智能化小型生活污水處理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

康 璇，王 希，王秀茹，曹優(yōu)明，陳 倩，吳智洋

（1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083；

2.教育部水土保持與荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

長(zhǎng)期以來，由于治理資金短缺和農(nóng)村水環(huán)境保護(hù)意識(shí)的淡薄，農(nóng)村地區(qū)的生活污水未經(jīng)處理就直接排放，未經(jīng)處理或處理不當(dāng)?shù)纳钗鬯虺蔀楹恿骱此|(zhì)惡化的主要原因之一[1]，若浸入地下則破壞了飲用水源，危害用水居民的身體健康，傳播疾病，降低人們的生活質(zhì)量。北京又是世界上嚴(yán)重缺水的大城市之一，人均水資源量不足300m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的人均1 000 m3的下限，屬重度缺水地區(qū)。因此，重視與加強(qiáng)農(nóng)村地區(qū)的污水排放收集和處理設(shè)施建設(shè)工作,避免因污水未經(jīng)處理直接排放而對(duì)農(nóng)村地區(qū)的水體、土地等自然環(huán)境產(chǎn)生污染影響,確保農(nóng)村水源安全和農(nóng)民身體健康,既是新農(nóng)村建設(shè)中加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推進(jìn)村莊整治工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容,也是當(dāng)前農(nóng)村人居環(huán)境改善工作中所要解決的最急需、最迫切、最突出的問題,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

1 農(nóng)村污水的現(xiàn)狀

北京市農(nóng)村污水包括農(nóng)村地區(qū)居民在生活和生產(chǎn)過程中形成的污水。生活污水包括居民生活過程中廁所排放的污水以及洗浴、洗衣服和廚房的污水等。生產(chǎn)污水主要有畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工等產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水,甚至包括降雨形成的村莊徑流水及農(nóng)田徑流水[3]。農(nóng)村污水分散、量小、遠(yuǎn)離群居和大水體，而且水環(huán)境容量較小，管理水平低[4]。北京市農(nóng)村污水的主要特點(diǎn)是：①農(nóng)村用水量標(biāo)準(zhǔn)較低，污水流量小且日變化系數(shù)大；②污水成分濃度較低且日益復(fù)雜，波動(dòng)性大；③農(nóng)村地區(qū)人口大都分散居住，沒有排水管網(wǎng)，集中收集處理難度大[5]。

2 農(nóng)村污水處理模式

北京市各郊區(qū)縣的自然地理、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活習(xí)慣等方面都存在較大差別，使得污水處理方式不能過于單一，應(yīng)根據(jù)農(nóng)村具體地形特點(diǎn)、風(fēng)俗習(xí)慣和社會(huì)條件等因素，因地制宜地采用多元化污水處理模式。目前北京市村鎮(zhèn)污水處理主要采用分散處理模式和集中處理模式，有時(shí)也采用管網(wǎng)截污模式[6]。

2.1 分散處理模式

它是將農(nóng)戶的污水實(shí)行分區(qū)收集,以稍大或鄰近的村莊聯(lián)合為宜,各區(qū)域污水進(jìn)行單獨(dú)處理。一般采用中小型污水處理設(shè)備或自然處理等形式。該處理模式具有布局靈活、施工簡(jiǎn)單、管理方便、出水水質(zhì)有保障等特點(diǎn)[7]。北京市有些村鎮(zhèn)居民居住分散，相互之間距離遠(yuǎn),而且地勢(shì)高低錯(cuò)落，溝渠、橋路等橫穿村落，將這些各自分散排放的污水集中處理，難度較大，甚至需要采取污水管道保溫和提升措施，這對(duì)農(nóng)村來說，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高，且實(shí)施起來難度也大。故采取分散處理模式較為經(jīng)濟(jì)適用[5]。

2.2 集中處理模式

該處理模式就是收集所有農(nóng)戶產(chǎn)生的生活污水，利用一處設(shè)施進(jìn)行處理，采用自然處理、常規(guī)生物處理等工藝形式。本模式具有占地面積小、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行安全可靠、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)，適用于規(guī)模大、經(jīng)濟(jì)條件好、村鎮(zhèn)企業(yè)或旅游業(yè)發(fā)達(dá)、處于水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的單村或聯(lián)村污水處理。主要應(yīng)用在村莊分布密集、緊湊的平原區(qū)[6]。

