智能一体化设备处理分散型生活污水

尹文利

（北京禹冰水利勘测规划设计有限公司，北京 100161）

2021 年党中央公布的《关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》报告中提出把全面推进乡村振兴作为实现民族伟大复兴的重要任务之一，明确了美丽乡村应按照“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的总要求进行建设，其中，生态宜居是美丽乡村建设的关键影响因素之一[1]。而打造宜居生态化的美丽乡村主要因素在于农村水体治理。农村水环境不仅是维持人们生活的重要资源，也是确保农业生产的基础资源，更是构成农村环境的基本要素[2]。因此，农村分散型生活污水的治理研究是水污染治理的重点之一，是改善区域生态环境的重中之重[3]。

1 分散型污水特点

与大型市政污水以及集中工业废水相比，农村分散型污水有如下特点：(1)农村分散型污水水源主要是以洗涤、沐浴和部分卫生洁具排水等为主要来源。与市政污水相比，因农村人口居住分散，各区域村民生活习惯以及生活方式不同，导致水质存在区域性特征以及季节性差异[4-5]。(2)分散型生活污水总体排放水量相对较少，排放量变化系数相对较大。同时，由于村民生活习惯，早晚用水量大，导致不同时段的排放水量波动性较大。(3)因我国农村地形地质条件复杂、整体经济水平较低，人口居住分散，导致市政管网建设工程量大、很难对农村生活污水进行统一收集、集中处理，并且村民习惯于将污水随意排放到房屋外的地面上或附近沟渠中，以致污水收集存在一定的难度。

2 分散型污水治理存在的问题

我国农村分散型生活污水治理目前仍处于起步阶段，污水处理设施建设如资金、原材料、交通、技术人员和管理人员等基础条件较差。且目前市场上应用于处理分散型生活污水的设备质量以及技术参差不齐，整体相对成熟化的市政水厂而言智能化程度偏低，因此对现场维护、管理要求较高，每个站点几乎都需配置专业的维护工作人员，需要耗费大量的人力，存在运营监控方式上均无法达到市政污水处理厂的运营要求。因此，往往是设备初期调试运行可以达标，但实际运营一段时间后设备就处于瘫痪或半瘫痪状态，导致出水水质不达标。

3 工程概况

本项目位于南方某市的农村，项目区域因与市政污水管网较远，村民生活产生的污水难以顺利排入市政污水管网。因此，对项目区域内的生活污水采用分散式处理的方式，通过敷设配套管网，收集生活污水至分散式生活污水处理设施进行处理，出水水质达标准后排至附近水体。

3.1 设计水量、进出水水质

本项目处理的废水主要来源于项目区域内餐饮废水、洗涤废水、沐浴废水、盥洗冲厕等生活污水，根据调研及业主提供的数据，本项目设计规模为 150 m3/d。设计出水水质严格按照 GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级 A 标准执行。具体进出水水质参数如表1。

表1 进出水水质

3.2 工艺流程

根据室外排水设计规范：当BOD5/ CODCr大于0.3 时可进行生物处理，且比值越大越适宜采用生物处理法，BOD5/ TKN≥4 时，表明碳源充足，满足脱氮要求，BOD5/ TKN＜4 时则需要外加碳源;除磷时 BOD5/ TP 宜大于17，较高的比值可以取得相对较好的除磷效果[6]。本项目 BOD5/CODCr=0.43；BOD5/ TKN=5；BOD5/ TP=37.5；适宜采用生物脱氮除磷，因此本方案采用A2O+MBR工艺，具体工艺流程如图1。

图1 工艺流程

3.3 处理单元设计说明

3.3.1 预处理系统

本项目预处理系统采用钢筋混凝土结构形式，具体包括格栅池、调节池、提升泵池。为了污水厂站设计节约化、模块化，将预处理系统与贮泥池合建，且贮泥池的上清液通过溢流孔排入调节池，最终与调节池的进水混合后统一进入智能一体化设备内进行处理。

预处理系统中的格栅间隙为8 mm，调节池的具体尺寸为5.8 m×3 m×4.1 m，有效水深为3.6 m，水力停留时间为10 h，为了避免生活污水中的悬浮物沉积、以及保障水质均匀在调节池内设置搅拌机。

3.3.2 智能一体化设备

智能一体化设备采用碳钢材质，设计总尺寸为13 m×2.5 m×3.0 m，采用的工艺为A2O+MBR，总停留时间为9.86 h。为了避免发丝以及细小纤维物缠绕在膜上，造成膜污染，影响膜通量，本设计在一体化设备内设置毛发收集器，调节池的进水首先通过毛发收集器，然后进入生化系统，本项目生化系统设计尺寸如下：

①厌氧池：调节池中的污水经潜污泵提升后，进入一体化设备中的厌氧池，在厌氧条件下，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物。

