新农村一体化污水处理工程设计—一体化污水处理系统设计

新农村一体化污水处理工程设计—一体化污水处理系统设计
摘要
近年来，随着社会的发展，人们的环境保护意识逐渐提高，在污水处理方面，酒店洗涤污水、医院污水、企业污水、农村生活污水、农畜养殖污水等问题越来越受重视，污水的直接排放会造成纳污水体纳污超标，从而导致对环境的破坏，而一体化处理设备的出现为这一个问题的解决提供了一条途径。

其中，农村的生活污水问题最为紧迫，这也是我国新农村建设所需要解决的关键问题之一。

目前，农村生活污水的治理主要采用接管城市生活污水厂、土地处理、稳定塘及生态湿地等方式，但是由于我国农村自然村落分散，进行集中处理一般需要大量排水管线才能将污水集中起来，成本高，使得农村生活污水处理难度大，在这种情况下，农村生活污水未经处理而直接排放仍然司空见惯。

我国水污染问题日益突显，对农村生活污水污水进行处理,使其达到排放标准已是大势所趋，因此，发展一体化处理技术,是未来农村污水处理的主要方向，本文拟设计一套一体化污水处理系统，以对农村的生活污水进行处理，使其达到排放标准。

我国农村生活污水受各类生活用水比例的影响，主要有洗浴污水、冲洗卫生间的粪便污水、洗衣污水、厨房洗涤污水等。

另外，大部分情况下养殖废水很多情况下也会被纳入生活污水中。

一般而言，洗衣用水量及厨房用水在生活污水中所占的比例最大，故农村污水中的氮、磷元素含量较高，水质总体相差不大，基本上不含有毒有害物质及重金属元素，可生化性比较强。

因此，对于农村生活污水，污水处理设备宜采用生物处理法，同时需具备脱氮除磷的功能。

本设计拟采用缺氧-好氧工艺，结合化学除磷，对农村生活污水进行处理净化。

关键词：一体化；污水处理系统；农村生活污水；生物处理；脱氮除磷；缺氧好氧工艺；化学除磷
New rural integrated sewage treatment engineering design
——Integrated sewage treatment system design
Abstract
In recent years, with the development of society, people's awareness of environmental protection has gradually increased. In terms of sewage treatment, the pollution issues such as hotel washing sewage, hospital sewage, corporate sewage, rural domestic sewage, agricultural and livestock breeding sewage have become increasingly popular. It is important to note that the direct discharge of waste water will cause the water body to accept excessive pollution, which will cause environmental damage. The emergence of integrated sewage treatment equipment provides a way to solve this problem.
Among them, the rural sewage problem is the most urgent, which is also one of the key issues that need to be solved in the construction of a new countryside in China. At present, the treatment of rural domestic sewage mainly adopts the methods of carrying to urban domestic sewage plants, ecological wetlands, stable ponds and land treatment. However, the scattered natural villages in the countryside generally require a large number of drainage pipelines to concentrate the sewage. So to treat the rural domestic sewage is difficult. In this case, direct discharge of rural domestic sewage without treatment is still commonplace.
The problem of water pollution in China is becoming increasingly urgent. It is a general trend to treat the rural domestic sewage and make it meet emission standards. Therefore, the development of integrated sewage treatment technology is the main direction for the rural sewage treatment in the future. This article intends to design a set of integrated sewage treatment system to treat the rural domestic sewage and make it meet discharge standards.
The sources of domestic sewage in rural areas in China are affected by domestic water, which mainly include kitchen washing sewage, laundry sewage, bathing sewage, and fecal sewage washing toilets. In addition, some rural areas also discharge a certain amount of aquaculture waste water. Among all types of domestic water, laundry sewage is the largest, which generally accounts for about 60% of the total water consumption of each household. In households with smaller populations, the main part is kitchen water, and the overall water quality is not much different. Basically the rural waste water does not contain heavy metals, toxic and harmful substances, but containing a certain amount of nitrogen and phosphorus a strong biodegradability. Therefore, for rural sewage, biological treatment method should be adopted for sewage treatment equipment. And at the same time, it must have the function of removing nitrogen and phosphorus. This design intends to use the anoxic and aerobic process, combined with chemical phosphorus removal, to treat and purify rural domestic sewage.
Keywords: integration; sewage treatment system; rural domestic sewage; biological treatment; nitrogen and phosphorus removal; anoxic and aerobic process;
chemical phosphorus removal
目录
一、前言 (1)
1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求 (2)
1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题 (2)
1.3 本设计的指导思想及技术路线 (3)
1.4 本设计应解决的主要问题 (4)
二、本设计 (4)
2.1 农村生活污水水质水量调研及评估 (4)
2.1.1农村污水排放水量 (4)
2.1.2农村废水水质 (5)
2.1.3设计水质水量 (5)
2.1.4农村污水排放标准 (7)
2.2 本设计方案选择 (9)
2.1.1一体化污水处理设备的运用现状 (9)
2.1.2主要工艺类型及对比 (9)
2.1.3工艺选择 (13)
2.1.4流程设计 (16)
2.3 工艺流程构筑物计算 (17)
2.3.1缺氧池及好氧池 (17)
2.3.2活性污泥沉淀池 (24)
2.3.3化学除磷池 (27)
2.3.4清水消毒池 (30)
2.4 工程设计 (31)
2.4.1设备选择 (31)
2.4.2电路及自动控制系统设计 (33)
2.4.3设备箱体设计 (34)
2.5 实地应用 (35)
2.6 运行成本分析 (36)
三、结论 (37)
参考文献 (37)
致谢.................................................................................................................................. 错误!未定义书签。

