1 水質(zhì)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

隨著人民生活水平提高，生活污水量不斷增多，同時由于水資源日益短缺及人們環(huán)保意識不斷增強，生活污水處理及回用在提高污水再利用、節(jié)約水資源和降低水環(huán)境污染等方面顯得尤為重要。

國內(nèi)某高爾夫球場項目施工人員生活污水未經(jīng)處理直接排放，嚴(yán)重影響周邊人們的生活和污染了周圍的環(huán)境; 與此同時，高爾夫球場每天灌溉需要大量用水，而項目區(qū)域內(nèi)高爾夫球場澆灌用水極度緊張。

為有效解決生活污水排放和球場澆灌用水緊張的問題，在工人生活區(qū)構(gòu)筑污水處理系統(tǒng)，處理后的出水用于補給湖水，不僅實現(xiàn)了廢水零排放、降低環(huán)境污染風(fēng)險，而且還節(jié)約了有限的水資源，體現(xiàn)了國家提倡的節(jié)約、環(huán)保的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。

1．1 污水處理規(guī)模

本系統(tǒng)污水主要為工人生活區(qū)的生活污水，根據(jù)業(yè)主提供資料，參考《廣東省用水定額》和《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB50014-2006)，確定設(shè)計規(guī)模為100 m3/d，總變化系數(shù)Kz= 2．30。

1．2 水質(zhì)設(shè)計

參考相關(guān)生活污水水質(zhì)，對污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)的主要指標(biāo)設(shè)計見表1［1］。

生活污水進(jìn)行深度凈化處理后，出水水質(zhì)要求達(dá)到《中華人民共和國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) V 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)的主要指標(biāo)見表2。

 2 方案設(shè)計與工程實施

2．1 現(xiàn)場水質(zhì)分析

本工程位于工人生活區(qū)附近，與普通生活小區(qū)生活污水相比，水量變化較大; 隨著水體富營養(yǎng)化越來越嚴(yán)重，本工程設(shè)計出水用于補給湖水，因此，在常規(guī)降解CODcr和BOD5的同時，更應(yīng)注重對N 和P污染物的去除。

2．2 工藝選擇

本工程污水來水變化較大，應(yīng)設(shè)計調(diào)節(jié)池; 在去除CODcr和BOD5的同時，對N 和P 污染物去除，采用A/O(脫氮的缺氧－好氧) 工藝［2］; 為降低占地面積，減少污泥產(chǎn)量，同時保證出水水質(zhì)，采用膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor，MBR) 工藝［3］; 除磷一般有生物除磷和化學(xué)除磷［4］，單獨采用生物除磷工藝，難以達(dá)到出水含磷濃度低于0．4 mg/L 的排放要求，可采用化學(xué)法進(jìn)一步除磷(作為輔助除磷) ; 為保障出水水質(zhì)，同時出于景觀效果考慮，后面增設(shè)人工濕地［5］。

2．3 工藝流程

根據(jù)本項目水質(zhì)目標(biāo)，從保障出水效果、便于自動化運行、節(jié)約投資和運行維護(hù)費用等方面考慮，主體采用“膜生物反應(yīng)器+ 人工濕地”組合工藝，具體工藝流程如圖1。

 首先通過格柵對污水中大顆粒污染物進(jìn)行攔截; 接著在調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié); 經(jīng)調(diào)節(jié)后的污水由提升泵提升到缺氧池; 然后進(jìn)入接觸氧化池和MBR 池，缺氧池與接觸氧化池及MBR 池構(gòu)成A/O工藝［2］，同時輔以化學(xué)除磷技術(shù); 最后進(jìn)入濕地進(jìn)行深度處理。

2．4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

本工程前處理主要構(gòu)筑物為格柵槽(位于調(diào)節(jié)池內(nèi)) 、調(diào)節(jié)池、缺氧池、接觸氧化池、MBR 池、污泥池、清水池及設(shè)備間，采用地下鋼混結(jié)構(gòu)，占地面積80 m2左右; 人工濕地采用磚混結(jié)構(gòu)，占地面積為300 m2，頂部與地面平行。

2．4．1 格柵槽與調(diào)節(jié)池

主要作用: 攔截污水中大顆粒污染物，調(diào)節(jié)進(jìn)水水質(zhì)水量，確保系統(tǒng)進(jìn)水均勻。

水力停留時間(HRT) : 9．0 h。

主要設(shè)備與參數(shù): 提升泵(Q= 7 m3/h，H=10 m，N= 0．75 kW) 2 臺，液位計控制提升泵啟閉。

2．4．2 缺氧池

主要作用: 與接觸氧化池和MBR 池構(gòu)成反硝化生物脫氮系統(tǒng)，反硝化菌利用污水中的有機物作碳源，將MBR 池回流液帶入的NO3-和NO2-還原為N2，達(dá)到脫氮效果［2］。

