(工艺技术)昌平姜屯污水处理厂芽孢杆菌处理工艺

北京市昌平区南邵镇姜屯村农村生活污水一体化高效处理
工
程
技
术
方
案
北京昊海天际科技有限公司
二○一一年九月
目录
1. 项目概况 (1)
1.1项目名称 (1)
1.2项目概况 (1)
1.3编制依据 (1)
1.4项目实施单位 (2)
1.5工程建设内容和规模 (2)
1.6建设周期 (2)
1.7投资估算与资金筹措 (2)
1.8工程管理 (2)
1.9综合评价 (2)
2.项目区概况 (3)
2.1自然地理 (3)
2.1.1地理位置 (3)
2.1.2地形地貌 (3)
2.1.3气象水文 (3)
2.2经济概况 (3)
3.污水处理工艺设计 (5)
3.1项目设计水质水量 (5)
3.1.1项目设计水量 (5)
3.1.2设计进水水质 (5)
3.1.3设计出水水质 (5)
3.2农村污水处理现状 (5)
3.3几种较常见的农村污水处理技术工艺比较 (6)
3.3.1生物接触氧化工艺 (6)
3.3.2厌氧生物滤池处理工艺 (7)
3.3.3人工湿地工艺 (8)
3.3.4 A/O＋土地渗滤工艺 (9)
3.3.5各种工艺综合比较 (9)
3.3.6国外村镇污水处理技术发展经验借鉴 (9)
3.3.7昌平区农村生活污水处理技术的适宜选择 (10)
3.4本项目工艺选择 (11)
3.4.1芽孢杆菌处理工艺 (11)
3.4.2芽孢杆菌处理工艺特点及应用 (13)
3.4.3芽孢杆菌处理工艺流程 (16)
3.4.4工艺说明 (17)
4.主要构建筑物和设备 (18)
4.1主要构建筑物 (18)
4.1.1格栅井 (18)
4.1.2缺氧池 (18)
4.1.3好氧池 (18)
4.1.4沉淀池 (18)
4.1.5污泥池 (18)
4.2主要设备 (18)
4.2.1生物转盘 (18)
4.2.2格栅机 (19)
4.2.3进水提升泵 (20)
4.2.4搅拌器 (20)
4.2.5污泥提升泵 (20)
4.2.6曝气系统 (20)
4.2.7风机 (20)
4.3主要构建筑物汇总 (21)
4.4主要设备汇总 (21)
5.辅助专业设计 (22)
5.1土建设计 (22)
5.1.1主要设计规范、设计依据 (22)
5.1.2土建设计 (22)
5.1.3主要建筑材料 (22)
5.2电气设计 (23)
5.2.1主要设计规范、设计依据 (23)
5.2.2设计范围 (23)
6.环境保护 (24)
7.劳动保护与安全 (25)
8.经济分析 (26)
8.1建设项目总投资 (26)
8.1运行成本分析 (27)
9.工程效益 (28)
9.1经济效益分析 (28)
9.2社会效益分析 (28)
9.3生态效益分析 (28)
10.质量服务与承诺 (29)
附录一 MBR法处理该项目污水的说明 (30)
附录二传统活性污泥法处理该项目污水的说明 (33)
附录三三种污水处理方法投资与运行成本的比较 (36)
1.项目概况
1.1项目名称
北京市昌平区南邵镇姜屯村农村生活污水处理设施项目
1.2项目概况
北京市昌平区南邵镇总面积三十五点二平方公里，全镇有十六个自然村，其中三个自然村地处镇北山脚，三个自然村坐落九里山环。

全镇绝大部分是汉族，有小部分回族、满族散落村中。

南邵镇管辖16个村委会：南邵村、姜屯村、张各庄村、景文屯村、纪窑村、金家坟村、辛庄村、四合庄村、东营村、张营村、何营村、小北哨村、北邵洼村、官高村、三合庄村、营坊村。

