試論智能化小型生活污水處理系統的研究與應用

陳瑋軍

摘 要：農村生活污水問題日益凸顯，結合農村地區實際情況選擇相適宜的污水處理工藝十分重要。重點對智能化小型生活污水處理系統（CWT）的工藝、特點、設計、運行和處理效果等進行了分析和研究，為處理分散式污水工藝設計提供參考。

關鍵詞：污水處理；智能化；高效

中圖分類號：X703.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0007-02

1 農村生活污水現狀

2015年4月，《水污染防治行動計劃》發布，要求推進農業農村污染防治，加快農村環境綜合整治。農村水環境治理成為社會廣泛關注的熱點問題。有關數據顯示，中國農村人口總量達到6.74億，分布在各省市250多萬個自然村，每天共產生至少3000萬噸生活污水，而這些生活污水處理率不到10%，大部分未經處理即直接排放。

我國農村生活污水處理現處于起步階段，遠遠落后于經濟發展水平。很多地方治理生活污水意識落后，對污水治理設施管理水平也較為低下，普遍存在治理設施投入運行比率低下、技術適用性規劃不全面、后期管理方面投入不夠等問題，這些問題對治理設施運行產生重要影響。我國屬于嚴重缺水國家，水污染治理的滯后加劇了水資源的短缺問題，長此以往使得我國水資源的供需矛盾日趨嚴峻。

1.1 農村生活污水特點及危害

與城鎮生活污水不同，農村生活污水有其獨特的特點，主要體現在分散（點多）、面廣和污染負荷波動大、水環境容量較小等方面。

長期以來，由于治理資金短缺和農村水環境保護意識的淡薄，農村地區的生活污水未經處理就排放到自然環境，造成河流湖泊水質惡化，污染周圍的河流、水庫，污染地下水環境，嚴重危害了農村安全飲水和用水居民的身體健康。農村的生活污水的任意排放也制約著當地經濟發展。

1.2 北京市農村生活污水現狀

北京是世界上嚴重缺水的特大城市之一，人均水資源量不足300 立方米，距離國際公認的人均1000立方米的人均水資源量下限還有很大差距，屬于重度缺水地區。北京市農村生活污水包括居民生活過程中廚房、衛、洗衣、洗浴等生活污水。這些生活污水污染物濃度大，治理難度大，絕大部分是混合污水，既有廚房污水，也有廁所污水，有機物含量高，COD普遍超過300。

北京市農村生活污水的主要特點是：一是用水量標準較低，污水流量小且日變化系數大；二是污水成分濃度較低且日益復雜，波動性大；三是農村地區人口大都分散居住，沒有排水管網，集中收集處理難度大。截至2015年，北京市農村污水處理率已達到60%，高于全國平均水平。

2 農村生活污水處理模式

各省各地區的自然地理、經濟發展、優勢條件、居民生活習慣等方面都有很大不同，農村生活污水的處理方式應根據這些影響因素，因地制宜地選用多元化的污水處理模式，處理模式一般包括分散處理模式、集中處理模式和管網截污模式。

2.1 分散處理模式

分散處理模式是將農村生活污水進行分區域收集，以較大或聯合鄰近村莊為處理單位進行，主要是指將污水進行原位處理，以達到排放或者回用的標準，一般采用中小型污水處理設備或自然處理等形式。該處理模式具有布局靈活、施工簡易、管理運行高效、出水水質較高等特點。農村居民居住相對城市較為分散，彼此距離相對較遠，部分地方地勢高低錯落，溝渠、橋路等遍布村落，將農村內各自分散排放的污水集中處理難度較大，尤其是集中處理還需要采取生活污水管道保溫和提升舉措，投資及運行費用均需提高，且實施起來難度也大，人口較為分散的村莊可采取分散處理模式，較為經濟適用。

2.2 集中處理模式

集中處理模式是收集一定區域內所有農村生活污水，利用一處設施進行集中處理，一般采用自然處理、常規生物處理等工藝形式。該模式具有占地面積較小、抗沖擊能力強、運行安全可靠、出水水質較好等特點，適用于村莊規模大、經濟基礎好、有旅游等產業、處于水源保護區內的單一村莊或聯合村莊污水處理。村莊分布密集、緊湊的平原區可采取集中處理模式，處理效率較高。

