加强型复合生物净化床处理村庄污水的工程设计

近年来，由于我国农村经济的发展和城镇化进程的不断推进，农村生活污水产生量不断增大，其特点是量大并逐年不断增加。据“2014农村·小城镇环境治理论坛”数据显示：6.74亿农村人口，250多万个自然村，60万个行政村，4万多个乡镇，每天的污水排放量高达3000多万吨。而目前中国建制镇整体污水的处理率尚不足20%，村庄污水处理率仅为7%。预计到2020年，我国农村污水排放量达到270亿吨。因此，农村地区的污水治理将成为下一阶段污染治理的重点。

自2014年1月1日起，北京地区实施了水污染物综合排放标准（DB11/307－2013）新地方标准，要求对于新建、扩建的村庄污水处理站设计出水必须满足新地标，传统污水处理技术已不能满足新的排放要求。因此，在北京某村新建的污水处理工程中采用了一套加强型复合生物净化床综合污水处理新技术。

通过项目现场踏勘，发现污水来源主要是来自村庄的厨房、卫生间等生活污水。污水来自方涵，经方涵后直接排入附近的人工湖，污染了人工湖的水体。基于这种现状，提出了通过新建一座生态污水处理站，将污水处理达标后回用，作为补充水源的方案。项目的处理水量为200m³/d，进水水质指标见表1，出水水质执行DB11/307－2013B类标准。

本工程排水特点为水质、水量不均衡，日变化较大。根据项目占地面积、技术先进性和操作管理等要求，经优化后确定如图1所示的工艺流程。原水首先进入一级前置处理装置（自动格栅间）并拦截去除污水中大块的垃圾等杂质，以防止后续设备的堵塞。为保持生物处理的稳定运行和处理效率，特增设了调节池。调节池出水自流至水解酸化池，在此实现了利用厌氧反应过程中水解和产酸过程来净化污水而摒弃了常规生化厌氧反应中的甲烷发酵过程。在此过程中，大量悬浮物水解成可溶性物质，大分子降解为小分子，增加了污水中溶解性COD的比例，提高了污水的可生化性并相应减少了反应时间和处理能耗。同时还避免了厌氧发酵产生的不良气味，从而改善了处理站的工作环境。水解酸化池出水自流进入接触氧化池，利用栖附在填料上的生物膜，通过鼓风曝气氧化过程利用生物膜中有益微生物菌（例如硝化菌）使氨氮转化为硝酸盐氮进一步降解污染物。二沉池出水进入中间水池再次得到澄清缓冲处理后自流进入复合生物净化床，通过人工级配介质、水生植物、微生物等沉降、过滤、吸附、微生物代谢、植物代谢等协同作用实现深度净化处理，最后达标排放。

在曝气调节池进水端安装自动格栅一台，主要用于拦截污水中大块的垃圾等杂质，以防止后续设备堵塞。按照室外排水设计规范（GN50014－2006）规范要求设置一道格栅时，栅条空隙不大于10mm。设计污水处理量8.33m³/h，选用自动格栅一台，型号为BG4820-2，设备宽600mm，栅隙2mm，安装角度70°，电机功率0.12kW，电机防护等级IP55，电机绝缘等级F级，每天24小时连续运行或间歇运行，外形尺寸600mm×800mm，重量50kg。

池体为玻璃钢结构，壁厚10mm，尺寸6.00m×4.50m×3.90m，有效水深3.40m，有效容积93.70m³，预曝气量为0.6～0.9m³/(m³· h)，空气曝气系统采用微孔曝气盘，规格215mm，数量45套，连接曝气盘管道采用ABS材质，规格DN32mm。

池体为玻璃钢结构，壁厚10mm，尺寸4.50m×2.00m×3.90m，有效水深3.30m，有效容积29.70m³， 水力停留时间为3.57h，COD容积负荷2.36kg/(m³·d)，内设潜水搅拌机1台，功率0.85kW。

池体为玻璃钢结构，壁厚10mm，尺寸10.0m×4.50m×3.90m，有效水深3.00m，有效容积135.00m³，接触反应时间5.34h，COD容积负荷0.41kg/(m³·d)。空气曝气系统采用微孔曝气盘，规格215mm，数量75套，连接曝气盘管道采用ABS材质，规格DN40mm。微生物载体采用弹性填料，直径Φ200mm，中心绳采用有塑料绳，填料层高度1.5m。气源采用回转式鼓风机，数量2台，1用1备，型号HC-50S，流量1.14～1.02m³/min，电机功率1.5kW，排风口径40mm，重量120kg。

池体为玻璃钢结构，壁厚10mm，尺寸4.50m×2.00m×3.90m，有效水深2.90m，有效容积26.10m³， 水力停留时间1.0h，表面负荷为1.0 m³/(m²·h)，回流比70%，内设污泥回流泵1台，型号WQ20-15-1.5。

储存斜板沉淀池自流来的上清液，作为二次沉降池，起到缓冲澄清作用，同时为处理出水进入复合生物净化床调节水量。池体为玻璃钢结构，尺寸4.50m×1.00m×3.90m，壁厚10mm，有效水深2.8m，水力停留时间1.5h。

