小區(qū)污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和施工探討
一、概述
醫(yī)院、港口、公園、商業(yè)中心、新建的郊外住宅區(qū)、高級(jí)住宅區(qū)、療養(yǎng)區(qū)、學(xué)校、農(nóng)場(chǎng)、漁場(chǎng)、狩獵場(chǎng)等均可稱為小區(qū)，我們最常遇到的主要是由居住區(qū)、療養(yǎng)院、商業(yè)中心、機(jī)關(guān)學(xué)校等一種功能或多種功能構(gòu)成的相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，其排水系統(tǒng)通常不在城市市政管網(wǎng)覆蓋范圍之內(nèi)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，必須設(shè)置獨(dú)立的污水處理設(shè)施，這就是我們所指的小區(qū)污水處理。
小區(qū)污水系統(tǒng)的處理能力，各國并無統(tǒng)一的限定。前蘇聯(lián)曾建議單個(gè)構(gòu)筑物的處理能力不宜超過1400m3/d，美國則把小廠的處理能力限定在3785m3/d的范圍內(nèi)。根據(jù)我國情況，建議把等于或小于4000m3/d的處理廠定義為小區(qū)污水處理廠。
小區(qū)污水不同于城市污水（常包括部分工業(yè)廢水），屬于生活污水范疇。其水質(zhì)水量特征可概括為：水質(zhì)水量變化較大，污染物濃度偏低，即比城市污水低，污水可生化性良好，處理難度小。
小區(qū)污水的處理工藝依據(jù)小區(qū)污水排入水體的功能不同而異，常用處理方法有：化糞池、一級(jí)處理（初次沉淀池）、生物二級(jí)處理及二級(jí)處理后再經(jīng)消毒回用等。由于小區(qū)污水處理水量較小，管理水平不高，所以，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)盡可能選用無污泥或少污泥的處理工藝，以防止因污泥處理不善造成二次污染。目前，較為常用的處理工藝有：①污水→調(diào)節(jié)池→初次沉淀池→生物接觸氧化池→二沉池→出水，生物接觸氧化是應(yīng)用最廣泛的方法，主要優(yōu)點(diǎn)是停留時(shí)間短、易掛膜，尤其適合設(shè)備化，埋地建設(shè)倍受環(huán)保公司及用戶青睞，但由于維修管理及設(shè)備防腐等方面的問題，近年來應(yīng)用受到限制。但如果建成地下鋼筋混凝土形式，設(shè)置人員通道以便維修，此種地下建設(shè)方式在小區(qū)水處理中具有較大市場(chǎng)，但這種方式一般處理規(guī)模較小，每天排放污水量小于幾百噸的小區(qū)較為理想。對(duì)上千噸的小區(qū)污水處理，推薦采用地面建設(shè)方式，生物處理部分可采用接觸氧化，也可采用SBR或其改進(jìn)型CASS工藝，曝氣方式建議采用低噪音的風(fēng)機(jī)或水下曝氣機(jī)。②污水→調(diào)節(jié)池→混凝沉淀→過濾→出水，對(duì)處理程度要求不高，且水量較小時(shí)，可采用此工藝，具有占地面積小，異味小，管理簡單等優(yōu)點(diǎn)。另外，在好氧生物處理之前加上酸化水解，有利于降低能耗，提高系統(tǒng)的總?cè)コ省Ｉ钚^(qū)通常有較大的綠地面積，如果把污水處理后回用于澆灌綠地、道路、沖洗汽車，應(yīng)在上述處理出水后加上消毒或其它補(bǔ)充措施。
二、小區(qū)污水處理廠設(shè)計(jì)原則
1.處理出水要求和處理程度
一般來說，不同小區(qū)對(duì)出水的要求差異較大。應(yīng)根據(jù)我國《地面環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—88）和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—96）的有關(guān)規(guī)定和當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的要求確定處理程度，以確保出水水質(zhì)。如果出水采用土地處理法處理，則按土地處理法的要求計(jì)算；
2.污水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)必須結(jié)合小區(qū)的整體規(guī)劃和建筑特點(diǎn)，即外觀設(shè)計(jì)上要與小區(qū)建筑環(huán)境相協(xié)調(diào)，以求美觀；
3.在污水處理工藝上力求簡單實(shí)用，以方便管理；
4.在高程布置上應(yīng)盡量采用立體布局，充分利用地下空間。平面布置上要緊湊，以節(jié)省用地；
5.污水處理廠位置應(yīng)盡可能位于小區(qū)下風(fēng)向，與其它建筑物有一定的距離，以減少對(duì)環(huán)境的影響；
6.設(shè)備化，定型化，模塊化，施工安裝方便，運(yùn)行簡易，設(shè)備性能穩(wěn)定，
適合分期建設(shè)；
7．處理程度高，污泥產(chǎn)量少，并盡可能采用節(jié)能處理技術(shù)；
8．處理構(gòu)筑物對(duì)水力負(fù)荷和有機(jī)物負(fù)荷的適應(yīng)范圍較大，使系統(tǒng)有較好的經(jīng)受沖擊負(fù)荷的能力。
9．小區(qū)內(nèi)的人口是逐漸增加的。因此，小區(qū)污水處理廠應(yīng)按可預(yù)期的發(fā)展規(guī)劃作為流量設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)我國情況，可考慮采用20年的設(shè)計(jì)周期。