本项目建设地位于南邵镇姜屯村，本村常住人口为200户左右，在上外来流动人口，目前总人口数为：1000人左右。

1.3编制依据
有关法律法规和标准规范：
➢建设方童工的基本资料
➢《中华人民共和国水污染防治法》；
➢《中华人民共和国环境保护法》；
➢《北京市水污染物排放标准》DB11/307-2005；
➢《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918－2002；
➢《农田灌溉水质标准》GB5084-92；
➢《室外排水设计规范》GB50014-2006；
➢《给水排水标准图集—室外给水排水管道工程及附属设施（二）》（S（二））；➢《埋地排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）双壁波纹管材》（GB/T 18477-2001）；➢《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》（CECS 122：2001）
➢《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）
➢《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）
➢《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）
➢《建筑抗震设计规范》（GBJ11—89）
➢《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69—84）
➢《建筑设计防水规范》（GBJ16—87，2001年版）
➢《城市污水处理厂工程质量验收规范》（GB50334—2002）等。

1.4项目实施单位
北京昊海天际科技有限公司
1.5工程建设内容和规模
本项目建设包括污水处理土建设施建设和污水处理设备建设。

结合本村人口数量和本村实际用水量，设计本村处理规模为50t/d。

1.6建设周期
计划于2011年10月底开工，2012年5月完成工程验收。

1.7投资估算与资金筹措
本项目总投资43.505万元，其中建筑工程投资为3.43万元，设备投资为34.35万元。

本项目工程投资由镇村自筹。

1.8工程管理
工程建设以南邵镇姜屯村村委会作为工程建设业主。

项目建成后实行分级管理。

建成区、镇、村三级管理组织，昌平区水务局负责宏观管理。

由村委会负责本村污水治理工程的日常运行管理和维护工作，业务归昌平水务所管理。

村民有权力和义务对本村工程管理运行进行监督。

1.9综合评价
项目建成后将会极大的改善新农村的水务环境和加强新农村的基础设施建设，为新农村相关产业的发展创造了有利条件。

项目实施后对深入推进城乡一体化进程，切实推动全市社会主义新农村建设具有重大意义。

2.项目区概况
2.1自然地理
2.1.1地理位置
南邵镇属于昌平区辖镇，位于区域东部，距区中心5公里，镇域面积35.2平方公里。

京密引水渠贯穿南邵全境，地势平坦，地区水资源丰富。

自然环境优美，森林面积达666公顷，林木覆盖率22%。

（北）京通（辽）铁路横穿全镇，昌（平）怀（柔）公路横贯东西，境内区镇级7条公路干线纵横相交，交通便利。

2.1.2地形地貌
整个昌平区地势为西北高东南低，北部、西部主要为燕山运动隆起的山区，中部、南部为倾斜的冲积平原。

山峰高程一般在800～1000m。

2.1.3气象水文
姜屯村属暖温带，半湿润大陆性季风气候。

春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷干燥，四季分明。

年平均日照时数2684小时，年平均气温11.8℃，无霜期为176天，年平均降水量550.3毫米。

2.2经济概况
南邵镇共有耕地面积一万四千七百零二亩，其中粮田面积一万三千零六十七亩，一九九九年实现粮食总产七百五十三万公斤。

二零零零年，南邵镇农业生产以市场经济为导向，以形成区域经济特色和发展专业小区为方向，因地制宜调整生产结构，促进了大农业的再次发展。

六月底，南邵镇已完成农业生产总值二千一百五十五万元，同比增加一百二十九万元，增长百分之六点八。

为不断适应农业现代化配套设施的发展，南邵镇共打机井一百八十二眼，其中深井二十四眼。

装机容量二万七千九百一十五千瓦。

在节水示范工程运行中，共铺设喷滴灌管道五十五公里，实现喷滴灌面积一万一千亩。