附录 (38)
一、前言
近年来，我国在生态环境建设方面，由于曾经对环境保护认识不足、执法不严，导致了一系列环境污染问题，严重阻碍了经济发展，许多环境问题亟需得到解决。

而水作为生命之源，水污染问题的治理自然是重中之重，我国污染防治七大战役中与水资源保护、水污染治理直接相关的就有五项，这其中就包括农业农村治理行动，生活污水、生活垃圾治理和水源保护是该行动计划的重要内容。

随着近年来国家对美丽乡村建设投入的加大，对新农村污水处理也日益重视。

农村不像城市那样具有发达的污水管网以供输送生活污水，这对农村的生活污水处理带来了一定的影响。

现如今，农村生活污水的治理主要采用接管城市生活污水厂、土地处理、稳定塘及生态湿地等方式，但是由于我国农村自然村落分散，进行集中处理一般需要大量排水管线才能将污水集中起来，成本高，使得农村生活污水处理难度大，在这种情况下，农村生活污水未经处理而直接排放仍然司空见惯。

在1998年有过统计，我国农村污水的处理率甚至不足百分之一，而农村生活污水的排放量逐年增长[1]。

未经处理的污水不仅威胁到饮用水水源地，同时也是导致纳污水体富营养化的重要因素，因此对农村生活污水进行处理已经是迫在眉睫。

正是由于农村自然村落分散，集中处理难度大，因此分散式处理模式已经成为水污染治理领域一个研究热点，这种模式具有简单实用、管理方便高效、运行成本低等诸多优点，非常适用于我国目前的农村污水治理，而一体化处理系统则是分散式处理模式的代表。

发展一体化处理技术,是未来农村污水处理的主要方向，本文拟设计一套一体化污水处理系统，以对农村的生活污水进行处理，使其达到排放标准。

目前，农村生活污水受各类生活用水比例的影响，主要有洗浴污水、冲洗卫生间的粪便污水、洗衣污水、厨房洗涤污水等。

另外，大部分情况下养殖废水很多情况下也会被纳入生活污水中。

一般而言，洗衣用水量及厨房用水在生活污水中所占的比例最大，故农村污水中的氮、磷元素含量较高，水质总体相差不大，基本上不含有毒有害物质及重金属元素，可生化性比较强。

