智能化小型生活污水处理系统的研究与应用

康 璇，王 希，王秀茹，曹优明，陈 倩，吴智洋

（1.北京林业大学水土保持学院，北京 100083；

2.教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室，北京 100083）

长期以来，由于治理资金短缺和农村水环境保护意识的淡薄，农村地区的生活污水未经处理就直接排放，未经处理或处理不当的生活污水或成为河流湖泊水质恶化的主要原因之一[1]，若浸入地下则破坏了饮用水源，危害用水居民的身体健康，传播疾病，降低人们的生活质量。北京又是世界上严重缺水的大城市之一，人均水资源量不足300m3，远远低于国际公认的人均1 000 m3的下限，属重度缺水地区。因此，重视与加强农村地区的污水排放收集和处理设施建设工作,避免因污水未经处理直接排放而对农村地区的水体、土地等自然环境产生污染影响,确保农村水源安全和农民身体健康,既是新农村建设中加强基础设施建设、推进村庄整治工作的一项重要内容,也是当前农村人居环境改善工作中所要解决的最急需、最迫切、最突出的问题,具有重要的现实意义[2]。

1 农村污水的现状

北京市农村污水包括农村地区居民在生活和生产过程中形成的污水。生活污水包括居民生活过程中厕所排放的污水以及洗浴、洗衣服和厨房的污水等。生产污水主要有畜禽养殖业、水产养殖业、农产品加工等产生的高浓度有机废水,甚至包括降雨形成的村庄径流水及农田径流水[3]。农村污水分散、量小、远离群居和大水体，而且水环境容量较小，管理水平低[4]。北京市农村污水的主要特点是：①农村用水量标准较低，污水流量小且日变化系数大；②污水成分浓度较低且日益复杂，波动性大；③农村地区人口大都分散居住，没有排水管网，集中收集处理难度大[5]。

2 农村污水处理模式

北京市各郊区县的自然地理、经济发展、生活习惯等方面都存在较大差别，使得污水处理方式不能过于单一，应根据农村具体地形特点、风俗习惯和社会条件等因素，因地制宜地采用多元化污水处理模式。目前北京市村镇污水处理主要采用分散处理模式和集中处理模式，有时也采用管网截污模式[6]。

2.1 分散处理模式

它是将农户的污水实行分区收集,以稍大或邻近的村庄联合为宜,各区域污水进行单独处理。一般采用中小型污水处理设备或自然处理等形式。该处理模式具有布局灵活、施工简单、管理方便、出水水质有保障等特点[7]。北京市有些村镇居民居住分散，相互之间距离远,而且地势高低错落，沟渠、桥路等横穿村落，将这些各自分散排放的污水集中处理，难度较大，甚至需要采取污水管道保温和提升措施，这对农村来说，投资及运行费用较高，且实施起来难度也大。故采取分散处理模式较为经济适用[5]。

2.2 集中处理模式

该处理模式就是收集所有农户产生的生活污水，利用一处设施进行处理，采用自然处理、常规生物处理等工艺形式。本模式具有占地面积小、抗冲击能力强、运行安全可靠、出水水质好等特点，适用于规模大、经济条件好、村镇企业或旅游业发达、处于水源保护区内的单村或联村污水处理。主要应用在村庄分布密集、紧凑的平原区[6]。

2.3 管网截污模式，即接入市政管网统一处理模式

这种处理模式是指村庄内所有农户的污水经污水管道集中收集后,统一接入邻近市政污水管网,利用城镇污水处理厂统一处理。该处理模式具有投资省、施工周期短、见效快、统一管理方便等特点，适用于距离市政污水管网较近（一般5 km以内），符合高程接入要求的村庄污水处理。这种处理模式通常适宜于靠近城市或城镇、经济基础较好、具备实现农村污水处理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”转变条件的农村地区采用[7]。

3 案例分析

3.1 项目背景

新城子镇曹家路民俗旅游村位于京郊密云县的东北角，距云岫谷景区8 km，司马台长城20 km，是通往雾灵山国家森林公园西门的必经之路。全村740户，2 431人，1 100个劳动力，其中民俗接待户150户，从事民俗接待人员300人。2003年全村经济总收入3 100万元，接待游客2万人次，民俗接待收入100万元。民俗旅游已成为曹家路村农户致富的主要途径。

密云新城子镇曹家路清洁小流域区域内沿河两岸分布有许多民俗旅游村，小型的旅游度假旅店；以鱼类养殖为基础的垂钓休闲饭店等，这些旅游点投资少，规模小，经营粗放，无污水处理设施，日污水排放量5～10 t，被称之为非集中污水排放点。这些污水排放点的特点是：（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）污水污染物浓度大，治理难度大，绝大部分是混合污水，既有厨房污水，也有卫生间污水，有机物含量高，COD超过300；（4）大部分业主属小本经营，处理设施运行费用承受力有限；（5）大部分业主的科技文化素质有限，管理维护要求简便易行。为有效保护水资源，在密云新城子镇曹家路小流域实施示范工程，处理各个餐饮点的生活污水。

