村鎮(zhèn)污水處理解決方案及應(yīng)用

梁學(xué)穎

(上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆虾?200433)

截止2016年底，我國共有58.5萬個行政村、270萬個自然村，近4萬個集鎮(zhèn)，覆蓋人口9.57億人，占我國人口的大多數(shù)。到2016年，城市污水處理率已達(dá)90%以上，縣城污水也達(dá)到85%以上，而村鎮(zhèn)污水的處理率僅為20%[1]。建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，保護(hù)綠水青山，改善人居環(huán)境直接關(guān)系到人民生活幸福感。而污水治理是農(nóng)村人居環(huán)境改善的重點(diǎn)任務(wù)，也是流域及區(qū)域水環(huán)境改善的關(guān)鍵。

1 村鎮(zhèn)污水的處理現(xiàn)狀

我國以往關(guān)于污水治理的研究主要集中于城市污水及工業(yè)企業(yè)排放的污水，技術(shù)發(fā)展及處理程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過農(nóng)村污水。村鎮(zhèn)生活污水具有排放源分散、人民環(huán)保意識薄弱、設(shè)施和經(jīng)濟(jì)條件不足、區(qū)域差異大等特點(diǎn)，對于村鎮(zhèn)污水的處理缺乏深入、系統(tǒng)的研究，很多水源地、河流等均流經(jīng)村鎮(zhèn)地區(qū)，受村鎮(zhèn)環(huán)境的影響，也受到了不同程度的污染，對于人民的供水安全和身體健康具有很大的影響。因此，研發(fā)和推廣適應(yīng)我國村鎮(zhèn)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)力量的村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)，具有十分重要的理論和應(yīng)用意義[2-3]。

2 村鎮(zhèn)污水處理存在的主要問題

根據(jù)實地村鎮(zhèn)調(diào)研情況，泓濟(jì)環(huán)保認(rèn)為村鎮(zhèn)污水處理目前存在的問題概括來講主要為四點(diǎn) “建不起”、“建不好”、“用不起”、“用不好”。

2.1 建不起

農(nóng)村房屋建設(shè)較為分散，管網(wǎng)建設(shè)成本較高。傳統(tǒng)土建形式污水處理設(shè)施由于擴(kuò)建難度大成本高，在設(shè)計之初需要考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃，留有較多裕量，而在實際運(yùn)營中，污水收集往往達(dá)不到設(shè)計負(fù)荷，一定程度上造成了設(shè)施和資金的浪費(fèi)，增加了建設(shè)投資。

2.2 建不快

村鎮(zhèn)地區(qū)由于自然條件所限，許多施工需要人工進(jìn)行作業(yè)，加大了建設(shè)施工難度。傳統(tǒng)土建形式污水處理設(shè)施土建工作量大，施工周期長，建設(shè)速度快不起來也是農(nóng)村污水處理的一大難題。

2.3 用不起

處理設(shè)施建好后，農(nóng)村地區(qū)運(yùn)營仍然面臨問題，傳統(tǒng)站點(diǎn)需要配備專門管理技術(shù)人員，對人員專業(yè)水平要求較高，村鎮(zhèn)地區(qū)處理規(guī)模一般較小，缺乏專業(yè)的技術(shù)人員，人力成本較高。同時，一些地區(qū)在建設(shè)污水處理設(shè)施時，對實際需要考慮不足，對處理工藝選擇不當(dāng)，也會增加運(yùn)行費(fèi)用。此外，迫于資金壓力，設(shè)施建設(shè)質(zhì)量不高，增加了后期維護(hù)費(fèi)用。

2.4 用不好

許多地區(qū)農(nóng)村污水治理處于初步探索階段，由于專業(yè)技術(shù)人員缺乏，已經(jīng)建設(shè)好的污水處理設(shè)施的運(yùn)行狀況不能保證，部分設(shè)施損壞之后得不到及時修繕，難以達(dá)到長效。

