面向農(nóng)村污水特點的處理技術(shù)研發(fā)及在福建地區(qū)的應(yīng)用

面向農(nóng)村污水特點的處理技術(shù)研發(fā)及在福建地區(qū)的應(yīng)用第七屆中國農(nóng)村和小城鎮(zhèn)水環(huán)境治理論壇暨首屆村鎮(zhèn)環(huán)境科技產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟論壇陳少華中國科學院城市環(huán)境研究所2017年9月21日匯報提綱一、農(nóng)村污水治理的困難與困惑二、針對農(nóng)村污水特點的生物處理技術(shù)三、針對農(nóng)村污水特點的節(jié)能技術(shù)四、成果應(yīng)用與推廣五、體會與思考

3

2農(nóng)村污水治理的困難與困惑缺乏完善的污水收集系統(tǒng)

水量小排放分散水質(zhì)復雜

1

5技術(shù)選擇偏離實際需求

6處理設(shè)施無法長期有效運行

4

水質(zhì)水量隨地區(qū)和時間變化差異較大進、出水標準隨意指定農(nóng)村污水治理的困難與困惑福建農(nóng)村特點與特色村落小區(qū)域大量集中、緊湊自然村多，距離遠、地勢起伏大各地經(jīng)濟發(fā)展不平衡，居住形態(tài)差別大山區(qū)水沖廁所及化糞池普及率低雨污合流，排污排水無規(guī)劃“風水塘”多，成“污水塘”城市化進程對農(nóng)村影響巨大農(nóng)村污水治理的困難與困惑缺乏完善的污水收集系統(tǒng)污水直排居多，借用排水系統(tǒng)村內(nèi)排水溝發(fā)黑發(fā)及臭現(xiàn)象嚴重生活垃圾及散養(yǎng)家禽加劇水體污染新村排水排污無規(guī)劃，分流后再合流農(nóng)村污水治理的困難與困惑福建農(nóng)村水質(zhì)水量排放規(guī)律雨污合流的排水系統(tǒng)，主要靠地表明溝與暗渠排水，排水溝內(nèi)無地表水匯入早、中、晚三個排水高峰，高峰期污水濃度較高，零點到清晨基本無排水。人均污水量46.7L/(cap·d)，最大時變化系數(shù)2.99水質(zhì)C/N比例失調(diào)，高氮低碳，上午排放污水中污染物濃度較高指標CODCrNH4+-NTNTP單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L范圍69.10-146.4023.92-59.5124.21-108.672.35-5.05平均值107.8044.8351.263.83農(nóng)村污水治理的困難與困惑福建農(nóng)村水質(zhì)水量排放規(guī)律指標CODCrNH4+-NTNTP單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L范圍162.80-442.4050.16-82.3251.26-83.074.12-8.08平均值307.7264.1065.455.95雨污分流，接浴室、廚房、洗衣池和化糞池的出水排水量有早晚兩個排水高峰和中午小高峰，晚高峰基本持續(xù)到凌晨。人均污水量為76.6L（cap·d），最大時變化系數(shù)1.85與雨污合流制相比，C/N比例較高，各污染物濃度特別是有機物濃度高農(nóng)村污水治理的困難與困惑設(shè)計人均水量偏離實際許多處理設(shè)施按城市排水量設(shè)計，導致實際水量遠低于設(shè)計水量區(qū)域村莊類型用水量（L/cap·d）排水量（均值）（L/cap·d）城郊經(jīng)濟條件好，室內(nèi)衛(wèi)生設(shè)施齊全120~150120平原經(jīng)濟條件較好，衛(wèi)生設(shè)施較齊全90~12090半山區(qū)經(jīng)濟條件一般，簡單的衛(wèi)生設(shè)施80~10080山區(qū)無衛(wèi)生間和淋浴設(shè)備，利用地表水洗滌60~9060廈門市同安區(qū)農(nóng)村的排水量《福建省地方標準—行業(yè)用水定額》（DB35/T772-2013）建議取值90~150L/cap·d農(nóng)村污水治理的困難與困惑進、出水標準隨意指定排放標準主要污染物濃度限值（mg/L）污水廠二級《城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放標準》（GB18918-2002）二級標準CODCr≤100，NH4+-N≤25（30），TP≤3，SS≤30農(nóng)灌蔬菜《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB5084-2005）蔬菜類標準CODCr≤100，SS≤60綜合二級《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）二級標準CODCr≤150，NH4+-N≤25，TP≤1，SS≤150綜合三級《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）三級標準CODCr≤500，SS≤400自規(guī)定一設(shè)計單位自行規(guī)定出水標準CODCr≤300，TKN≤30，TP≤10自規(guī)定二設(shè)計單位自行規(guī)定出水標準CODCr≤300，TKN≤30，TP≤10，SS≤200農(nóng)村污水治理的困難與困惑進、出水標準隨意指定2015年出水標準適用情況《農(nóng)田灌溉水標準》（GB5084-2005）出水不直接排入一般溪流水體，日處理規(guī)模在200噸及以下《水污染物排放標準》（DB35/322-2011）出水直接排入一般溪流水體，日處理規(guī)模在200噸及以下《城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放標準》（GB18918-2002）一級A標準日處理規(guī)模在200噸以上的集中式污水處理設(shè)施2017年出水標準適用情況《城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放標準》（GB18918-2002）一級A標準