-2015中C类标准限值要求。具体要求如表5-2所示。表5-2项目处理出水水质限值序号项目最高允许排放浓度单位标准名称1pH6~9—《城镇污水处理厂污染物排放标准》DB12/599-20152BOD510mg/L中C类标准3COD50mg/L4氨氮（以N计）5(8)mg/L5总氮（以N计）15mg/L6总磷（以P计）0.5mg/L31 天津大学硕士学位论文5.2项目工艺方案的设计5.2.1工艺方案的比选原则（1）技术成熟可靠。采用技术成熟可靠的技术工艺，在常年处理运转中能保证运行稳定，出水水质达到相关水质要求。（2）操作简便，便于运行。由于项目涉及地域广泛，散布于众多自然村落，运行管理程序若太复杂，必然队对操作人员的技术水平要求高，这会大大增加项目运行人工成本。因此，所选工艺要便于运行，尽量降低运行复杂性。（3）能耗低，占地省。选择合理的工艺方案，布局紧凑，尽量减少占地，降低工程成本；选取节能设备，在满足项目需要的前提下，降低单位处理能耗，从而降低运行成本，提高环境效益的同时，降低经济投入。（4）避免二次污染，满足环境卫生要求。本项目的目标是改善水质，降低水中污染物，但在平面布置时，要充分考虑恶臭气体、噪声等对周边环境的影响，不产生二次污染。在高程布置和安装形式上，充分避免蚊蝇孳生地发生的环境。（5）与区域相关规划相协调。污水处理工程预选场址应位于村镇相对空旷、近期无规划利用的非农用地上，污水工程整体设计时，充分考虑村镇整体规划，除了满足水质净化功能，还要满足区域规划的总体要求，使污水处理工程建设与之相协调。5.2.2工艺论证及确定（1）污水水质指标分析根据项目要求，进水出水各主要污染指标浓度和去除率如表5-4所示。表5-3处理前后主要污染指标浓度和处理去除率mg/L序号项目进水水质地标C类标准排放限值去除率1PH6~96~9—2BOD51801094.4%3COD3505085.7%32 第5章天津市某村镇污水处理工程设计表5-3处理前后主要污染指标浓度和处理去除率mg/L（续）序号项目进水水质地标C类标准排放限值去除率4氨氮（已N计）355(8)85.7%（77.1%）5总氮（已N计）511570.6%6总磷（已P计）30.583.3%（2）水质污染特性分析BOD5/COD比值：污水BOD5/COD值是判定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法。一般认为BOD5/COD>0.45可生化性较好，BOD5/COD<0.3较难生化，BOD5/COD<0.25不易生化。分析蓟县农村典型生活污水进水水质BOD5=180mg/L，COD=350mg/L，BOD5/COD=180/350=0.51，其可生化性属于较好类型的城镇生活污水，因此本工程设计适宜于采用生物处理工艺进行污染治理。BOD5/TN（即C/N）比值：C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，但一般认为，C/N≥3.50才能进行有效脱氮。分析项目区域典型水质，C/N=180/51=3.52，满足生物脱氮要求。BOD5/TP比值：该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。一般认为该值要大于20，且比值越大，生物除磷效果越明显。根据本项目典型进水水质，BOD5/TP=180/3=60，满足采用生物除磷工艺的条件。综上所述，该区农村生活污水处理系统进水水质适宜于采用生化处理为主体工艺，去除有机污染物的同时，发挥生物脱氮除磷的效果。5.2.3主体工艺选择（1）传统活性污泥法在活性污泥法中目前国内外使用最多的是传统活性污泥法，但该法产生的污泥不够稳定，需进行污泥稳定处理，对于中小型废水处理工程，这部分投资和运行费用偏高，建设和管理单位难以筹措相应的资金，故本工艺在本方案中不予考虑。