因此，对于农村生活污水，污水处理设备宜采用生物处理法，同时需具备脱氮除磷的功能。

因此，本课题拟设计一套一体化污水处理系统，对农村生活污水进行处理净化，使其达到排放标准。

本设计拟采用缺氧-好氧工艺，结合化学除磷。

1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求
一体化处理系统成为了治理农村生活污水的主要方案，本课题正是在此背景下，针对农村污水的水质水量，设计一套一体化污水处理系统，对其进行处理，以使其达到排放标准再排放，从而实现对水源的保护、达到保护环境的目的。

农村自然村落分散，集中处理难度大，因此分散式处理模式已经成为水污染治理领域一个研究热点，一方面，农村生活污水影响着农村居民的生活环境及农业生态，另一方面，它也决定着我国新农村的建设，所以农村的污水治理是未来城乡发展的决定性因素，一体化污水处理系统是解决农村污水处理问题最为有效的途径之一，所以发展一体化污水处理技术对于我国生态环境建设具有重大的意义。

如今研究的一体化污水处理工艺，已经在我国一些地区成功应用，既能够有效去除有机物、氮磷，也实现了工艺设备化发展。

生活污水所含的主要污染物主要包括各种有机物，一般情况下，生活污水中各种有机物微生物作为营养基质，微生物大量繁殖，而有机物得到降解。

可生物降解的污染物质含量越高，越易发生腐化，较高的氮与磷浓度也会导致收纳水体富营养化。

因此，生活污水在排放前必须进行相应的处理以实现其中所含污染物质的减量化。

鉴于生活污水可生化性较好，氮、磷浓度较高，故污水处理应当达到对这些污染指标实现减量化的技术要求。

1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题
一体化处理系统是指将生物处理单元、沉淀池、消毒池集中于一体的系统，其中生物处理单元主要包括生物膜法和活性污泥法两种。

一体化处理设备引进我国是在上世纪80年代，近十年来，我国大力发展环保事业，在一体化污水处理方面也衍生出了许多新技术，工艺流程不断改进，处理效率不断提高。

在国外，在分散式生活污水处理方面的研究起步较早，即便是发达国家，也经历了一定的探索，经验较为丰富。

美国于1972年就以法律条文的方式，颁布了清洁水法；日本的污水处理率很高，一体化污水处理装置在日本的应用很广泛，同时也形成了相当完备的技术产品评估体系[2]。

在上世纪80年代，丹麦就发布了农村生活污水的排放标准；本世纪初，德国开始分散式污水处理模式的相关研究，据统计，欧美各国至少有四分之一的人口在使用是分散污水处理设施，相关技术在这些发达国家已相当成熟了[3]。

现如今，一体化设备逐渐发展为脱氮除磷工艺、接触氧化法和MBR工艺。

脱氮除磷工艺属于活性污泥法，更多的是运用在生活污水的处理当中，技术已经相当成熟。

生物接触氧化法则兼有活性污泥法和生物膜法的优点。

而MBR工艺随着水处理工程技术的深入开发，已经成为近年来的一个研究热点。

相比前两者，MBR工艺处理效果，剩余污泥
率更低。

一体化设备目前还存在的问题主要有：设备不利于维修；对温度环境适应性弱；处理水量小；材料更换成本高；设备易被腐蚀等。

这些问题都需要随着研究的持续深入，才能得到解决。

1.3 本设计的指导思想及技术路线
本设计的主要研究目标是一体化污水处理系统设计，主要的研究内容包括对相关处理工艺进行比选，选择相对适应农村环境及条件的处理工艺，并对整个一体化设备进行设计、设备选型等，以达到初步工程设计的要求，即为本设计的指导思想。