复合生物净化床池体为空心砖砌体结构，尺寸600m²，防渗措施采用200g/1.0mm/200g复合土工膜，数量1200m²；布水开孔花管和集水开孔花管均采用UPVC给水管道，布水管道直径150mm，集中水管道200mm，通气管道直径100mm；复合生物净化床核心人工介质厚度1.2m，介质层分细粒介质层、大颗粒介质层、矿物填料介质层、有机物介质层等，细粒介质层主要起到保护防渗系统的作用，细粒介质层为细河沙，粒径1～2mm，铺设厚度10mm，复合土工膜上下两层各铺设厚度5mm，细河沙数量78m³；大颗粒介质层主要以砾石为主，粒径32～64mm，铺设厚度30mm，矿物填料介质层主要火山岩生物滤料、钙石、陶粒、白云石按照4:2:2:2级配而成，粒径16～32mm，铺设厚度60mm，矿物填料介质数量468m³；有机物介质层主要以草炭和细砂按照1:1级配而成，铺设厚度20mm，矿物填料介质数量156m³；有机介质层上种植芦苇、鸢尾、千屈菜等湿生植物，种植密度20丛/m²，芦苇、鸢尾、千屈菜分别栽种4000丛。复合生物净化床出水集水管位置设置一座出水调节控制井，能够对水位高度进行控制，调节井规格1500mm×1500mm，砖混结构，内置DN200蝶阀。

生化系统单机调试生化设备满水到设计水位后，按比例投加菌种和培养基，然后进行培菌操作。首先闷曝，开启风机，调节风量使接触氧化池溶解氧保持在1.5～2.5mg/L，闷曝3～5小时后进入静沉步骤；间歇补充污水：按闷曝→静沉→闷曝的顺序反复操作5次，COD去除率达到50%后，向好氧池增加50%的设计处理水量，培养期达到5d左右，污泥质量浓度达到1500mg/L左右，进入驯化阶段，继续向好氧池增加30%的设计处理水量，溶解氧浓度控制在1.5～3mg/L，系统正常运行，连续数天按照现有处理量的10%递增进水进行调试，最后达到设计处理量200m³/d。 

生态系统调试分为复合生物净化床池体水位调控、水生植物种植、植物根系缓苗、植物根系生长成熟4个阶段。第一步，将人工介质浸水泡透，按设计流量的70%～80%循环进水1至2天，待水位恒定，此时完全打开出水口，随着水位的迅速下降，介质表面附着的杂质及灰尘及时沿着水流排出。待整个系统池体内的水完全排空，关闭出水调节装置；第二步，将水位调节至种植土表面3～5mm以上，在复合生物净化床四周布置好施工线后，按设计要求密度种植水生植物。用中号花铲挖坑，深度宜为15～20mm，将水生植物放入坑内，不得将根须裸露在外。由于此时水生植物根系还未复苏生长，此时应随时抬高或降低湿地出水段的调节管道，将水位始终保持在种植土表层以上3～5mm，以保证水生植物初期根须需要的水分，防止水生植物根须因缺水干枯死亡；第三步，待新种植的水生植物长出新叶6～8片，此时应逐渐降低湿地池体内的水位。根据植物根系向水性原理，通过池体水位调控方式来促进植物扎根，向填料底层深部生长，等到植物生长成熟后，植物根系也生长到床体底层，植物进入成熟稳定阶段后，水生植物、人工介质、微生物群落等整个生态系统处于动态平衡，植物通过枝叶、根茎将空气中的氧气输送到根系，用于生长在植物根系和人工介质中的微生物新城代谢活动、从而达到净化水质的目的。

3个月后，整个处理工程运行稳定，连续1个月监测系统出水水质，均达到DB11/307－2013B类的标准，运行数据如表2所示。

本工程总投资77.5万元，其中土建投资39.00万元，设备投资26.50万元，设备安装及其他费用12.00万元。设备总装机容量6.97kW，运行容量3.97kW，总电动率58.72kW，每天电费0.15元/m³，垃圾和污泥处理费0.08元/m³，人工维护费0.16元/m³，综合运行费用为0.39元/m³。每年可减少排放COD约22.63m³，BOD约13.87m³，SS约13.87m³，NH3-N约1.83m³，TN约1.83m³，TP约0.19m³，出水达标后排入人工湖作为补充水源，每年节约水资源73000m³，折合人民币36.5万元。

本工程采用加强型复合生物净化床技术来处理村镇生活污水，强化预处理工艺过程中产泥量极少而且实现了部分内回流，复合生物净化床不产生污泥，所以项目运行期间污泥处理费用极低。而且整个组合工艺主要通过重力流形式实现自流，完全实现低动力。组合工艺不仅具有三低（运行费用低、管理费用低、建设费用低）的优点，并且能够打造美丽的生态湿地景观，在处理农村污水的同时还能美化周边环境、改善空气质量，为中国分散式点源污染问题提供了一种绿色节能可行的技术解决方案。

本文已发表于《水处理技术》2016年第4期，参考文献略）