陳明翠

摘要：對我國已建成投運的482座小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的運行情況，很多中小城鎮(zhèn)也面臨著經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境資源的侵害，尤其在水資源方面，中小城鎮(zhèn)因污水處理工藝水平低、成本投入低等因素的限制，水污染的問題更加嚴重。本文從中小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀入手，分析中小城鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇優(yōu)化，為提高中小城鎮(zhèn)水資源保護效果提供一些思路。

關(guān)鍵詞：中小城鎮(zhèn);污水處理工藝;優(yōu)化

引言

改革開放以來，尤其是進入21世紀以后，我國的城鎮(zhèn)化進程不斷加快。在1978～2000年的20多年時間內(nèi)，全國的建制鎮(zhèn)從2178個增加到20312個，目前，全國不同規(guī)模和性質(zhì)的小城鎮(zhèn)（建制鎮(zhèn)、集鎮(zhèn)）已達48000多個。在小城鎮(zhèn)數(shù)量和規(guī)模不斷擴大的同時，由于小城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴峻。據(jù)有關(guān)研究顯示，我國小城鎮(zhèn)95%的生活污水未經(jīng)處理就直接排放，造成了90%以上小城鎮(zhèn)的水體環(huán)境受到不同程度的污染，78%的城鎮(zhèn)河段不宜作飲用水，50%的城鎮(zhèn)地下水受到污染[2]。一個重要原因就是我國的小城鎮(zhèn)污水處理率低下，據(jù)統(tǒng)計，我國約95%以上的小城鎮(zhèn)均未建立污水處理設(shè)施，小城鎮(zhèn)生活污水處理率不足10%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)或村辦工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)污水處理達標率僅為30%[3]。

1中小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀

1.1對污水處理廠的成本投入不足

中小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展狀況普遍較差，政府相關(guān)部門能夠獲取的、用于污水處理廠運營的投入資金也相對較少，導致污水處理廠在污水凈化處理、設(shè)備運維、設(shè)備升級、工藝優(yōu)化等方面捉襟見肘，污水處理工藝無法在污水量增加、污染物種類出現(xiàn)變化的當下維持出水水質(zhì)，處理廠中設(shè)備老化陳舊，在污水處理過程中無法保證處理質(zhì)量和效率，這也就導致中小城鎮(zhèn)的污水處理效果得不到有效保。

1.2污水處理工藝水平薄弱

中小城鎮(zhèn)普遍存在的發(fā)展問題就是人才流失，具有專業(yè)度、綜合素質(zhì)的污水處理技術(shù)人員往往更傾向進入大城市工作發(fā)展，導致中小城鎮(zhèn)的污水處理廠無法吸納和培養(yǎng)優(yōu)秀的人才，導致污水處理廠的處理工藝得不到有效優(yōu)化，不能有效跟隨中小城鎮(zhèn)污水中污染物種類、污水量的變化進行調(diào)整，導致污水處理廠無法契合中小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展。

1.3污水處理設(shè)備運維效率低

污水處理廠中處理設(shè)備始終處于被磨損的狀態(tài)，因此，需要污水處理廠運維人員做好運維工作，保持污水處理設(shè)備維持在較高的運行狀態(tài)，保證對污水處理的質(zhì)量和效率。中小城鎮(zhèn)中優(yōu)秀的技術(shù)人員缺口較大，無法及時發(fā)現(xiàn)處理設(shè)備中的故障，無法及時排除故障，導致處理設(shè)備的運行狀態(tài)受損，無法保證對污水的處理質(zhì)量和效率。

2中小城鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇優(yōu)化

2.1工況預警

由于處污設(shè)備的組件如：風機，提升泵，抽吸泵，回流泵，攪拌機，加藥機，螺桿泵，格柵機等各自都具備自身不同的電氣衰減指征，即在用電設(shè)備出現(xiàn)故障之前，電氣指征運行曲線會出現(xiàn)特定波動。因此在線數(shù)采終端需對污處工況組件進行高密度信息采集，可以將實時數(shù)據(jù)與該工況組件的歷史電氣衰減指征進行對比，找出改工況組件發(fā)生故障點，以便達到預警目的。2.2生物接觸氧化法生物接觸氧化法中具有代表性的是生物膜法，利用附著在濾料表面的微生物生長繁殖形成膜狀物質(zhì)，污水中污染物與生物膜接觸過程中，污水中的有機物、重金屬離子被微生物所吸附、利用，使污水得到有效凈化。生物膜法的費用較為低廉，對于污水處理的程度較強，且對于污水量、污染物種類的變化適應能力較強，且在安裝調(diào)試完成后所需要的運維和管理程度較低，比較適合經(jīng)濟發(fā)展程度較低、運維技術(shù)較低的中小城鎮(zhèn)中推廣應用。