2.3 管網截污模式

管網截污模式也就是接入市政管網統一處理的模式，該處理模式是指村莊內所有生活污水經由污水管道集中收集后，統一接入地理位置較近的市政污水管網，通過城鎮污水處理廠進行處理。這一處理模式具有投資較少、施工周期短、見效快、管理維護方便等特點。適用于靠近城市、城鎮或距離市政污水管網較近、經濟基礎較好、符合高程接入要求的、具備實現農村污水處理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”轉變條件的農村地區采用。

農村生活污水處理系統建設亟需經濟、高效、智能的處理系統，以適應我國農村生活污水的多樣性、復雜性等特點。在選擇處理工藝時，要結合當地水質、水溫、經濟發展水平等實際情況，綜合考慮、最終確定具體處理工藝。智能化小型生活污水處理系統適合于農村的污水處理設施建設，目前已有近千套設備用于北京新農村建設。處理后出水完全滿足國家排放標準，并可用于園林綠化、農田灌溉以及沖廁等用水。

3 智能化小型生活污水處理系統

3.l 系統概況

智能化小型生活污水處理系統（Compact Wastewater Treatment System.Membrane，以下簡稱 CWT）是一種集成式的高效污水生物處理設備，CWT采用MBR膜牛物反應器工藝原理，針對分散型生活污水規模小的特點，新發展的小型MBR設備。

膜生物反應器高效的同液分離能力使出水水質良好，懸浮物和濁度接近于零，并可截留糞大腸菌等生物性污染物，近年來在國際水處理技術領域日益得到廣泛關注，在國內再生水處理工程中也得到了較大的推廣和應用。

CWT具有出水水質標準高、設備集成化程度高、運行智能化程度高、排出污泥少、運行成本低的特點。針對非集中的排污點，選用CWT小型智能污水處理裝置在經濟技術方面是完全可行的。endprint

3.2 工藝流程及原理

農村生活污水首先經過預處理系統中預處理池，隔離大部分漂浮物和雜質。再進入調節池，經提升后進入超細格柵去除毛發和纖維等，以免對膜造成損害。

出水再進入CWT系統，通過生化處理，降低BOD、COD、氨氮等污染物濃度。CWT由以下幾個部分組成。進水口和進水格柵：處理前污水由進水口接入，格柵用于在污水進入反應器之前攔截大塊雜質；出水口和出水閥門：處理后污水從出水口流出，出水閥門用于調節出水量大小；反應器殼體：一般用高強度的工程塑料制作而成；鼓風機和曝氣系統：是設備的重要部分，主要作用是對反應器進行充氧；膜組件系統：作為設備的重要組成部分，保證出水和反應器微生物濃度；真空出水泵：可以產生一定的負壓，從膜組件抽吸出水；自動控制箱：自動控制鼓風機、出水泵的運行。脫池剩余污泥進入預處理池，再由抽糞車定期抽出外送填埋。

生活污水進入化糞池，經厭養反應后進入CWT膜生物反應器，經過一定時間的生物培養后，通過曝氣生化反應及膜過濾后，去除生活污水中的有機物、膠體、懸浮固體，得到符合排放與回用標準的處理出水，經出水泵輸送到清水池，供綠化回用或排放。

一體式膜生物反應器具有出水水質好、占地面積小的特點。該技術通過膜組件的高效分離作用，大大提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中優勢菌的出現，提高了生化反應速率。同時，該工藝能大大減少剩余污泥的產量，從而基本解決了傳統生物方法存在的剩余污泥產量大、占地面積大、運行效率低等突出問題。

3.3 系統特點

從CWT處理系統實踐運行來看，具有在設計上結構緊湊、占地積小（可地埋），高效節能、智能化控制、能耗低、處理水質好、無人看管、全自動運行等顯著優點，具體如下。

一體化設計，結構緊湊，安裝方便，操作簡單，占地面積小，建設投資少，移動性強。CWT處理系統由厭氧單元，好氧單元和電控系統構成。系統通過結構優化，全部處理過程集中在兩個污水處理罐中完成，最大限度地減少了處理系統對輔助設施的依賴。同時緊湊的結構便于處理系統的建設與安裝，可適應各種地理環境。這種一體化結構使系統建設成本較傳統處理工藝降低30%～50%。

