檀海洋 梅成喜 戴賢良 劉 英 毛先勇

1.中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆不?合肥 230093；2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001

0 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的歷年《中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》顯示，2015 年以來，我國農(nóng)村地區(qū)對污水進(jìn)行處理的建制鎮(zhèn)及鄉(xiāng)數(shù)量不斷增加。截至2020 年底，能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行處理的建制鎮(zhèn)有12 300 個，占我國總建制鎮(zhèn)數(shù)量的65.35%；能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行處理的鄉(xiāng)有3 095 個，占我國總建制鄉(xiāng)數(shù)量的34.87%；而村一級的污水治理率不到30%，處理能力較低。截至2020 年底，我國建制鎮(zhèn)及鄉(xiāng)污水處理廠數(shù)量分別為11 374 座和2 170 座，建制鎮(zhèn)及鄉(xiāng)污水日處理能力分別達(dá)到了2 157.36 萬m3/d 和104.80 萬m3/d［1］。2021 年11月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》明確提出，到2025 年農(nóng)村生活污水治理率達(dá)到40%［2］。目前，我國村鎮(zhèn)污水處理具有點多、面廣、分散的特點，服務(wù)千村萬戶；管網(wǎng)和廠站一起建設(shè)管理，千村千股水，出戶和收集水質(zhì)差異大，波動變化大?；谖覈彐?zhèn)污水處理現(xiàn)狀，筆者以中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰具\行管理的山東省青島市即墨區(qū)農(nóng)村污水治理一期項目和安徽省肥東縣美麗鄉(xiāng)村污水處理項目為例進(jìn)行研究。

1 村鎮(zhèn)污水的來源

村鎮(zhèn)污水主要來源有以下幾種：居民生活污水，包括廚房用水、洗漱洗滌用水和沖廁廢水等，此類污水含有大量的有機物、油脂等，污染物濃度較高，易于處理；餐飲廢水，多為飯店、賓館、食堂等餐飲行業(yè)排放的含油泔水，具有水量大、油脂和鹽分含量高等特點［3］；畜禽養(yǎng)殖廢水，部分農(nóng)戶飼養(yǎng)家禽家畜，會產(chǎn)生混有牲畜糞便的污水［4］；企業(yè)、作坊廢水，多為食品加工、機械加工、木材等原料加工等小型作坊或企業(yè)制造的廢水，此類廢水中氮、磷等濃度較高。

2 村鎮(zhèn)污水水量和水質(zhì)特點

我國絕大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施不完善、污水管網(wǎng)配套差、雨污分流不到位，加之受村鎮(zhèn)居民生活用水量時變化，以及學(xué)校、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)間歇性外排廢水和外出務(wù)工人員流動、降水等因素影響，村鎮(zhèn)污水處理存在進(jìn)水水量不連續(xù)、不均衡及水質(zhì)波動大等特點。村鎮(zhèn)污水特點具體表現(xiàn)為夏季污水量較大但污染物濃度偏低，冬季污水量較小但污染物濃度偏大［5］；非節(jié)假日污水量較小、污染物濃度偏低，節(jié)假日污水量較高、污染物濃度偏高；晴天污水量較小、污染物濃度偏大，雨天污水量較大但污染物濃度偏低。污水排放高峰通常集中于早晨、中午和晚上的一段時間內(nèi)，夜間尤其是午夜后，污水量小，甚至可能斷流。中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰具\行管理的村鎮(zhèn)污水處理項目運行數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2021年中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰具\營村鎮(zhèn)污水處理項目水量負(fù)荷及進(jìn)水污染物濃度數(shù)據(jù)

基于水量、水質(zhì)特點分析，結(jié)合現(xiàn)有運行生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施處理水量負(fù)荷偏低，難以達(dá)到設(shè)計規(guī)模，進(jìn)水化學(xué)需氧量濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（300 mg/L），碳/氮比（2.10～4.14）達(dá)不到反硝化脫氮條件（碳/氮>4～6）［6］，對污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成較大影響。