3 泓濟(jì)環(huán)保對于村鎮(zhèn)污水處理解決方案

泓濟(jì)環(huán)保通過實地調(diào)研和對以上問題的思考，結(jié)合項目實踐經(jīng)驗，認(rèn)為農(nóng)村水環(huán)境治理應(yīng)將收集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)作為一個整體，綜合考慮建設(shè)期和運(yùn)營期的問題特點(diǎn)，系統(tǒng)性地思考解決方案。

3.1 解決方案

3.1.1 建得起

居民排水主要通過管網(wǎng)來收集，在建設(shè)期優(yōu)化管網(wǎng)的布局，因地制宜，分散和集中處理相結(jié)合，以設(shè)備來代替部分主要管網(wǎng)，減少污水主管網(wǎng)及中間泵站的建設(shè)費(fèi)用，降低建設(shè)投資。不留過多設(shè)計裕量，后期擴(kuò)建可通過增加設(shè)備數(shù)量來實現(xiàn)，提高了現(xiàn)有系統(tǒng)的利用率，減少一次性投資。

3.1.2 建得快

處理系統(tǒng)想要建得快，需要縮短設(shè)計和建設(shè)周期，泓濟(jì)環(huán)保將以往定制化的方案標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化的方案產(chǎn)品化，節(jié)約了設(shè)計階段時間。模塊化設(shè)計，可根據(jù)需求靈活配置不同數(shù)量的設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)集裝箱外形便于運(yùn)輸和安裝，大大簡化了建設(shè)施工過程，節(jié)省建設(shè)周期。

3.1.3 用得起

借鑒跨界共享模式，處理系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，采用集約式管理和分片運(yùn)維相結(jié)合的模式，專業(yè)技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控多個站點(diǎn)運(yùn)營情況，現(xiàn)場無需專人值守，大大節(jié)約運(yùn)維人力成本。耗能設(shè)備只有小型風(fēng)機(jī)和水泵，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)流程可以控制和保障產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步降低了后期維護(hù)保養(yǎng)成本，解決分散式污水處理對于運(yùn)行費(fèi)用承受能力低的問題。

3.1.4 用得好

借鑒家用產(chǎn)品的設(shè)計理念，以產(chǎn)品化的視角來提供好的服務(wù)，為客戶提供整體解決方案。處理系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，專業(yè)技術(shù)人員可以通過移動端遠(yuǎn)程查看設(shè)備運(yùn)行情況，保障設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。簡便的操作降低了對現(xiàn)場人員的技術(shù)要求，維護(hù)修繕能夠及時響應(yīng)。

3.2 處理系統(tǒng)產(chǎn)品化解決方案

泓濟(jì)環(huán)保經(jīng)過多年研發(fā)創(chuàng)新，將在工程中成功實踐的先進(jìn)水處理工程技術(shù)，集成于一個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱體內(nèi)，開發(fā)出了iCUBE一體化污水處理設(shè)備系列產(chǎn)品，如圖1所示。主體工藝采用泓濟(jì)自主研發(fā)的復(fù)合式HBF工藝，為村鎮(zhèn)污水提供因地制宜的系統(tǒng)解決方案。

圖1 iCUBE一體化污水處理設(shè)備Fig.1 iCUBE Integrated Sewage Treatment Equipment

4 村鎮(zhèn)污水處理應(yīng)用實例

4.1 項目簡介

項目所在地為四川某鎮(zhèn)，全鎮(zhèn)總?cè)丝?.98萬人，幅員面積48.5 km2。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，確定規(guī)劃區(qū)設(shè)計污水量為1 000 m3/d，近期為800 m3/d，遠(yuǎn)期新增200 m3/d，其中出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)標(biāo)準(zhǔn)中一級A類標(biāo)準(zhǔn)。參照國家有關(guān)規(guī)定和泓濟(jì)公司在四川省內(nèi)設(shè)計的污水處理廠實際運(yùn)行情況，綜合確定污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)如表2所示。

表2 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)Tab.2 Design Influent Water Quality

4.2 傳統(tǒng)土建與一體化形式方案對比

本項目設(shè)計了傳統(tǒng)土建形式和一體化形式兩種方案，二者污水處理工藝流程如圖2所示，一體化設(shè)備將多個工藝段集成于設(shè)備中，以集成的模塊代替土建工程。

