人工快渗一体化设备在贵州地区农村污水处理中的应用

范 源

（深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东深圳518000）

改革开放以来，各地农村飞速进步，与此同时，农村居民的生活条件也在逐步改善，室内卫浴设备逐渐走进农村，农村地区污水量每年都在增加，污水来源也越来越多样化[1]。截至2017年年底，贵州省农村常住人口约为1932.48万人，人均排放污水量按50L/d计算，贵州省农村年均生活污水排放量约为35267.76万吨。贵州省人民政府办公厅2018年6月30日印发文件《贵州省推进“厕所革命”三年行动计划》中提到：“厕所革命”的重点在于农村地区。为提高贵州地区农村人民的生活条件，到2020年底，农村户用卫生厕所建设、改造达到173万户。

目前，贵州省对农村地区生活污水处理的关键性的问题在于资金投入少、未找到适应当地的技术和缺乏先进的运维体系。大量生活污水未经过任何处理以直排、下渗等方式进入地表径流、地下径流、湖泊、水库等水体，对贵州地区农村环境造成极大的破坏并且对农村居民形成潜在的影响，同时会对饮用水水源造成污染以及危害湖泊、水库的水质。贵州省的农村发展应该是伴随着不断进步的新农村建设和逐渐推广的国家厕所改造政策，配套相应的农村污水处理设施。由于外部客观因素限制，具有出水水质稳定达标、建设投资少、抗冲击负荷能力强、运行维护简便且成本低等优点的污水处理工艺设备才能在贵州地区的农村应运而生。根据湖北省宜昌市农村生活污水处理的工程实际运行案例，解析人工快渗污水处理一体化设备的实际运行特点，对贵州地区的农村生活污水处理具有较高的借鉴和参考价值[2]。

1 贵州农村污水的特点

农村居民在生活中会排放涵盖洗衣做饭和卫浴用水等类型的污水。贵州地区农村生活污水特征如下：

（1）排放分散，污水量小。由于地形地势的原因，贵州地区农村居住密度不高，污水排放分散。

（2）污水突变系数大，水质水量不稳定。受居民生活习惯及用水规律的影响，污水排放时间段集中，农村污水排放在早、中、晚分别有集中排放的高峰时段，夜间排水量较小甚至没有排放。而污水水质水量也因贵州地区的经济发展而有差异[3]。

（3）没有集中管网，污水收集困难。贵州地区农村因地形地势限制，房屋高低不平，居住散落，大面积修建集中管网收集污水难度大。

（4）污染物浓度偏低，可生化性好。贵州地区农村生活污水当中各项污染物指标不高，有机污染物占了绝大部分，可生化性强[9-10]。

目前，在一些农村地区，已建成有以为 A²O、MBR、SBR和BAF等为主体工艺的污水处理设备，投资成本和运行维护管理方面还是存在许多问题。与上述主体工艺对比，人工快渗污水处理一体化设备有处理效率高，占地面积小的优势，尤其是增加了“互联网+”的信息化技术可实现总部控制的远程自动化管理，更适合处理贵州地区的农村生活污水。根据湖北省宜昌市农村生活污水的现状排放特点，结合工艺技术特性，宜昌市秭归县农村环境综合整治工程是采用以人工快渗作为主处理工艺的污水处理一体化设备，得到业主及现场居民的一致好评，这样的结果为周边地区的农村污水处理提供了新的思路与想法[4]。

2 工程实例

该工程位于湖北省宜昌市秭归县屈原镇屈原村，屈原村是世界四大历史文化名人、伟大爱国诗人——屈原的诞生地，同时该村也是三峡库区移民村。全村占地11平方公里，共管辖4社区和12个村落，全村常住1982人。经现场调研，该村建设10m3/d的污水处理站即可满足处理要求，主要处理村民日常生活所排放的污水。该村的生活条件良好，生活污水可生化性高，尾水排放至下游河道边沟。

工程设计进、出水水质参数如下表1数据所示。

表1 屈原村生活污水处理工程设计进、出水水质参数表

图1 屈原村生活污水处理系统工艺流程框图

农村居民生活污水经污水处理站的前置化粪池后进入生物调节池，污水通过潜水泵提升至人工快渗污水处理一体化设备。经过一体化设备内部的综合的物理和生化反应，污染物得以被设备当中的微生物拦截、消化、吸收后经出水渠排放。采用重力式静压排泥的方式将高效前处理系统产生的污泥排入污泥干化池，定期将污泥干化池中的干泥清理到指定场地。

图2 宜昌市秭归县屈原镇屈原村生活污水处理工程实拍图

3 优势分析

人工快渗一体化设备是基于人工快渗污水处理技术（ConstructedRapid InfiltrationTechnology，简称CRI技术）生产的针对处理农村居民生活污水的一种小型化集成化设备。具有以下特点：

（1）出水效果好，运行稳定。从实际工程长期运行情况来看，该设备对COD、SS、氨氮、TP的去除率分别达到约85%、90%、95%、80%，可以从该系统所获数据看出，对上述污染物具有较高的去除率，经人工快渗污水处理一体化设备处理后排放的尾水主要指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准要求[5]。