厌氧池设计尺寸为1.0 m×2.5 m×3.0 m，有效容积6.75 m3，停留时间为1.1 h。

②缺氧池：厌氧池中的污水靠重力流进入缺氧池，同时好氧池的消化液也回流到厌氧池，与缺氧池进水混合。在厌氧池中反硝化细菌将污水中的亚硝态氮和硝态氮转化为氮气逸出，达到对污水脱氮的目的。

缺氧池设计尺寸为2.0 m×2.5 m×3.0 m，有效容积为13.5 m3，停留时间为2.16 h。

③好氧预曝气池：缺氧池出水进入好氧预曝气池进行好氧降解，在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的方式排放，将磷除去。

好氧预曝气池设计尺寸为1.1 m×2.5 m×3.0 m，有效容积为7.43 m3，停留时间为1.2 h。

④好氧膜池：主要设备为MBR 膜组件。MBR膜组件代替了传统的二沉池，污水通过MBR 膜实现泥水分离。

因中空纤维膜容易断丝，相对板式膜使用寿命短，因此本项目膜采用板式膜，膜通量按18L/m2.h设计。

好氧膜池设计尺寸为5.0 m×2.5 m×3.0 m，有效容积为33.75 m3，停留时间为5.4 h。

⑤设备间：设备间内设置有鼓风机、出水泵、紫外杀菌装置、加药泵、贮药桶、电控柜、流量控制等设备。将这些设备集中设置在设备间内，将大幅减少了污水处理站内的管线敷设，实现了污水处理设备的集成化，节省了占地面积。

设备间设计尺寸为2.9 m×2.5 m×3 m。

3.3.3 控制系统

智能一体化设备将PLC 编程控制系统以及远程智能控制系统相结合，能够实现工艺设备手动、自动以及远程智能控制等3 种控制方式。

智能一体化设备控制柜内安装的PLC 将从设备传感器采集到的设备运行状态、水质数据、工艺参数、故障信息等信息，通过RS485 通讯电缆或以太网线线缆将指定的变量传输给远程控制模块，远程控制模块通过3G、4G、以太网、无线WIFI 等形式将采集到的设备运行数据上传至互联网服务器，服务器将数据进行加密处理并存储，以保证数据的安全性。用户借助PC 终端或手机APP 等设备，通过安全验证后连接至远程控制平台的服务器，实现读取和远程控制智能一体化设备的各种运行参数的功能。

智能一体化设备控制系统能够实现在线参数调整、故障智能提示、用户分级管理、配方管理、数据管理等功能，设备正常运行时采用全自动模式，可以实现污水处理站无人值守运行，管理维护方便，减少了人力投资成本，有效地避免了设备在长期的运行过程处于瘫痪或半瘫痪状态。

4 运行效果

4.1 对 COD 和BOD5 的去除效果

由图2、图3 可知，进、出水质相对稳定，出水COD 均值为38.47 mg/L，BOD5均值为38.47 mg/L，去除率分别达到86.43%、94.96%。

图2 COD 去除率

图3 BOD5 去除率

4.2 对TN 的去除效果

TN 的去除主要靠微生物。MBR 膜系统活性污泥浓度高，大大提高了系统的硝化能力。由图4可知，MBR 膜系统硝化和反硝化效果较好，TN 的平均去除率达到75.09%。

图4 TN 去除率

4.3 对TP 的去除效果

通过现场调试运行情况得知A2O+MBR 生化系统出水TP 大于5 mg/L 不能满足出水水质要求，必须结合化学除磷才能达标。加入化学除磷药剂后，通过图5的数据可知TP的平均去除率达到89.41%。

图5 TP 去除率

5 结论与建议

(1)根据本项目的实际运行监测，A2O+MBR 工艺处理农村分散型生活污水，能够使出水水质稳定达标到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级 A 标准。A2O+MBR 工艺对COD、BOD、TN、TP 的平均去除率达到86.43%、94.96%、75.09%、89.41%。MBR 对SS 去除率很高，最高可达到100%。

(2)A2O+MBR 在运行过程中TP 的去除需要结合化学除磷才能稳定达标。

(3)与其他区域的项目运行比较，发现MBR 膜采用板式膜的抗污染性以及使用寿命均比中空纤维膜好。

(4)智能一体化设备控制系统能够实现无人值守运行，减少了人力投资成本。智慧水务是未来水处理发展的趋势。

(5)目前分散型生活污水产生的污泥主要是暂贮存在厂站污泥池内，待污泥池贮存到一定容积后，通过抽粪车外运处理。污泥池的上清液一般回到调节池内，与调节池内污水混合后进入污水处理系统，这样会出现部分去除的TP 又带入污水处理系统。污泥外运处理，既需要协调污泥的处理，又要增加外运费用，污泥的处理需要进一步优化。