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沪南地区农村生活污水处理工程宜采用就地处理MBR工艺
上海市城市建设设计研究总院(集团)有限企业 程万达 / 时间:2018-08-28 11:46:52

  据城建水业微信公众平台2018年8月17日讯 随着沪南地区农村社会经济快速发展及城镇化建设速度的不断提高,农村生活污水排放总量日益增加,而大部分镇村尚未集中建设排水管网系统及污水处理系统,大量农村生活污水未经任何收集和处理而直接排入附近河道或室外低洼地带渗入地下,致使农村河道水体污染严重,水质等级明显下降,居民生活环境受到严重影响,制约了农村社会经济的可持续发展。
  近年来,为改善沪南地区农村水体及人居环境,上海市在浦东新区、金山区及宝山区等多个镇实施了农村生活污水处理工程,工程主要实施内容包括污水纳管及分散污水就地处理,即对具备污水纳管条件区域新建污水收集管网,将农村生活污水接入市政污水管网,统一送至污水处理厂进行集中处理,对不具备纳管条件区域实施污水分散式就地处理,出水满足相应排放标准后就近排入水体,从而实现区域污水治理率100%的目标。
  本文结合沪南地区某镇农村生活污水处理工程实例,对污水纳管中的管网设计原则、管材选用、管网附件及分散污水就地处理中的处理工艺选择等设计要点进行分析。
  污水纳管
  1、管线布置原则
  根据该镇建设总体规划,排水体制采用雨、污水分流体制,污水纳管应采取雨污分流原则,避免雨水混接进入污水管道。在污水管网布置中,根据周边污水管网及拟建分散污水就地处理设施位置、地形高低及河道分布情况来综合确定污水系统收集片区。
  污水纳管是农村生活污水处理最彻底、最可靠的出路,农村生活污水应以纳管为主。为尽量扩大实施污水纳管的工程范围,当已建市政污水管道在管径满足接管要求的情况下,新建污水收集管网中DN300主管的敷设坡度可减小至0.003,污水管道应按重力非满流设计。管道尽量沿村组道路外侧布置以减少道路修复工程量,降低工程费用。污水管道覆土不应小于0.40m,当布置在车行道路下或穿越车行道时,覆土厚度不应小于0.70m。管道基础下层采用细粒径石铺垫,上层采用粗砂铺平。污水管网总体布置应便于实施,易于维护及管理。
  2、污水管材比选
  合理选用污水管网所用管材,可有效降低管网工程投资,保障管网运行稳定。管网选用管材应具有足够强度以承受外部荷载,并具有良好的密闭性、耐冲刷性及抗腐蚀性,管材内壁应尽量光滑,水力条件良好。目前,在排水管网中应用较多的有钢筋混凝土管(PCP)、PVC-U双壁波纹管、HDPE双壁缠绕管及离心浇筑玻璃钢夹砂管(RPMP)等。
  1) PCP管在重力流污水管道中应用较多,具有成熟的制作工艺及施工经验,价格较低,施工方便,按其规格及承压等级可分为Ⅰ级与Ⅱ级,适于开槽埋管及顶管施工,但其自重较大,且管道接头数量较多,管道密闭性较差,长时间运行存在渗漏现象,大口径管道运输困难,施工周期较长。
  2) PVC-U双壁波纹管是以硬聚氯乙烯为原材料生产完成,管道外壁为梯形或弧形波纹状肋,内外壁波纹间为中空的异型结构壁管材。该类管材根据环刚度分为S1(≥4kN/m2)和S2(≥8kN/m2)2种型号,采用承插式橡胶圈连接,自重较轻,水力条件优异,管道密闭性好,当管径较小时价格优势明显,施工周期短,维护管理简便。
