乡镇污水系统设计探索

邹 渊， 高 雪， 刘振亚

(西南交通大学, 四川成都 610031)

随着我国经济的快速发展，由于快速发展所带来的环境污染问题越来越成为我国民众关注的问题，也是我国政府近年来需要亟待解决的一大问题。其中在环境污染问题中，水污染问题占据着很大比例。同时由于我国城镇化的速度加快，乡镇居民的生活水平也不断提高，人均用水量也急剧上升，最终导致大量的污水产生。而我国现状大多数乡镇缺乏完善的污水系统，排水体制以雨污合流制为主，已建管道多为混流的合流管，一些乡镇污水利用暗渠或街边排水沟未经任何处理就近排放入周边水体，对乡镇环境以及当地水体污染十分严重。

建国以来，我国一直着重于城市生活污水的处理，工程设计也是根据城市污水的特点来进行设计。而乡镇生活污水与城市污水有着显著的不同，乡镇人口相对分散、污水面广、污水来源多[1]。因此完全按照处理城市生活污水的方法来设计处理乡镇生活污水是不合理且不经济的。本文根据乡镇生活污水的特点，提出适用于乡镇的污水处理系统。

1 乡镇生活污水特点

1.1 生活污水相对分散

乡镇地区除了集镇镇内居民居住较为集中以外，乡镇附近行政村居民居住不集中，村庄十分分散，生活污水的排放也很分散。而对于人口居住较为集中的集镇，由于现状国内大部分乡镇并无污水排放和处理系统，生活污水的排放也是比较分散的。集镇内部分居民的污水沿道路旁的排水沟排放至集镇内某一统一的排污口内，未经任何处理排放至附近水体内，而另部分居民的生活污水可能就近排放至屋后的池塘或农田内，因此污水的排放比较零散，收集该部分污水十分困难。

1.2 生活污水来源广

乡镇生活污水主要来源于餐厨废水、洗涤废水、沐浴废水以及卫生间排水等四个方面，另外给农田和果树施肥，农药渗进农田土体中，降雨时冲刷带出来的水也是含有污染物的[1]。

1.3 水质水量不稳定

乡镇生活污水水质不稳定，不同时段的水质差别大，主要污染物为COD、SS、氮、磷以及致病微生物，可生化性强；另一方面，农村生活污水水量分布分散、间歇排放、水量变化系数大，单个地方生产量少，但是总量还是十分大。

2 排水体制

2.1 排水体制分类

排水体制主要分为三类：截流式合流制、分流制、截流式混流制[2]。

2.1.1 截流式合流制

污水和雨水的收集与输送采用的是同一套管道系统，在旱季时主要输送污水，雨季当降雨量小时输送污水与初期雨水，并截流至污水处理设施进行处理的排水系统。在管道系统中设置溢流井是为了在降雨量大时，将超过了截污干管的输送能力的部分混合污水经溢流井排入水体(图1)。

图1 截流式合流制示意

2.1.2 分流制

污水和雨水分别采用独立的管道进行收集与运输的排水系统(图2)。现在一般新建城市、扩建新区、新建开发区等具备较好建设条件地区的污水管网系统多采用分流制[3]。

图2 分流制示意

2.1.3 截流式混流制

该排水系统介于分流制与合流制排水系统之间，它以分流制排水系统为基础，管道系统中部分管道采用雨污分流。该系统对旱季时候少量混入污水排水系统中的雨水与雨季时的初期雨水进行截流，进入到污水收集系统进行输送(图3)。

图3 截流式混流制示意

2.2 排水体制选择

排水体制的选择需要综合考虑工程的核心目的和项目投资的合理性。对于一些具备开发建设的条件的地区，如一般新建城市、扩建新区、新建开发区等，该类地区一般来说总体规划与排水规划比较完善，因此在设计时多采用雨污分流制的排水系统。而我国现状绝大多数乡镇尤其是西部乡镇地区的排水系统基础十分薄弱，缺乏完善的排水专项规划，且这些乡镇的街道大多都十分狭窄、两侧建筑密集、施工难度大。针对现状排水系统基础十分薄弱的乡镇，如果要采用彻底的雨污分流制的排水系统则需要逐户改造，需要在十分狭窄的街道内敷设雨水和污水两套管网，施工难度极大，与之相对的工程造价也必然巨大，项目的工程周期也必将漫长，同时导致短期内污水仍然得不到妥善的处理，乡镇水环境恶化的压力持续增加。所以对于该类乡镇地区的排水体制应该结合实际情况分近远期考虑，在有条件源头进行雨污分流的地区可实行源头雨污分流，而在部分乡镇道路十分狭窄不具备施工条件的地区可在现有污水排水路径的中下游截流，待到后期条件具备时分步实现雨污分流的改造。因此，对现状排水系统薄弱、建成街道狭窄、施工条件差的乡镇地区，为短期内迅速改善水污染问题，宜采用截流式混流制。

该排水体制的核心是截污干管设计的合理性，截污干管的设计应首先对现状排污口进行充分调查；然后根据现状主要排污口的分布情况，合理确定干管走向以截流收集全部现状排污口的污水；最后结合乡镇总体规划合理确定截污主干管埋深和布置预留井，并预留高程空间，以便上游支管网接入。截污的技术措施主要是在现状雨污混流的排污口处设置截污堰以实现旱季污水的全部截流和一定数量的初期雨水截流。

3 污水处理系统与工艺

3.1 污水处理系统选择

污水处理系统主要分为两类：集中式处理系统与分散式处理系统。现状城市市政工程污水的设计处理系统大多采用的是集中式处理系统，该系统适用于城市这种居住集中、处理规模大、污染源较为集中的地区。而对于像旅游景点、农乡结合部等污水产量少、来源分散等特点的地区，采用集中处理并不适宜，对该类污水，国内外的学者都积极倡导污水分散处理思想，即就地处理、就地回用，实现水平衡和水循环[4]。

