摘要：在美丽广西·幸福乡村的规划建设中，针对农村日益严重的黑臭水体问题必须加以充分的重视，对污水处理过程中一体化设备的要求也逐渐提高。多级生态化污水处理设备正是基于简单、高效、适用等特点，满足人民群众对水环境保护日益增长的需求。本文重点介绍一种多级生态化污水处理设备的设计要点及附属工艺设施的选用。
关键词：多级生态，设计，分析。
多级生态化污水处理设备采用的是一种生物接触氧化污水处理工艺技术，是一种基于“A+O”处理工艺演变而来的生态处理工艺。多级生态化污水处理设备是将处理工艺集成化、设备化，采用多级生态净化，多重保护，保障出水稳定达标，同时污泥产量非常少，仅为传统工艺的十分之一。
1.设计依据与工艺流程
多级生态化污水处理设备为钢制常压焊接设备，按国家能源局标准NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器》制造、检验和验收，总体防腐要求参照SH/T3022-2011《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》中有关设备内、外防腐的规定。该设备采用的是多级生态净化污水处理技术，主要工艺流程如下：
.png)
目前，全国尚未制定统一的农村生活污水排放标准。因此，参照广西类似工程设计经验，生活污水经处理后排放标准不低于GB18918－2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准，现拟定污水处理系统进、出水设计参数见下表。
进、出水设计参数表
.png)
注：本行数据是根据广西生态环境部门最新起草的关于农村生活污水处理设施污染物排放规定征求意见稿中对于出水直接排入非敏感区域的限值。
2.设备单元设计
多级生态化污水处理设备内部分为水解酸化池、接触氧化池、二沉池等三个单元，污水流经每个单元进行深度处理，逐级净化，降低污染物的浓度。
2.1水解酸化池
水解酸化池的作用是减小有机物分子量，产生不完全氧化的产物，有利于后续的好氧段处理。水解酸化是一种生物氧化的方式，在没有外源电子受体的条件下，化能异养型微生物细胞对能源有机化合物的氧化与内源的有机化合物的还原相耦合，一般并不发生经包含细胞色素的电子传递链上的电子传递和电子传递磷酸化，而是通过底物（激酶的底物）水平磷酸化来获得代谢能ATP；能源有机化合物释放的一级电子载体NAD（一种转递电子的辅酶），以NADH的形式直接将电子交给内源的有机受体而再生成NAD，同时将后者还原成水解酸化产物（不完全氧化的产物，有利于后续的好氧段处理）。经水解酸化池后，CODcr去除率可达到30%~45%，BOD5去除率可达到25%~35%，SS去除率可达到70%~80%，大幅度降解废水中的污染物。
在水解酸化池中，依次发生水解、酸化反应。在水解段，复杂的、难溶的、难降解的大分子有机物被胞外酶水解为简单的、溶解性好的、易生物降解的小分子有机物；在酸化段，溶解性的有机物由兼性细菌转化为小分子的有机酸、醇、醛等； 从而提高了BOD5/COD值，使污水的可生化性能得到提升，同时也可以降解部分有机污染物质。
2.2接触氧化池
水解酸化池出水进入接触氧化池，利用接触氧化池内生物床悬挂生物亲和性填料，好氧专性微生物附着在生物亲和性填料表面，利用流经的生活污水中的有机物进行新陈代谢作用，将有机物彻底分解为水和二氧化碳以及新的微生物体，从而去除水中的污染物质，其化学反应原理如下：
1)分解反应
CHONS(有机物的组成元素) + O2 → CO2 + H2O+NH3+SO42-+…+能量
2)合成代谢反应
CHONS(有机物的组成元素) + 能量 → C5H7NO2
3)微生物内源呼吸
C5H7NO2 + O2 → CO2 + H2O+NH3+SO42-+…+能量
2.3二沉池
生活污水经过接触氧化后，夹带氧化过程中产生的少量的活性污泥及新陈代谢的生物膜，以及不能进行生物降解的少量固形物，进入二沉池进行泥水分离，从填料上脱落的生物膜形成污泥排出系统，使水得到澄清排出。二沉池的作用是泥水分离，使混合液澄消、污泥浓缩并将分离的污泥回流到生物处理段。其效果的好坏，直接影响出水的水质和回流污泥的浓度。因为沉淀和浓缩效果不好，出水中就会增加活性污泥悬浮物，从而增加出水的BOD?质量浓度。同时，回流污泥浓度也会降低，从而降低曝气池中混合液浓度，影响净化效果。
2.4设备容积设计计算
以100吨/天的处理规模为例，相关设计参数如下表所示：
.png)
注：进水参数按进、出水设计参数表，出水达到一级B标准以上，去除率参照现阶段工程运营经验，满足《生物接触氧化法污水处理工程技术规范》中对去除率的规定。
1）调节池、水解酸化池、沉淀池、人工湿地按照停留时间计算得到构筑物容积，即：
(Q－日处理量m3/d；HRT－停留时间h；V－容积m3)，将监测数据带入公式即可得到单个构筑物容积。
.png)
3.壳体计算与防腐选择
多级生态化污水处理设备属于环保类常压设备，根据我国农村地区的实际情况和经济状况，选择防腐型碳钢一体化设备，符合现阶段农村地区污水处理的制造要求和成本要求。
