智能化小型生活污水處理系統的研究與應用

康 璇，王 希，王秀茹，曹優明，陳 倩，吳智洋

（1.北京林業大學水土保持學院，北京 100083；

2.教育部水土保持與荒漠化防治重點實驗室，北京 100083）

長期以來，由于治理資金短缺和農村水環境保護意識的淡薄，農村地區的生活污水未經處理就直接排放，未經處理或處理不當的生活污水或成為河流湖泊水質惡化的主要原因之一[1]，若浸入地下則破壞了飲用水源，危害用水居民的身體健康，傳播疾病，降低人們的生活質量。北京又是世界上嚴重缺水的大城市之一，人均水資源量不足300m3，遠遠低于國際公認的人均1 000 m3的下限，屬重度缺水地區。因此，重視與加強農村地區的污水排放收集和處理設施建設工作,避免因污水未經處理直接排放而對農村地區的水體、土地等自然環境產生污染影響,確保農村水源安全和農民身體健康,既是新農村建設中加強基礎設施建設、推進村莊整治工作的一項重要內容,也是當前農村人居環境改善工作中所要解決的最急需、最迫切、最突出的問題,具有重要的現實意義[2]。

1 農村污水的現狀

北京市農村污水包括農村地區居民在生活和生產過程中形成的污水。生活污水包括居民生活過程中廁所排放的污水以及洗浴、洗衣服和廚房的污水等。生產污水主要有畜禽養殖業、水產養殖業、農產品加工等產生的高濃度有機廢水,甚至包括降雨形成的村莊徑流水及農田徑流水[3]。農村污水分散、量小、遠離群居和大水體，而且水環境容量較小，管理水平低[4]。北京市農村污水的主要特點是：①農村用水量標準較低，污水流量小且日變化系數大；②污水成分濃度較低且日益復雜，波動性大；③農村地區人口大都分散居住，沒有排水管網，集中收集處理難度大[5]。

2 農村污水處理模式

北京市各郊區縣的自然地理、經濟發展、生活習慣等方面都存在較大差別，使得污水處理方式不能過于單一，應根據農村具體地形特點、風俗習慣和社會條件等因素，因地制宜地采用多元化污水處理模式。目前北京市村鎮污水處理主要采用分散處理模式和集中處理模式，有時也采用管網截污模式[6]。

2.1 分散處理模式

它是將農戶的污水實行分區收集,以稍大或鄰近的村莊聯合為宜,各區域污水進行單獨處理。一般采用中小型污水處理設備或自然處理等形式。該處理模式具有布局靈活、施工簡單、管理方便、出水水質有保障等特點[7]。北京市有些村鎮居民居住分散，相互之間距離遠,而且地勢高低錯落，溝渠、橋路等橫穿村落，將這些各自分散排放的污水集中處理，難度較大，甚至需要采取污水管道保溫和提升措施，這對農村來說，投資及運行費用較高，且實施起來難度也大。故采取分散處理模式較為經濟適用[5]。

2.2 集中處理模式

該處理模式就是收集所有農戶產生的生活污水，利用一處設施進行處理，采用自然處理、常規生物處理等工藝形式。本模式具有占地面積小、抗沖擊能力強、運行安全可靠、出水水質好等特點，適用于規模大、經濟條件好、村鎮企業或旅游業發達、處于水源保護區內的單村或聯村污水處理。主要應用在村莊分布密集、緊湊的平原區[6]。

2.3 管網截污模式，即接入市政管網統一處理模式

這種處理模式是指村莊內所有農戶的污水經污水管道集中收集后,統一接入鄰近市政污水管網,利用城鎮污水處理廠統一處理。該處理模式具有投資省、施工周期短、見效快、統一管理方便等特點，適用于距離市政污水管網較近（一般5 km以內），符合高程接入要求的村莊污水處理。這種處理模式通常適宜于靠近城市或城鎮、經濟基礎較好、具備實現農村污水處理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”轉變條件的農村地區采用[7]。

3 案例分析

3.1 項目背景

新城子鎮曹家路民俗旅游村位于京郊密云縣的東北角，距云岫谷景區8 km，司馬臺長城20 km，是通往霧靈山國家森林公園西門的必經之路。全村740戶，2 431人，1 100個勞動力，其中民俗接待戶150戶，從事民俗接待人員300人。2003年全村經濟總收入3 100萬元，接待游客2萬人次，民俗接待收入100萬元。民俗旅游已成為曹家路村農戶致富的主要途徑。

密云新城子鎮曹家路清潔小流域區域內沿河兩岸分布有許多民俗旅游村，小型的旅游度假旅店；以魚類養殖為基礎的垂釣休閑飯店等，這些旅游點投資少，規模小，經營粗放，無污水處理設施，日污水排放量5～10 t，被稱之為非集中污水排放點。這些污水排放點的特點是：（1）靠近河道，直接排入河流；（2）分布非常分散，不可能集中治理；（3）污水污染物濃度大，治理難度大，絕大部分是混合污水，既有廚房污水，也有衛生間污水，有機物含量高，COD超過300；（4）大部分業主屬小本經營，處理設施運行費用承受力有限；（5）大部分業主的科技文化素質有限，管理維護要求簡便易行。為有效保護水資源，在密云新城子鎮曹家路小流域實施示范工程，處理各個餐飲點的生活污水。

