试论智能化小型生活污水处理系统的研究与应用

摘 要：农村生活污水问题日益凸显，结合农村地区实际情況选择相适宜的污水处理工艺十分重要。重点对智能化小型生活污水处理系统（CWT）的工艺、特点、设计、运行和处理效果等进行了分析和研究，为处理分散式污水工艺设计提供参考。

关键词：污水处理；智能化；高效

中图分类号：X703.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）15-0007-02

1 农村生活污水现状

2015年4月，《水污染防治行动计划》发布，要求推进农业农村污染防治，加快农村环境综合整治。农村水环境治理成为社会广泛关注的热点问题。有关数据显示，中国农村人口总量达到6.74亿，分布在各省市250多万个自然村，每天共产生至少3000万吨生活污水，而这些生活污水处理率不到10%，大部分未经处理即直接排放。

我国农村生活污水处理现处于起步阶段，远远落后于经济发展水平。很多地方治理生活污水意识落后，对污水治理设施管理水平也较为低下，普遍存在治理设施投入运行比率低下、技术适用性规划不全面、后期管理方面投入不够等问题，这些问题对治理设施运行产生重要影响。我国属于严重缺水国家，水污染治理的滞后加剧了水资源的短缺问题，长此以往使得我国水资源的供需矛盾日趋严峻。

1.1 农村生活污水特点及危害

与城镇生活污水不同，农村生活污水有其独特的特点，主要体现在分散（点多）、面广和污染负荷波动大、水环境容量较小等方面。

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排放到自然环境，造成河流湖泊水质恶化，污染周围的河流、水库，污染地下水环境，严重危害了农村安全饮水和用水居民的身体健康。农村的生活污水的任意排放也制约着当地经济发展。

1.2 北京市农村生活污水现状

北京是世界上严重缺水的特大城市之一，人均水资源量不足300 立方米，距离国际公认的人均1000立方米的人均水资源量下限还有很大差距，属于重度缺水地区。北京市农村生活污水包括居民生活过程中厨房、卫、洗衣、洗浴等生活污水。这些生活污水污染物浓度大，治理难度大，绝大部分是混合污水，既有厨房污水，也有厕所污水，有机物含量高，COD普遍超过300。

北京市农村生活污水的主要特点是：一是用水量标准较低，污水流量小且日变化系数大；二是污水成分浓度较低且日益复杂，波动性大；三是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。截至2015年，北京市农村污水处理率已达到60%，高于全国平均水平。

2 农村生活污水处理模式

各省各地区的自然地理、经济发展、优势条件、居民生活习惯等方面都有很大不同，农村生活污水的处理方式应根据这些影响因素，因地制宜地选用多元化的污水处理模式，处理模式一般包括分散处理模式、集中处理模式和管网截污模式。

2.1 分散处理模式

分散处理模式是将农村生活污水进行分区域收集，以较大或联合邻近村庄为处理单位进行，主要是指将污水进行原位处理，以达到排放或者回用的标准，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、施工简易、管理运行高效、出水水质较高等特点。农村居民居住相对城市较为分散，彼此距离相对较远，部分地方地势高低错落，沟渠、桥路等遍布村落，将农村内各自分散排放的污水集中处理难度较大，尤其是集中处理还需要采取生活污水管道保温和提升举措，投资及运行费用均需提高，且实施起来难度也大，人口较为分散的村庄可采取分散处理模式，较为经济适用。

2.2 集中处理模式

集中处理模式是收集一定区域内所有农村生活污水，利用一处设施进行集中处理，一般采用自然处理、常规生物处理等工艺形式。该模式具有占地面积较小、抗冲击能力强、运行安全可靠、出水水质较好等特点，适用于村庄规模大、经济基础好、有旅游等产业、处于水源保护区内的单一村庄或联合村庄污水处理。村庄分布密集、紧凑的平原区可采取集中处理模式，处理效率较高。

2.3 管网截污模式

管网截污模式也就是接入市政管网统一处理的模式，该处理模式是指村庄内所有生活污水经由污水管道集中收集后，统一接入地理位置较近的市政污水管网，通过城镇污水处理厂进行处理。这一处理模式具有投资较少、施工周期短、见效快、管理维护方便等特点。适用于靠近城市、城镇或距离市政污水管网较近、经济基础较好、符合高程接入要求的、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。

农村生活污水处理系统建设亟需经济、高效、智能的处理系统，以适应我国农村生活污水的多样性、复杂性等特点。在选择处理工艺时，要结合当地水质、水温、经济发展水平等实际情况，综合考虑、最终确定具体处理工艺。智能化小型生活污水处理系统适合于农村的污水处理设施建设，目前已有近千套设备用于北京新农村建设。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。

3 智能化小型生活污水处理系统

3.l 系统概况

智能化小型生活污水处理系统（Compact Wastewater Treatment System.Membrane，以下简称 CWT）是一种集成式的高效污水生物处理设备，CWT采用MBR膜牛物反应器工艺原理，针对分散型生活污水规模小的特点，新发展的小型MBR设备。

