生態(tài)水魔方在炭廠村的應用

劉宏　羅婧　張舒惠　裴雪　周艷欣　金萍萍

【摘 要】在當前水污染日益加劇的背景形勢下，水污染治理問題變得十分突出。隨著實踐和認知的不斷深入，人類的污水處理技術也在不斷優(yōu)化和提升。其中生態(tài)水魔方以其高效、低成本、能源低消耗等優(yōu)勢已經(jīng)走入民眾視野，成為當前治理水污染的理想技術之選?；谶@一背景本文來探討生態(tài)水魔方技術，并結合其在炭廠村的應用來探究該技術的污水處理價值。

【關鍵詞】生態(tài)水魔方；炭廠村；生活污水處理

中圖分類號： X826 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0226-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.093

1 生態(tài)水魔方概述

1.1 生態(tài)水魔方的詮釋

生態(tài)水魔方實質上是一個污水處理的創(chuàng)意方案，國際上又稱之為模塊化綠色生態(tài)污水處理方案。它是基于“零能耗”、“模塊化”、“綠色生態(tài)污水處理”等系統(tǒng)理念，利用現(xiàn)有先進的污水處理及新能源技術，將目前污水處理領域最節(jié)能的生物轉盤技術和最具生態(tài)效應的人工濕地技術相結合，并應用光伏發(fā)電技術和污水源熱泵技術為污水處理提供動力和能量，建設能源自給自足，污水深度處理并回用，美化景觀并具有氣候調(diào)節(jié)作用的“能源消耗最小化、資源利用最大化”綠色生態(tài)污水處理系統(tǒng)。

1.2 生態(tài)水魔方的價值

生態(tài)水魔方集合預處理模塊（一級處理）、生物轉盤模塊（二級生化處理）、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)（三級生化處理），逐層去除水中的懸浮物、有機物并對水體進行深度凈化，最后回用。而在能源上，上述三個模塊的運行通過污水源熱泵模塊供熱，通過光伏發(fā)電模塊供電。五個模塊相互獨立又互相依賴，組成了一套自給自足的綠色生態(tài)污水處理系統(tǒng)?？傮w來看，該系統(tǒng)運行成本低、能原消耗量小、不產(chǎn)生額外污染且凈化效果理想，具有較高的社會效益和環(huán)境效益。除此之外，該系統(tǒng)又具備可升級性，針對不同的污水處理項目，可相應增加或減少構成模塊，以確保污水處理效果。

2 生態(tài)水魔方在炭廠村的生活污水處理項目中的應用

2017年4月，作為引入示范工程——生態(tài)水魔方在北京市門頭溝區(qū)炭廠村正式投入建設。

2.1 炭廠村的生活污水情況

明確炭廠村的生活污水情況是設計生態(tài)水魔方的前提和基礎。炭廠村位于北京市門頭溝區(qū)，氣候宜人、植被豐茂，環(huán)境優(yōu)美，是周邊城區(qū)民眾休閑旅游、避暑的理想之地。近年來炭廠村響應政府生態(tài)文明建設的號召，依托當?shù)氐穆糜钨Y源大力發(fā)展旅游業(yè)。隨著旅游業(yè)的興盛，水污染問題成為炭廠村面臨的重要生態(tài)環(huán)境問題。

總體來看，炭廠村產(chǎn)生的廢水主要為村民及游客產(chǎn)生的生活污水和餐廚廢水，預計最高日污水量約為100m3/d。污水產(chǎn)生特點是：污水產(chǎn)生量變化較大，旅游旺季（夏季前后）時游客多，污水產(chǎn)生量較大；旅游淡季（冬季前后）時游客少，污水產(chǎn)生量較小。炭廠村排水體制采用雨污分流制。生活污水經(jīng)化糞池、餐廚廢水經(jīng)過隔油池后采用暗管系統(tǒng)匯流排至污水處理系統(tǒng)。雨水由雨水管網(wǎng)就近排放入村內(nèi)河道中。為保證生活污水達標排放，避免對地下水和地表水造成污染，根據(jù)《北京市水污染物排放標準》（DB11/307-2013）的要求，本設計方案對炭廠村生活污水提出切實可行、經(jīng)濟合理的處理措施，確保污水排放標準。

2.2 生態(tài)水魔方的項目實施規(guī)劃

2.2.1 生態(tài)水魔方生活污水處理工藝流程

生態(tài)水魔方生活污水處理工藝依循如下四項原則來展開流程設計，即能經(jīng)濟有效地去除污染物，穩(wěn)定達到設計出水要求；能適應水量水質變化時有效處理的要求；運行低能耗、管理方便、運行可靠；占地面積、總投資及運行費用等各項指標較先進；不產(chǎn)生二次污染。

