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农村生活污水治理技术应用的浙江经验及发展方向研究
2019-11-6 10:18 中国泵阀第一网 作者:佚名 点击:1463
【中国泵阀第一网 技术综合】本研究概述了2003年以来浙江省农村生活污水治理技术发展的经验,并依托于课题组对530多个农村生活污水处理终端调研、评估的研究成果,从浙江省农村生活污水的水质特点、治理技术工艺应用等方面做了归纳总结,并选取了具有代表性的案例作了详细的分析;同时,本研究还结合现阶段浙江省农村生活污水的工

本研究概述了2003年以来浙江省农村生活污水治理技术发展的经验,并依托于课题组对530多个农村生活污水处理终端调研、评估的研究成果,从浙江省农村生活污水的水质特点、治理技术工艺应用等方面做了归纳总结,并选取了具有代表性的案例作了详细的分析;同时,本研究还结合现阶段浙江省农村生活污水的工作重点“运行维护管理”进行了梳理,从大数据监测、分析以及反馈指导运维等方面提出了下一步工作方向优化的建议。

一、浙江省农村生活污水治理的背景及进展

浙江省的农村生活污水治理工作一直走在全国前列,从2003开始到现在,已经走过了16年的历程,以“千村示范、万村整治”工程为主抓手,开展了“卫生改厕”、“百万农户净化沼气池”、“五整治一提高”、“中央农村环境综合整治”、“五水共治农村生活污水三年行动”等一系列工程,积累了丰富的农村环境治理的实践经验,美丽乡村建设举国瞩目,浙江省“千村示范、万村整治”工程于2018年9月份获得了联合国环境规划署的“地球卫士奖”[1]。

但全国来看,还有近80%的村庄生活污水没有得到处理,接下来全国各地的农村污水治理是国家乡村振兴战略的重点任务。2018年4月,习近平总书记做出“要结合实施农村人居环境整治三年行动计划和乡村振兴战略,进一步推广浙江好的经验做法,建设好生态宜居的美丽乡村”的重要指示。因此,尽快总结浙江农村生活污水治理积累的丰富经验显得十分必要和紧迫。为展示浙江省农村生活污水治理的经验,课题组着重从技术规范制定、工程设计与评估、运行维护等角度对多年的课题研究和项目成果[2-6]进行了总结,希望能为全国的农村生活污水治理剖析出浙江的经验和为下一步工作的开展梳理出可优化的方向。

二、浙江省农村生活污水水质特征、治理技术及排放标准研究

2.1 浙江省农村生活污水进水水质特征分析

课题组于2017年对浙江省全省的农村生活污水治理工作进行了较大样本容量的调研和评估。通过对浙江省530个不同技术类型的工程(包括A/O、一体化微动力技术、生物滤床、人工湿地等技术)进水浓度的调研可知,全省农村生活污水的CODCr 浓度范围为96.57 mg/L~343.67mg/L,NH4+-N浓度范围为17.32 mg/L~41.27mg/L,TP浓度范围为2.00 mg/L~5.40 mg/L。如图2-1所示,进水CODCr、NH4+-N和TP的平均浓度分别为186.35 mg/L、30.33 mg/L和4.06 mg/L,而出水平均COD Cr、NH4+-N和TP浓度分别为:35.62 mg/L、10.90 mg/L和1.55 mg/L。从图2-1中还可看出,各城市之间的主要进水水质指标存在着显著性差异(P<0.05)。温州、嘉兴、台州、湖州、舟山、金华等地进水COD Cr平均浓度较高,台州、舟山、杭州、湖州等地NH4+-N浓度较高,而台州、绍兴、温州、湖州则是进水TP浓度较高,这与这些地区的海鲜食品加工等生活习惯有关。而丽水、衢州等地的进水浓度相对较低,是因为这些地区的农村处于山区或半山区较多,其供水和用水习惯导致污染物浓度得到稀释从而较低,同时也与调研时雨、污分流不彻底导致的雨水汇入管网以及与化粪池新/改建不到位所导致的进水成分以洗涤水等为主有关。

通过对数据的分析还可知,本次调研所获得全省农村生活污水进水的平均C/N为6.14,与冯华军等[7]调研得出的年均6.10的C/N值一致。同时发现,调研中C/N最高的地区为温州市(C/N=12.95),最低为衢州市(C/N=4.18),相较于江苏省的情况[8](C/N=3.90)则更有利于生物脱氮除磷。

2.2 浙江省农村生活污水治理技术工艺应用研究

2.2.1 浙江省农村生活污水治理技术及工艺调研

为更好地推进浙江省的“五水共治”工作,课题组于2014年编纂了《浙江省农村生活污水治理实用技术手册》,对浙江省农村生活污水治理的管网、技术工艺和模式选择以及建设和运维等各方面做了技术规范,并通过省农办和环保部门面向全省进行发布。《浙江省农村生活污水治理实用技术手册》在案例分析和技术总结的基础上归纳出浙江省农村生活污水治理领域的“十大”实用技术,包括预处理+生态滤床技术、厌氧+A2/O技术、厌氧+潜流式人工湿地技术等[9]。

