蚯蚓生態(tài)濾池工藝處理農村生活污水的設計與運行試驗

李 潔 安霖鈺

(1.貴州綠興清源環(huán)保有限責任公司,貴陽 550002;2.貴州省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,貴陽 550081)

農村污水治理是農村人居環(huán)境整治和農村環(huán)境綜合整治的重要內容。目前,貴州省農村生活污水治理基礎薄弱,大部分農村地區(qū)因為沒有完善的污水處理設施從而導致污水直接排放,極大地影響了農村生活環(huán)境。針對農村污水的處理,有多種多樣的治理模式和技術路線,按照治理模式主要有集中處理-達標排放、集中處理-資源化利用、分散處理-達標排放、分散處理-就地利用四大類[1-3];按照處理的工藝流程可簡單分為預處理、生化處理、深度處理等;按照采用的技術原理包括生物處理、生態(tài)處理和生物-生態(tài)組合處理技術等[4-7]。

正所謂：“存人失地，地仍可得；存地失人，必將人地皆失”，現(xiàn)代社會競爭就如同戰(zhàn)爭一般，人才是最根本的資源，甚至直接影響著整個“戰(zhàn)局”。面對社會上激烈的人才競爭形勢，必須重視人力投資，完善人力資源開發(fā)機制，為企事業(yè)單位發(fā)展提供強大的核心競爭力。人力資源開發(fā)是一個系統(tǒng)工程，必須要整體把握，層層負責，一方面組織領導必須加強對此的重視程度，完善相關人力資源“進”“出”機制，豐富相關培訓手段，落實職業(yè)發(fā)展指導工作；另一方面員工自身必須有自我開發(fā)意識，主動學習，不斷尋求發(fā)展機會，對自身職業(yè)發(fā)展有一個明確的規(guī)劃，真正實現(xiàn)個人發(fā)展與組織發(fā)展的統(tǒng)一。

農村污水處理的高能耗一直是農村污水處理的瓶頸之一,高能耗是污水處理設施運行成本高的主要原因,直接關系著污水處理設施是否能夠長效運行。貴州省各地早期參照城市污水處理廠“大建管網(wǎng)、集中收集處理”模式,部分項目選擇投資大且運維成本高的“高大上”處理工藝進行處理,但因不符合農村分布較散和邊遠農村人口用水量低等實際情況,不僅投資大且運行成本高,加之運維管理不到位導致很多農村污水治理設施無法正常運行,長時間處于“曬太陽”狀態(tài)。“十四五”期間,農村生活污水治理設施建設成本高、運行維護難度大等問題客觀存在,長效機制有待健全,任務依然艱巨[8-9]。

為此,本文以貴州某鎮(zhèn)農村廢水處理項目為例,選擇蚯蚓生態(tài)濾池工藝進行試驗與設計,項目運行結果表明,該工藝具有運行管理費用低、氮磷去除效果好、可資源化回用等特點,為農村污水的低成本處理及資源化利用提供了技術參考。

1 工藝簡介

生態(tài)濾池具有占地面積小、建設成本低、抗負荷沖擊性能好、出水水質好、后期運維管理成本低等優(yōu)點。蚯蚓生態(tài)濾池屬于生物-生態(tài)組合處理技術,整個生態(tài)濾池一般由三個主要部分組成,包括了進水配水裝置、生態(tài)濾床和排水裝置。其中生態(tài)濾床是蚯蚓的主要活動場所,也就是污染物降解的主要功能實現(xiàn)區(qū)域[10-11]。污水經(jīng)過提升泵或自流到蚯蚓生態(tài)濾池的布水區(qū)域,污水經(jīng)過上層布水系統(tǒng)后,均勻分布在生態(tài)濾床上,蚯蚓生態(tài)濾池自上到下布置有彈性纖維填料、蚯蚓主要活動土壤區(qū)以及陶粒復合濾料區(qū),經(jīng)蚯蚓和微生物凈化作用后經(jīng)下部排水區(qū)收集排出,出水口設置取樣檢測閥。蚯蚓生態(tài)濾池示意圖如圖1。