所有處理設(shè)施農(nóng)村污水治理的困難與困惑技術(shù)選擇偏離實際需求農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理設(shè)施無法長期有效運行農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“厭氧+人工濕地”雨污合流、截流進水水質(zhì)較好濕地植物長勢很好出水水量大、清澈執(zhí)行農(nóng)灌-水作標準進水已達到排放標準CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水50.032.3133.152.257.18出水10.015.2315.852.176.87農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“厭氧+人工濕地”污水入戶收集部分住戶無化糞池出水清澈但氨氮味濃濕地面積較大執(zhí)行國標一級B氨氮、總氮和總磷超標CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水240.048.0756.644.847.15出水34.240.2444.063.607.19農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“厭氧+人工濕地”污水入戶收集處理站所處位置較低濕地位置更低暴雨會淹沒全區(qū)域尾水排放需動力提升濕地內(nèi)的植物枯死多執(zhí)行國標一級B氨氮、總氮和總磷超標CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水135.739.2740.883.567.06出水41.425.2525.532.806.98農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“A/O+人工濕地”，無曝氣有收集輸送管，無入戶管進水很清、無出水處理站的綠化無人管理防滲膜裸露在外，施工粗糙執(zhí)行地標一級進水COD太低CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水10.08.5430.372.296.95出水NA1.3311.581.497.38農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“三化池+人工濕地”地標，標準不明CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水347.161.8169.646.637.28出水31.417.6518.841.416.79農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“水解酸化+接觸氧化+人工濕地”實際無接觸氧化工藝進水、出水均較臟出水發(fā)黑、濕地植物長勢差執(zhí)行地標二級COD、氨氮和總磷超標CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水117.148.2553.195.397.18出水72.943.8947.935.237.24農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“厭氧+生物濾池+人工濕地”生物濾池濾料與人工濕地填料均為多孔性材料水泵提升村內(nèi)人口越來越少、水量少進水臟、出水清澈執(zhí)行國標一級A氨氮和總氮超標CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水148.688.4689.698.187.78出水4.38.8047.990.109.65農(nóng)村污水治理的困難與困惑處理效果參差不齊，差強人意“厭氧+生物濾池+人工濕地”生物濾池濾料與人工濕地填料均為多孔性材料水泵提升（二次提升）執(zhí)行國標一級A氨氮、總氮和總磷超標CODCrNH4+-NTNTPpH單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L進水145.759.5669.647.357.48出水14.314.1934.034.208.98針對農(nóng)村污水特點的技術(shù)農(nóng)村污水處理的技術(shù)要求滿足出水標準運行穩(wěn)定能耗盡量低管理盡量簡便針對農(nóng)村污水特點的生物處理技術(shù)改進型分段進水多段A/O技術(shù)O1A2O2A3O3A4O4進水出水多級A/O串聯(lián)，省掉混合液回流生物膜法，適應(yīng)農(nóng)村污水水質(zhì)水量變化大的特點，且省去污泥回流泵多點進水，利用反硝化作用降解COD，節(jié)省曝氣能耗，提高TN去除率多點進水，“削峰填谷”，降低原水沖擊針對農(nóng)村污水特點的生物處理技術(shù)工藝模型計算參數(shù)說明參數(shù)表達式原水水量分配系數(shù)好氧池容積缺氧池容積脫氮率針對農(nóng)村污水特點的生物處理技術(shù)改進工藝的優(yōu)勢及適應(yīng)性分析a取值為5傳統(tǒng)多段A/O工藝回流比取50%傳統(tǒng)A/O工藝總回流比取250%均不額外投加碳源多段A/O工藝脫氮率顯著高于傳統(tǒng)單級A/O在低C/N比的進水條件下，改進型多段A/O工藝與傳統(tǒng)多段A/O工藝相比脫氮率相近相比傳統(tǒng)多段A/O工藝，改進型多段A/O工藝省去污泥回流泵，節(jié)省能耗采用生物膜法，抵抗水質(zhì)波動的能力更強改進型分段進水多段A/O工藝更適于處理農(nóng)村生活污水反應(yīng)器1反應(yīng)器2反應(yīng)器3反應(yīng)器1各段池容及進水分配比例根據(jù)理論模型設(shè)計，進水COD/TN=3.75，為低碳氮比進水反應(yīng)器2各段池容及進水分配比例根據(jù)理論模型設(shè)計，進水COD/TN=7，為高碳氮比進水反應(yīng)器3各段池容及進水分配比例不按理論模型設(shè)計，進水COD/TN=3.75池區(qū)

