智能一體化設(shè)備在村鎮(zhèn)生活污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

邵建彬，楊傳忠，張勇，徐亞慧，王杰

（華夏碧水環(huán)?？萍加邢薰荆幽相嵵?50008）

近年來，隨著我國農(nóng)村生活水平的不斷提高，人均日用水量和污水排放量快速增加，村鎮(zhèn)生活污水在污水排放領(lǐng)域的占比逐漸增大[1]。受污水中含有的大量蛋白質(zhì)和洗滌劑的影響，村鎮(zhèn)生活污水氨氮、總氮等污染物指標(biāo)濃度較高，而相比之下碳元素的不足，共同造成了村鎮(zhèn)生活污水碳氮比失衡的現(xiàn)象。廢水的碳氮比失調(diào)引起污水總氮不能達(dá)標(biāo)排放，嚴(yán)重制約了村鎮(zhèn)生活污水處理效率，如不加以控制，該類廢水的排放將引起水體富營養(yǎng)化和水體發(fā)黑發(fā)臭，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡化，提高村鎮(zhèn)生活污水氮素的去除率是當(dāng)前急需解決的問題[2～4]。

華夏碧水環(huán)?？萍加邢薰窘?jīng)過長期研發(fā)，開發(fā)出適合村鎮(zhèn)生活污水的處理裝備，將污水處理工藝和流程模塊化結(jié)合在一體化設(shè)備中，解決了村鎮(zhèn)生活污水的脫氮難題，同時開發(fā)出智能化控制技術(shù)，提高了管理效率，降低了運(yùn)行成本，實現(xiàn)了村鎮(zhèn)生活污水的高效處理。

1 項目簡介

本案例所屬的村鎮(zhèn)生活污水治理項目位于河南省鄭州市下屬某縣，涉及27 個行政村，總規(guī)模3 790 m3/d，共計35 座污水處理站點(diǎn)。選取其中具有代表性的150 t/d 污水處理站點(diǎn)為例進(jìn)行介紹。

污水處理站點(diǎn)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求如表1所示，出水水質(zhì)要求根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）中的一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)制定。

表1 150t/d 污水處理站點(diǎn)設(shè)計水質(zhì)表mg/L

2 工藝設(shè)計

2.1 工藝流程

本項目總體工藝流程包括：預(yù)處理、生化處理、深度處理以及污泥處理。預(yù)處理包括格柵和初沉池，生化處理主要為生物除磷脫氮工藝，利用改良型A2O 工藝，通過靈活調(diào)整運(yùn)行方式和氣提污泥回流量，可以更好地適應(yīng)進(jìn)出水水質(zhì)的變化，深度處理選取石英砂過濾器，污水進(jìn)行消毒后出水，污泥處理階段采用重力濃縮，污泥在濃縮池停留濃縮后，定期外運(yùn)處理。

2.2 處理系統(tǒng)

2.2.1 預(yù)處理

預(yù)處理設(shè)置格柵和初沉池等處理設(shè)備和處理設(shè)施，考慮到村鎮(zhèn)生活污水碳氮比小于3.5，故不設(shè)置初沉池，考慮到村鎮(zhèn)生活污水具有水量波動范圍大的特點(diǎn)，設(shè)置格柵和調(diào)節(jié)池。格柵用于截留大塊的呈懸浮或漂浮狀態(tài)的污物，調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，保障污水處理站的正常運(yùn)行。

2.2.2 生化處理

二級生化處理采用改良型A2O 工藝，在厭氧池之前增設(shè)厭氧/缺氧調(diào)節(jié)池，污水經(jīng)預(yù)處理和一級處理后，10%的污水和來自二沉池的回流污泥進(jìn)入?yún)捬跞毖跽{(diào)節(jié)池，停留時間為20～30 min，微生物利用約10%進(jìn)水中的有機(jī)物去除所有的回流污泥中硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池的穩(wěn)定性。90%的進(jìn)水污水進(jìn)入?yún)捬醭?，厭氧池起到氨化和降解COD 的作用，轉(zhuǎn)化易降解COD、VFA 為PHB，同時對部分含氮有機(jī)物進(jìn)行氨化，將污水中的蛋白質(zhì)和氨基酸轉(zhuǎn)化為氨氮[5]。在缺氧池中主要對污水進(jìn)行反硝化脫氮處理，在好氧池中的反應(yīng)過程兼有A2/O 生物除磷工藝和A/O 生物脫氮工藝中好氧池中的反應(yīng)和作用。二沉池污泥回流進(jìn)入?yún)捬跞毖跽{(diào)節(jié)池，可以調(diào)節(jié)污泥濃度，保證厭氧池穩(wěn)定。