水力停留時間(HRT) : 2．1 h。

主要設(shè)備與參數(shù): 混合攪拌器(N= 15 kW)1 臺。

2．4．3 接觸氧化池和MBR 池

主要作用: 高效降解COD，N，P 等污染物，降低出水懸浮物。

水力停留時間(HRT) : 接觸氧化池HRT=12．2 h; MBR 池HRT= 3．0 h。

主要設(shè)備與參數(shù): 回流泵(Q= 7 m3/h，H=10 m，N= 0．75 kW) 2 臺; 污泥泵(Q= 7 m3/h，H=10 m，N= 0．75 kW) 2 臺; 簾式中空纖維膜反應(yīng)裝置1 套(不銹鋼支架1 套，膜組件材質(zhì)為PVDF，公稱膜孔徑0．05 μm，設(shè)計通量10 ～ 20 L/m2·h)。

2．4．4 設(shè)備間

主要作用: 安裝鼓風(fēng)機、產(chǎn)水泵、反沖洗泵、化學(xué)除磷及反沖洗裝置等設(shè)備。

主要設(shè)備與參數(shù): 羅茨鼓風(fēng)機(Q=1．66 m3/min，N=2．2 kW) 3 臺; 產(chǎn)水泵(采用浮球液位計控制其啟閉) 2 臺; 反沖洗泵1 臺; 化學(xué)除磷及反沖洗裝置各1套。

2．4．5 人工濕地

主要作用: 采用復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)［5］，深度去除COD，N，P 等污染物，進(jìn)一步降低出水懸浮物。

水力停留時間(HRT) : 24．0 h。

填料與植物: 填料選擇不同粒徑的碎石和陶粒，有效厚度為80 cm; 植物選擇美人蕉、梭魚草、鳶尾、菖蒲和再力花5 種植物，種植間距為25 cm×25 cm。

2．5 土建工程

本系統(tǒng)前處理土建工程大多屬于特種結(jié)構(gòu)，對裂縫寬度、抗?jié)B性等控制嚴(yán)格，采用C25 的防水混凝土，抗?jié)B標(biāo)號S6，外表面并作防腐處理; 人工濕地底部采用鋼筋混凝土和復(fù)合土工膜雙重防滲。

2．6 電氣控制

外部輸配電電纜、控制電纜采用地下電纜溝敷設(shè)方式; 采用PLC 系統(tǒng)進(jìn)行自動化控制，主要控制調(diào)節(jié)池的提升泵、攪拌器和浮球液位計，缺氧池的攪拌器，MBR 池的回流泵、浮球液位計和污泥泵，設(shè)備間內(nèi)的鼓風(fēng)機、產(chǎn)水泵和反沖洗泵等設(shè)備。

3 處理效果及效益分析

3．1 處理效果

系統(tǒng)處理后經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境檢測部門檢測的水質(zhì)指標(biāo)見表3，處理效果如下:

 (1) 由表3 可見，該處理系統(tǒng)出水滿足設(shè)計要求，水質(zhì)達(dá)到《中華人民共和國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002) V 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);

(2) 本系統(tǒng)前處理部分采用地埋式設(shè)計，同時對濕地植物搭配方面進(jìn)行景觀優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的整體景觀效果，實現(xiàn)了與周圍景觀相協(xié)調(diào);

(3) 本系統(tǒng)采用MBR 技術(shù)，省去了二沉池與消毒池，有效保留活性污泥生物體，降低了剩余污泥量，減少了污泥處理成本;

(4) 本系統(tǒng)在接觸氧化池與MBR池之間增設(shè)溢流堰，更好地截留接觸氧化池活性污泥，降低MBR 池內(nèi)的膜污染，延長膜組件的使用壽命;

(5) 污水經(jīng)MBR 池處理后進(jìn)入濕地，降低了濕地污染負(fù)荷，減少了濕地堵塞，利于濕地的長期運行; 濕地系統(tǒng)對污水中的氮磷做進(jìn)一步深度處理，保證了系統(tǒng)出水水質(zhì)。