三、小區(qū)污水處理流程
根據(jù)小區(qū)廢水處理的原則，應(yīng)選擇處理效果穩(wěn)定、產(chǎn)泥少、節(jié)能的處理方法。小區(qū)系統(tǒng)中的各類建筑物一般均建有化糞池，所以，化糞池應(yīng)與污水處理方法相結(jié)合。
幾種常用的處理工藝：
（1）污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→接觸氧化池→沉淀池→出水
（2）污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→曝氣池→沉淀池→出水
污泥回流
（3）污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→SBR池或CASS→出水
加藥
↓
（4）污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→混凝沉淀→過濾→出水(物化方法)
回用工藝流程：生物處理出水再經(jīng)混凝過濾和消毒
在流程開始時(shí)一般要考慮設(shè)置均化池，這是因?yàn)樾^(qū)在水質(zhì)和水量上的變化都比城市污水處理廠大。均化池一般設(shè)在格柵以后。物化和生化處理是去除污染物的核心部分。
四、組合式污水處理廠或設(shè)備
組合式處理廠以裝配好的或易于組裝的標(biāo)準(zhǔn)定型設(shè)備部件出售。在國內(nèi)埋地設(shè)備曾風(fēng)靡一時(shí)，主要優(yōu)點(diǎn)是施工快，不占地面綠地，很多設(shè)計(jì)單位和用戶非常歡迎，設(shè)計(jì)人員選設(shè)備很簡單，而要設(shè)計(jì)污水處理廠工作量較大，所以，非常喜歡用設(shè)備化產(chǎn)品。環(huán)保公司制造設(shè)備利潤豐厚，而土建工程利潤較低，因此，企業(yè)大做廣告和公關(guān)。但是實(shí)際應(yīng)用表明，確實(shí)存在不少問題，對(duì)設(shè)備的維修管理困難，對(duì)運(yùn)行情況考核不便，單機(jī)處理水量有限，使用壽命等均有待時(shí)間驗(yàn)證，因此，對(duì)埋地設(shè)備一直爭議很大，現(xiàn)在，埋地設(shè)備熱已經(jīng)降溫。建于地下的可檢修、便于操作（有人員操作空間）污水處理設(shè)計(jì)方式應(yīng)于推薦。上千噸的污水處理廠建議采用地上式。在水量不大，場(chǎng)地十分緊張時(shí)仍可考慮用埋地設(shè)備。埋地設(shè)備的確工藝流程一般均采用兩段接觸氧化和沉淀工藝，水力停留時(shí)間一般為2小時(shí)，污水進(jìn)入設(shè)備前，先進(jìn)行水量調(diào)節(jié)和提升。
五、SBR及CASS處理工藝的原理及參數(shù)選擇
(一)序批式活性污泥法(SBR)
SBR的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一體。典型SBR工藝的一個(gè)完整運(yùn)行周期由五個(gè)階段組成，即進(jìn)水階段、反應(yīng)階段、沉淀階段、排水階段和閑置階段。從第一次進(jìn)水到第二次進(jìn)水稱為一個(gè)工作周期。
從目前的污水好氧生物處理的研究、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)來看，SBR稱得上簡易、快速、低耗的污水處理工藝。與連續(xù)式活性污泥法比較，SBR法具有以下特點(diǎn)：①SBR裝置結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，操作管理方便。②投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。Ketchum等人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：采用SBR法處理小城鎮(zhèn)污水，要比用普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%。③可抑制絲狀菌生長繁殖，不易發(fā)生污泥膨脹，污泥指數(shù)SVI較低，有利于活性污泥的沉淀和濃縮。④SBR處于好氧/厭氧的交替運(yùn)行過程中，能夠在去除碳物質(zhì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮除磷。⑤SBR處理工藝系統(tǒng)布置緊湊、節(jié)省占地。⑥運(yùn)行穩(wěn)定性好，能承受較大的水質(zhì)水量沖擊。⑦各項(xiàng)運(yùn)行控制參數(shù)都能通過計(jì)算機(jī)加以控制，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。
(三)周期循環(huán)曝氣活性污泥法(CASS工藝)
CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工藝是近年來國際公認(rèn)的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進(jìn)工藝。該工藝是在序批式活性污泥法（SBR）的基礎(chǔ)上，反應(yīng)池沿長度方向設(shè)計(jì)為兩部分，前部為生物選擇區(qū)也稱預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)，在主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的自動(dòng)撇水裝置，曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)。