處理技術先進，處理效果好，能滿足高標準出水需要。CWT設計了合理膜分離組件，反應器內微生物濃度高，對污水中的有機污染物進行高效分解，出水水質標準高且品質穩定，優于國家相關排放標準，一般可超過國家一級A標準，可有效防止各類污水排放對周邊水體的污染。膜生物反應器采用PE微濾膜或超濾膜，能夠高效地進行固液分離和截留生物菌，出水懸浮物和濁度接近于零；污泥產量少。膜生物反應器MLSS濃度高，污泥產率系數比傳統方法小1/4～1/3。

節能設計，運行能耗低。CWT內維持高濃度的微生物，使污染物降解效率大大高于傳統工藝，從而減少了運行能耗和成本。

全自動運行，無人看管。CWT采用智能化控制，根據系統污水量和水質狀況自動調節曝氣時間、進水、出水等，無需員工專門管理。對水質的變化適應力強，耐沖擊負荷高。膜生物反應器MLSS濃度高，是傳統方法的2～3倍，達8000～12000rag/L。

此外，采用高強度工程塑料，雙桶結構，易于地埋，使用壽命較長；無臭味，不產生二次污染。

3.4 適用范圍

CWT適用于治理中小規模的分散水污染源，尤其適用于分散性小水量排污點（2.5～100m3/d）的污水處理和就地回用。包括：農村污水處理、旅游、餐飲、賓館、別墅、以及小型企事業單位等排污點，特別適用于飲用水源保護區內各分散污染源的治理，也適用于城市住宅小區、辦公大樓、商業活動場所、賓館、飯店、醫院、養殖廠等生活污水的處理。CWT出水標準高，可用于園林綠化、農田灌溉以及沖廁等用水。

3.5 應用案例及分析

作為一種新型高效水處理工藝，CWT污水處理系統在北京市周邊地區，特別是在懷柔和密云等水源保護區內有了多處成功應用實例，并取得了良好的處理效果。該項技術和處理系統經過進一步的改進和優化，在北京的懷柔、密云、門頭溝、延慶、房山、大興和江蘇昆山、浙江永康等地進行規模應用，取得了良好的處理效果，解決了分散型生活污水難以收集，難以集中處理，難以派專業人員管理等實際問題。如，懷柔新農村建設示范村污水處理工程、懷柔水庫水源保護區污水治理工程、懷柔神堂峪小流域污水處理工程、懷柔兩河流域污水治理工程、門頭溝永定河水質改善工程、房山新農村牛家場污水治理工程、昌平響潭水庫上游污水處理工程、平谷風沙源污水治理工程、北京陳家莊污水處理站等。

北京市門頭溝區陳家莊村污水處理項目，設計規模150m3/d，占地面積80m2，由北京恒通國盛環境管理有限公司中標設計并建設，采用恒通一體化物化處理設備，配備智能控制一體機進行設備運行的控制，操作簡單、運行成本低。站點率先將物化技術應用于村鎮的污水處理，出水水質達到北京地方標準《水污染物綜合排放標準》（DB11-307-2013）A級排放標準農村標準。

2014年至今，北京市將1050個村鎮污水處理站委托給碧水源、北京排水集團等專業公司代為管護、運營，并根據出水水質進行考核，達標后付費。最早探索委托經營的門頭溝區，143個站點已基本正常運行，永定河及38條支流沿岸污水不出村。陳家莊村污水處理站老站點擴容至160立方米，再加上新建站點，總處理能力提升至從前的5倍。

4 CWT未來發展分析

CWT污水處理系統在農村地區設施要建設、運營和管理，在效率提高、成本降低方面，需要結合當地情況做更多嘗試，比如可以將農村的水處理設施互聯網化，創造類似“云平臺”的系統軟件，利用大數據分享，不斷完善工作效率，真正實現遠程監控和控制運行；有機結合污水處理和自來水供給，實現上水和下水一體化；為解決缺少維護資金和技術人員的問題，可采用政府統一采購社會服務的方式，農村管水員可就地轉化為污水處理技術人員，共同解決運行不穩定、處理出水不達標、處理裝置閑置率高等問題，更省力、省錢地處理污水。

污水處理系統具有一體化設計、結構緊湊、占地面積小、建設投資少、處理效果好、滿足高標準出水需要、節能設計、運行能耗低、全自動運行、無人看管等優勢，適合于水源保護區分散性的生活污水處理，也適合于住宅小區、辦公樓、商場、賓館、飯店、機關、學校、部隊、醫院、養殖場等生活污水和與之類似的工業（如紡織、啤酒、制革、食品、化工等行業）的有機污水處理。

參考文獻

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