村镇生活污水治理创新研究与实践

文_廖凤珍 李晓峰 陈嘉祺

1 广东北控环保装备有限公司 2 北控水务集团有限公司

自国家乡村振兴战略实施以来，先后出台了《乡村建设行动实施方案》《农村人居环境整治提升五年行动实施方案(2021-2025年)》等政策，但现阶段，由于经济发展、人居现状、环境意识等方面的不平衡，村镇生活污水处理仍然存在工艺繁多杂乱、技术人员缺乏、运行管理困难等痛点。本文针对这些痛点，对于处理工艺和运维技术有的放矢地进行了创新，通过“柔性污水处理装备技术”“无人值守村镇智慧运维装备技术”等关键技术的研发和实践，为村镇污水处理和人居环境改善做出了行之有效的尝试。

1 柔性设计污水处理装备技术研究

1.1 村镇污水水质水量特点

1.1.1 有机物含量高

村镇生活污水主要指的是村镇居民生活中产生的污水，其中，主要的污染物为氮磷、病菌及悬浮物等，氨氮、总氮、总磷等污染物指标的浓度总体比较高。

1.1.2 总量大并且持续增加

近些年，我国加快了新农村建设，与之相对应，农村地区生产、生活污水的排放量也越来越多，污水不经处理就排放，加剧了农村地区地下水及河网水质的恶化，对环境产生极大的不利影响。

1.1.3 水质水量的波动加大

村镇污水的排放主要表现为间歇排放，并且一天内排放的变化系数比较大； 同时，农村种植排放受到当地的天气、地理环境等影响，地区和季节不同排放的水质水量都存在差异。

1.1.4 排放点分散且体量小

村镇人口分布不均匀且密度小，以村为单位但距离较远，分散式的污水排放加大了控制村镇污水的难度。

上述特点决定了使用一体化生活污水处理设备更为适合，但必须重点解决冲击负荷大且在时间上不均匀的处理难点。

1.2 柔性设计污水处理的定义

本技术聚焦镇、农村污水项目水质特性，针对性自主研发设计的一项适用于农村污水一体化处理的装备技术（获授权发明专利：ZL202110742692.7，实用新型：ZL202120610173.0）。通过对农村污水处理水质水量波动的项目痛点、现有一体化装备刚性设计、处理效果不佳、抗冲击性能差等技术难点进行深入分析研究，首创简易的管路结构设计和供气分置设计使装备系统柔性可控，实现连续流和间歇式切换、可变区域调节，回流量精准调控等，解决了同类产品调控手段少、调控方式差、设备寿命短等共性问题，显著提高达标率，成功构建高性能低能耗的污水生化处理系统。

1.3 柔性设计污水处理的功能与实现路径

本柔性设计污水处理装备技术，系以传统AAO活性污泥法为核心工艺，集成厌氧、缺氧、好氧及沉淀于一体的装备化污水处理技术。污水经前端预处理后，流经柔性设计污水处理装备进行生化处理（可结合项目需求耦合深度处理工艺），从而实现水质净化，出水达标排放。

柔性设计污水处理可实现设备运行工况的弹性调控、可变区域调节，具体实施路径：①正常运行工况下，保持设备常规的AAO设计，工艺成熟抗冲击，优化设备运行，保障脱氮除磷效率，减少碳源和除磷剂投加，降低运维成本。②低浓度进水负荷运行工况下，开启厌氧池、缺氧池的回流辅助路线，通过两个回流点及回流量的调控，调整至AO（缺氧-缺氧-好氧）工艺运行，扩大缺氧池反应容积、延长缺氧区停留时间，多点回流充分利用原水碳源，强化反硝化脱氮效果。③高浓度进水负荷运行工况下，通过厌氧池回流点的控制，调整好氧池至厌氧池的大回流量呈类氧化沟工艺运行模式，可降低水质浓度梯度，延时曝气能有效降低污泥量产生，避免浮泥影响出水达标率，从而实现设备少维护、出水稳达标。

生化箱中设有依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池，污水回流泵的入口安装有插入好氧池中的取料管，污水回流泵的出口安装有回流管，回流管上连接有插入厌氧池中的第一支管、插入缺氧池中的第二支管，厌氧池中的第一支管上安装有第一流量阀，缺氧池中的第二支管上安装有第二流量阀。

生化箱包括下箱体和上箱体，上箱体用紧固件安装在下箱体上，且上箱体与下箱体之间夹有密封圈。下箱体中设有三块相互平行的隔板将下箱体分隔为厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池，三块隔板从厌氧池向沉淀池方向依次为第一隔板、第二隔板、第三隔板，第一隔板的下部、第二隔板的下部、第三隔板的中部各自设有一个过水口，下箱体的侧壁上设有与沉淀池相连通的出水口。