在农业机械化发展中，南邵镇共有农机械配套九百九台，总动力一万四千一百三十七千瓦。

在畜牧业发展方面，南邵镇已有规模猪场六个，鸡场、牛场各一个，新发展养殖小区三个，预计年终只畜牧业一项可实现养殖收入二千五百万元。

在农村经济运行中，镇村企业通过转制经营，也呈健康发展趋势。

一九九九年全镇实现总收入三点一七亿元，其中镇村企业完成一点四八亿元，占农村经济总收入的百分之四十六点七。

今年一至六月份全镇实现农村经济总收入一点七九亿元，其中企业完成零点八五亿元，占农村经济总收入的百分之四十七点五。

今年完成指标与去年同期对比，分别增加一千六百八十四点九万元和一千一百四十点五万元，增长百分之一十点四与百分之一十五点五。

南邵镇各业经济的不断发展，推动了农村居民存款余额的不断增加。

一九九九年该镇信用社存款已实现八千八百一十七万元，其中农村居民存款七千零六十九万元，占百分之八十点二。

今年一至六月份居民存款实现七千三百一十九万元，与去年同期对比增加四百二十六万元，增长百分之六点二。

农村经济的持续发展，同时促进了全镇企业和个人缴纳国家税金数额的不断增加。

一九九九年全镇完成国家税金一千零八十三元，首次突破千元大关。

今年一至六月份，又已完成五百九十二万元，与去年同期对比增加七十三万元，增长百分之一十四。

改革开发，南邵镇在经济建设方面取得了显著成绩。

在科技、文化、教育、卫生、体育等各项事业方面也实现了全面发展。

但南邵镇党委、政府依然信心十足，力争在三、五年内，将南邵建设成为布局合理、设施配套、功能齐全、环境优美秩序井然、市场繁荣、特色突出的城市化、现代化、园林化的新型都市中的乡村而不懈努力。

3.污水处理工艺设计
3.1项目设计水质水量
3.1.1项目设计水量
本项目设计每日处理量为50t/d。

3.1.2设计进水水质
设计进水水质如下表3-1
3.1.3设计出水水质
设计出水水质为：《北京市水污染物排放标准》（DB11/307-2005）中的二级标准，如表3-2所示。

表3-2设计出水水质
3.2农村污水处理现状
京郊农村生活污水治理的技术和名称都比较多，从工艺原理上可归为两类:第一类是自然处理系统。

利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理，又称为生态处理系统，常用的有人工湿地处理系统和地下土壤渗滤净化系统等。

第二类是生物处理系统，又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

好氧生物处理包括普通活性污泥法、AO法、序批式(SBR)、膜生物反应器法（MBR）等。

随着污水处理工艺水平的发展，村镇地区污水处理技术革新的发展主要体现在对原有技术类型的改造、改进及进行适宜的工艺组合两方面。

2010年北京市新农村建设试点村污水处理工程共涉及13个区县，78个行政村，34496户，126010人，生活污水量13650立方米/天，人均收入8730元；这部分村庄污水处理主要采用分散处理、集中处理和接入市政管网三种模式，其中分散处理共20个村，主要集中在山区和丘陵地区；集中处理共55个村，主要分布在平原地区；朝阳高碑店、延庆岔道及房山坟庄等3个村接入市政管网。

上述78个新农村共建设污水处理站130座，其中已运行78座，占60％。

污水处理采用工艺包括生物接触氧化、生物转盘、厌氧生物滤池、湿地、MBR等8种工艺及组合。

污水处理采用工艺主要包括生物接触氧化、生物转盘、厌氧生物滤池、湿地、MBR、E-CASS、A/O+土地处理等7种工艺及组合。

其中接触氧化、E-CASS、MBR 等工艺运行费用较高。

如房山、怀柔、门头沟、密云等区县采用的MBR工艺，该工艺经调试能保证出水满足排放标准，但后期进行换、洗膜等维护费用较高，给新农村经济带来一定压力。

从目前已经运行的污水处理设施看，大部分处理站污水处理工程缺少运行记录和水量计量设备，有些村庄仅用水泵或电表来计量运行的情况，既不利于工程管理，也不利于工程监管。

目前运行的污水处理设施，运行费用主要包括电费和人员费，来源都没有正式渠道，基本都是由村委会垫付，这也是制约污水处理设施不能正常运行的重要因素。

3.3几种较常见的农村污水处理技术工艺比较
北京农村地区生活污水组成主要包括洗涤、沐浴和部分卫生洁具排水，水量因地区性经济程度的差异而不同。

生活污水污染物浓度分布范围为：COD：108～552mg/L，BOD5：49～306mg/L，氨氮：18～52mg/L，总氮：29～94mg/L，总磷：1.5～5mg/L。