  3) HDPE双壁缠绕管是以高密度聚乙烯(HDPE)为原材料缠绕焊接成型的管材,管道环刚度高,管材耐磨损及耐腐蚀性能好,抗冲击能力优于PVC-U管,过流能力强,使用寿命可达50 a以上。此外,管材自重较轻,装卸运输及安装方便,采用承插橡胶圈连接,施工周期较短,维护管理简便。
  4) RPMP玻璃钢夹砂管采用离心浇筑工艺方法制成,属于热固性管材,质量稳定,离散系数小,材质均匀,密封性及耐腐蚀性优异,耐压及抗冲击能力强,耐磨性好,采用承插口橡胶圈连接,施工周期短且后期维护管理方便。
  结合当地实际,考虑技术经济及市场供应因素,参考周边地区建设经验,污水DN150出户管采用PVC-U双壁波纹管,环刚度≥4kN/m2;重力污水管道DN200~400采用HDPE双壁缠绕管,环刚度≥8kN/m2;重力流污水管道≥DN500时采用RPMP离心浇筑玻璃钢夹砂管,环刚度≥10kN/m2。
  3、管网附件
  1) 检查井
  为便于污水管网维护,在污水管道交汇处、转弯处、管径或坡度变化处以及直线管段上每隔一定距离处均须设置污水检查井。考虑到成品塑料检查井具有施工周期短,占地面积小、密封性能好等优点,结合周边镇村实际使用情况,在本工程中,污水检查井除在主要道路及过河段前后采用砖砌检查井之外,其余均采用聚乙烯(PE)一体成型成品检查井。
  2)隔油池
  含油脂废水进入污水管道后,随着气温下降,油脂颗粒开始凝固并附着在管道内壁上,导致管道过水断面逐渐缩小,影响管道运行稳定。本工程中厨房排水均需先接入隔油池进行隔油处理后再接入污水管道,隔油池结构有钢结构、钢混结构、砖砌结构及环保材料成品结构等。在本工程中,隔油池均采用聚丙烯为原料制成的成品隔油池,既能保证隔油处理效果,又可有效缩短施工工期。
  3)化粪池
  为避免污水管道发生堵塞并有效截留生活污水中的大颗粒杂物,每户住宅均需设置化粪池。传统砖混结构化粪池的密封性及耐腐蚀性均较差,短期使用后即存在运行不畅及渗漏现象,由此,本工程采用由聚丙烯为原料制成的成品化粪池,其具有密封性好、占地面积小、抗腐蚀性及抗冲击性能强等优点,此外,聚丙烯化粪池厌氧腐化功能良好,清掏周期为传统化粪池清掏周期的3倍以上,运行管理更为简便,经济效益明显。
  4)污水泵站
  为避免污水管道埋深过大,降低管道施工难度及节省工程投资,考虑在污水管线的适当位置设置污水提升泵站。在传统排水管网中,提升泵站多为现浇钢混结构,施工工期长,占地面积大,池壁易受腐蚀,池体使用寿命较短,且底部易于沉积杂质致臭气挥发,对环境影响较大。由此,本工程污水泵站采用地埋式一体化预制泵站,其采用高强度纤维玻璃钢整体缠绕一次成型,泵体强度、抗渗性及耐腐蚀性均优于传统钢混结构泵站,使用寿命长,泵站设备集成度高,可实现无人值守及远程操控,施工周期短,环境影响良好。
  污水就地处理
  1、生活污水特点
  对不具备纳管条件的区域,农村生活污水实施就地处理,分散污水就地处理工艺应结合农村实际情况及农村生活污水特点确定。该镇农村污水主要有粪便污水、洗浴废水、厨房洗涤废水、洗衣污水、公益单位生活污水及农家乐排水等。分析得知该镇农村生活污水有如下特点:
  1) 排水量小,变化系数大
  污水量规模关系到就地处理设施规模的大小,该镇实际居住人口数量偏少,产生的污水量也少。根据周边镇村就地处理设施实际调查情况显示,均存在收集污水量不足等问题,此外,生活污水排放与居民生活规律相近,水量变化幅度较大,日变化系数一般在3.0~5.0之间。
  2) 水质可生化性好