有效容積/LO113A2

9.5O2/A312.5O3/A417O4

22池區(qū)

有效容積/LO1

21.5A2

12.5O2/A3

9O3/A4

6.5O4

4.5池區(qū)

有效容積/LO1

9.6A1

4.8O2

4.8A2

2.4O3

8.4a=5針對農(nóng)村污水特點的生物處理技術(shù)研發(fā)理論模型的實驗驗證理論模型的實驗驗證反應(yīng)器1反應(yīng)器2反應(yīng)器3按模型參數(shù)設(shè)計的反應(yīng)器運行穩(wěn)定，其脫氮率變化規(guī)律與模型計算一致，而未按模型參數(shù)設(shè)計的反應(yīng)器運行不穩(wěn)定，COD和TN去除率波動很大實驗所得脫氮率小于模型預測值，這是因為模型按理想情況進行假設(shè)，而沒有：1）考慮硝化段DO對反硝化段的影響；2）沒有考慮反硝化段沒有攪拌而導致的短流現(xiàn)象針對農(nóng)村污水特點的技術(shù)研發(fā)經(jīng)過優(yōu)化硝化段曝氣方式，延長反硝化段停留時間后，脫氮率明顯提高，可達60%以上。說明理論模型對反應(yīng)器設(shè)計有很好的指導作用，但需進行參數(shù)修正進水C/N從1-7變化時，COD去除率維持在80%以上，而脫氮率隨C/N增加而升高。說明系統(tǒng)抵抗水質(zhì)波動能力較強，適于農(nóng)村污水的處理反應(yīng)器1反應(yīng)器2進水C/N=1、2、3進水C/N=5、6、7針對農(nóng)村污水特點的生物處理技術(shù)研發(fā)理論模型的實驗驗證水質(zhì)波動條件下的脫氮效能試驗廈門市集美區(qū)下莊村示范工程下莊社區(qū)共有約225戶，共有常住人口約900人、流動人口約600人；屬于閩南地區(qū)的典型傳統(tǒng)村落服務(wù)人口：1500人處理規(guī)模：150m3/d處理技術(shù)：分段進水多段A/O技術(shù)+潛流濕地格柵調(diào)節(jié)池提升井沉淀池除磷濕地分段進水多段A/O反應(yīng)器廈門市集美區(qū)下莊村示范工程下莊村示范工程下莊村示范工程經(jīng)過分段進水多段A/O和濕地處理后，出水CODCr、NH4+-N、TN達到一級A標準TP達到一級B標準比傳統(tǒng)A/O工藝節(jié)省電耗約30%下莊村示范工程項目建成后受到廈門市委、市政府的高度評價，廈門市委市政府組織各區(qū)各部門參觀該示范工程針對農(nóng)村污水特點的節(jié)能技術(shù)具有水質(zhì)水量調(diào)節(jié)功能的無動力生化預處理裝置針對農(nóng)村污水特點的節(jié)能技術(shù)研發(fā)具有水質(zhì)水量調(diào)節(jié)功能的無動力生化預處理裝置針對農(nóng)村污水特點的節(jié)能技術(shù)研發(fā)采用小型空氣泵替換傳統(tǒng)鼓風機鼓風機是污水處理系統(tǒng)的重要設(shè)備之一鼓風機在生活污水處理的能耗占比最大每3～6個月需要更換潤滑油，且噪音大小型空氣泵為膜片式供氧，無潤滑系統(tǒng)風壓較低，能耗低、噪音低，不擾民每2～3年更換一次膜片，費用低在0.2kgf/cm2的風壓下回轉(zhuǎn)式鼓風機的單位時間單位能耗的供氣量為0.55～0.62m3小型空氣泵的單位時間單位能耗的供氣量為1.5m3針對農(nóng)村污水特點的節(jié)能技術(shù)研發(fā)采用小型空氣泵替換傳統(tǒng)鼓風機降低好氧池的有效水深，設(shè)計1.5~1.8m的有效水深，使小型空氣泵能正常工作針對農(nóng)村污水特點的節(jié)能技術(shù)研發(fā)太陽能-市電聯(lián)用并網(wǎng)式光伏發(fā)電站總發(fā)電效率約0.65全年發(fā)電量=全年光照時間(h)

機組功率(kw)

總發(fā)電效率發(fā)電優(yōu)先供污水站使用，余電并入電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)無需蓄電池，使用壽命長建設(shè)成本約1.5萬元/kw

成果應(yīng)用與推廣（福建中科同恒環(huán)保規(guī)劃設(shè)計有限公司）項目所在地處理規(guī)模福建省廈門市翔安區(qū)董水村150m3/d福建省漳州市漳浦縣長橋鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)500m3/d漳浦縣馬坪鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)200m3/d漳浦縣石榴鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)500m3/d漳浦縣西城村500m3/d漳浦縣盤陀鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)1500m3/d漳浦縣盤陀鎮(zhèn)