（四）CASS與SBR曝氣方式的選擇
由于小區(qū)大都是居民居住區(qū)，對(duì)環(huán)境的要求比較高，因此，污水廠建設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮噪音擾民問題和污水廠操作人員的工作環(huán)境，采用水下曝氣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)曝氣可有效解決噪音污染。另外，由于CASS工藝獨(dú)特的運(yùn)行方式，采用水下曝氣機(jī)可省去復(fù)雜的管路及閥門，安裝、維修方便，使用靈活，可根據(jù)進(jìn)出水情況開不同的臺(tái)數(shù)，在保證效果的條件下，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。
（五）CASS與SBR撇水機(jī)的選擇
撇水機(jī)是CASS工藝的關(guān)鍵組成部分，其性能是否穩(wěn)定可靠直接影響到CASS工藝的正常運(yùn)行。目前，國內(nèi)外對(duì)撇水機(jī)仍在進(jìn)行研究和開發(fā)，按照目前所用的原理撇水機(jī)可分為三種類型，即浮球式、旋轉(zhuǎn)式和虹吸式。撇水機(jī)研制的關(guān)鍵是解決潷水過程中，堰口、導(dǎo)水軟管和升降控制裝置與水流之間形成的動(dòng)態(tài)平衡，使之可隨排水量的不同調(diào)整浮動(dòng)水堰浸沒的深度，并隨水位均勻地升降，將排水對(duì)底層污泥的干擾降低到最低限度，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。
我院自主研制開發(fā)的撇水機(jī)屬絲杠旋轉(zhuǎn)式，自動(dòng)撇水裝置主要組成部分是：潷水器、可擾動(dòng)的軟管、水位控制器、可伸縮推動(dòng)桿和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。其中潷水器又叫自動(dòng)浮動(dòng)式水堰，上部為堰口和防止浮渣進(jìn)入出水的浮筒，下部出水管兼起支撐作用，部分浸沒在水中，通過可伸縮推動(dòng)桿使方形堰口達(dá)到連續(xù)均勻地排出反應(yīng)池中的上清液。實(shí)際應(yīng)用表明，所研制的撇水裝置達(dá)到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。具有升降平穩(wěn)、排水均勻、自動(dòng)控制、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)研究不僅滿足了工程的需要，而且具有創(chuàng)新，屬專項(xiàng)保密技術(shù)之一。
五、處理小區(qū)污水主要設(shè)計(jì)參數(shù)
SBR設(shè)計(jì)參數(shù)：污泥負(fù)荷0.1~0.15kgBOD5/kgMLSS.d,污泥齡20~30天
工作周期12小時(shí),其中,進(jìn)水2.5小時(shí)(曝氣或不曝氣),反應(yīng)6小時(shí),沉淀0.75~1小時(shí),排水2小時(shí),閑置0.5~0.75小時(shí)。出水指標(biāo)：COD〈50mg/L,BOD5〈20mg/L，SS〈10mg/L
CASS設(shè)計(jì)參數(shù)：污泥負(fù)荷0.1~0.2kgBOD5/kgMLSS.d,污泥齡15~30天
水力停留時(shí)間12小時(shí)，工作周期4小時(shí)，其中曝氣2.5小時(shí),沉淀0.75小時(shí),排水0.5~0.75小時(shí)，出水指標(biāo)與SBR相近。
六、污泥處理
污水處理量上千噸時(shí)，一般采用濃縮后脫水處理，小規(guī)模時(shí)一般濃縮后定期用大糞車運(yùn)至填埋或作農(nóng)肥。
七、小區(qū)污水處理廠址選擇和布置
小區(qū)系統(tǒng)的廠址選擇和廠區(qū)布置在基本原則上與大廠是一致的。但是考慮到小區(qū)系統(tǒng)在服務(wù)對(duì)象和流程選擇上的獨(dú)特性，在廠址選擇和布置時(shí)也應(yīng)考慮到小區(qū)系統(tǒng)的特點(diǎn)。
1．廠址規(guī)劃
（l）與服務(wù)地區(qū)的衛(wèi)生防護(hù)區(qū)應(yīng)有一定距離
（2）風(fēng)向（不影響所服務(wù)地區(qū)和周圍地區(qū)）
（3）交通運(yùn)輸和水電供應(yīng)。
（4）便于兼顧小區(qū)其它生活保障設(shè)施的統(tǒng)一管理。
2．廠區(qū)道路和構(gòu)筑物之間的間距
由于小區(qū)系統(tǒng)選用較小的設(shè)備和構(gòu)筑物，廠區(qū)交通、維修及衛(wèi)生要求所需的空間相應(yīng)較小。廠區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)計(jì)充足的車輛通道，路寬設(shè)計(jì)可以輕型載重汽車的回轉(zhuǎn)半徑為依據(jù)。主要構(gòu)筑物之間的間距可考慮在3－5m之間。
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