（2）好氧接触氧化法好氧接触氧化工艺，具备淹没式生物滤池特征，其工作原理是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物新陈代谢功能的作用下，污水中有机物得到去除，污水得到净化，所以好氧接触氧化工艺是介于普通活性污泥33 天津大学硕士学位论文法与生物滤池两者之间的生物处理技术。（3）MBBR好氧处理采用目前国内外先进的MBBR工艺，可以有效保证出水的处理效果。MBBR工艺可以在较小的池容下达到去除有机物和氨氮的目的。MBBR的工艺具有以下特点：1）占地面积小、减少工程投资：在生物填料填充率在一定填充比例和相同的污染负荷的条件下，MBBR生物处理池约占常规生物处理池（包括厌氧/缺氧/好氧）20%~30％的池容。2）操作灵活、运行稳定：由于MBBR生物池的设计可根据污染负荷的大小使其内生物填料的填充率控制在10%~67%之间，所以，当实际运行进水水质或水量发生变化时，只通过提高填料填充率，即可保证原设计生物池容不变的情况下，稳定提高出水水质。3）去除效率高：由于MBBR工艺中微生物膜的食物链较长，相对于传统活性污泥工艺具备耐冲击负荷强、剩余污泥少、无污泥膨胀现象发生的特点。温度变化对MBBR工艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响，当温度变化、污水成分发生变化、或污水毒性增加时，MBBR耐受力相对很强。因此，本工程拟采用MBBR工艺作为生物处理工艺。5.2.4深度处理工艺选择（1）人工湿地人工湿地主要由人工基质（填料）和水生植物组成，工艺机理即利用系统中“基质+水生植物+微生物”的物理、化学、生物的三重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。工艺示意图如下图5-1所示。人工湿地常用于农村分散地区、规模不大、对出水水质要求不高的地区。由于其建设费用低、运行成本低、维护相对简单等优点在农村地区曾有较大的推广。但目前随着城镇化的发展，居民对周围居住环境要求越来越严格，而人工湿地具有占地面积大、出水水质差、运行稳定性不好、周围环境恶劣等因素，现阶段不适合此工程设计方案中污水处理。34 第5章天津市某村镇污水处理工程设计图5-1人工湿地处理工艺示意图该项目区域存在用地紧张、紧邻村庄避免夏季恶臭气味、冬季气温低运行效果不佳、水量分散瞬时性强对湿地系统冲击负荷大等方面问题，故深度处理工艺不予考虑人工湿地。氧化塘、生物滤池等深度处理工艺存在类似问题，故也不予考虑。（2）MBR工艺膜-生物反应器（MBR）工艺，是一种将膜分离技术与传统污水生物处理工艺有机结合的高效污水处理与回用工艺，近年来在国际水处理技术领域日益得到广泛关注。膜分离设备放置在反应器中，将活性污泥和大分子有机物质截留。因此，反应器内活性污泥浓度有较大提高。此外，与传统活性污泥法比较，省掉了二沉池，缩短了水力留停时间，提高了处理效率，节省了污泥回流工序，降低了基建投资及运行费用。反应器示意图如图5-2所示。图5-2MBR膜反应器示意图35 天津大学硕士学位论文在本项目中，将MBR膜分离技术放置在生化工艺后端，会极大地强化反应器的深度处理功能，进一步削减处理水体中的有机污染物及悬浮物浓度，使出水达标成为现实。5.2.5整体工艺方案确定综合以上分析，本项目整体工艺方案采用“MBBR+MBR”高效双膜工艺，并考虑工程投资及冬季运行管理等方面因素，采用地埋式一体化设备形式。工艺流程如图5-3所示。......管网管网泵三格化粪池集水井调节池高效双膜一体化处理设备泵农用或绿化消毒区MBR反应区MBBR反应区空气污泥图例：污泥吸排钢砼结构碳钢防腐材质图5-3整体工艺流程图5.3典型方案介绍依据各镇不同村落特点，因地制宜，本工程项目共设三种处理模式，分别为：（1）集中处理模式：地域较独立，连片管网敷设难度较大的平原村庄及农户较集中的山区村庄，采用集中处理模式。即一个村庄一套或两套治理设施。处理设施工艺流程如图5-4所示。管网管网泵各户生活污水三格化粪池集水井调节池高效双膜一体化处理设备泵农用或绿化消毒区MBR反应区MBBR反应区空气污泥图例：污泥吸排钢砼结构碳钢防腐材质图5-4污水集中处理模式36 第5章天津市某村镇污水处理工程设计各户生活污水（厕所排水、厨房排水、盥洗排水、淋浴排水等）通过污水支管分别收集自流进入各自的三格化粪池，在三格化粪池内经过沉淀后通过污水管网汇流进入集水井，之后污水通过提升泵进入调节池。