長株潭地區農村生活污水治理探索

林艷

(湖南省長沙市生態環境局天心分局,湖南 長沙 410114)

近幾年,長株潭地區積極采取農村環境綜合整治措施、創建生態文明建設示范村相關項目平臺,因地制宜,積極探索符合長株潭地區農村特點的、可復制、可推廣的農村生活污水治理模式,以此更好的提升當地區域農村居民的生活環境質量,補齊并推動農村發展中的短板,以實現全面小康社會的順利建成,同時為積極建設幸福富裕的現代化湖南貢獻力量。

長株潭地區在農村環境綜合整治方面的成效,以及在本地區生態文明建設示范村創建等相關項目中積極采取的相關污水治理措施所取得的成效,旨在為今后相關工作提供參考。

1 治理前區域農村生活污水處理及排放狀況

長株潭地區在治理前不具備系統的生活污水處理方案以及相關設施,只有一小部分農村住戶的生活污水會通過化糞池或者沼氣池進行處理后再排放,但大部分農村住戶的生活用水及污水未經任何處理環節而直接排放。農戶的日常生活用水及污水主要來自于餐廚廢水、洗涮沐浴廢水以及廁水沖水等幾方面,表現為污染濃度低、來源分散且污水處理率較低等特征。

2 區域生活污水治理技術方案

為妥善安全處理區域農村生活污水,對可納入城鎮污水管網的居民區就近納入污水管網系統統一處理；對不能納入城鎮污水管網的集中式居民區采取集中收集、統一處理的治理模式,通過建設集中式人工濕地等方式處理生活污水；對不能納入城鎮污水管網的分散戶,采取分散型四池凈化技術進行處理。

2.1 集中污水人工濕地處理技術

針對居民集中居住和公益機構(村級小學、幼兒園),采用集中污水處理設施進行污水處理。

2.1.1 工藝流程

對集中居住點的污水排放,由于集中居住區住戶較多,污水量較大,直接進入人工濕地系統沖擊負荷較大,因此需要在前面加一套預處理系統進行預處理之后再進入濕地系統。在本區域中采用“預處理+人工濕地”進行污水處理。

圖1 為處理工藝流程圖。

圖1 生活污水處理工藝流程框圖

2.1.2 污水處理

生活污水在通過管網進行收集后,再流入格柵池,格柵池是由人工安裝的格柵進行分隔,其作用是隔除污水中的大顆粒懸浮物或者在塊飄浮物,為后續的生化處理環節緩解負荷,以保障整個汗水處理系統的工作效能更高更穩定。污水通過格柵將大顆粒懸浮物隔除后流入調節池。調節池的容積根據設計要求進行設定且有容積要足夠,可以有效地調節水質,之后污水通過自流進入厭氧池。厭氧池中采用厭氧生化處理工藝,以為微生物的繁殖提供場所。在大量微生物的繁殖下,微生物的繁殖主要是攝取污水中的污染物質,其中部分污染物質分解為CO2和H2O,以促進微生物快速的新陳代謝,其中部分經轉化后還是微生物,并沉淀下來成為污泥,也因此被分離出來。即通過厭氧池分解處理后的污水再流入沉淀分離池,在此池中實現泥水分離,分離后的上清液再導流至人工濕地池。在人工濕地池中,根據污水處理的實際情況植入具備凈化能力的植物如。人工濕地的填料是專門研發的輕質、多空材料,具有極大的表面積和較強的吸附能力。同時濕地填料為“濕地系統”中的微生物提供生長的場所。人工濕地系統即為人工基質、水生植物和微生物共同作用形成的復合生態系統,污水通過人工濕地的分解處理,污水得到充分的處理,排放到納污水體。

2.1.3 泥渣收集及處理

通過格柵隔除后的柵渣再做專業統一的存放處理,通常先將其規范存放后統一運送至垃圾處理廠進行集中處理。在泥渣預處理過程中,少部分污泥能夠在長其內自行消化,剩余消化不了的污泥需要進行定期清理,并提取出來做肥料。

