智能一體化設備在村鎮生活污水處理領域的應用

邵建彬，楊傳忠，張勇，徐亞慧，王杰

（華夏碧水環保科技有限公司，河南鄭州450008）

近年來，隨著我國農村生活水平的不斷提高，人均日用水量和污水排放量快速增加，村鎮生活污水在污水排放領域的占比逐漸增大[1]。受污水中含有的大量蛋白質和洗滌劑的影響，村鎮生活污水氨氮、總氮等污染物指標濃度較高，而相比之下碳元素的不足，共同造成了村鎮生活污水碳氮比失衡的現象。廢水的碳氮比失調引起污水總氮不能達標排放，嚴重制約了村鎮生活污水處理效率，如不加以控制，該類廢水的排放將引起水體富營養化和水體發黑發臭，進而導致生態環境的惡化，提高村鎮生活污水氮素的去除率是當前急需解決的問題[2～4]。

華夏碧水環保科技有限公司經過長期研發，開發出適合村鎮生活污水的處理裝備，將污水處理工藝和流程模塊化結合在一體化設備中，解決了村鎮生活污水的脫氮難題，同時開發出智能化控制技術，提高了管理效率，降低了運行成本，實現了村鎮生活污水的高效處理。

1 項目簡介

本案例所屬的村鎮生活污水治理項目位于河南省鄭州市下屬某縣，涉及27 個行政村，總規模3 790 m3/d，共計35 座污水處理站點。選取其中具有代表性的150 t/d 污水處理站點為例進行介紹。

污水處理站點進水水質和出水水質要求如表1所示，出水水質要求根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中的一級A 排放標準制定。

表1 150t/d 污水處理站點設計水質表mg/L

2 工藝設計

2.1 工藝流程

本項目總體工藝流程包括：預處理、生化處理、深度處理以及污泥處理。預處理包括格柵和初沉池，生化處理主要為生物除磷脫氮工藝，利用改良型A2O 工藝，通過靈活調整運行方式和氣提污泥回流量，可以更好地適應進出水水質的變化，深度處理選取石英砂過濾器，污水進行消毒后出水，污泥處理階段采用重力濃縮，污泥在濃縮池停留濃縮后，定期外運處理。

2.2 處理系統

2.2.1 預處理

預處理設置格柵和初沉池等處理設備和處理設施，考慮到村鎮生活污水碳氮比小于3.5，故不設置初沉池，考慮到村鎮生活污水具有水量波動范圍大的特點，設置格柵和調節池。格柵用于截留大塊的呈懸浮或漂浮狀態的污物，調節池用于調節水質水量，保障污水處理站的正常運行。

2.2.2 生化處理

二級生化處理采用改良型A2O 工藝，在厭氧池之前增設厭氧/缺氧調節池，污水經預處理和一級處理后，10%的污水和來自二沉池的回流污泥進入厭氧缺氧調節池，停留時間為20～30 min，微生物利用約10%進水中的有機物去除所有的回流污泥中硝態氮，消除硝態氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池的穩定性。90%的進水污水進入厭氧池，厭氧池起到氨化和降解COD 的作用，轉化易降解COD、VFA 為PHB，同時對部分含氮有機物進行氨化，將污水中的蛋白質和氨基酸轉化為氨氮[5]。在缺氧池中主要對污水進行反硝化脫氮處理，在好氧池中的反應過程兼有A2/O 生物除磷工藝和A/O 生物脫氮工藝中好氧池中的反應和作用。二沉池污泥回流進入厭氧缺氧調節池，可以調節污泥濃度，保證厭氧池穩定。

2.2.3 深度處理

深度處理采用石英砂過濾器，利用石英砂作為過濾介質，廢水在壓力差的作用下通過過濾介質，其中固體顆粒為介質所截留，從而實現液體和固體的分離。其內裝的填料一般為石英砂、無煙煤、顆粒多孔陶瓷、錳砂等，過濾精度在0.005～0.01 m。

2.2.4 污泥處理

由于農村地區污水處理量較小，產生污泥量很低，項目擬采用車載污泥脫水設備，現場脫水后集中外運，每天循環脫水后，將污泥集中運輸至市污泥處置中心深度處理。

2.3 主要設備

2.3.1 DCS 一體化設備

為適應村鎮生活污水治理需要，滿足分散的村鎮污水處理站點對小型污水處理系統的需求，華夏碧水環保科技有限公司研發出了模塊化、工期短、占地小、壽命長、能耗低、出水好、易維護的DCS 型生活污水處理裝置，見圖1，將“預處理+生化處理+深度處理”組合工藝以模塊化的形式結合在DCS 型生活污水處理裝置中，處理后的水質可滿足地方相應標準，其主要設施見表2。

圖1 DCS 型生活污水處理裝置內部結構

表2 主要設施表

2.3.2 智能化控制系統

2.3.2.1 PLC 控制程序

一體化設備采取PLC 自動化控制程序，技術成熟，故障率低，可編程，可隨時根據運行狀況調整運行控制參數，系統可調整，適應性較強，方便操作人員掌握。

2.3.2.2 自動化檢測裝置

自動化檢測裝置包括流量計、溶解氧儀、液位計等，根據調整風機頻率、風量藥劑量和碳源投加量等。還可以通過測量液位，防止低液位水泵燒壞或空轉，也可在低液位停止系統進水，關閉風機，避免系統無功作業。

2.3.2.3 曝氣內循環自動控制系統

利用智能一體化裝備內好氧池的自動變量曝氣和延時曝氣控制技術，聯動曝氣風機、溶解氧儀等，實現裝備中反應池內硝化液循環回流和濃度梯度自動控制，有利于反硝化的進行，并可有效補充硝化過程中消耗的堿度，節能降耗的同時提高污水處理效率。

3 運行效果

系統經過運行后的出水水質見表3，由表3可見，運用智能一體化處理設備對村鎮生活污水進行處理，出水總氮穩定低于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 排放標準要求的15 mg/L。

表3 系統運行后出水水質mg/L

4 成本和效益分析

150 t/d 的污水處理站點運行成本主要由運行電費和藥劑費組成，運行電費與工程內部動力設備配置相關，藥劑費主要為投加碳源費用，站點設備配置如表4。

表4 污水處理站點設備配置

電費：51.3（kWh）×0.58（元/kWh）÷150（t）=0.2 元。

藥劑費：噸水藥劑費用為0.08 元。

運行成本合計：0.2+0.08=0.28 元。

綜上所述，150 t/d 污水處理站點噸水運行費用為0.28 元。

5 結論

本項目針對村鎮生活污水，采用預處理+生化處理+深度處理的工藝形式，利用自主研發的一體化裝置進行模塊組合，并利用智能化程序進行自動控制和監測，提高管理效率和處理水平。經過實際運行，出水氨氮和總氮均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 排放標準，實現了村鎮生活污水的低成本有效處理。