圖1 蚯蚓生態(tài)濾池示意圖

本項目用的蚯蚓生態(tài)濾池在結構形式、布水方式及濾料方面等都進行了功能優(yōu)化,采用生態(tài)節(jié)能的設計理念,一方面利用復合基質—專用植物—微生物等構成系統(tǒng)聯(lián)動機制,穩(wěn)定控制農村生活污水的生物脫氮除磷效果。濾池上種植的植物,不但自身可以吸收凈化污水中營養(yǎng)物質,同時可以通過根系的泌氧作用(指水生植物通過通氣組織將光合作用產(chǎn)生的氧氣運輸?shù)礁?并釋放到根際土壤或水體的過程,水生植物根系泌氧有助于植物對水體污染物的去除)以及硝化作用,加上根系周圍的微環(huán)境,有利于強化濾池脫氮除磷效果[12-14]。另一方面,濾池上種植的植物在凈化污染物的同時,也可以起到美化農村景觀的效果。

2 工藝設計

2.1 項目區(qū)域基本概況

因此,試驗設計采用的流程簡圖如圖2。

預測本項目涉及的農村人口大約為512人,村內另有一所非寄宿制小學及兩所民辦幼兒園,學校師生人口大約為439人,共951人。參照《鄉(xiāng)(鎮(zhèn))村給水工程技術規(guī)程》(CJJ123-2008),結合工程所在地居民的生活情況和發(fā)展需要,本項目設計該村居民近期最高日生活用水量按80 L/人·天計,參照《貴州省行業(yè)用水定額》(DB52T725-2011)非住宿制學前教學、初等教育、中等教育最高日生活用水量為30L/人·天,污水形成率按85%計,污水量預測日平均為40 m3,因此確定水處理規(guī)模按40 m3/d設計。

2.2 設計進出水水質

設計進水水質參考類似農村生活污水水質特性及濃度,結合鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活污水水質參數(shù),處理后的污水執(zhí)行貴州省《農村生活污水處理水污染物排放標準》DB52/1424-2019一級標準,結果如表1所示。

表1 設計進、出水水質及設計處理率一覽表

2.3 設計工藝流程

根據(jù)該村的實際情況,綜合考慮技術可行性及經(jīng)濟可行性分析,蚯蚓生態(tài)濾池工藝設計時考慮的重點如下:

(1)預處理系統(tǒng):農村生活污水排放具有污染負荷變化系數(shù)較大、懸浮物高、水質波動明顯的特點,設計“格柵+調節(jié)池”組合預處理系統(tǒng),保障后續(xù)生物處理穩(wěn)定高效。

圖表式節(jié)點管理模式在油田社區(qū)服務板塊的應用…………………………………………………………………楊 勇（4.91）

規(guī)格尺寸:L×B×H=2000mm×400mm×600mm

(3)控制系統(tǒng):操作時采用淹水與落干交替運行的方式,可以使蚯蚓的作用得以充分發(fā)揮,而且有利于形成不斷交替變化的氧化還原環(huán)境,達到最佳的微生物硝化反硝化效果,對污染物(特別是總氮及有機物)有良好的凈化效果。

項目位于貴州某新建移民新村,居民建筑形式以低層樓房為主,每棟樓房均設置有化糞池,村內街道兩旁設置有下水道,經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn),下水道雖設有雨水井及污水井,但雨污并未進行分流。村內生活污水(包括餐廚廢水、洗滌廢水、沐浴廢水等)及雨水經(jīng)過管道流入化糞池后,未經(jīng)過進一步處理,經(jīng)溝渠直接流入村內小河溝,小河溝內廢水最終會流入清水江流域,將一定程度增加清水江流域污染負荷。

圖2 工藝設計流程簡圖

農村生活污水通過管網(wǎng)收集后,經(jīng)過格柵去除懸浮物或雜物后,匯入調節(jié)池,沉淀、勻化、穩(wěn)定水質的同時也進行一定程度的水解酸化預處理后,提高小分子揮發(fā)性脂肪酸的含量,便于蚯蚓取食,同時減緩系統(tǒng)的有機污染沖擊負荷,再流入蚯蚓生態(tài)濾池系統(tǒng)。

其次，企業(yè)經(jīng)營目標的實現(xiàn)并非是憑借一己之力即可完成的事情，是企業(yè)各部門、員工之間團結努力，共同實現(xiàn)績效目標的過程。激勵管理是促進績效提升的重要手段，因此需要通過績效考核來提高企業(yè)員工的凝聚力，讓他們可以將個人發(fā)展與企業(yè)發(fā)展結合到一起，盡快找到自己在團隊中的所處地位，從而激發(fā)出更多的工作積極性，擴大上升空間。

將車組與車次按順序進行匹配。首先根據(jù)步驟(2)與步驟(3)對車組號及車次進行排序，然后按照排名先后進行匹配。盡量安排日均走行里程小的車組去擔任里程數(shù)大的車次，但由于股道約束、車組停放位置等因素的影響，車組與車次往往無法實現(xiàn)最佳匹配。