2.3以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)水質(zhì)預測技術(shù)路線的可行性

農(nóng)村的一體化、小型化設(shè)備設(shè)計選型、建設(shè)施工、驗收都是一次性的流程。現(xiàn)有排出的水質(zhì)信息與污設(shè)設(shè)施日常的運行狀態(tài)，實際上取樣化驗最后結(jié)果的好壞大部分取決于污水處理裝置是否按照設(shè)定的工藝流程合規(guī)運行，比如：各個組件在每個工藝處理節(jié)點上運行的時間是否達到標準，與各個組件開啟關(guān)閉的順序是否正確，污水在處理池停留的時間是否合適等其他因素密切相關(guān)。所以能影響水質(zhì)結(jié)果的所有客觀因素我們都盡可能的去把握，通過這些高密度的監(jiān)測數(shù)據(jù)形成大數(shù)據(jù)，來準確的判斷機器運轉(zhuǎn)的狀態(tài)、計量污水處理量和預測水質(zhì)結(jié)果的好壞。首先就是工況數(shù)據(jù)和水質(zhì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈接的時間點。即使兩種數(shù)據(jù)結(jié)合形成數(shù)據(jù)模型的時間點是一致的，但是用這個方式建立模型是不正確的。因為污水處理和污水排放是由先后順序的，雖然農(nóng)村污水處理的滯留時間不長，但是在時間上也是有滯后的，污水處理設(shè)備的處理能力越大，這個時間點的滯后越長;處理的流程工藝越復雜，這個時間點的滯后也越長。正是由于這樣的時間點滯后的特征，也讓我們用工況預警成為了可能，實際上時間點滯后的長短也就等于我們預測時間的長短。

2.4改良氧化溝法

傳統(tǒng)氧化溝法中包括初沉池、調(diào)節(jié)池、污泥消化池、二沉池等處理環(huán)節(jié)和設(shè)備，對污水的處理凈化能力很強，所得到的出水水質(zhì)較高，然而，傳統(tǒng)氧化溝法的成本投入較大，應用在中小城鎮(zhèn)中使用需要進行改良。改良后的氧化溝去除了初沉池等設(shè)備，污水處理流程更短，對建設(shè)成本、運行成本的依賴更小，借助微生物對于污水中污染物的講解處理，污水處理質(zhì)量卻并不會得到太大的影響，更適合中小城鎮(zhèn)的應用。且隨著對微生物菌種的研發(fā)，氧化溝污水處理法的改良具有更大的發(fā)展空間。

2.5污水處理設(shè)施數(shù)據(jù)模型

污水處理設(shè)施數(shù)據(jù)模型計算準確與否，第一個前置條件設(shè)置污水處理設(shè)施運行標準工況參數(shù)，通過數(shù)采儀采集工況過程的大量近實時（周期短、頻率高）的時序數(shù)據(jù)，包括工況過程中的成百上千個指標量，加上污水處理設(shè)施本身的運轉(zhuǎn)設(shè)計量參數(shù)，擁有這些豐富的數(shù)據(jù)，加上大數(shù)據(jù)存儲和計算體系工具的支撐，通過機器學習等領(lǐng)域的算法來分析預測（比如可以通過傅里葉變換、小波變換、LSTM長短時記憶網(wǎng)絡(luò)、PCA降維等算法來實現(xiàn)聚類分析），提升了整體預測的實時性和準確性。污水處理設(shè)施工藝類型不相同，數(shù)據(jù)模型的內(nèi)部計算機制也差別很大，K-means無監(jiān)督學習法。即將每類數(shù)據(jù)隨機選取一個作為K點指標數(shù)，然后計算所有其他數(shù)據(jù)到K值距離，通過距離計算得出新的數(shù)據(jù)群的聚集中心點。這樣就無監(jiān)督的自動的找到了設(shè)備穩(wěn)定的值區(qū)間。然后可通過Box-plot來對每個設(shè)備每次采集的實時狀態(tài)進行比對，根據(jù)高斯分布的概率論箱形圖分三個區(qū)間，最中間的即為中位線，這一區(qū)間的數(shù)據(jù)就是無監(jiān)督學習法得到的一個穩(wěn)定值區(qū)間，然后是兩個內(nèi)限區(qū)，這兩個內(nèi)限區(qū)的產(chǎn)生就是由于前面介紹的抗沖擊因素得出的內(nèi)限區(qū)，處于這個區(qū)間內(nèi)的值我們稱之為溫和異常值（mildoutliers），他的異常的可能性低;最外面區(qū)域是外限區(qū)，這個區(qū)域的值是一定會產(chǎn)生異常的區(qū)間，我們稱這個區(qū)間的值為極端異常值?？偨Y(jié)說來就是我們用無監(jiān)督學習法來整理歸類數(shù)據(jù)，分析出穩(wěn)定區(qū)間。然后用箱形圖來對實時采集上來的分時段數(shù)據(jù)給出異常判斷。由此得出，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)水質(zhì)預測技術(shù)路線是可行的，而且隨著數(shù)據(jù)采集量的增大，大數(shù)據(jù)預測將越來越準確。

結(jié)語

中小城鎮(zhèn)能夠在污水處理廠中投入的成本有限，技術(shù)人員水平有限，運維工作效果有限，因此，政府相關(guān)部門和污水處理廠管理層應當篩選更適合中小城鎮(zhèn)水污染現(xiàn)狀的處理工藝，加大對污水處理廠的運行成本投入，提高污水處理的效率和污水處理廠的運維效率，保證污水處理廠最終排放水體的水質(zhì)，為中小城鎮(zhèn)的綜合發(fā)展奠定環(huán)境基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]? 趙娜.中小型污水廠污水處理工藝及效果[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，30（03）：81+85.

[2]? 張大興.中小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇的優(yōu)化研究[J].綠色環(huán)保建材，2018（06）：42+44.

[3]? 錢宇婷.中小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇的優(yōu)化研究[D].西南交通大學，2017.

（作者單位：重慶耐徳環(huán)境技術(shù)有限公司）