在调节池内，提升泵将污水提升至高效双膜一体化处理设备。为避免杂质沉积，调节池内应设搅拌装置。提升泵连续24小时运行，由PLC根据液位自动控制泵的起停，高液位泵起低液位泵停，同时具有超高液位报警功能。MBBR反应区出水自流至MBR反应区，进一步降解有机污染物及悬浮物。之后经过紫外消毒，出水水质能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》DB12/599-2015中C类标准要求，达标后用于农用或园林绿化等。（2）分散处理模式：针对山区村庄，农户居住较分散，不具全部管网敷设条件，采用分散收集、定期拉运、集中处理的模式。分散处理模式的工艺流程如图5-5所示。农户1农户2管网管网吸污车泵各自三格化粪池各自收集池集水井调节池农户3高效双膜一体化处理设备泵......农用或绿化消毒区MBR反应区MBBR反应区空气污泥图例：污泥吸排钢砼结构碳钢防腐材质图5-5污水分散处理模式各户生活污水（厕所排水、厨房排水、盥洗排水、淋浴排水等）通过污水支管收集自流进入三格化粪池，在三格化粪池内经过沉淀后自流排入各自的收集池进行存储，吸污车定期将污水运送至污水处理系统进行处理。污水处理工艺与“集中处理模式”模式相同。（3）连片处理模式：针对管网敷设条件较好的乡镇，将各村污水通过管网汇集，集中处理，既节约工程成本，又便于后期管理。具体工艺流程如图5-6所示。37 天津大学硕士学位论文村庄1村庄2管网管网泵各自三格化粪池集水井调节池村庄3高效双膜一体化处理设备泵......农用或绿化消毒区MBR反应区MBBR反应区空气污泥图例：污泥吸排钢砼结构碳钢防腐材质图5-6污水连片处理模式5.4总平面及竖向设计5.4.1平面设计处理设施布置应根据各建筑物和构筑物的功能和流程要求，结合地形、气候和地质条件，优化运行成本，便于施工、维护和管理等因素，经技术经济比较确定。本项目的平面设计中，主要需要考虑集水井、调节池、高效双膜一体化处理设施以及管线的布置，与村镇区域整体规划及常年主导风向的协调性。仅以某村为例，该村共有65户，常驻人口165人。本村农户居住较为集中，但与其他村庄距离较远，连片管网铺设难度较大，因此采用集中处理模式。此村庄建设一套治理设施。工艺流程如图5-7所示。污水化粪池集水井调节池MBBR农村或绿化消毒池MBR污泥吸排图5-7某村工艺处理流程38 第5章天津市某村镇污水处理工程设计平面布置应以污水处理系统为主体，其它各项设施按污水处理流程合理安排，确保相关设备发挥功效，保证设施运行稳定，维修方便，经济合理，安全卫生。根据该地区的常年主导风向及地势条件，结合该村整体规划布局，将设施建设选址定于该村西侧。设施选址位置及管道系统平面图布置如图5-8所示。图5-8某镇某村生活污水处理项目平面布置图5.4.2竖向设计竖向设计应充分考虑利用地形，并符合水流通畅、降低能耗、平衡土方的要求。为了降低前期投资和运行费用以及便于维护管理，生活污水的汇集处理尽量采取重力流。在单一重力流无法满足处理要求时，根据每个村的实际情况，加设提升泵等设备。本方案竖向设计如图5-9所示。39 天津大学硕士学位论文图5-9某村生活污水处理项目竖向设计示意图5.5村镇设施运营管理模式采用物联网技术，通过远程监控，使分散污水处理系统的现场控制变为远程控制，技术保障由一般人员服务变为专家远程服务，实现分散污水专家集中管理，最大程度减少对专业人才的需求，提高了系统服务的快速反应能力。每个站点根据实际情况配置相应口径的流量计、考勤机、继电器等设备，通过4信号及开关量信号接入数据采集终端，采集终端将采集到的设备经过处理后通过3G无线网络上传至管理平台水质分析设备系统初步考虑采用便携式在线水质分析仪，维护人员到每个点采集样本分析数据后接入数据采集终端上传至管理平台。采用视频监控方式全实时24小时不间断监控和录像。