經(jīng)預處理系統(tǒng)后進入改良型多功能復合生態(tài)濾池系統(tǒng),充分利用濾池內復合基質—專用植物—微生物的協(xié)同作用,促進 C、N、P 轉化與礦化,使得生活污水能夠得到更有效的處理。蚯蚓在濾池內通過其砂囊研磨與腸道的生物化學作用,在土壤活動層內的機械疏松、消解作用以及與微生物的協(xié)同作用,可防治土壤板結、堵塞,而且能有效提高微生物數(shù)量及微生物活性,促進有機物質的有氧分解轉化、含氮有機物硝化及反硝化作用等,提高TN、NH3-N、TP、SS和CODCr等污染物的去除效率[15-16]。本著因地制宜的原則,出水達標后可直接回用于農田灌溉、生態(tài)農業(yè)用水等,實現(xiàn)資源化利用,或者進一步引入人工濕地進行深度處理后外排到地表水體。

2.4 主要單元設計參數(shù)說明

(1)格柵

數(shù) 量:1臺

格柵設計參數(shù):過柵流速0.6～1.0m/s,有效水深1.0m

(2)配水系統(tǒng):優(yōu)化配水系統(tǒng),保障水力負荷的穩(wěn)定,避免配置不當會導致短流或壅水;同時還可以提高系統(tǒng)的表面水力負荷。

數(shù) 量: 1座

結 構:采用地下鋼混結構

型 號:GSHZ-300

配套設備:

類 型:回轉式機械格柵

(3)候選人采取自薦報名方式，在報名參加競選的人員中，通過文化品德方面的考察，選擇若干名候選人接受村民投票選舉.選舉完全實行“對策選人”，選舉時先由各候選人進行演講答辯，提出自己對該村基本情況的分析和自己的“治村方略”，解答村民疑問，然后由村民選出對本村情況有更正確認識、思路對策更切合本村實際的“帶頭人”.

對患者生活方式改善、自我血糖監(jiān)測、血糖控制情況進行觀察記錄；并對患者治療前后空腹血糖及糖化血紅蛋白進行測量；采取問卷調查表，對患者護理前后糖尿病知識掌握情況進行調查，該調查表總分為100分，分數(shù)越高，則表示患者知識掌握度越好；

調節(jié)池規(guī)格尺寸:L×B×H=3500mm×3200mm×2800 mm

(2)調節(jié)池

泵前低壓旋轉網(wǎng)式過濾器(見圖1)由雙浮筒做浮體，將低壓旋轉網(wǎng)的濾筒及濾筒旋轉驅動裝置和反沖洗結構固定于浮筒上自成一體，安裝于抽水水泵取水口的前端。與傳統(tǒng)過濾器相比該過濾器在過濾過程中無需加壓，利用自然水頭(0.5～1.0 m)低壓滲透過濾；濾筒過濾面積大，且過濾精度較高，采用200目過濾網(wǎng)，過濾泥沙顆粒可達300目，能有效處理水體中細小的懸浮物；同時可適應不同的水位要求，保證過濾水均為表層低懸浮濃度的水；微過濾機敝開設計，濾網(wǎng)反沖洗部分位于水面以上大氣中，在自清洗時反清洗效率高，濾網(wǎng)再生效果好。

在某項目調試過程中，緊挨著RPT的設備D3頻繁離線，硬件更換之后，故障仍然存在。通過排查MVB線路及連接器，沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常，每段線路阻抗均為(1±10%)×120 Ω，符合IEC 61375標準要求。故障線路拓撲示意如圖1所示，總線主BA和離線的從設備D3分別位于中繼器RPT的兩側。

設計參數(shù):污水停留時間8 h

(3)蚯蚓生態(tài)濾池

在摸清就診等候時間之后，林茜主任和專責小組又把關注點放在取消等待的問題上。他們獲得的基礎數(shù)據(jù)顯示：醫(yī)院平均候藥時間是34分鐘；并且，從10點半到14點的時段，等候時間最長，大于40分鐘。

生態(tài)濾池規(guī)格尺寸:L×B×H=7000mm×3200mm×2800 mm

2.微波爐的工作原理：微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則是用絕緣材料制成。微波爐的心臟是磁控管。這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘振動頻率為24.5億次的微波。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達5 cm深，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物便被“煮”熟了。用普通爐灶煮食物時，熱量總是從食物外部逐漸進入食物內部的。而用微波爐烹飪，熱量則是直接深入食物內部，所以烹飪速度比其他爐灶快4至10倍，熱效率高達80%以上。目前，其他各種爐灶的熱效率都無法與它相比。