2.2.3 深度處理

深度處理采用石英砂過濾器，利用石英砂作為過濾介質(zhì)，廢水在壓力差的作用下通過過濾介質(zhì)，其中固體顆粒為介質(zhì)所截留，從而實現(xiàn)液體和固體的分離。其內(nèi)裝的填料一般為石英砂、無煙煤、顆粒多孔陶瓷、錳砂等，過濾精度在0.005～0.01 m。

2.2.4 污泥處理

由于農(nóng)村地區(qū)污水處理量較小，產(chǎn)生污泥量很低，項目擬采用車載污泥脫水設(shè)備，現(xiàn)場脫水后集中外運(yùn)，每天循環(huán)脫水后，將污泥集中運(yùn)輸至市污泥處置中心深度處理。

2.3 主要設(shè)備

2.3.1 DCS 一體化設(shè)備

為適應(yīng)村鎮(zhèn)生活污水治理需要，滿足分散的村鎮(zhèn)污水處理站點(diǎn)對小型污水處理系統(tǒng)的需求，華夏碧水環(huán)?？萍加邢薰狙邪l(fā)出了模塊化、工期短、占地小、壽命長、能耗低、出水好、易維護(hù)的DCS 型生活污水處理裝置，見圖1，將“預(yù)處理+生化處理+深度處理”組合工藝以模塊化的形式結(jié)合在DCS 型生活污水處理裝置中，處理后的水質(zhì)可滿足地方相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，其主要設(shè)施見表2。

圖1 DCS 型生活污水處理裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

表2 主要設(shè)施表

2.3.2 智能化控制系統(tǒng)

2.3.2.1 PLC 控制程序

一體化設(shè)備采取PLC 自動化控制程序，技術(shù)成熟，故障率低，可編程，可隨時根據(jù)運(yùn)行狀況調(diào)整運(yùn)行控制參數(shù)，系統(tǒng)可調(diào)整，適應(yīng)性較強(qiáng)，方便操作人員掌握。

2.3.2.2 自動化檢測裝置

自動化檢測裝置包括流量計、溶解氧儀、液位計等，根據(jù)調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率、風(fēng)量藥劑量和碳源投加量等。還可以通過測量液位，防止低液位水泵燒壞或空轉(zhuǎn)，也可在低液位停止系統(tǒng)進(jìn)水，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，避免系統(tǒng)無功作業(yè)。

2.3.2.3 曝氣內(nèi)循環(huán)自動控制系統(tǒng)

利用智能一體化裝備內(nèi)好氧池的自動變量曝氣和延時曝氣控制技術(shù)，聯(lián)動曝氣風(fēng)機(jī)、溶解氧儀等，實現(xiàn)裝備中反應(yīng)池內(nèi)硝化液循環(huán)回流和濃度梯度自動控制，有利于反硝化的進(jìn)行，并可有效補(bǔ)充硝化過程中消耗的堿度，節(jié)能降耗的同時提高污水處理效率。

3 運(yùn)行效果

系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行后的出水水質(zhì)見表3，由表3可見，運(yùn)用智能一體化處理設(shè)備對村鎮(zhèn)生活污水進(jìn)行處理，出水總氮穩(wěn)定低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)要求的15 mg/L。

表3 系統(tǒng)運(yùn)行后出水水質(zhì)mg/L

4 成本和效益分析

150 t/d 的污水處理站點(diǎn)運(yùn)行成本主要由運(yùn)行電費(fèi)和藥劑費(fèi)組成，運(yùn)行電費(fèi)與工程內(nèi)部動力設(shè)備配置相關(guān)，藥劑費(fèi)主要為投加碳源費(fèi)用，站點(diǎn)設(shè)備配置如表4。

表4 污水處理站點(diǎn)設(shè)備配置

電費(fèi)：51.3（kWh）×0.58（元/kWh）÷150（t）=0.2 元。

藥劑費(fèi)：噸水藥劑費(fèi)用為0.08 元。

運(yùn)行成本合計：0.2+0.08=0.28 元。

綜上所述，150 t/d 污水處理站點(diǎn)噸水運(yùn)行費(fèi)用為0.28 元。

5 結(jié)論

本項目針對村鎮(zhèn)生活污水，采用預(yù)處理+生化處理+深度處理的工藝形式，利用自主研發(fā)的一體化裝置進(jìn)行模塊組合，并利用智能化程序進(jìn)行自動控制和監(jiān)測，提高管理效率和處理水平。經(jīng)過實際運(yùn)行，出水氨氮和總氮均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了村鎮(zhèn)生活污水的低成本有效處理。