村鎮(zhèn)生活污水治理創(chuàng)新研究與實(shí)踐

文_廖鳳珍 李曉峰 陳嘉祺

1 廣東北控環(huán)保裝備有限公司 2 北控水務(wù)集團(tuán)有限公司

自國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施以來(lái)，先后出臺(tái)了《鄉(xiāng)村建設(shè)行動(dòng)實(shí)施方案》《農(nóng)村人居環(huán)境整治提升五年行動(dòng)實(shí)施方案(2021-2025年)》等政策，但現(xiàn)階段，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人居現(xiàn)狀、環(huán)境意識(shí)等方面的不平衡，村鎮(zhèn)生活污水處理仍然存在工藝繁多雜亂、技術(shù)人員缺乏、運(yùn)行管理困難等痛點(diǎn)。本文針對(duì)這些痛點(diǎn)，對(duì)于處理工藝和運(yùn)維技術(shù)有的放矢地進(jìn)行了創(chuàng)新，通過(guò)“柔性污水處理裝備技術(shù)”“無(wú)人值守村鎮(zhèn)智慧運(yùn)維裝備技術(shù)”等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和實(shí)踐，為村鎮(zhèn)污水處理和人居環(huán)境改善做出了行之有效的嘗試。

1 柔性設(shè)計(jì)污水處理裝備技術(shù)研究

1.1 村鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量特點(diǎn)

1.1.1 有機(jī)物含量高

村鎮(zhèn)生活污水主要指的是村鎮(zhèn)居民生活中產(chǎn)生的污水，其中，主要的污染物為氮磷、病菌及懸浮物等，氨氮、總氮、總磷等污染物指標(biāo)的濃度總體比較高。

1.1.2 總量大并且持續(xù)增加

近些年，我國(guó)加快了新農(nóng)村建設(shè)，與之相對(duì)應(yīng)，農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)、生活污水的排放量也越來(lái)越多，污水不經(jīng)處理就排放，加劇了農(nóng)村地區(qū)地下水及河網(wǎng)水質(zhì)的惡化，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大的不利影響。

1.1.3 水質(zhì)水量的波動(dòng)加大

村鎮(zhèn)污水的排放主要表現(xiàn)為間歇排放，并且一天內(nèi)排放的變化系數(shù)比較大； 同時(shí)，農(nóng)村種植排放受到當(dāng)?shù)氐奶鞖狻⒌乩憝h(huán)境等影響，地區(qū)和季節(jié)不同排放的水質(zhì)水量都存在差異。

1.1.4 排放點(diǎn)分散且體量小

村鎮(zhèn)人口分布不均勻且密度小，以村為單位但距離較遠(yuǎn)，分散式的污水排放加大了控制村鎮(zhèn)污水的難度。

上述特點(diǎn)決定了使用一體化生活污水處理設(shè)備更為適合，但必須重點(diǎn)解決沖擊負(fù)荷大且在時(shí)間上不均勻的處理難點(diǎn)。

1.2 柔性設(shè)計(jì)污水處理的定義

本技術(shù)聚焦鎮(zhèn)、農(nóng)村污水項(xiàng)目水質(zhì)特性，針對(duì)性自主研發(fā)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)適用于農(nóng)村污水一體化處理的裝備技術(shù)（獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利：ZL202110742692.7，實(shí)用新型：ZL202120610173.0）。通過(guò)對(duì)農(nóng)村污水處理水質(zhì)水量波動(dòng)的項(xiàng)目痛點(diǎn)、現(xiàn)有一體化裝備剛性設(shè)計(jì)、處理效果不佳、抗沖擊性能差等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行深入分析研究，首創(chuàng)簡(jiǎn)易的管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和供氣分置設(shè)計(jì)使裝備系統(tǒng)柔性可控，實(shí)現(xiàn)連續(xù)流和間歇式切換、可變區(qū)域調(diào)節(jié)，回流量精準(zhǔn)調(diào)控等，解決了同類(lèi)產(chǎn)品調(diào)控手段少、調(diào)控方式差、設(shè)備壽命短等共性問(wèn)題，顯著提高達(dá)標(biāo)率，成功構(gòu)建高性能低能耗的污水生化處理系統(tǒng)。

1.3 柔性設(shè)計(jì)污水處理的功能與實(shí)現(xiàn)路徑

本柔性設(shè)計(jì)污水處理裝備技術(shù)，系以傳統(tǒng)AAO活性污泥法為核心工藝，集成厭氧、缺氧、好氧及沉淀于一體的裝備化污水處理技術(shù)。污水經(jīng)前端預(yù)處理后，流經(jīng)柔性設(shè)計(jì)污水處理裝備進(jìn)行生化處理（可結(jié)合項(xiàng)目需求耦合深度處理工藝），從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化，出水達(dá)標(biāo)排放。