上箱体上设有位于厌氧池上方的第一检修口和进水口、位于缺氧池上方的第二检修口、位于好氧池上方的第三检修口、位于沉淀池上方的第四检修口。

第一检修口上螺接有第一检修盖，第二检修口上螺接有第二检修盖，第三检修口上螺接有第三检修盖，第四检修口上螺接有第四检修盖。

2 村镇无人值守智慧运维技术研究

2.1 村镇污水处理设施运维现状

随着村镇污水处理设施的不断建设投运，“重建设轻运营”的问题越来越突出，除了部分“空心村”人口流失等客观原因之外，业务运营具备一定的专业性、人工成本较高是非常突出的限制因素，主要体现在如下方面。

2.1.1 运维检修排程不合理

运维检修不是结合设备的状态来安排计划，而是周期性巡视维护，或者在出现故障后奔赴现场抢修，工单配置低效。

2.1.2 专业技术人员缺乏

村镇污水分散式方式处理决定了其站点数量多、分布范围广，且设施运维环境又相对复杂，不确定性因素非常多，对于技术人员缺乏且能力不足的现状，仅仅依靠管理机构组织培训效果非常有限。

2.1.3 问题响应效率低

分散式处理设施的运维人员一般管理半径较大，往往在发现问题赶到现场所需时间较长，而在现场又需要进行现场技术分析和判断再采取措施，效率较低。

2.1.4 运维成本较高

除了常规的电耗、药耗之外，还必须支出人工成本、交通成本、差旅成本和管理费用，这给本来资金就捉襟见肘的村镇污水运维带来了很大的困扰。

2.2 无人值守智慧运维总体思路

村镇级智慧水务管理系统结合村镇（农村）污水项目处理规模小、站点数量多、地域分散等特点，综合利用互联网、物联网、移动互联网、大数据分析、计算机算法、辅助决策、标准化数据库等工具和手段，研发搭载于污水处理一体化装备的智慧水务技术，实现水环境治理装备和设施的智能化。

在系统架构方面，按照 “集中控制、统一调度、统一管理”的原则，采用“1+N”的模式，通过一个集控中心对N个标准化、物联化站点进行管控（详见图1），实现资源的合理配置，节约企业管理成本，提高运营管理的质量和效率。

图1 村镇智慧水务系统架构示意图

如图1所示，在分散式污水处理设施上安装摄像头、数采网关、液位计、接触传感器等数据采集装置；然后将数据传输至分中心，在智能划分的基础上通过SCADA系统对各片区进行分级管控；最后再集控中心依托可视化大屏、操作站、网络安全设备对各大片区进行统一监管并安排运维检修。

2.3 智慧水务与传统运维功能对比

结合村镇污水处理的特点，以上述总体架构为基础，在研究中开创性地采用了负荷判断模型，自主研发SV30、图像比对传感技术，结合物联网信息识别及感知，独创了集“信息感知、多端互联大数据分析、精准决策”为一体的村镇污水智慧平台。实现了工况在线感知、负荷实时判断，运行模式一键切换，突破了同类产品现场观察、人工判断、现场调整等共性问题；实现了人工监视向智能化管控的技术革新，助力传统污水处理设施的智慧飞跃升级，在显著提高运维效率和质量的同时，运维人员配置可降低50%～70%，大幅节省了运维成本。

与传统运维方式相比（详见图2），村镇智慧水务系统能有效解决现有痛点，通过数据采集、集中控制、智能派单、报表定制等智慧化功能，能极大提高运维检修效率、节省人力成本，确保村镇污水处理设施高效、可靠、安全运行。

图2 系统功能对比

3 工程实践案例

2021年6月，针对广东清远市清城区石角镇部分区域污水直排造成的环境污染问题，广东北控环保装备有限公司（简称“北控装备”）将“柔性污水处理装备技术”“无人值守村镇智慧运维装备技术”进行深化应用，并在项目建设运维中推行应用了“一厂一策”“建管一体化”模式。

工程服务范围包括新建保利麓湖、美林湖天汇半岛、美林湖天琴半岛、西岸广场4个站点片区部分生活污水治理（详见图3），新建4座集中式污水处理厂站设施，总工程规模1700m3/d，出水执行广东省《农村生活污水处理排放标准》DB 44/2208-2019一级标准。

图3 项目片区污水分区收集总图

2021年11月22日，《清城区石角镇美林湖片区污水治理过渡项目》总体一次验收合格（详见图4），优质高效提高了片区污水收集处理效能，改善了人居生态环境，落实了中央环保督察重点任务，实现了生态效益和社会效益“双赢”。

图4 项目工程进度管控

得益于技术产品化系统解决方案的成功实践与良好的社会经济效益，本项目同时获评湖南省环境治理行业协会2022年度省级“优秀工程”荣誉。

4 结语

通过研究和实践，本文中村镇生活污水治理创新应用“柔性污水处理装备技术”“无人值守村镇智慧运维装备技术”，通过“硬件+软件”集成策略，采用“标杆试点—政府专家认可—全面推广”的做法，坚持以点带面，稳步推进，形成了可复制、可推广的“清远样板”，为全面开展的城乡、村镇、农村、片区等生活污水治理提供了理论指导和路径遵循。