乡镇地区除了集镇内人口居住较为集中外，乡镇所属行政村的居住都是比较分散的且部分村落远离集镇。因此在设计乡镇污水处理系统时，应综合考虑两种处理系统。对于集镇区域内产生的污水，可采用集中处理系统进行集中处理。而对于远离集镇的村落与因地形难以接入集镇管网的村落可采用分散式处理，就地处理。因地制宜，采用分散处理、集中与分散结合的设计理念。

3.2 污水处理工艺

3.2.1 污水处理工艺要求

乡镇生活污水与城市生活污水有所差异，因此在污水处理工艺要求上也有所差异。考虑乡镇污水的特点，在设计选择污水处理工艺时，可结合下列几点要求进行选择。

3.2.1.1 基建费用少，运行成本低

虽然我国城镇化的速度不断加快，但目前来说我国大部分乡镇经济不够发达，经济承受能力较弱。在建设工程时，资金需求往往依赖于国家的税收。因此在设计乡镇污水处理工艺时，宜具备工程投资少、运行费用低的特点，使工程投资与运行成本与乡镇的经济水平相适宜。一般乡镇在投资力度不高于1 100元/m3.d时能够正常进行工程建设，运行过程中的总成本为0.60～0.70元/m3[5]。

3.2.1.2 运行管理简单

由于乡镇管理操作人员专业水平相对较差，故在选择处理工艺时，应具备运行管理简单的特点，不宜有技术含量较高的环节，方便运行管理人员的操作。

3.2.1.3 较强的耐冲击复核能力

乡镇污水通常随着季节而变化，具有一定的季节性。一般时节，乡镇外出务工人数较大，水污染程度低，但在春节等节假期间人口会突然增加，导致水污染程度变高，水质变化较大。因此，选择工艺时必须考虑到这点，所选工艺应适应水质水量的季节波动[5]。

3.2.2 常用污水处理工艺

我国现状乡镇污水处理工程中污水处理工艺应用较多的主要有CASS工艺、A/O工艺、A2/O工艺、人工快渗系统[6]。

3.2.2.1 CASS工艺

CASS工艺是国内外污水处理工程中运用较多的一种工艺，由于其流程简单、占地面积小、投资较低，因此常常应用于小乡镇污水站中，但是根据这些运用案列显示实际运行效果并不乐观[6]。由于该工艺以时序控制为主，而污水水质时常变化，因此为保证出水效果，需要根据污水水质变化来调整工作程序，该操作较具技术含量，而一般乡镇污水站的现场管理人员由于技术能力比较薄弱，可能无法按照实时的进、出水质变化情况来调整曝气时间，而只能按照固定机械式的操作，长期如此运行会导致处理效果降低。

3.2.2.2 A/O工艺

A/O工艺是在传统的活性污泥法的基础上，加入缺氧生活进行前处理，最后将污水进行脱氮处理。该工艺流程简单，投资省，操作费用低，对废水中的有机物，氮磷等均有较高的处理效果。但该流程中二沉池的混合物含有一定量的硝态氮，若现场人员操作不当，产生了反硝化反应，就会产生大量氮气，导致污泥上浮，活性污泥流失。由于无法达到同时脱氮除磷，导致出水水质恶化，可能无法满足新排放标准[6]。

3.2.2.3 A2/O工艺

该工艺是目前流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺，该工艺的主要特点有：(1)厌氧-缺氧-好氧交替运行、丝状菌很难稳定地生长，更不会大量繁殖，因此基本不会发生污泥膨胀，SVI值不大于100；(2)根据不同微生物的生长特点，将三个区域完全隔离开，利于各种微生物的生长繁殖，有效促进了对应污染物去除效率；(3)运行稳定，对水质变化适应能力较强。

但不足的是该工艺的脱氮与除磷效果都难于进一步的提高，污泥增长也有限值，提高难度较大；工艺运行能耗较高。

3.2.2.4 人工快渗系统

人工快渗系统是一种新型的污水处理技术，既能用于生活污水的处理，也可用于净化改善受污染河流水水质。该系统在土地快速渗滤系统的基础上进一步研发而得的，它用具有良好渗透性的煤矸石、陶粒及天然河砂作为渗透过滤的介质，取代了天然土层的作用，将系统中的水力负荷在很大程度上加以提高[7]。该工艺的优点有：一是出水效果好，经该系统处理后，出水水质可达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物的排放标准》一级A标准[8]；二是建设、运行费用低、运行管理方便、适用范围广，比较适用于没有完善污水系统的地区；三是抗冲击负荷强，短时间的水质水量突变不会影响系统正常运行，出水依旧稳定。但不足的是该系统的微生物在填料中的生长情况难以定性衡量，且快渗池中长草较为迅速，需要人工频繁翻晒，导致劳动力的投入加大。

4 结论

乡镇地区污水来源广、产生源分散且水质、水量变化大，与城市污水有显著的差别，因此对于乡镇地区污水的收集和处理应该对乡镇实际情况有所考虑。对于某些排水基础设施比较缺乏的乡镇，排水体制近期可按截流式混流制进行设计，待远期建设条件成熟后逐步改造为雨污分流制。污水处理系统可因地制宜，采用分散处理、集中与分散结合的设计理念。乡镇污水处理工艺的选择应考虑乡镇当地的经济情况，按照经济高效、简便易行的原则合理选择现有成熟处理工艺，即按照选择的工艺技术的相关要求以及方便建成后污水处理设施营运管理的相关要求，结合当地的实际情况进行科学合理的设置。