膜生物反应器高效的同液分离能力使出水水质良好，悬浮物和浊度接近于零，并可截留粪大肠菌等生物性污染物，近年来在国际水处理技术领域日益得到广泛关注，在国内再生水处理工程中也得到了较大的推广和应用。

CWT具有出水水质标准高、设备集成化程度高、运行智能化程度高、排出污泥少、运行成本低的特点。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。

3.2 工艺流程及原理

农村生活污水首先经过预处理系统中预处理池，隔离大部分漂浮物和杂质。再进入调节池，经提升后进入超细格栅去除毛发和纤维等，以免对膜造成损害。

出水再进入CWT系统，通过生化处理，降低BOD、COD、氨氮等污染物浓度。CWT由以下几个部分组成。进水口和进水格栅：处理前污水由进水口接入，格栅用于在污水进入反应器之前拦截大块杂质；出水口和出水阀门：处理后污水从出水口流出，出水阀门用于调节出水量大小；反应器壳体：一般用高强度的工程塑料制作而成；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；膜组件系统：作为设备的重要组成部分，保证出水和反应器微生物浓度；真空出水泵：可以产生一定的负压，从膜组件抽吸出水；自动控制箱：自动控制鼓风机、出水泵的运行。脱池剩余污泥进入预处理池，再由抽粪车定期抽出外送填埋。

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，去除生活污水中的有机物、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。

一体式膜生物反应器具有出水水质好、占地面积小的特点。该技术通过膜组件的高效分离作用，大大提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中优势菌的出现，提高了生化反应速率。同时，该工艺能大大减少剩余污泥的产量，从而基本解决了传统生物方法存在的剩余污泥产量大、占地面积大、运行效率低等突出问题。

3.3 系统特点

从CWT处理系统实践运行来看，具有在设计上结构紧凑、占地积小（可地埋），高效节能、智能化控制、能耗低、处理水质好、无人看管、全自动运行等显著优点，具体如下。

一体化设计，结构紧凑，安装方便，操作简单，占地面积小，建设投资少，移动性强。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，全部处理过程集中在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%。

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，出水水质标准高且品质稳定，优于国家相关排放标准，一般可超过国家一级A标准，可有效防止各类污水排放对周边水体的污染。膜生物反应器采用PE微滤膜或超滤膜，能够高效地进行固液分离和截留生物菌，出水悬浮物和浊度接近于零；污泥产量少。膜生物反应器MLSS浓度高，污泥产率系数比传统方法小1/4～1/3。

节能设计，运行能耗低。CWT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。

全自动运行，无人看管。CWT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，无需员工专门管理。对水质的变化适应力强，耐冲击负荷高。膜生物反应器MLSS浓度高，是传统方法的2～3倍，达8000～12000rag/L。

此外，采用高强度工程塑料，双桶结构，易于地埋，使用寿命较长；无臭味，不产生二次污染。

3.4 适用范围

CWT适用于治理中小规模的分散水污染源，尤其适用于分散性小水量排污点（2.5～100m3/d）的污水处理和就地回用。包括：农村污水处理、旅游、餐饮、宾馆、别墅、以及小型企事业单位等排污点，特别适用于饮用水源保护区内各分散污染源的治理，也适用于城市住宅小区、办公大楼、商业活动场所、宾馆、饭店、医院、养殖厂等生活污水的处理。CWT出水标准高，可用于园林绿化、农田灌溉以及冲厕等用水。

3.5 应用案例及分析

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。该项技术和处理系統经过进一步的改进和优化，在北京的怀柔、密云、门头沟、延庆、房山、大兴和江苏昆山、浙江永康等地进行规模应用，取得了良好的处理效果，解决了分散型生活污水难以收集，难以集中处理，难以派专业人员管理等实际问题。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、北京陈家庄污水处理站等。

北京市门头沟区陈家庄村污水处理项目，设计规模150m3/d，占地面积80m2，由北京恒通国盛环境管理有限公司中标设计并建设，采用恒通一体化物化处理设备，配备智能控制一体机进行设备运行的控制，操作简单、运行成本低。站点率先将物化技术应用于村镇的污水处理，出水水质达到北京地方标准《水污染物综合排放标准》（DB11-307-2013）A级排放标准农村标准。

2014年至今，北京市将1050个村镇污水处理站委托给碧水源、北京排水集团等专业公司代为管护、运营，并根据出水水质进行考核，达标后付费。最早探索委托经营的门头沟区，143个站点已基本正常运行，永定河及38条支流沿岸污水不出村。陈家庄村污水处理站老站点扩容至160立方米，再加上新建站点，总处理能力提升至从前的5倍。

4 CWT未来发展分析

CWT污水处理系统在农村地区设施要建设、运营和管理，在效率提高、成本降低方面，需要结合当地情况做更多尝试，比如可以将农村的水处理设施互联网化，创造类似“云平台”的系统软件，利用大数据分享，不断完善工作效率，真正实现远程监控和控制运行；有机结合污水处理和自来水供给，实现上水和下水一体化；为解决缺少维护资金和技术人员的问题，可采用政府统一采购社会服务的方式，农村管水员可就地转化为污水处理技术人员，共同解决运行不稳定、处理出水不达标、处理装置闲置率高等问题，更省力、省钱地处理污水。

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。

参考文献

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