2.2 分散型四池凈化技術

2.2.1 工藝原理

分散居住區域的污水采用安裝單戶四池凈化系統進行污水處理或者統一將污水排入四池凈化系統進行統一處理。四池進化處理系統可分為四格：初沉段,排出的生活污水流入初沉段,以此階段大顆粒無機物質進行沉淀,同時一些較輕的物質會懸浮上升至水面,形成一層浮渣層。污水則由初沉段中部位置的過水孔過濾流入厭氧段,進入厭氧段后則對污水進行厭氧生化處理,經過厭氧微生物的作用,將污染物質分解為CO2和H2O,再通過厭氧段下部的過水孔流入二沉段,在厭氧段進行厭氧處理后的污水在二沉段經過沉淀后完成泥水分離,泥水分離后的沉淀污泥則經由二沉段下部位置又回到過水孔返回至厭氧段,最終的上清液注入至人工濕地處理段。在此段則采取快滲處理工藝,在人工濕地區則設計為潛流型對濕地進行布置,在濕地填料上根據需要種植一些四季耐寒植物的植物,通過快滲處理的過濾作用以及濕地填料的吸附作用,再結合微生物的分解作用以及植物吸收作用,污水中的污染物質經過幾次去除后排出,以實現農村污水處理的作用。如圖2 所示。

圖2 農村散戶生活污水四池凈化設備

2.2.2 工藝特點

2.2.2.1 四池凈化設備的運用使農村污水處理簡單規范

四池凈化設備的選擇,要根據長株潭地區農村污水排放量的大小以及當地的地形地貌等特點進行安裝與建設,降低了建設難度也縮短了施工時間,這種四池凈化的處理工藝完全避免了磚砌四格凈化池經常出現的滲漏問題,避免二次污染的發生。

2.2.2.2 快滲填料方式確保處理效果持久有效

快滲人工濕地處理工藝,其中的濕地填料在本項目中選擇一種復合材料,這種復合材料作為填料相對傳統的分層填裝材料其工藝簡單,系統成本低,同時,快滲人工濕地處理工藝可避免堵塞,有利于人工濕地的運行壽命。

2.3 模糊PID 污水處理

2.3.1 工藝原理

模糊PID 污水處理工藝原理,即由曝氣裝置向污水中輸送具有一定壓力的空氣,以實現調節污水中溶解氧的濃度。溶解氧的濃度直接影響至生化池出水水質。如果污水中的溶解氧濃度低,則在生化反應過程中會出現延遲或抑制,污水處理效果低；如果曝氣含量過高,污水中的微生物活性將會被破壞掉。但與此同時,曝氣裝置的能耗較高,其能耗基本占據了總能耗50%以上,如果出現過渡消耗會增大污水處理成本。即需要設置曝氣自動控制系統,以PLC 控制模式和計算機控制技術相結合,控制曝氣的精確度,以減少能耗,更好的提升污水處理效率。

2.3.2 PID 控制的數學模式

利用PID 控制的數學模型,以得出公式中的參數,實現處理系統具有良好的控制。

2.3.3 模糊PID 控制系統的控制原理

模糊PID 控制系統,即將PID 控制模式和模糊控制法兩者相結合,此種控制措施是將模糊控制法的優勢(靈活、不依賴數學模型等特性)得到充分發揮,又將PID算法的控制精度融合進來。

2.3.4 模糊控制原理

通過模糊控制模型把偏差E(本公式中即指溶氧度的實際值與設定值之間的差)以及偏差的變化率Ec(E(k)與E(k-1)的差)做為模糊推理的輸入,通過一系列的模糊推理后,輸出△KP、△Ki、△Kd,再用△KP、△Ki、△Kd 去修正PID 控制模型,整定PID 的三個參數KP、Ki、Kd,利用PID 控制模型,獲得精準輸出量。

2.3.5 模糊控制器的策略

設計模糊控制器,基本歸為幾步：輸入變量模糊化、建立模糊控制規則、輸出變量去模糊化的步驟。

綜合以上幾種控制策略,總結出以上三個參數對模糊控制器的影響和規則。表1,△KP 控制規則表。如可確定Kp 的控制規則為如下7×7 的矩陣(單條規則的確定原則為：IF E(K)and Ec(K),THEN U(K))。