3 村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)控制措施

依據(jù)2013 年原環(huán)境保護部發(fā)布的《農(nóng)村生活污水處理項目建設(shè)與投資指南》，污水處理規(guī)模為10～5 000 m3/d，常采用傳統(tǒng)活性污泥法、A/O 法、A2/O 法、氧化溝法、生物接觸氧化法、SBR法、MBR法及人工濕地法等處理工藝；分散式污水處理設(shè)施，規(guī)模小于10 m3/d，通常采用小型人工濕地、穩(wěn)定塘、土地處理、凈化沼氣池、小型一體化污水處理裝置［7］。即墨區(qū)農(nóng)村污水處理一期項目采用A2/O、SBR 工藝，肥東縣美麗鄉(xiāng)村污水處理項目采用FMBR 工藝，現(xiàn)場進(jìn)水提升泵采用液位控制進(jìn)行啟停運行，控制措施相對簡單；推流器、污泥回流系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行自動化控制，推流器每天設(shè)置運行時間為24 h，確?；钚晕勰嘞到y(tǒng)保持懸浮混合狀態(tài)；污泥回流系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量和出水標(biāo)準(zhǔn)選取回流比控制回流量，污泥泵每天設(shè)置運行時間為12 h，確保系統(tǒng)活性污泥混合均勻且生化性能穩(wěn)定；曝氣系統(tǒng)調(diào)控依據(jù)主要有水質(zhì)、水量、活性污泥系統(tǒng)性能、出水氨氮濃度、溶解氧濃度等，相對復(fù)雜，但鑒于活性污泥系統(tǒng)性能低，一般設(shè)置為24 h 運行。日常根據(jù)溶解氧濃度指示調(diào)整曝氣量，確保活性污泥系統(tǒng)穩(wěn)定和出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；過濾反洗裝置采用PLC進(jìn)行控制，運行經(jīng)驗成熟，調(diào)控簡單。

村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)中的活性污泥系統(tǒng)調(diào)控空間相對狹窄，其關(guān)鍵工作在于充分利用收水管網(wǎng)和泵站空間與污水處理設(shè)施聯(lián)動運行調(diào)衡進(jìn)水水量、水質(zhì)，優(yōu)化生產(chǎn)運行環(huán)境；其核心工作為活性污泥系統(tǒng)性能監(jiān)測，采用多種措施確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行；其重點工作為曝氣系統(tǒng)的調(diào)控，在保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時兼顧對活性污泥的影響。

3.1 泵站聯(lián)動，提升管網(wǎng)運行效率

工作人員通過廠內(nèi)提升泵、污水泵站聯(lián)動，保障污水收集管網(wǎng)日常低液位運行，通過提高管網(wǎng)內(nèi)部流速，降低管網(wǎng)淤積發(fā)生率。同時，管網(wǎng)低水位運行有利于日常管網(wǎng)巡查、滲漏堵塞探查、管網(wǎng)檢測等工作的開展，可有效防范污水溢流等問題。

3.2 聯(lián)合調(diào)度，平衡水量

村鎮(zhèn)污水處理廠通過對廠內(nèi)提升泵、污水泵站、管網(wǎng)的綜合調(diào)度，保障日常（非雨天）污水進(jìn)水水量時均衡、日均衡，降低水量波動引起的運行工藝波動，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行、水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放；同時，通過三者聯(lián)動，在雨天發(fā)揮廠區(qū)最大處理能力，減少管網(wǎng)冒溢及污水溢流問題。

3.3 水量調(diào)控，優(yōu)化運行系統(tǒng)

村鎮(zhèn)污水處理廠根據(jù)管網(wǎng)來水水質(zhì)、水量的時變化，利用調(diào)節(jié)池的水量、水質(zhì)調(diào)節(jié)功能，均衡來水水質(zhì)、水量，通過合理調(diào)度廠（站）內(nèi)提升泵調(diào)節(jié)處理水量，保障污水處理設(shè)施連續(xù)穩(wěn)定運行，避免因來水水量較少或斷流現(xiàn)象導(dǎo)致廠（站）間歇運行。當(dāng)來水水量較大、污染物濃度較低時，村鎮(zhèn)污水處理廠加大處理水量，同時調(diào)整曝氣量和藥劑投加量，保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放；當(dāng)來水水量較少、污染物濃度較高時，減少處理水量，同時相應(yīng)調(diào)整曝氣量和藥劑投加量，保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

3.4 保證活性污泥穩(wěn)定性，提升活性污泥系統(tǒng)抗沖擊能力

采用活性污泥法污水處理工藝時，雨季受進(jìn)水水量沖擊負(fù)荷、水質(zhì)負(fù)荷低影響，活性污泥系統(tǒng)濃度偏低，無機揮發(fā)分占比高于80%，穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重影響污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行［8］。工作人員應(yīng)通過巡查檢測污泥系統(tǒng)沉降性能和定期向生化系統(tǒng)投加污泥的措施，保證、提升活性污泥系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。旱季、冬季，受進(jìn)水水量負(fù)荷低、水質(zhì)沖擊負(fù)荷、低溫影響，活性污泥系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力低，污泥活性隨溫度降低而受抑制，嚴(yán)重影響污水處理系統(tǒng)處理水量和生產(chǎn)能耗。此時，工作人員應(yīng)通過巡查檢測污泥系統(tǒng)沉降性能、溶解氧濃度變化和定期向生化系統(tǒng)投加污泥等措施，防止污泥系統(tǒng)曝氣過量，提升活性污泥系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力，促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，同時降低生產(chǎn)能耗。