設計參數(shù):污水停留時間16 h

3 運行效果分析

3.1 技術可行性分析

采用蚯蚓生態(tài)濾池對該村生活污水處理進行了驗證性研究,裝置穩(wěn)定運行后,經(jīng)過連續(xù)4個月的試驗考察,每隔10天,對進水、出水中主要污染因子進行采樣檢測分析,結果見表2,各參數(shù)變化趨勢圖見圖3～圖8。

表2 蚯蚓生態(tài)濾池對生活污水的處理試驗數(shù)據(jù)表 單位:mg/L

圖3 蚯蚓生態(tài)濾池對CODCr的去除效果 圖4 蚯蚓生態(tài)濾池對BOD5的去除效果

圖5 蚯蚓生態(tài)濾池對SS的去除效果 圖6 蚯蚓生態(tài)濾池對TP的去除效果

圖7 蚯蚓生態(tài)濾池對TN的去除效果 圖8 蚯蚓生態(tài)濾池對NH3-N的去除效果

由表2及圖3～圖8可知,根據(jù)進水水質和出水水質計算,蚯蚓生態(tài)濾池對生活污水中COD、BOD5、SS、TP、TN、NH3-N等的平均去除率可以分別達到79.53%、86.89%、92.26%、68.21%、50.52%、86.79%,能夠達到設計去除率負荷值,出水水質均可滿足貴州省《農村生活污水處理水污染物排放標準》DB52/1424-2019一級標準。同時,按照設計污水量計算,整村每年對COD、BOD5、SS、TP、TN、NH3-N等污染負荷的削減量將分別達到2048 kg/a、1226 kg/a、1660 kg/a、18.92 kg/a、173.0 kg/a、219.7 kg/a,降碳脫氮除磷的效果明顯。因此,蚯蚓生態(tài)濾池是一種技術可行的處理農村污水的適宜工藝。

同時,蜓蚓生態(tài)濾池對系統(tǒng)內產(chǎn)生的生物污泥有減量化的效果,其減量率達40.5%～48.2%,明顯高于普通剩余污泥的減量率。蜓蚓生態(tài)濾池內污泥具有十分優(yōu)異的沉降性能,不僅能實現(xiàn)污泥減容,而且污泥內的生物固體含量也大大降低,能進一步改善污泥的脫水性能,真正實現(xiàn)了污泥減量化[17]。蚯蚓具有促進氮、磷循環(huán)的作用,可以使污泥中總氮總磷有效快速向氮和磷轉化,一般情況下,蚯蚓生態(tài)濾池處理后的污泥中重金屬含量均低于我國農用污泥酸性土壤最高允許量,基本可以達到污泥農用標準要求。因此,蜓蚓生態(tài)濾池不僅可以提高污泥肥效,還可作為優(yōu)質農肥和土壤改良劑。

3.2 經(jīng)濟可行性分析

項目總投資估算為138.54萬元,其中污水收集部分投資為105.35萬元,污水處理設施部分投資為32.5萬元,基本預備費0.69萬元。工程建設噸水投資3.4625萬元/m3。

運行費用包括水電費用、填料及蚯蚓補充費用、簡單維護費以及裝置折舊費用,約6060元/年,噸水處理運行成本約0.459元/m3。試驗及設計結果表明,蚯蚓生態(tài)濾池是一種經(jīng)濟可行的處理農村污水的適宜工藝。

4 結語

(1) 蚯蚓生態(tài)濾池工藝是一種低成本的農村污水處理工藝,具有操作簡單、運行管理費用低、污染物去除效果好、可資源化回用于農田灌溉或生態(tài)農業(yè)等特點,具有良好的社會效益和環(huán)境效益,適合貴州農村地區(qū)生活污水的處理。

(2) 蚯蚓生態(tài)濾池工藝穩(wěn)定運行后,根據(jù)進水水質和出水水質計算,對生活污水中COD、BOD5、SS、TP、TN、NH3-N等的平均去除率可以分別達到79.53%、86.89%、92.26%、68.21%、50.52%、86.79%,整村污染負荷削減量分別為2048 kg/a、1226 kg/a、1660 kg/a、18.92 kg/a、173.0 kg/a、219.7 kg/a,降碳脫氮除磷的效果明顯,出水水質均可滿足貴州省《農村生活污水處理水污染物排放標準》(DB52/1424-2019)一級標準。