技术路线见图1。

图1 技术路线
①通过一定量的文献查阅，了解本课题的研究现状，对研究目标形成一个初步的概念框架，形成文献综述和开题报告；
②进一步研读相关文献资料，做好相关记录，确定需要查阅的相关标准、数据，如农村生活污水的水质水量、排放标准、已有的工艺技术流程等，初步拟定提纲；
③通过对从文献中查得的工艺流程进行比较分析，设计适应农村生活污水处理的工艺，作为本设计的核心工艺；
④对本设计的工艺流程进行相关参数方面的计算，包括各构筑物尺寸、停留时间、设备选型等，随后进行可行性分析；
⑤得出结论，形成初稿并逐步完善至定稿。

1.4 本设计应解决的主要问题
一体化污水处理模式可以运用于酒店污水、医院污水、工厂工业污水、农村农业污水等多种场合，本设计专门运用于农村生活污水的处理，故在实际设计过程中需要结合目前农村建设中的各种实际情况，因地制宜，以户或人为单位，考虑南北差异，查阅规范，计算用水量。

不同地区的农村在日常生活中产生的污水在水质水量方面是有差异的，而在是否具有化粪池、是否雨污分流等污染基础处理建设方面也会有所不同，本设计应解决的主要问题便是对不同地区的农村建设进行分析，确定生活污水的水质及水量。

此外，生活污水与工业废水最大的差异就是可生化性比后者更强，更适宜采用生物处理法进行净化，同时其氮磷元素含量一般较高，在污水处理过程中同样要注意脱氮除磷，以避免在排入纳污水体后导致水体富营养化的情况，这也是本设计应考虑解决的问题之一。

最后，本设计在经济适应性上应作适当的分析，需保证一体化设备的经济消耗在农村经济水平的承受范围内，又不影响污水的处理效果。

二、本设计
2.1 农村生活污水水质水量调研及评估
我国农村生活污水的水质水量存在着明显的地方性差异，南方人均用水量要高于北方，东部要高于西部。

同时，当地社会经济条件也是影响用水量的重要因素。

另外，农村基础设施建设的完备程度也影响用水量及排水的收集，其他影响水质的因素还包括人口、是否普及化粪池、雨污分流系统建设完备程度等。

由于生活污水的水质水量影响着一体化设备的设计，因此对农村污水的水质水量进行调研及评估是关键。

本课题选址是位于中国广东省的南方农村。

2.1.1农村污水排放水量
据估计，在2008年，我国农村生活污水的总排放量约为99亿吨，国内专家学者近十年来发表的研究表明，我国农村生活污水排放量区间很大，两者甚至能相差约8倍，最少的地区每人每天仅排水l5升，而在排水量最多的地区可达每人日均用水量可达l16升[4]。

具体见表1。

表1 南北方农村排水量差异
2.1.2农村废水水质
建设部发布的《东南地区农村生活污水处理技术指南》列出了不同地区，农村生活污水水质参考范围。

具体见表2。

表2 不同地理条件下的农村生活污水水质参考范围
2.1.3设计水质水量
本课题对象为广东省的南方农村，广东省农村生活污水来源主要有洗衣、厕所、餐厨等，在各类型的生活用水中，洗衣与餐厨用水最大。

因此，农村生活污水水质主要特点有：波动性强；基本上不含有毒有害物质和重金属，含一定量的氮、磷元素，可生化性强。

根据《广东省农村环境综合整治技术指引》以及部分农村生活污水水质监测数据，
农村生活污水进水浓度一般为：COD 80～250 mg/L，BOD
550～150 mg/L，SS 80～200 mg/L，
氨氮10～25 mg/L，总磷1～4 mg/L。

据现有的调研结果，广东省农村人均日生活污水排放量约为71升。

其中，在珠江三角洲地区人均日排污量为81升；在粤东、西、北等地区人均日排污量约为60升；而在粤西北等水源丰富的农村人均日排污量甚至能达到94升[5]。

在污水处理建设方面，化粪池及雨污分流系统都起着很重要的作用，都决定了农村生活污水的水质水量。

化粪池在农村污水处理中起重要作用，一是能够沉淀一定量的不溶物质，减少排水管道堵塞的可能性，而是能够对污水进行预处理，减少污水处理的负荷，预处理主要包括微生物对大分子可生物降解有机物的分解作用，及化粪池内的厌氧环境使得部分厌氧微生物能够对水中的污染物质进行利用，一定程度上能够实现污染物质减量化。