3.5 加大曝氣量，保持活性污泥活性

根據(jù)污水處理系統(tǒng)運行實際，當(dāng)出水氨氮濃度超過1.00 mg/L 時，活性污泥系統(tǒng)將發(fā)生較大波動，短時間內(nèi)出水氨氮可超5.00 mg/L，甚至有超標(biāo)風(fēng)險，并且重新恢復(fù)活性污泥系統(tǒng)硝化性能需要采取加強曝氣或悶曝措施，且活性污泥系統(tǒng)污泥性狀差、內(nèi)源呼吸加強［9］。因此，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要加大曝氣量，以提升好氧池溶解氧濃度，保持活性污泥活性。

4 村鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)運行管理措施

村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施受規(guī)模小、數(shù)量多、分布廣、水量負(fù)荷低、沖擊負(fù)荷等因素影響，運行管理難度較大。中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰窘?jīng)過多年探索和實踐檢驗，總結(jié)了如下運行管理經(jīng)驗。

4.1 采取“集中共管”生產(chǎn)管理模式，降低運營成本

相關(guān)部門可建立“運管中心+片區(qū)”組織架構(gòu)，運管中心設(shè)置在規(guī)模最大廠區(qū)內(nèi)，人員配置標(biāo)準(zhǔn)建議為運營負(fù)責(zé)人1 名，工藝技術(shù)負(fù)責(zé)人、化驗員各1 名（18個站點），中控運行工4 名，維修工3 名（18 個站點），污泥轉(zhuǎn)運工1 名（36 個站點），綜合管理人員根據(jù)需要進(jìn)行配置；片區(qū)按照廠站數(shù)量、地域分布、巡檢里程劃分，一般4～6 個站點或往返里程為80～100 km 劃分為1個片區(qū)；巡檢工建議按照18個站點配置3名；現(xiàn)場保潔和綠化養(yǎng)護可采取外包模式管理。運管中心負(fù)責(zé)集中控制、集中檢修、集中水質(zhì)檢測、集中污泥處置、集中綜合管理，實現(xiàn)人力資源、設(shè)施設(shè)備配備、物資采購、工藝管控和現(xiàn)場管理的集約化、精簡化、高性價比化、穩(wěn)定化；片區(qū)按照運管中心調(diào)度要求負(fù)責(zé)廠區(qū)巡檢、藥劑物資補給、現(xiàn)場保潔、綠化養(yǎng)護、水樣采集，達(dá)到降低人工成本和高效利用資源的目的，提升市場競爭力。

4.2 采取“集中調(diào)度+巡回管理”生產(chǎn)運行模式，提升村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施價值

相關(guān)部門可建立“互聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程監(jiān)控”系統(tǒng)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)采集、運行工況分析、遠(yuǎn)程操作調(diào)控，設(shè)施設(shè)備故障上報、維修內(nèi)容填報、保養(yǎng)內(nèi)容填報，水質(zhì)化驗檢測數(shù)據(jù)和污泥處理數(shù)據(jù)填報，現(xiàn)場工況、數(shù)據(jù)和監(jiān)控畫面顯示，打印生產(chǎn)運行報表等功能；同時，應(yīng)用明牛App 和向日葵App 連接手機與“互聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程監(jiān)控”系統(tǒng)，實現(xiàn)手機查看數(shù)據(jù)、操作調(diào)控、上報信息、接收報警等功能，從而滿足“集中調(diào)度”條件。片區(qū)巡檢工按照生產(chǎn)指令進(jìn)行定期巡回管理，檢測污泥系統(tǒng)沉降性能，查看運行數(shù)據(jù)，維護儀表，及時發(fā)現(xiàn)進(jìn)水異常、設(shè)備運行異常并上報。村鎮(zhèn)污水處理廠通過“集中調(diào)度+巡回管理”生產(chǎn)運行模式，可保證工藝運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，實現(xiàn)運行管理規(guī)范化，提升村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施價值。

5 結(jié)語

村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施進(jìn)水水量受季節(jié)、節(jié)假日、居民生活習(xí)慣、天氣影響較大，污染物濃度也會隨之變化，且往往進(jìn)水化學(xué)需氧量濃度偏低、總氮偏高、碳/氮比失衡，造成系統(tǒng)穩(wěn)定運行難度大。相關(guān)部門可利用管網(wǎng)和泵站調(diào)節(jié)能力平衡進(jìn)水水量和水質(zhì)，優(yōu)化活性污泥活性和曝氣系統(tǒng)關(guān)鍵運行參數(shù)，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；采取“集中共管”“集中調(diào)度+巡回管理”的運行模式和信息化手段，降低人工成本，優(yōu)化管理技術(shù)措施。