根据各单元的容积计算尺寸，结合常压设备的强度、刚度计算和介质的腐蚀情况，壳体建议采用6mm厚Q235B钢板进行加工制造，并采用角钢或者方管进行加强，间距可根据所选钢材厚度及加强筋型号综合考虑。焊接完成后焊缝及钢板表面打磨除锈，角焊缝表面应圆滑过渡。设备外部涂环氧富锌底漆2道，每道干膜厚度不小于50μm，环氧煤沥青防腐涂料中间漆2道，每道干膜厚度不小于100μm，面漆可以根据业主需要喷涂指定颜色及相关标志。设备内部刷涂环氧防腐沥青底漆和面漆各2道，每道干膜厚度不小于50μm。
4.设备附件选用
多级生态化污水处理设备包含了生物床、填料、曝气系统、集水器等附件，这些附件对污染物能得到有效降解起到了关键性的作用。
4.1生物床及填料
生物床安装于水解酸化和接触氧化两个反应池中，主要作用是为填料提供支撑元件，固定生物填料的活动范围，加快生化处理效率。生物床主梁采用L63角钢或者50x50方管，距池底、池面各0.5m处安装，用不锈钢铁丝网（网孔50x50）封堵并预留500x500检修孔。填料悬挂于生物床内部，作为微生物挂膜的载体。水解酸化池与接触氧化池填料采用Φ150mm的悬浮球，均匀放入生物床内固定空间。二沉池采用Φ50斜管填料，安装角度为45~60度，高度为2m。二沉池底部四周焊接四块斜板，安装角度为45~65度，便于污泥沉降，最终利用污泥泵外排。
4.2曝气装置
曝气装置安装于生物床底部，利用设备房回转风机输送来的空气，在氧化池底部均匀的曝气，提供好养生物所需的氧气。池中溶解氧含量一般维持在2.5~3.5mg/L之间，气水比为：（15~20）:1，池内的有效接触时间不得少于2h。曝气管通常采用ABS塑料管，尾部采用微孔曝气器曝气。曝气管与曝气器间隔均不小于350mm。风机通常安装在设备房中，方便检修。对于地上布置的设备，可以在设备内部加设设备操作间，用于安装风机、电控柜、消毒装置。同时，由于曝气系统的存在，接触氧化池根据需要设置排气管或者排气孔。
4.3集水系统
集水器安装于水解酸化池、接触氧化池、二沉池出水侧，可以采购成品S30408不锈钢出水堰板，亦可以在加工厂自行加工，钢板厚度不小于3mm。堰板出水口用不锈钢铁丝网封堵，防止大件杂物堵塞过水口。
5.配套设施
5.1人工湿地
生活污水经多级生态化设备处理后流入人工湿地。水质上，人工湿地对污水残留的污染物进行深度的再处理，特别是对氨氮的进一步吸收，并且可以去除SS、色度，使处理出水能够稳定达标排放；技术上，人工湿地对有机物的去除率较高，可达60％~99％，具有很好的除氮、除磷效果；环境效益上，建设人工湿地可以美化生态环境，防止水土流失，符合项目建设目的；经济上，人工湿地投资运行费用远远低于传统工艺，经济可行性好。
人工湿地采用30~100mm直径、厚度不小于250mm的火山岩滤料作为填料层，按直径从大到小层层铺设。最顶层采用生物栽培床种植美人蕉、再力花、风车草等亲水性植物，种植密度为25株/m2。
5.2 PLC集成控制
农村生活污水排放具有间歇性，排放高峰期一般在中午12 点到2 点和下午5 点到7 点，表现为从早上到晚上呈上升趋势，夜间排放量持续下降，甚至可以达到零排放状态。根据这一特点，需要在系统中设置一个PLC集成控制系统，实现对设备的远程操控。控制系统根据水位的变化控制潜水泵的启停，提高调节池的调节功能。同时，通过切换风机和水泵，切实提升机器设备的负荷，保证其能够处于良性运行状态，也解决了农村地区污水处理设施管理困难的问题。
6.综合效益提升与尾水循环利用
根据地区生态环境部门对环保设施的建设要求以及项目地的自然条件，设备可进行地上或者半地上布置，减少施工开挖工程量。厂区可建设花园式污水处理站，特别是对于埋地设置的设备，厂区可以进行美化绿化，建成一个休闲绿地式小公园，提升污水处理项目的环境效益、景观效益。处理合格后的水可以直接外排至自然水体，也可建设农灌水池与滴灌系统，用于农田、林地、种植业的灌溉，提高尾水的循环利用率，也解决了干旱地区部分灌溉用水问题。
7.结语
多级生态化污水处理设备具有工艺简单、布置灵活、抗污染负荷能力强的优点，它无药剂消耗、能耗低，设备维护少，运行成本低。同时，设备的自动化程度高、运营管理简便、技术成熟、施工灵活度大，适合在广大农村地区推广，应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]GB 50014-2006(2014年版),室外排水设计规范[S]?,中华人民共和国住房和城乡建设部，2014.2。
[2]NB/T 47003.1-2009，钢制焊接常压容器[S]?,国家能源局，2010.5。
[3]SH/T 3022-2011，石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范[S]，中华人民共和国工业和信息化部，2011.6。
[4]HJ 2009-2011，生物接触氧化法污水处理工程技术规范[S]，中华人民共和国环境保护部，2012.1。