2.3 管網(wǎng)截污模式，即接入市政管網(wǎng)統(tǒng)一處理模式

這種處理模式是指村莊內(nèi)所有農(nóng)戶的污水經(jīng)污水管道集中收集后,統(tǒng)一接入鄰近市政污水管網(wǎng),利用城鎮(zhèn)污水處理廠統(tǒng)一處理。該處理模式具有投資省、施工周期短、見效快、統(tǒng)一管理方便等特點(diǎn)，適用于距離市政污水管網(wǎng)較近（一般5 km以內(nèi)），符合高程接入要求的村莊污水處理。這種處理模式通常適宜于靠近城市或城鎮(zhèn)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好、具備實(shí)現(xiàn)農(nóng)村污水處理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”轉(zhuǎn)變條件的農(nóng)村地區(qū)采用[7]。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目背景

新城子鎮(zhèn)曹家路民俗旅游村位于京郊密云縣的東北角，距云岫谷景區(qū)8 km，司馬臺(tái)長(zhǎng)城20 km，是通往霧靈山國(guó)家森林公園西門的必經(jīng)之路。全村740戶，2 431人，1 100個(gè)勞動(dòng)力，其中民俗接待戶150戶，從事民俗接待人員300人。2003年全村經(jīng)濟(jì)總收入3 100萬元，接待游客2萬人次，民俗接待收入100萬元。民俗旅游已成為曹家路村農(nóng)戶致富的主要途徑。

密云新城子鎮(zhèn)曹家路清潔小流域區(qū)域內(nèi)沿河兩岸分布有許多民俗旅游村，小型的旅游度假旅店；以魚類養(yǎng)殖為基礎(chǔ)的垂釣休閑飯店等，這些旅游點(diǎn)投資少，規(guī)模小，經(jīng)營(yíng)粗放，無污水處理設(shè)施，日污水排放量5～10 t，被稱之為非集中污水排放點(diǎn)。這些污水排放點(diǎn)的特點(diǎn)是：（1）靠近河道，直接排入河流；（2）分布非常分散，不可能集中治理；（3）污水污染物濃度大，治理難度大，絕大部分是混合污水，既有廚房污水，也有衛(wèi)生間污水，有機(jī)物含量高，COD超過300；（4）大部分業(yè)主屬小本經(jīng)營(yíng)，處理設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用承受力有限；（5）大部分業(yè)主的科技文化素質(zhì)有限，管理維護(hù)要求簡(jiǎn)便易行。為有效保護(hù)水資源，在密云新城子鎮(zhèn)曹家路小流域?qū)嵤┦痉豆こ?，處理各個(gè)餐飲點(diǎn)的生活污水。

3.2 技術(shù)方案的選擇與比較

綜合以上情況，北京市水保站從2001年開始就摸索解決這類非集中污水排放點(diǎn)的處理設(shè)備，經(jīng)過國(guó)內(nèi)、外廣泛的調(diào)研，在一系列試驗(yàn)的基礎(chǔ)進(jìn)行了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)和工程示范工作。廣泛調(diào)研的結(jié)果和工程運(yùn)行主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比見表1。

由表1可知，針對(duì)非集中的排污點(diǎn)，選用CWT小型智能污水處理裝置在經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面是完全可行的。智能化小型生活污水處理系統(tǒng)（Compact Wastewater Treatment System簡(jiǎn)稱CWT）是一種高效集成式污水生物處理一體化設(shè)備。該設(shè)備廣泛適用于各種中小規(guī)模分散污染源（1～50 t/d）的污水處理與回用。特別是適合于新農(nóng)村的污水處理設(shè)施建設(shè)，已有近千套設(shè)備用于新農(nóng)村建設(shè)。處理后出水完全滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，并可用于園林綠化、農(nóng)田灌溉以及沖廁等用水。特別適用于飲用水源保護(hù)區(qū)內(nèi)各分散污染源的治理，也適用于住宅小區(qū)、辦公樓、商場(chǎng)、賓館、飯店、醫(yī)院、養(yǎng)殖廠等生活污水的處理。