3.2 技术方案的选择与比较

综合以上情况，北京市水保站从2001年开始就摸索解决这类非集中污水排放点的处理设备，经过国内、外广泛的调研，在一系列试验的基础进行了产品的设计、开发和工程示范工作。广泛调研的结果和工程运行主要经济技术指标的对比见表1。

由表1可知，针对非集中的排污点，选用CWT小型智能污水处理装置在经济技术方面是完全可行的。智能化小型生活污水处理系统（Compact Wastewater Treatment System简称CWT）是一种高效集成式污水生物处理一体化设备。该设备广泛适用于各种中小规模分散污染源（1～50 t/d）的污水处理与回用。特别是适合于新农村的污水处理设施建设，已有近千套设备用于新农村建设。处理后出水完全满足国家排放标准，并可用于园林绿化、农田灌溉以及冲厕等用水。特别适用于饮用水源保护区内各分散污染源的治理，也适用于住宅小区、办公楼、商场、宾馆、饭店、医院、养殖厂等生活污水的处理。

表1 非集中污水处理工艺主要经济技术指标

3.2.1 CWT的工艺和产品特点 CWT-M由以下几个部分组成。(1)进水口和进水格栅：污水由进水口接入。CWT-M配备1mm提篮格栅，对污水进入反应器之前拦截大块杂质。（2）出水口和出水阀门：处理后污水由出水口流出。出水阀门可以调节出水量大小。（3）反应器壳体：用高强度工程塑料制成。（4）鼓风机和曝气系统：是设备的重要部分，主要作用是对反应器进行充氧。（5）膜组件系统：为设备的重要部分，是保证出水和反应器微生物浓度的重要部件。（6）真空出水泵：产生一定的负压，从膜组件抽吸出水。（7）自动控制箱：对鼓风机、出水泵的运行进行自动控制。CWT处理工艺见图1、图2。生活污水进入化粪池，经厌养反应后进入CWT膜生物反应器，经过一定时间的生物培养后，通过曝气生化反应及膜过滤后，去除污水中有机物、胶体、悬浮固体，得到符合排放与回用标准的处理出水，经出水泵输送到清水池，供绿化回用或排放。

图1 工艺流程图

图2 具体工艺流程

从实践运行来看，该设备具有如下特点。（1）一体化设计，结构紧凑，占地面积小，建设投资少。CWT处理系统由厌氧单元，好氧单元和电控系统构成。系统通过结构优化，全部处理过程集中于两个污水处理罐中完成，最大限度地减少了处理系统对辅助设施的依赖。同时紧凑的结构便于处理系统的建设与安装，可适应各种地理环境。这种一体化结构使系统建设成本较传统处理工艺降低30%～50%。（2）处理技术先进，处理效果好，能满足高标准出水需要。CWT设计了合理膜分离组件，反应器内微生物浓度高，对污水中的有机污染物进行高效分解，出水水质稳定，优于国家相关排放标准，可有效防止各类污水排放对周边水体的污染。（3）节能设计，运行能耗低。CWT-M内维持高浓度的微生物，使污染物降解效率大大高于传统工艺，从而减少了运行能耗和成本。（4）全自动运行，无人看管。CWTM采用智能化控制，根据系统污水量和水质状况自动调节曝气时间、进水、出水等，无需专人进行管理。（5）无臭味，不产生二次污染。（6）采用高强度工程塑料，双桶结构，易于地埋，使用寿命超过10 a。

3.2.2 CWT的实际应用和处理效果 作为一种新型高效水处理工艺，CWT污水处理系统在北京市周边地区，特别是在怀柔和密云等水源保护区内有了多处成功应用实例，并取得了良好的处理效果。如，怀柔新农村建设示范村污水处理工程、怀柔水库水源保护区污水治理工程、怀柔神堂峪小流域污水处理工程、怀柔百公里绿色生态谷污水治理工程、怀柔甘涧峪小流域污水治理工程、怀柔两河流域污水治理工程、门头沟永定河水质改善工程、房山新农村牛家场污水治理工程、昌平响潭水库上游污水处理工程、平谷风沙源污水治理工程等。

CWT污水处理系统处理规模为5～50 t/d，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002），可以根据不同需要，选择不同的产品，使出水达到更高的标准。CWT-M污水处理系统典型的处理效果见表2（单位：mg/L）。

表2 CWT-M污水处理系统典型处理效果

4 结 论

CWT污水处理系统具有一体化设计、结构紧凑、占地面积小、建设投资少、处理效果好、满足高标准出水需要、节能设计、运行能耗低、全自动运行、无人看管等优势，适合于水源保护区分散性的生活污水处理，也适合于住宅小区、办公楼、商场、宾馆、饭店、机关、学校、部队、医院、养殖场等生活污水和与之类似的工业（如纺织、啤酒、制革、食品、化工等行业）的有机污水处理。

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[2] 梁 祝，倪晋仁.农村生活污水处理技术与政策选择[J].中国地质大学学报（社会科学版），2007，7（3）：10.

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[6]顾 华.北京市农村污水处理成效及经验探讨 [J].水工业市场，2009，（6）：19-21.

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