  根据该镇实际用水情况调查,农村用水主要为自来水、河水及井水。其中,自来水作为饮用、沐浴及冲厕等水源,而河水、井水则作为洗涤衣物、冲刷地面及饲养家禽等。生活污水基本不含重金属及有毒有害物质,且BOD5及COD浓度一般均高于城镇生活污水,BOD5/COD一般为0.45~0.55,污水可生化性较好。为保证沪南地区农村河道水质保持长期稳定向好趋势,分散污水就地处理设施的出水水质须优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级B标准,结合周边镇已建农村污水处理工程的出水水质,本工程设计出水水质实行一级A标准
  2、处理工艺比选
  结合农村生活污水特点分析,为保证出水水质达标排放,就地处理设施应选择较成熟的处理工艺,工艺流程不宜过于复杂,以便于后期维护及管理。此外,就地处理设施应布置紧凑、减少占地,运行费用低且运行效果稳定。目前,常见的农村污水就地处理设施有生物接触氧化池、低负荷生物滤池、立式生物转盘及一体化膜生物反应器(MBR)。不同处理设施采用的处理工艺特点如下:
  1) 生物接触氧化池
  生物接触氧化工艺通过在反应池中填充填料,同时在池底曝气进行充氧,含氧污水流经填料后在填料表面形成生物膜,通过生物膜上微生物的新陈代谢作用将污水中的有机污染物去除,该工艺兼有生物膜法及活性污泥法的优点,容积负荷较高,对水质水量波动适应能力强,污泥产量少且不存在污泥膨胀等问题,运行管理较为方便,不足之处在于填料易于老化,维护及更换较为不便,填料挂膜稳定性欠佳,脱膜现象可导致出水SS超标。
  2) 低负荷生物滤池
  低负荷生物滤池主要由池体、滤料、布水装置及排水系统组成,污水经旋转布水器分布在滤料中,形成生物膜后对污水中的有机污染物进行去除。该工艺负荷较低,有机物去除率可达85%~95%,出水水质良好,运行稳定,不足之处在于占地面积较大,进水预处理不够充分时,可能导致滤料堵塞,影响处理效果。
  3) 立式生物转盘
  立式生物转盘是在生物滤池基础上发展出来的一种高效经济的污水生物处理设备,设备由初沉池、缺氧池、生物转盘及二次沉淀池集成在一个装置内完成,污水经初沉阶段、污泥储存阶段、缺氧阶段、好氧阶段及二次沉淀阶段处理后,出水水质优良。该工艺的处理效率较高,处理效果稳定可靠,污泥产量少,运行费用较低且易于维护管理,不足之处在于占地面积相对较大。
  4) 一体化膜生物反应器(MBR)
  膜生物反应器是一种将91590游艺场技术与生化处理单元相结合的污水处理工艺,该工艺以膜组件取代传统生化处理技术末端的二沉池,利用中空纤维膜截留活性污泥与大分子有机物,出水水质优良稳定,水质安全性好,工艺简单,布置紧凑,系统抗冲击性强,运行成本较低,设备集成度高,可实现远程操控管理,自动化程度高。
  结合各类处理工艺对比及该镇实际情况,采用一体化膜生物反应器可以做到无人值守,结合远程操控可进一步提高设备使用效率及处理效果。该工艺突破了传统污水治理工艺模式,将膜过滤与生化反应器进行有机结合,出水稳定可靠,在沪南地区多个镇村已经得到成功应用,由此,本工程中污水就地处理设施采用一体化膜生物反应器(MBR)。
  总结
  沪南地区农村生活污水具有分散面广,收集困难且水量波动大、可生化性好等特点,在进行农村生活污水处理工程设计中,应遵循因地制宜原则,优先考虑纳管,对不具备纳管条件的区域农村生活污水采用成熟可靠、运行费用低且后期维护管理方便的就地处理工艺。

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