（2）抗冲击负荷能力强。面对农村生活污水进水水质水量不稳定的状况，经过人工快渗一体化设备前置的调节池对来水进行水质水量的削峰调节作用，同时人工快渗主处理系统所采用的干湿交替式运行方式，使得该污水处理工艺相比于其他传统工艺的抗冲击负荷能力强，经处理后出水污染物浓度值稳定，根据相关工程实例显示，该工艺即使长时间停运，只需3-5天翻晒保养，可迅速恢复正常的运行工况。

（3）运行能耗低，处理成本低。人工快渗一体化设备在顶部设有旋转式布水器，将污水均匀分配进入人工快渗主处理系统的阶段，污水与空气充分接触，完成曝气充氧的效果，相比于其他需要机械曝气充氧的污水处理工艺，可大量节约设备运行能耗；同时，人工快渗污水处理一体化设备可根据项目特性配套太阳能发电系统，配套太阳能发电系统的人工快渗一体化设备处理成本会更低。

（4）结构模块化、安装简单。该设备采用模块化生产，现场安装标准化，减少因安装所需的额外人力物力，该设备采用人工快渗处理技术作为主处理工艺，在设备安装前可预驯化菌种，可达到现场安装完毕后立刻投产的效果。

（5）运行管理方便。该设备采用人工快渗处理技术作为主处理工艺，拥有流程简单，出厂前已设置设备运行逻辑，运维管理简单。针对降低农村生活污水运行管理的成本问题，可通过购买第三方服务的方式，将建设和后期运维工作整体打包委托给专业的服务公司，建立统一的中央控制监控管理平台，可以使受管理的农村生活污水处理设施运行更稳定、更方便[6]。

4 结果分析

2018年10月，湖北省宜昌市秭归县农村环境综合整治工程建成，正式投产运行，经过长时间的运行监测，该系统出水符合设计要求，从实际的运行情况可以看到，人工快渗一体化设备对该地区农村生活污水中的污染物有显著的去除效果。

以下选取2018年11月23日至12月12日连续20天的进出水水质数据分析湖北省宜昌市秭归县屈原镇屈原村的人工快渗污水处理一体化设备对于该村生活污水的去除效果。

图3 屈原村污水处理工程进水污染物浓度

图4 屈原村污水处理工程出水污染物浓度

从图3、图4可以看出，进水的 COD浓度在95mg/L到350mg/L时，出水COD浓度能够控制在50mg/L以下，符合设计出水指标要求。说明人工快渗一体化设备对COD进水水质波动较大甚至超出设计进水水质时，仍保证出水水质达到设计要求，体现出较强的去除率，处理效果较为稳定，这说明人工快渗污水处理一体化设备具有较强的抗冲击负荷能力。

进水的SS浓度在70mg/L到190mg/L时，出水SS浓度能够控制在10mg/L以下，符合设计出水指标要求。经过高效前处理分离系统中的强化絮凝沉淀处理可将污水中的大悬浮颗粒去除，避免了污水中的污染物堵塞后续人工快渗主处理系统中的CRI填料，保证了CRI填料能够有效的拦阻截流微小悬浮颗粒，保证出水指标的稳定、正常。

进水的NH3-N浓度在15mg/L到36mg/L时，出水氨氮浓度能够控制在5mg/L以下，符合设计出水指标要求。由于设备中人工快渗池的CRI填料级配以及安装方式，使在填料表面上附着大量的微生物种群。根据有关研究数据统计表明[11]，人工快渗主处理系统中各种深度的填料所含有的微生物种群数量都在100个/ml[7]以上，而污水中的氨氮主要是通过在填料表面生长的丰富的微生物的异化作用进行去除的。人工快渗填料中拥有的微生物数量大且多样性好的特点为人工快渗池提供了稳定而高效的净污能力。

进水的TP浓度在2.4～4.9mg/L时，出水TP浓度能够控制在0.5mg/L左右，达标率在95%左右，根据上述数据，由于当天进水水质TP浓度为设计进水TP浓度的1.7倍。人工快渗一体化设备是通过高效的前处理分离系统以及人工快渗主处理系统中的CRI填料的共同作用达到对TP的去除效果，在高效前处理分离系统中将污水与凝结剂充分混合并产生凝结，形成大块沉淀物，然后通过斜管沉淀去除。而后续的人工快渗主处理系统中的CRI填料中由于有特殊矿物填料的补充，使得CRI填料对TP有吸附和共沉淀作用。经过这两部分的共同作用，更好的保证设备能够达到设计的排放标准。

5 结论

根据上述案例可以看出，面对不稳定的来水情况，系统出水仍然稳定达到设计出水要求，对COD、SS、氨氮和TP的去除效果稳定。该项目的成功应用对我国贵州地区的农村污水治理提供了一种思路，同时也有着较好的借鉴作用[8]。

具有水质稳定、建设投资少、抗冲击负荷能力强、运行维护成本低的优点；可针对性地解决目前贵州地区农村由于各种客观因素所导致的污水处理覆盖率低和运维难度大的问题，对贵州地区的农村生活污水处理提供了新模式、新工艺。