3.2 技術方案的選擇與比較

綜合以上情況，北京市水保站從2001年開始就摸索解決這類非集中污水排放點的處理設備，經過國內、外廣泛的調研，在一系列試驗的基礎進行了產品的設計、開發和工程示范工作。廣泛調研的結果和工程運行主要經濟技術指標的對比見表1。

由表1可知，針對非集中的排污點，選用CWT小型智能污水處理裝置在經濟技術方面是完全可行的。智能化小型生活污水處理系統（Compact Wastewater Treatment System簡稱CWT）是一種高效集成式污水生物處理一體化設備。該設備廣泛適用于各種中小規模分散污染源（1～50 t/d）的污水處理與回用。特別是適合于新農村的污水處理設施建設，已有近千套設備用于新農村建設。處理后出水完全滿足國家排放標準，并可用于園林綠化、農田灌溉以及沖廁等用水。特別適用于飲用水源保護區內各分散污染源的治理，也適用于住宅小區、辦公樓、商場、賓館、飯店、醫院、養殖廠等生活污水的處理。

表1 非集中污水處理工藝主要經濟技術指標

3.2.1 CWT的工藝和產品特點 CWT-M由以下幾個部分組成。(1)進水口和進水格柵：污水由進水口接入。CWT-M配備1mm提籃格柵，對污水進入反應器之前攔截大塊雜質。（2）出水口和出水閥門：處理后污水由出水口流出。出水閥門可以調節出水量大小。（3）反應器殼體：用高強度工程塑料制成。（4）鼓風機和曝氣系統：是設備的重要部分，主要作用是對反應器進行充氧。（5）膜組件系統：為設備的重要部分，是保證出水和反應器微生物濃度的重要部件。（6）真空出水泵：產生一定的負壓，從膜組件抽吸出水。（7）自動控制箱：對鼓風機、出水泵的運行進行自動控制。CWT處理工藝見圖1、圖2。生活污水進入化糞池，經厭養反應后進入CWT膜生物反應器，經過一定時間的生物培養后，通過曝氣生化反應及膜過濾后，去除污水中有機物、膠體、懸浮固體，得到符合排放與回用標準的處理出水，經出水泵輸送到清水池，供綠化回用或排放。

圖1 工藝流程圖

圖2 具體工藝流程

從實踐運行來看，該設備具有如下特點。（1）一體化設計，結構緊湊，占地面積小，建設投資少。CWT處理系統由厭氧單元，好氧單元和電控系統構成。系統通過結構優化，全部處理過程集中于兩個污水處理罐中完成，最大限度地減少了處理系統對輔助設施的依賴。同時緊湊的結構便于處理系統的建設與安裝，可適應各種地理環境。這種一體化結構使系統建設成本較傳統處理工藝降低30%～50%。（2）處理技術先進，處理效果好，能滿足高標準出水需要。CWT設計了合理膜分離組件，反應器內微生物濃度高，對污水中的有機污染物進行高效分解，出水水質穩定，優于國家相關排放標準，可有效防止各類污水排放對周邊水體的污染。（3）節能設計，運行能耗低。CWT-M內維持高濃度的微生物，使污染物降解效率大大高于傳統工藝，從而減少了運行能耗和成本。（4）全自動運行，無人看管。CWTM采用智能化控制，根據系統污水量和水質狀況自動調節曝氣時間、進水、出水等，無需專人進行管理。（5）無臭味，不產生二次污染。（6）采用高強度工程塑料，雙桶結構，易于地埋，使用壽命超過10 a。

3.2.2 CWT的實際應用和處理效果 作為一種新型高效水處理工藝，CWT污水處理系統在北京市周邊地區，特別是在懷柔和密云等水源保護區內有了多處成功應用實例，并取得了良好的處理效果。如，懷柔新農村建設示范村污水處理工程、懷柔水庫水源保護區污水治理工程、懷柔神堂峪小流域污水處理工程、懷柔百公里綠色生態谷污水治理工程、懷柔甘澗峪小流域污水治理工程、懷柔兩河流域污水治理工程、門頭溝永定河水質改善工程、房山新農村牛家場污水治理工程、昌平響潭水庫上游污水處理工程、平谷風沙源污水治理工程等。

CWT污水處理系統處理規模為5～50 t/d，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918－2002），可以根據不同需要，選擇不同的產品，使出水達到更高的標準。CWT-M污水處理系統典型的處理效果見表2（單位：mg/L）。

表2 CWT-M污水處理系統典型處理效果

4 結 論

CWT污水處理系統具有一體化設計、結構緊湊、占地面積小、建設投資少、處理效果好、滿足高標準出水需要、節能設計、運行能耗低、全自動運行、無人看管等優勢，適合于水源保護區分散性的生活污水處理，也適合于住宅小區、辦公樓、商場、賓館、飯店、機關、學校、部隊、醫院、養殖場等生活污水和與之類似的工業（如紡織、啤酒、制革、食品、化工等行業）的有機污水處理。

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