如今，在新农村建设中，化粪池普及率很高[6]。

雨污分流建设影响着生活污水的水质水量，雨水和污水分开处理，能避免给生活污水处理设施造成过大的负荷，此外，雨污分流系统也能更加有效地利用自然降水这类资源，能够使水资源利用更加合理化，因此雨污分流系统的建设在未来我国的城乡建设中必然是一个发展趋势。

但是目前而言，我国农村雨污分流系统的建设普及情况仍不高，雨污合流便是广东省相比较于其他地区污水量偏大的原因之一，但是一定程度上，生活污水中污染物质的浓度也得到了稀释，考虑到目前全国各地即便是在城区，雨污分流系统的建设还不够完备，本课题的背景是农村不设有雨污分流系统。

典型的生活污水中，氮磷元素含量都较高。

在氮元素方面，总氮大致为20-85mg/L，其中氨氮占六到七成、有机氮占三到四成、亚硝酸氮和硝态氮占一成以下。

在磷元素方面，污水中的总磷含量约为1-8mg/L，通常都是以有机磷、磷酸盐或聚磷酸盐的形式存在于污水中，现如今由于无磷洗涤粉的推广，废水中的含磷浓度有减少趋势。

经过分析，拟定南方农村平均户数为100户，每户以五口人计算，即以一村500人计算。

南方水资源较北方丰富，雨水多，在广东沿海地区，新农村的建设发展较为迅速，有一定的经济基础，故假设每人每天排水量为100L，即假设项目农村每日产生的生活污水量Q=50m³。

拟定本课题的农村生活污水水质参数如表3。

表3 本课题的农村生活污水水质水量参数
2.1.4农村污水排放标准
目前广东省农村生活污水处理排放参照标准主要有以下几种：
①直接排放水体的新建农村生活污水处理设施出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级 B 标准。

具体见表4。

表4 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）（节选）
②当地环保部门根据受纳水体功能，对污水处理排放提出特殊要求的，直接排放水体的新建农村生活污水处理设施出水水质按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准和广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的第二时段一级标准中的严值执行。

具体见表5。

表5 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
和《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）（节选）
③根据《广东省农村环境综合整治技术指引》（广东省环境保护厅，2016年4月），污水处理设施出水排入 GB3838 地表水Ⅲ类功能水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外）、GB3097 海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，出水水质按照一级要求。

污水处理设施出水排入 GB3838 地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域或 GB3097 海水三、四类功能海域，出水水质按照二级要求。

具体见表6。

表6 《广东省农村环境综合整治技术指引》规定的出水标准
根据广东省地方标准《农村生活污水处理排放标准》（征求意见稿），出水排入环境能明确的水体，处理规模在20 m3/d及以上的农村生活污水处理设施执行表7规定的排放限值，处理规模在20 m3/d以下的执行表8规定的排放限值；出水排入环境功能未明确的其他水体，执行表8规定的排放限值。

表7 水污染物排放限值
单位：mg/L
表8 水污染物排放限值
单位：mg/L
本设计所处理的生活污水处理规模为50 m3/d，出水水质需优于表7规定的排放限值，拟达到的目标水质如表9所示。

表9 本设计目标水质
根据国家标准，实现中水回用生化需氧量小于等于10mg/L，总悬浮固体小于等于20mg/L，总氮、氨氮、总磷分别小于等于15、5、1.0mg/L，故此出水水质可以满足回用要求，回佣去向包括灌溉、道路洒水、冲厕等。