表1 △KP 控制規則表

再接下來,進行模糊推理,并得出△KP、△Ki、△Kd的隸屬函數表,保存在PLC 的存儲單元后,可以做為是PLC 進行模糊控制的規則庫,是模糊控制的核心依據。

輸出結果：

△KP、△Ki、△Kd 的輸出結果,仍需去模糊化。采用常用的最大隸屬度法或重心法等都可。結果修正了KP、Ki、Kd 的值,例如Kp=Kp0+△KP。修正KP、Ki、Kd 的值,PID 控制器的輸出便進一步修正。

即以PLC 做為控制核心,通過現場傳感器采集污水參數,如溶解氧濃度、流量,運算處理后,做為模糊PID控制器的輸入量,通過PLC 的程序控制,完成模糊PID運算后,對外調整輸出量,實現精確曝氣控制。

3 區域生活污水治理內容

3.1 農村環境綜合整治

結合當地實際情況,在居民集中居住和公益機構(村級小學、幼兒園)采用集中式污水處理系統對生活污水進行處理；在居民分散居住區域采用安裝單戶四池凈化系統進行污水處理；同時改造污水管網解決長期困擾居民出行的污水橫流問題。如表2 所示。

表2 農村環境綜合整治實施項目

3.2 生態文明建設示范村創建

在區域省級小微水體示范區已經改建5 格化糞池+小濕地100 戶的基礎上修建集中式生活污水處理系統,繼續增加覆蓋住戶328 戶,某農家樂11 戶住戶修建集中污水處理系統。著力提高現有集中式污水處理設施的處理能力和設施覆蓋范圍,將游客出游所產生的生活污水進行綜合考慮污水處理設計方案,并對雨污分流系統進一步完善；針對村民居住較為集中區域,加強集中式污水處理設施建設力度；針對分散式居民點,進一步配套污水還田利用設施,通過房前屋后的菜地、園地充分消納污水,保障污水不外排,保障村域農村生活污水得到有效處理。

4 治理成效

4.1 環境效益

隨著長株潭地區實施環境綜合整治項目以來,生活污水治理取得了良好的成效,處治率達到了90.1%；生態文明建設示范村的創建,創建區域在小微水體示范區修建生活污水的處理工藝采用集中式污水處理系統,示范區以外的農村居民則根據實際情況選擇三(四)格化糞池污水處理方式或者小型人工濕地處理工藝,生活污水處理率達95%。生活污水治理項目的實施使區域環?；A設施得到完善,區域水土生態環境得到有效提升,綠地系統和景觀系統不斷完善,生態系統服務功能不斷增強,生態文明建設水平整體提升。

4.2 社會效益

4.2.1 確立了區域農村生活污水治理管理機制和運行機制。確立區域農村生活污水治理工作領導小組,聘用專業運營維護管理人員,制定污水處理設施日常管理與運營維護手冊等,不斷地健全和完善相關規章管理制度,建立起長效運行機制。

4.2.2 促進了實用技術的推廣。通過區域生活污水治理項目的實施,為農村生活環保實用技術提供了良好的傳播平臺,選擇三(四)格化糞池污水處理方式或者小型人工濕地處理工藝實用性強、資金投入少、便于管理、應用效果好等優點,形成了良好的污水處理結構模塊,對提升村民的環保意識有很大促進作用,同時提升了村民的生活環境質量,真正體驗到現代農村環境管理理念和方案帶來的好處。

4.2.3 為農村生活污水治理提供可參考依據。通過總結區域生活污水治理項目的良好的實施效果,詳細分析該項目實施后獲得的綜合社會效益,為今后制定相關的農村生活污水治理工藝、方案提供了有價值的參考依據。

5 結論

在長株潭地區落實農村生活污水治理項目,與此同時,拓展城鎮污水管網逐漸向周圍的農村進行延伸覆蓋,深化推進農村生活污水治理技術的研究,以及相關處理設施的研發；積極促進農村生活污水縣域統籌治理工作,通過宣傳等方式降低生活污水源頭的排放量,并做好處理尾水的回收利用。以每戶為單位,做好房前屋后的清淤疏浚,輔助更多的方式方法實現恢復水生態的綜合治理措施,著重深化農村黑臭水體的處理與整治力度。