《北京市水污染排放标准》（DB11/307—2005）中规定排入北京市II类水体及其汇水范围的污水执行一级限值；排入北京市III、IV类水体及其汇水范围的污水执行二级限值。

对于农村生活污水处理，国内尚在起步阶段，还没有形成技术规范，污水利用技术目前缺乏专著、技术规范的参考。

农村生活污水具有规模较小，排放分散、水质污染浓度较城镇波动大，管网收集系统滞后且有些地区收集较为困难。

农村生活污水处理技术多种多样，特别是近年来，在全国各地都在农村生活污水处理的试点工程，在原有的技术之上开发出了众多的污水处理技术，但总体上分为生物处理工艺和自然净化处理工艺两大类，自然净化处理工艺主要包括人工湿地、土壤渗滤等工艺技术。

3.3.1生物接触氧化工艺
生物接触氧化工艺在中国和日本农村地区应用较多，其工艺原理是利用生长
在生物填料上的生物膜对污水进行净化处理。

接触氧化法是一种浸没型生物膜法，废水中的有机物被吸附（接触）于滤料表面的生物膜上，被微生物分解氧化，该法的生物膜经历挂膜、生长、增厚、脱落等更替过程，一部分生物膜脱落后变成活性污泥，在循环流动过程中，吸附和氧化分解废水中的有机物，多余的脱落生物膜在二次沉淀池中除去。

较高的容积负荷、不需污泥回流、运行管理简便、对水质水量的骤变有较强的适应能力等是该工艺具有的优点。

就其长期运行状况来看，出水水质相对稳定。

但实际运行中存在如下缺点：（1）滤料间水流缓慢、接触时间长、水力冲刷力小，需要定期反冲洗的缺点；滤料粘滞性较强，水力损失较大；
（2）动力耗能较大，运行费用相对较高，基本维持在1.2元/m3，远远高于常规生活污水处理费用；
-N等指标远远不能满足现实需要。

（3）处理效率较低，特别是TP、TN、NH
3
另外，在进水COD较低的情况下，出水水质较好，但处理效率较低。

未能充分发挥生物接触氧化处理工艺的优点。

（4）由于采用传统的生物污泥，季节耐受性差，水温低时，处理效率低，污泥沉降性能变差，容易产生泡沫等，影响出水水质。

3.3.2厌氧生物滤池处理工艺
该工艺为厌氧生物滤池为主，自然曝气处理为辅的技术。

厌氧生物滤池是一种淹没式的固定填料生物膜法，即采用填充材料作为微生物载体的厌氧反应器。

经过预处理的废水进人反应器内，逐渐被细菌酸化，最终被产甲烷菌转化为甲烷。

废水与生物膜及悬浮的活性污泥充分接触、吸附并降解有机物，截流悬浮固体。

该项工艺设计为自流系统，无需提升和动力消耗，运行能耗低。

此外，厌氧生物滤池具有生物浓度高、微生物停留时间长、抗冲击负荷能力强、停止运行后，再启动容易、运行稳定和管理简便的特点。

目前，北京市新农村治污工程建设中MBR工艺的应用越来越普遍，水质净化效果显著。

其工艺原理为利用好氧生物处理加膜过滤技术对污水进行净化处理。

其技术原理可概括为生物降解作用和物理截留作用。

但该工艺存在如下问题：
（1）该项工艺在运行过程中，管理要求程度高，存在膜污染难管理问题，
膜的定期清洗需要相关技术管理人员操作或聘请公司进行膜清洗外包服务；
（2）投资费用高、动力能耗较大，运行费用高，水处理运行成本为1.3～
2.0元/m3。

（3）膜通量不稳定，尽管目前已经能实现自动在线清洗，但对物理性污
染如麻线、纸张、树叶等仍无法清理。

严重影响膜的透水率，同时，长期曝
气条件下，膜表面磨损严重，容易出现断丝等问题。

而板式膜膜面积较小，
投资费用过高不适合农村地区使用。

3.3.3人工湿地工艺
除二级生物处理工艺外，根据目前农村地区的经济发展状况、污水处理与水环境保护要求及欧美国家乡村污水治理成功经验的借鉴，人工湿地处理系统开始在北京市新农村地区治污工程中得以广泛应用。