柔性設(shè)計(jì)污水處理可實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行工況的彈性調(diào)控、可變區(qū)域調(diào)節(jié)，具體實(shí)施路徑：①正常運(yùn)行工況下，保持設(shè)備常規(guī)的AAO設(shè)計(jì)，工藝成熟抗沖擊，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行，保障脫氮除磷效率，減少碳源和除磷劑投加，降低運(yùn)維成本。②低濃度進(jìn)水負(fù)荷運(yùn)行工況下，開(kāi)啟厭氧池、缺氧池的回流輔助路線，通過(guò)兩個(gè)回流點(diǎn)及回流量的調(diào)控，調(diào)整至AO（缺氧-缺氧-好氧）工藝運(yùn)行，擴(kuò)大缺氧池反應(yīng)容積、延長(zhǎng)缺氧區(qū)停留時(shí)間，多點(diǎn)回流充分利用原水碳源，強(qiáng)化反硝化脫氮效果。③高濃度進(jìn)水負(fù)荷運(yùn)行工況下，通過(guò)厭氧池回流點(diǎn)的控制，調(diào)整好氧池至厭氧池的大回流量呈類(lèi)氧化溝工藝運(yùn)行模式，可降低水質(zhì)濃度梯度，延時(shí)曝氣能有效降低污泥量產(chǎn)生，避免浮泥影響出水達(dá)標(biāo)率，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備少維護(hù)、出水穩(wěn)達(dá)標(biāo)。

生化箱中設(shè)有依次連通的厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池，污水回流泵的入口安裝有插入好氧池中的取料管，污水回流泵的出口安裝有回流管，回流管上連接有插入?yún)捬醭刂械牡谝恢Ч堋⒉迦肴毖醭刂械牡诙Ч埽瑓捬醭刂械牡谝恢Ч苌习惭b有第一流量閥，缺氧池中的第二支管上安裝有第二流量閥。

生化箱包括下箱體和上箱體，上箱體用緊固件安裝在下箱體上，且上箱體與下箱體之間夾有密封圈。下箱體中設(shè)有三塊相互平行的隔板將下箱體分隔為厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池，三塊隔板從厭氧池向沉淀池方向依次為第一隔板、第二隔板、第三隔板，第一隔板的下部、第二隔板的下部、第三隔板的中部各自設(shè)有一個(gè)過(guò)水口，下箱體的側(cè)壁上設(shè)有與沉淀池相連通的出水口。

上箱體上設(shè)有位于厭氧池上方的第一檢修口和進(jìn)水口、位于缺氧池上方的第二檢修口、位于好氧池上方的第三檢修口、位于沉淀池上方的第四檢修口。

第一檢修口上螺接有第一檢修蓋，第二檢修口上螺接有第二檢修蓋，第三檢修口上螺接有第三檢修蓋，第四檢修口上螺接有第四檢修蓋。

2 村鎮(zhèn)無(wú)人值守智慧運(yùn)維技術(shù)研究

2.1 村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施運(yùn)維現(xiàn)狀

隨著村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的不斷建設(shè)投運(yùn)，“重建設(shè)輕運(yùn)營(yíng)”的問(wèn)題越來(lái)越突出，除了部分“空心村”人口流失等客觀原因之外，業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)具備一定的專(zhuān)業(yè)性、人工成本較高是非常突出的限制因素，主要體現(xiàn)在如下方面。

2.1.1 運(yùn)維檢修排程不合理

運(yùn)維檢修不是結(jié)合設(shè)備的狀態(tài)來(lái)安排計(jì)劃，而是周期性巡視維護(hù)，或者在出現(xiàn)故障后奔赴現(xiàn)場(chǎng)搶修，工單配置低效。

2.1.2 專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員缺乏

村鎮(zhèn)污水分散式方式處理決定了其站點(diǎn)數(shù)量多、分布范圍廣，且設(shè)施運(yùn)維環(huán)境又相對(duì)復(fù)雜，不確定性因素非常多，對(duì)于技術(shù)人員缺乏且能力不足的現(xiàn)狀，僅僅依靠管理機(jī)構(gòu)組織培訓(xùn)效果非常有限。

2.1.3 問(wèn)題響應(yīng)效率低

分散式處理設(shè)施的運(yùn)維人員一般管理半徑較大，往往在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題趕到現(xiàn)場(chǎng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，而在現(xiàn)場(chǎng)又需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)分析和判斷再采取措施，效率較低。

2.1.4 運(yùn)維成本較高

除了常規(guī)的電耗、藥耗之外，還必須支出人工成本、交通成本、差旅成本和管理費(fèi)用，這給本來(lái)資金就捉襟見(jiàn)肘的村鎮(zhèn)污水運(yùn)維帶來(lái)了很大的困擾。

2.2 無(wú)人值守智慧運(yùn)維總體思路

村鎮(zhèn)級(jí)智慧水務(wù)管理系統(tǒng)結(jié)合村鎮(zhèn)（農(nóng)村）污水項(xiàng)目處理規(guī)模小、站點(diǎn)數(shù)量多、地域分散等特點(diǎn)，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)算法、輔助決策、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)等工具和手段，研發(fā)搭載于污水處理一體化裝備的智慧水務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境治理裝備和設(shè)施的智能化。