配置一台全景球机全方位监控站点的情况，另配置一台井下防水摄像机监控出水口水流情况，以便直观查看出水情况。运营管理模式示意图如图5-10所示。图5-10村镇污水运营管理模式图40 第5章天津市某村镇污水处理工程设计此运营管理模式有如下优点：（1）快速定位、精确展现：通过GPS定位后，在GIS系统上精确展现站点位置；快速添加站点及维护寻址；重要数据的即时展现。（2）数据采集、决策分析：实时采集排水口出水情况，在线采集水质数据，提供完整的数据报表和预警信息，为管理人员分析决策提供依据。（3）远程查看、节约成本：远程查看站点运行情况、维护情况、出水口水质、泵机运行状态等。（4）智能化管理、加强管控：出现异常情况，系统自动报警并通知相关人员以便及时处理。对站点维护工作进行考核。5.6效益评价由于污水处理工程为区域基础设施项目，以服务社会为主要目的，它既是生产部门必不可少的生产条件，又是改善环境的必要条件，对国民经济的贡献主要表现为外部效果，所产生的效益除部分经济效益可以定量计算外，大部分则表现为难以用货币量化的环境效益和社会效益。因此，应从系统观点出发，促进人民生活水准的提高和健康条件的改善。（1）环境效益该区域的农村目前大部分没有污水管网与污水处理站等污水收集及处理设施，大量未经处理的生活污水直接排入附近沟渠，通过渗透及地表径流严重污染了附近水体，导致水体的自净能力日益低下，使水环境受到威胁。通过村镇生活污水治理工程的实施，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》DB12/599-2015中C类标准，预计COD年削减量3435吨，氨氮年削减量343.5吨。本项目的实施，将有效改善该地区的生态环境，有效遏制面源污染的蔓延。（2）社会效益村镇生活污水治理工程建成后，将彻底解决农村生活污水无序排放、异味扰民、饮用水源地安全隐患等历史遗留问题，提高农村污水处理率、保护当地农村生态环境和区域水生态环境，改善农村生活条件，促进当地经济绿色可持续发展。41 天津大学硕士学位论文42 第6章结论与展望第6章结论与展望6.1结论本文将各工艺从处理规模、建造费用、运营费用等方面进行综合比较分析确定不同地区不同地貌特征村镇适合的工艺技术。本文以天津市某村镇生活污水治理项目为研究对象，分析处理工艺及运营管理模式。（1）集中/相对集中型农村生活污水处理设施工艺推荐，预处理+厌氧好氧生物处理+生态处理；预处理+生物接触氧化；预处理+多级厌氧池+人工湿地/氧化塘；预处理+单级/多级厌氧池+土壤处理。（2）分散型农村生活污水处理设施工艺推荐，化粪池、沼气池（预处理设施）；预处理设施+小型厌氧池+土壤处理。（3）针对该区域村镇污水处理模式可采用三种模式进行治理。集中处理模式：居民居住比较集中,相邻村庄难以实现管网连片铺设。分散处理模式：针对山区村庄，农户居住较分散。连片处理模式：针对管网敷设条件较好的乡镇，将各村污水通过管网汇集。可减少工程投资，且方便后期运营管。（4）该区域村镇生活污水治理工程采用“MBBR+MBR”高效双膜污水处理工艺，技术成熟可靠、经济可行。MBBR工艺可以有效保证出水的处理效果。可以在较小的池容下达到去除有机物和氨氮的目的。MBR膜分离技术放置在生化工艺后端，会极大地强化反应器的深度处理功能，进一步削减处理水体中的有机污染物及悬浮物浓度，进行深度处理，保证出水水质的达标排放。（5）专业化第三方管理企业为运营管理主体，将各个村庄的污染治理设施运营状况通过物联网技术及数据传输技术实时反馈到企业控制中心，对治理设施进行远程监控。6.2建议与展望（1）村镇污水处理设施建设及运营管理应多听取有关专家的意见和建议，有关论证、设计、施工要紧密配合，对于建设过程中出现的问题应用科学的方法进行分析、比较、论证。（2）村镇污水处理设施建设应严把质量关、保证工程质量的前提下，合理43 天津大学硕士学位论文科学地控制建设成本，努力降低造价，确保工程建设按期完成。44 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