人工湿地是利用人工水生态系统内多级生物的稀释降解作用来去除或削减水中污染物的方法.北京市新农村建设试点村治污工程中田各庄村污水处理采用的是人工湿地工艺，工程设计总规模200m3/d，停留时间1.5d，出水排入人工湖作为景观用水，并从中抽取一部分用于浇灌农作物与绿化。

从运行期间具体水质监测平均值如表3-5所示。

可以看出，
在进水浓度高的情况下，出水中污染物SS、BOD
5、CODcr、NH
3
-N、TP与TN都很
难达到北京市地方标准《水污染物排放标准》（DB11/307-2005）的三级限值。

分析出水不达标的原因，主要是因为实际进水水质中污染物浓度高于设计值，而占地面积不够，因而导致有机负荷偏大，致使湿地工艺污水处理效率受到影响。

而沈阳浑南慧缘新村小区生活污水亦采用人工湿地工程处理，设计水量为1000m3，
占地面积6500m2，停留时间3d，进水COD、NH
3-N 、TP、BOD
5
和TN平均值分别
为235.3、54.92、5.30、131.4和67.62mg/L情况下，各项指标平均去除率达到91.82％、98.37％、90.19％、97.04％和20.32％。

处理费用较低仅为0.1～0.2元/m3。

但综合分析人工湿地技术，有如下特点和问题：
（1）人工湿地技术是充分结合生态技术、生物技术的一体化处理工艺，在欧美等国家应用较多，也取得了较好的处理效果，但由于国外处理的现状为地广人稀、冲击负荷小，占地面积大，所以效果较好。

但对北京地区来说，该工艺占地面积大，受季节影响明显，处理效果波动大，因此，该技术不适合北京城市进
程较快的新农村。

（2）湿地处理技术难以管理、控制和修复，属于被动型的处理模式，对于人口增长较快，污染物日趋复杂的北京新农村，处理效果难以显著提高。

（3）总氮（TN）处理效果差，在湿地系统中，难以形成硝化反硝化、短程硝化反硝化的环境，同时，由于现在农村污水中总氮有升高趋势，因此，在反硝化菌的作用下，有机物需求量大，C/N比不合理，因此，难以高效脱除。

3.3.4 A/O＋土地渗滤工艺
随着水处理技术的发展和行业标准的提高，单一种类的污水处理技术很难在空间、时间上同时实现所有污染物的最佳去除率和经济技术指标的最优，因此，越来越多的组合工艺被应用于新农村污水处理的工程中。

其中，A/O＋土地渗滤的组合工艺因其处理效果显著和相对投资低的特点，逐渐受到人们的关注。

3.3.5各种工艺综合比较
针对京郊地区污水处理，本文对上述5种常用工艺的主要污染物平均去除率进行比较，结果如表3.3所示，可以看出水质平均处理效率排序为MBR>A/O＋土地处理>生物接触氧化>厌氧生物滤池>人工湿地。

但从投资成本上分析，基本如下：MBR>人工湿地> A/O＋土地处理>生物接触氧化>厌氧生物滤池。

因此，综合分析，现有的工艺存在处理效果好，投资运行费用高；集约化程度高，运行费用高。

而其它工艺则存在占地面积大，处理效果不佳，环境影响大的问题。

表3-3常用污水处理工艺污染物平均去除率
3.3.6国外村镇污水处理技术发展经验借鉴
目前，国外村镇污水处理工艺大体分为两类，（1）自然系统：即利用土壤作
为处理和处置的媒体，包括土地应用、人工湿地、地下渗滤等。

（2）生物化学处理系统：即结合生化和物化工艺，由池、泵、鼓风机和其它机械装置组成的系统。

大多数欧美国家人口稀少，面积广阔，主要采用土地处理等自然生物处理技术实现乡村地区生活污水的净化；而挪威等国家在土壤渗透性差而不能使用土地渗滤系统的地方，常常使用预制的集成式微型生物处理设备。