2.2 本设计方案选择
2.1.1一体化污水处理设备的运用现状
我国的一体化工艺发展至今已有三十多年历史，目前有不少设施已经投产使用，且均取得了不错的处理效果。

一体化设备是指将各个处理构筑集为一体，这些构筑物的功能包括物理处理、生物处理及化学处理等，相比于污水处理厂，一体化设备占地小、操作管理方便，适用于处理小流量的人为污水，处理能力一般在500 m3/d以下。

2.1.2主要工艺类型及对比
一体化污水处理系统是指将沉淀池、生物处理单元、污泥池集中于一体的污水处理系统，常见的处理工艺有接触氧化工艺、普通曝气工艺、厌氧-缺氧-好氧工艺、SBR工艺、MBR工艺等。

①接触氧化工艺
作为由生物滤池演变而来的工艺，接触氧化工艺是特殊的生物膜法。

具体是：在氧化池内设置填料，当通入污水时，填料被淹没在污水中，微生物细胞在水环境中，能在填料表面牢固附着，形成生物膜，在污水与生物膜接触的过程中，水中的有机物被微生物利用，从而实现从污水中去除有机污染物质。

接触氧化法属于附着生长法，但又有悬浮生长法的特点，容积负荷高，无需回流污泥，不存在污泥膨胀，污泥产率低，对水质水量骤变有较强适应能力。

工艺构成为一级沉淀池、接触池、二级沉淀池、消毒池。

见图2。

图2 接触氧化工艺流程
接触氧化工艺对于有机物的去除率很高，采用射流曝气，在较高进水浓度下，COD、BOD5、SS的去除率分别达90%、95%和90%[7]。

传统的生物接触氧化法并不具有脱氮除磷的优势，大部分情况下污水中氮磷的去处是依靠微生物细胞的同化作用，去除率一般只有5%-20%，对于氮磷含量较高的生活污水来说难以达到排放标准，因此不适用于单独作为生活污水的处理工艺，但是，通过在接触氧化工艺流程前增设一个厌氧水解酸化池，构造厌氧环境和利用溶解氧分布不均营造同步硝化反硝化条件，则可明显提高脱氮除磷效果。

②MBR工艺
MBR即membrane biological reactor，功能主要是污泥固液分离，与二沉池不同，其分离机制是利用超滤膜的过滤功能，是膜分离技术的新应用。

超滤膜的孔径一般约为0.1-0.5微米，能够截留细小的物质，此工艺的污染物的去除效果极高，出水能够直接是达到回用标准。

其优点是容积负荷高、水力停留时间短、污泥龄长，在低溶解氧浓度运行时还能同时进行硝化与反硝化，具备相当出色的脱氮除磷能力，同时占地面积很小；缺点是膜组件造价高、易受污染。

工艺组成一般为曝气池、膜分离池、消毒池。

通过超滤膜，MBR工艺可以达到相当高的污染物去除率，当曝气池溶解氧为1mg／L 时，总氮、COD、BOD5、SS、总磷的去除率分别为92%、91%、97%、97%和70%[8]。

③AAO工艺
厌氧-缺氧-好氧工艺简称 AA0工艺，指在一个系统中同时具有厌氧区、缺氧区和好氧区，能够同时做到脱氮除磷和实现有机物的降解。

见图3。

图3 AAO工艺流程
其基本构成是厌氧池、沉淀池、好氧池、缺氧池及消毒池。

运行过程是：污水与从二沉池回流的活性污泥一起进入厌氧池，在厌氧环境下，聚磷菌将自身吸收的磷释放出来，利用有机物进行繁殖，同时，厌氧条件使得部分氨化菌群开始利用生长，少量有机氮被氨化；随后进入缺氧池，这是污水脱氮主要进行的场所，化合态氮在此处被反硝化菌作为电子受体利用，还原为氮气，这里的化合态氮一般包括硝态氮与亚硝态氮，他们是通过系统的内循环过程传输过来的，由于此处处于缺氧状态，反硝化菌能够利用化合态氧来氧化有机物，因此在此反应池内部分有机物会被去除；最后，混合液进入曝气池，。