圖2 傳統(tǒng)土建形式(a)和一體化形式(b)工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of Traditional Civil Engineering (a) and Integrated Process (b)

由于后期增加水量規(guī)模較小，故采用傳統(tǒng)土建形式時，后期不再重新建設(shè)水站，主體工藝設(shè)計規(guī)模為1 000 m3/d。采用一體化污水處理設(shè)備為主體時，選用200 m3/d型號的設(shè)備，近期安裝4臺，滿足近期800 m3/d的處理規(guī)模，并預(yù)留遠(yuǎn)期200 m3/d的設(shè)備基礎(chǔ)，當(dāng)遠(yuǎn)期人口增加到規(guī)劃人數(shù)，水量達(dá)1 000 m3/d，再增加一臺200 m3/d型號設(shè)備即可滿足處理要求。

傳統(tǒng)土建形式與一體化形式兩種方案的經(jīng)濟(jì)性對比如表3所示。

表3 傳統(tǒng)土建形式與一體化設(shè)備形式方案經(jīng)濟(jì)性對比Tab.3 Economic Comparison between Traditional Civil Engineering and Integrated Equipment

經(jīng)過對比，項目最終采用了產(chǎn)品化的設(shè)計方案，整體方案具有良好的經(jīng)濟(jì)性。采用一體化設(shè)備形式可以節(jié)省約40%的一次性投資，大大降低了當(dāng)?shù)卣呢斦毫?，降低客戶的成本。設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，將多段工藝的土建工程濃縮于模塊化產(chǎn)品中，只需簡單的設(shè)備基礎(chǔ)土建，大大縮短建設(shè)與安裝時間。傳統(tǒng)土建形式在近期運(yùn)行時不能滿負(fù)荷，設(shè)備型號等均為設(shè)計規(guī)模，造成了一定程度的能耗浪費(fèi)；一體化設(shè)備可根據(jù)近期水量安裝，幾乎可以實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，平均運(yùn)行能耗更低，每天節(jié)省電耗96 kW·h。一體化設(shè)備集成了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，無需專業(yè)人員現(xiàn)場值守，也可以享受遠(yuǎn)程專業(yè)技術(shù)服務(wù)。

4.3 運(yùn)行結(jié)果

污水處理站采用產(chǎn)品化方案，建成運(yùn)行后，水質(zhì)、水量逐步達(dá)到設(shè)計值，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，COD去除率達(dá)90%以上，NH3-N去除率95%以上，穩(wěn)定后出水連續(xù)2月的平均值如表4所示。

經(jīng)環(huán)保部門抽樣檢測的出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)標(biāo)準(zhǔn)中一級A類標(biāo)準(zhǔn)，可直接進(jìn)行排放或回用。

表4穩(wěn)定后出水水質(zhì)
Tab.4 Effluent Water Quality

編號項目平均數(shù)值一級A標(biāo)準(zhǔn)1BOD5/(mg·L-1)9.1102SS/(mg·L-1)10.1203CODCr/(mg·L-1)38.5504TN/(mg·L-1)1.5155NH3-N(以N計)/(mg·L-1)1.15(8)6TP/(mg·L-1)0.320.5

注：括號外數(shù)值為水溫大于12 ℃時的控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為水溫小于12 ℃時的控制指標(biāo)。

5 結(jié)語

綜上所述，村鎮(zhèn)污水處理是改善農(nóng)村人居環(huán)境的重點(diǎn)任務(wù)，建得起、建得快、用得起、用得好的解決方案是我國村鎮(zhèn)生活污水處理的發(fā)展方向。泓濟(jì)環(huán)保從建設(shè)期和運(yùn)營期全面考慮，將收集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)定制化的方案標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化，系統(tǒng)地解決村鎮(zhèn)污水處理難題，已成功應(yīng)用并逐漸發(fā)展成熟，是當(dāng)前村鎮(zhèn)污水處理較為理想的整體解決方案。