土地资源紧张的国家常使用生物膜法处理技术进行污水的净化。

日本农村污水处理协会设计、推广的净化槽污水处理装置体积小、成本低、操作运行简单，十分适用于农村。

国外分散式生活污水处理在理念和工艺、技术上呈现以下发展趋势：（1）生活污水达标排放与回收再利用并重，尽可能将现地处理水就地利用，以节约淡水资源；（2）重点研究开发低成本、小型化、集成式污水处理设备；（3）世界各国都在根据本国国情，因地制宜，大力发展低成本自然处理系统，这也是农村生活污水处理技术发展的一个重要方向；（4）大量实例表明研究开发组合生活污水处理工艺前景广阔，单一处理工艺多数情况下无法达到净化要求，通过组合工艺可以有效解决这一问题。

3.3.7昌平区农村生活污水处理技术的适宜选择
北京农村地区人口较少，分布广而分散，生活污水水质水量波动性大，排水管网不健全；村镇经济力量相对薄弱；缺乏污水处理专业人员。

针对这些现状问题，在进行污水处理工艺技术选择时，应给予以下几方面的考虑：（1）依据原水水质水量、受纳水体的环境功能与环境承受能力，一般说来，处理工艺应具有较强的冲击负荷能力；
（2）优先采用低能耗、低运行费、低基建费、少占地、操作管理简便的成熟处理工艺；处理工艺应具有管理简单、运行稳定、维修方便等特点；
（3）所选择的处理工艺应具有可以方便的改变其处理流程的能力，这主要是为了满足数量众多村镇的各种不同需求；
如：有的村庄地处封闭水体，污水需要脱氮除磷，而有些村庄附近有河流，这就要求所选择的处理工艺流程能够很方便地创造好氧、缺氧和厌氧环境。

（4）积极慎重地采用经实践证明是行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备；
（5）处理出水水质应符合国家和地方现行的有关规定；
因各村镇经济状况和工程投资情况的差异性，经济条件良好的农村地区，选用工艺时应重点考虑经济效益、占地面积等其他条件。

值得注意的是，当处理较高浓度的农村污水时，单独应用人工湿地很难达到出水标准。

借鉴国外村镇生活污水治理工艺选择经验，农村地区应考虑主要使用人工湿地/土地渗滤等自然生物处理技术和投资运行费用较低的生物膜法处理技术/厌氧生物处理技术，甚至可进行以上述技术体系为主的微型或小型家庭污水处理设备开发和研制；而对位于水源保护区内、经济状况优越、排水水质标准较高的村镇地区可考虑采用MBR 工艺及一些高效组合工艺。

根据农村地区污水处理工艺技术选择要点，结合各污水处理工艺污水处理效率差异，将几种推荐工艺的性能及适用范围对比分析如表3-4。

表3-4处理工艺对比分析表
3.4本项目工艺选择
3.4.1芽孢杆菌处理工艺
农村地区居住分散，地区经济力量差异较大，缺乏污水处理专业人员，其
适宜的污水处理工艺的选用、家庭规模的微型污水处理工艺系统的开发和研制、完善的农村地区污水处理工程体系的建立任重而道远，应在不断的技术更新中筛选适宜农村污水处理的工艺模式，在将其应用于实际农村治污工程后进行工艺优化和创新，由此形成良性循环。

根据昌平区南邵镇农村的特点和新农村建设的要求，本方案推荐芽孢杆菌生物膜处理技术工艺，选用目前在日本、韩国广泛使用的芽孢杆菌作为优势菌群，结合独特的生物膜装置，创造性处理高低浓度污水。

它和传统的活性污泥法比较如下图：
由上图可知，芽孢杆菌生物膜处理技术和传统的活性污泥法相比较，存在着如下优势：
➢除臭能力好；
➢氮·磷的消除效果好；
➢有机物BOD消除效果好；
➢省能源，省空间；
➢剩余污泥少，在较低处理量时可以不做剩余污泥处理；
➢设备扩建、改造的成本低；
➢提高了现有设备的处理能力；
➢运行成本低。