在系統(tǒng)架構(gòu)方面，按照 “集中控制、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理”的原則，采用“1+N”的模式，通過(guò)一個(gè)集控中心對(duì)N個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、物聯(lián)化站點(diǎn)進(jìn)行管控（詳見(jiàn)圖1），實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，節(jié)約企業(yè)管理成本，提高運(yùn)營(yíng)管理的質(zhì)量和效率。

圖1 村鎮(zhèn)智慧水務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

如圖1所示，在分散式污水處理設(shè)施上安裝攝像頭、數(shù)采網(wǎng)關(guān)、液位計(jì)、接觸傳感器等數(shù)據(jù)采集裝置；然后將數(shù)據(jù)傳輸至分中心，在智能劃分的基礎(chǔ)上通過(guò)SCADA系統(tǒng)對(duì)各片區(qū)進(jìn)行分級(jí)管控；最后再集控中心依托可視化大屏、操作站、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備對(duì)各大片區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管并安排運(yùn)維檢修。

2.3 智慧水務(wù)與傳統(tǒng)運(yùn)維功能對(duì)比

結(jié)合村鎮(zhèn)污水處理的特點(diǎn)，以上述總體架構(gòu)為基礎(chǔ)，在研究中開(kāi)創(chuàng)性地采用了負(fù)荷判斷模型，自主研發(fā)SV30、圖像比對(duì)傳感技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)信息識(shí)別及感知，獨(dú)創(chuàng)了集“信息感知、多端互聯(lián)大數(shù)據(jù)分析、精準(zhǔn)決策”為一體的村鎮(zhèn)污水智慧平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)了工況在線感知、負(fù)荷實(shí)時(shí)判斷，運(yùn)行模式一鍵切換，突破了同類(lèi)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)觀察、人工判斷、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整等共性問(wèn)題；實(shí)現(xiàn)了人工監(jiān)視向智能化管控的技術(shù)革新，助力傳統(tǒng)污水處理設(shè)施的智慧飛躍升級(jí)，在顯著提高運(yùn)維效率和質(zhì)量的同時(shí)，運(yùn)維人員配置可降低50%～70%，大幅節(jié)省了運(yùn)維成本。

與傳統(tǒng)運(yùn)維方式相比（詳見(jiàn)圖2），村鎮(zhèn)智慧水務(wù)系統(tǒng)能有效解決現(xiàn)有痛點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、集中控制、智能派單、報(bào)表定制等智慧化功能，能極大提高運(yùn)維檢修效率、節(jié)省人力成本，確保村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施高效、可靠、安全運(yùn)行。

圖2 系統(tǒng)功能對(duì)比

3 工程實(shí)踐案例

2021年6月，針對(duì)廣東清遠(yuǎn)市清城區(qū)石角鎮(zhèn)部分區(qū)域污水直排造成的環(huán)境污染問(wèn)題，廣東北控環(huán)保裝備有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“北控裝備”）將“柔性污水處理裝備技術(shù)”“無(wú)人值守村鎮(zhèn)智慧運(yùn)維裝備技術(shù)”進(jìn)行深化應(yīng)用，并在項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)維中推行應(yīng)用了“一廠一策”“建管一體化”模式。

工程服務(wù)范圍包括新建保利麓湖、美林湖天匯半島、美林湖天琴半島、西岸廣場(chǎng)4個(gè)站點(diǎn)片區(qū)部分生活污水治理（詳見(jiàn)圖3），新建4座集中式污水處理廠站設(shè)施，總工程規(guī)模1700m3/d，出水執(zhí)行廣東省《農(nóng)村生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)》DB 44/2208-2019一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 項(xiàng)目片區(qū)污水分區(qū)收集總圖

2021年11月22日，《清城區(qū)石角鎮(zhèn)美林湖片區(qū)污水治理過(guò)渡項(xiàng)目》總體一次驗(yàn)收合格（詳見(jiàn)圖4），優(yōu)質(zhì)高效提高了片區(qū)污水收集處理效能，改善了人居生態(tài)環(huán)境，落實(shí)了中央環(huán)保督察重點(diǎn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益和社會(huì)效益“雙贏”。

圖4 項(xiàng)目工程進(jìn)度管控

得益于技術(shù)產(chǎn)品化系統(tǒng)解決方案的成功實(shí)踐與良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，本項(xiàng)目同時(shí)獲評(píng)湖南省環(huán)境治理行業(yè)協(xié)會(huì)2022年度省級(jí)“優(yōu)秀工程”榮譽(yù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究和實(shí)踐，本文中村鎮(zhèn)生活污水治理創(chuàng)新應(yīng)用“柔性污水處理裝備技術(shù)”“無(wú)人值守村鎮(zhèn)智慧運(yùn)維裝備技術(shù)”，通過(guò)“硬件+軟件”集成策略，采用“標(biāo)桿試點(diǎn)—政府專(zhuān)家認(rèn)可—全面推廣”的做法，堅(jiān)持以點(diǎn)帶面，穩(wěn)步推進(jìn)，形成了可復(fù)制、可推廣的“清遠(yuǎn)樣板”，為全面開(kāi)展的城鄉(xiāng)、村鎮(zhèn)、農(nóng)村、片區(qū)等生活污水治理提供了理論指導(dǎo)和路徑遵循。