3．2 經(jīng)濟(jì)效益

3．2．1 年工程建設(shè)成本M1

本工程建設(shè)總承包價約為142 萬元，該工程整體使用壽命為50 a，則工程建設(shè)投資成本為2．84萬元/a。

3．2．2 年運行費用M2

運行費用主要包括電費、藥品費和濕地費用等。化學(xué)除磷藥品濃度為10% 的聚合硫酸鐵溶液，投加量約為50 mL/t，由于聚合硫酸鐵具有一定腐蝕性，同時處于生態(tài)考慮，藥品主要在系統(tǒng)調(diào)試時投加，隨著系統(tǒng)中活性污泥不斷繁殖、濕地植物和微生物生態(tài)系統(tǒng)成熟，投加量逐漸減少，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完成進(jìn)入良性循環(huán)后，即停止投加，將其作為水質(zhì)改善的應(yīng)急措施，因此這部分藥品費用可忽略不計。

濕地費用基本上可歸納為人工費，材料消耗和植物種苗補充費，檢修、事故處理和不可預(yù)見費［5］，材料消耗和植物種苗補充費，根據(jù)實際工程推算，這部分費用可按每年0．03 ～ 0．04元/m2 進(jìn)行估算，檢修、事故處理和不可預(yù)見費可按每年0．01 ～ 0．02元/m2 進(jìn)行估算，即12 ～18元/ a，因此，此費用也可忽略不計。

本系統(tǒng)用電功率以4 kW 計，每天運行24 h，本地工業(yè)用電0．7元/(kW·h)，則污水處理電費運行費用約為0．67元/m3 (4×24×0．7÷100)。

本系統(tǒng)年運行費用M2= 100×0．67×365=2．45萬元/a (不包括人工費)。100 為每天設(shè)計處理的水量(m3)。

3．2．3 年節(jié)約自來水水費M3

當(dāng)?shù)厮畠r按3．5元/m3 計，排污費1．5元/m3 :

M3= 100×(3．5 + 1．5)×365= 18．25萬元/a。

3．2．4 年收益M4

M4= M3-M2-M1= 18．25-2．45-2．84=12．96萬元/a。

通過對本系統(tǒng)建設(shè)成本與年收益分析，大約11 a可收回建設(shè)成本投資，與常規(guī)污水處理項目相比，投資回收期相對偏長，可進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，降低投資成本。

3．3 環(huán)境效益

(1) 本污水處理系統(tǒng)可有效地降低污水排放量，緩解高爾夫球場用水緊張，大大節(jié)約了清潔水的使用和消耗量;

(2) 本污水處理系統(tǒng)能有效防止周邊水生態(tài)系統(tǒng)的污染，改善周邊生態(tài)環(huán)境，在處理回用生活污水的同時創(chuàng)造出一座生態(tài)濕地公園;

(3) 本污水系統(tǒng)濕地部分將有力地提升區(qū)域生態(tài)承載力，為哺乳動物、昆蟲和植物提供良好的棲息和生長環(huán)境，促進(jìn)生物多樣性; 同時具有涵養(yǎng)水源、地下水壓咸、增加空氣濕度的作用。

3．4 社會效益

(1) 本污水處理系統(tǒng)將為人們展現(xiàn)出一個綠色、自然、和諧的高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)治污示范工程，具有顯著的示范效應(yīng);

(2) 本污水處理系統(tǒng)在培養(yǎng)人們生態(tài)、環(huán)保、低碳的生活理念方面起著非常直觀的教育作用; 同時提高人們節(jié)約資源、重復(fù)利用資源、尊重自然的生態(tài)理念。

具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結(jié)語

(1) 本污水處理系統(tǒng)在降低污水中CODcr的同時，實現(xiàn)了深度脫氮除磷，出水用于補給河湖，實現(xiàn)生態(tài)補水。

(2) 采用接觸氧化生物膜技術(shù)，利于微生物附著生長，對水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強; 在接觸氧化池與MBR 池之間增設(shè)溢流堰，更好地截留接觸氧化池活性污泥，降低MBR 池內(nèi)的膜污染，延長膜組件的使用壽命，有利于MBR 技術(shù)的推廣應(yīng)用。

(3) MBR 池出水進(jìn)入人工濕地進(jìn)行深度處理，一方面降低了進(jìn)入濕地的污染負(fù)荷，減少了濕地堵塞，利于濕地的長期運行; 另一方面對濕地進(jìn)行景觀設(shè)計，使得該污水處理系統(tǒng)與周圍環(huán)境相互協(xié)調(diào)，便于其在小區(qū)內(nèi)的推廣應(yīng)用。

(4) 本污水處理系統(tǒng)前處理好氧部分設(shè)計占地面積偏大，增加了工程投資和日常曝氣量，造成本工程造價及運行費用偏高;

目前，MBR 和人工濕地技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，如何將這2 種技術(shù)進(jìn)行高效整合，在保證出水水質(zhì)的同時，更好地降低工程和運行成本，優(yōu)化景觀效果，融入周圍環(huán)境，值得做進(jìn)一步的深入研究。