具體的流程涵蓋進入、格柵、調(diào)節(jié)池、生物轉盤模塊、人工濕地模塊、出水六個環(huán)節(jié)（如下圖1）。具體來看，污水經(jīng)過隔油池和化糞池處理后，通過人工格柵截留粒徑較大的固體顆粒后流入調(diào)節(jié)池，在進行水質、水量調(diào)節(jié)的同時，污水在調(diào)節(jié)池內(nèi)進行初次沉淀；然后用潛污泵將污水泵入生物轉盤進行二級處理，去除大部分COD和BOD5，最后進入人工濕地進行三級處理。經(jīng)一系列處理后，污水最終流入河道達標排放。

圖1 “生態(tài)水魔方”工藝流程圖

2.2.2 生態(tài)水魔方的設備及構筑物

在炭廠村的生態(tài)水魔方設計、施工、運行的過程中，主要運用到的設備和構筑物包括格柵井、調(diào)節(jié)池、生物轉盤、人工濕地、光伏發(fā)電。具體來看：

格柵井的功能在于去除粒徑較大漂浮物，以利于后續(xù)處理。結合炭廠村的生活污水的參數(shù)為5mm，最大設計流量5m3/h等實際情況，本次方案中格柵井的規(guī)格為L×B=1000mm×300mm，柵條間隙5mm，數(shù)量為1個。

調(diào)節(jié)池的功能為調(diào)節(jié)水量、均化水質，兼作初沉池。參數(shù)：設計調(diào)節(jié)時間24h。池體設計：1座，鋼筋混凝土結構，有效容積120m3，設計尺寸：L×B×H=6m×5m×4m。配套設備有CT-5 0.75-50型污泥泵、ST-5 0.75-40ST型污水泵。

生物轉盤的功能為降解有機物。參數(shù)：運行功率1.5kW。池體設計：1座，半埋地結構，設計尺寸：L×B=8m×4m。

人工濕地的功能：對生物轉盤出水進行深度處理，進一步去除污染物。設計參數(shù)：人工濕地設計規(guī)模為100m3/d，濕地類型確定為潛流人工濕地。潛流人工濕地主要包括進水渠、濕地處理單元和出水渠三部分。工程占地約300m2。水力負荷為0.33m3/（m2.d），水力停留時間為1.08d。池體尺寸：設計尺寸：L×B×H=20×15×1.2m。其中潛流人工濕地的設計流量：100m3/d，單格面積：20×15×1.2m，尺寸：300m2，水力停留時間：1.08d。填料內(nèi)容為防滲土工膜、碎石填料、種植土、濕地植物。其中濕地植物經(jīng)考察現(xiàn)場，依據(jù)現(xiàn)有地形，在地勢較高處栽種蘆竹、蘆葦?shù)冉?jīng)濟性較高的挺水植物，在低洼一帶種植蘆葦和香蒲等挺水植物，在靠近溝渠種植本土浮葉植物，在水深較深處栽種沉水植物。

光伏發(fā)電的功能為建設5kWp的小型太陽能光伏發(fā)電，最大限度的利用光能，減少經(jīng)濟開支，改善環(huán)境，達到經(jīng)濟和環(huán)境雙收益。參數(shù)為系統(tǒng)的太陽能光伏電池組件選用315Wp的單晶硅太陽電池組件；并網(wǎng)逆變器選用5kW；每個電池串列按照7塊電池組件串聯(lián)進行設計：5kW的并網(wǎng)單元需配置2個電池串列，共計14塊電池組件，實際峰值功率為4.4kWp。根據(jù)公式計算，5kWp光伏逆變器柜需逆變模塊數(shù)量為1臺，實際裝機容量5kWp，每個逆變器所需組件并聯(lián)數(shù)為2串。實取太陽能組件峰值功率4.4kW?？刹捎肶L315P-29c-36V 16塊，外形尺寸1920X990每個逆變器8串1并，288V/串 共計5.04kW（如下圖2）。

3 結論

生態(tài)水魔方污水處理系統(tǒng)所具備的低碳環(huán)保、節(jié)能高效、低成本等優(yōu)勢順應當前我國的生態(tài)文明建設和可持續(xù)發(fā)展要求，因而有著廣闊的應用前景。炭廠村是生態(tài)水魔方污水處理系統(tǒng)的示范項目。本文以此為課題來開展系列研究，以進一步探究炭廠村生態(tài)水魔方污水處理系統(tǒng)項目的可行性與價值，為該系統(tǒng)的推廣應用提供參考。

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