表1 非集中污水處理工藝主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

3.2.1 CWT的工藝和產(chǎn)品特點(diǎn) CWT-M由以下幾個(gè)部分組成。(1)進(jìn)水口和進(jìn)水格柵：污水由進(jìn)水口接入。CWT-M配備1mm提籃格柵，對(duì)污水進(jìn)入反應(yīng)器之前攔截大塊雜質(zhì)。（2）出水口和出水閥門：處理后污水由出水口流出。出水閥門可以調(diào)節(jié)出水量大小。（3）反應(yīng)器殼體：用高強(qiáng)度工程塑料制成。（4）鼓風(fēng)機(jī)和曝氣系統(tǒng)：是設(shè)備的重要部分，主要作用是對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行充氧。（5）膜組件系統(tǒng)：為設(shè)備的重要部分，是保證出水和反應(yīng)器微生物濃度的重要部件。（6）真空出水泵：產(chǎn)生一定的負(fù)壓，從膜組件抽吸出水。（7）自動(dòng)控制箱：對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、出水泵的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)控制。CWT處理工藝見圖1、圖2。生活污水進(jìn)入化糞池，經(jīng)厭養(yǎng)反應(yīng)后進(jìn)入CWT膜生物反應(yīng)器，經(jīng)過一定時(shí)間的生物培養(yǎng)后，通過曝氣生化反應(yīng)及膜過濾后，去除污水中有機(jī)物、膠體、懸浮固體，得到符合排放與回用標(biāo)準(zhǔn)的處理出水，經(jīng)出水泵輸送到清水池，供綠化回用或排放。

圖1 工藝流程圖

圖2 具體工藝流程

從實(shí)踐運(yùn)行來看，該設(shè)備具有如下特點(diǎn)。（1）一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，建設(shè)投資少。CWT處理系統(tǒng)由厭氧單元，好氧單元和電控系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，全部處理過程集中于兩個(gè)污水處理罐中完成，最大限度地減少了處理系統(tǒng)對(duì)輔助設(shè)施的依賴。同時(shí)緊湊的結(jié)構(gòu)便于處理系統(tǒng)的建設(shè)與安裝，可適應(yīng)各種地理環(huán)境。這種一體化結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)建設(shè)成本較傳統(tǒng)處理工藝降低30%～50%。（2）處理技術(shù)先進(jìn)，處理效果好，能滿足高標(biāo)準(zhǔn)出水需要。CWT設(shè)計(jì)了合理膜分離組件，反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，對(duì)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行高效分解，出水水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，可有效防止各類污水排放對(duì)周邊水體的污染。（3）節(jié)能設(shè)計(jì)，運(yùn)行能耗低。CWT-M內(nèi)維持高濃度的微生物，使污染物降解效率大大高于傳統(tǒng)工藝，從而減少了運(yùn)行能耗和成本。（4）全自動(dòng)運(yùn)行，無人看管。CWTM采用智能化控制，根據(jù)系統(tǒng)污水量和水質(zhì)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)曝氣時(shí)間、進(jìn)水、出水等，無需專人進(jìn)行管理。（5）無臭味，不產(chǎn)生二次污染。（6）采用高強(qiáng)度工程塑料，雙桶結(jié)構(gòu)，易于地埋，使用壽命超過10 a。

3.2.2 CWT的實(shí)際應(yīng)用和處理效果 作為一種新型高效水處理工藝，CWT污水處理系統(tǒng)在北京市周邊地區(qū)，特別是在懷柔和密云等水源保護(hù)區(qū)內(nèi)有了多處成功應(yīng)用實(shí)例，并取得了良好的處理效果。如，懷柔新農(nóng)村建設(shè)示范村污水處理工程、懷柔水庫(kù)水源保護(hù)區(qū)污水治理工程、懷柔神堂峪小流域污水處理工程、懷柔百公里綠色生態(tài)谷污水治理工程、懷柔甘澗峪小流域污水治理工程、懷柔兩河流域污水治理工程、門頭溝永定河水質(zhì)改善工程、房山新農(nóng)村牛家場(chǎng)污水治理工程、昌平響潭水庫(kù)上游污水處理工程、平谷風(fēng)沙源污水治理工程等。

CWT污水處理系統(tǒng)處理規(guī)模為5～50 t/d，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918－2002），可以根據(jù)不同需要，選擇不同的產(chǎn)品，使出水達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。CWT-M污水處理系統(tǒng)典型的處理效果見表2（單位：mg/L）。

表2 CWT-M污水處理系統(tǒng)典型處理效果

4 結(jié) 論

CWT污水處理系統(tǒng)具有一體化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、建設(shè)投資少、處理效果好、滿足高標(biāo)準(zhǔn)出水需要、節(jié)能設(shè)計(jì)、運(yùn)行能耗低、全自動(dòng)運(yùn)行、無人看管等優(yōu)勢(shì)，適合于水源保護(hù)區(qū)分散性的生活污水處理，也適合于住宅小區(qū)、辦公樓、商場(chǎng)、賓館、飯店、機(jī)關(guān)、學(xué)校、部隊(duì)、醫(yī)院、養(yǎng)殖場(chǎng)等生活污水和與之類似的工業(yè)（如紡織、啤酒、制革、食品、化工等行業(yè)）的有機(jī)污水處理。

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