另外,课题组在2015年开展的浙江省农村生活污水减排核查中针对工艺技术进行了问卷调研[9],发现受调研的农村生活污水治理终端所采用的主要工艺50%为厌氧+人工湿地技术,25%为预处理+A/O技术,同时处理规模为10~50吨/天的终端占比64.28%以上。而从课题组2017年所调研的结果可知,厌氧、厌氧+生态处理工艺(包括人工湿地、生态塘、生物滤床技术等)所占比例为44.23%,A/O、及A2/O+生态处理工艺所占比为35.54%,微动力以及微动力+生态处理工艺所占比例为6.24%。本次调研结果与2015年的问卷调查结果相比存在一定的差异,这与2015年问卷调查的样本量较小不足以全面反映浙江省的技术工艺选择有关,而好氧及微动力工艺的占比增加同时也说明了随着“五水共治”的深入推进,全省各地对出水水质的要求也越来越高,因此对农村生活污水治理终端的技术和工艺要求也逐步提高。

进一步的分析还可以发现,浙江省主要采用了好氧、好氧+生态处理工艺的地区主要有杭州、嘉兴、湖州、舟山等,以厌氧、厌氧+生态处理工艺为主的地区有温州、金华、衢州、丽水等,这显示出农村生活污水治理工艺的选择受到地形、地理位置以及经济发展的影响比较显著,浙江省北部较发达地区多是平原水网,其污染物浓度相对较高,因此对治理技术以及处理工艺的要求也较高,而中部和南部因山区较多,选择厌氧、厌氧+生态处理工艺的相对较多。相比较而言,绍兴对各种工艺的选择更为均衡,还尝试了土壤渗滤等其它技术。

2.2.2 典型案例研究1:新型自通风生物滤床-人工湿地层叠耦合技术

针对传统农村生活污水处理技术能耗高、占地大、效果不稳定、建设及运维费用高等问题,课题组依托于国家“十二五”水专项苕溪课题(2014ZX07101-12)以及浙江省自然科学基金(LY18E080005)等课题开展了针对低耗高效生活污水治理技术的研发和工程示范[10],获得了显著的成果。

所研发的新型自通风生物滤床-人工湿地层叠耦合的生活污水处理关键技术,以自通风强化增氧系统提升了去污效果和节省了运行成本、生物滤床与人工湿地层叠耦合[11]节省了面积、从填料选择和级配等方面进行技术优化提升出水水质,并开发了新型布水、防臭气装置及低温强化技术提升和稳定了运行效果。课题组在杭州市余杭区求是村构建了50吨/天规模的基于新型自通风生物滤床-人工湿地层叠耦合技术的中试系统,对比了混合过滤石材的原有系统和采用不同填料的改进系统的污染物去除效果[10]。结果表明,改进系统对CODCr、NH4+-N、TN和TP的去除率分别为74.10%、94.14%、73.57%和69.53%,显著优于原有系统;填料的优化配置对中试耦合系统污染物去除效率的提升效果显著[10,12]。

2018年5月至10月,针对中试示范工程出水连续6个月的第三方的检测结果表明,该技术对CODCr,NH4+-N,TN和TP的去除率分别为76.60%,88.20%,76.30% 和74.30%,稳定达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB33/973-2015)的一级标准。

该技术目前已获专利12项,入选了《农村生活污水治理技术手册》(环保部)、《浙江省农村生活污水治理实用技术手册》和2018年度浙江省科技厅水污染防治技术指导目录进行全省乃至全国的推广。该技术出水主要指标达到或优于《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB33/973-2015)。该技术已在浙江省杭州、温州、衢州、丽水等地成功推广和工程应用160余项,获浙江省环境保护科学技术奖1项,多次获得人民网、中国环境报、浙江日报等中央和省市媒体的广泛报道。该技术作为浙江省“千村示范,万村整治”工程的一个技术实践和亮点,助力了浙江省2018年的联合国“地球卫士奖”。以该技术为县域主体工艺的衢州市开化县于2016年被评为全国农村生活污水治理示范县,并连续3年在全省农村生活污水治理设施运维及管理评比中考核优秀,为节能减排、提升区域人居环境质量、建设美丽乡村做出重要的贡献,具有显著的生态和社会效益。

2.2.3 典型案例研究2:基于竹纤维填料的一体化脱氮除磷技术

课题组针对已建成农村生活污水治理终端所存在的出水水量及水质不稳定、占地比较大、投资及运行成本高等问题,开展了基于竹纤维填料的一体化脱氮除磷技术研发和工程示范。

基于竹纤维填料的一体化脱氮除磷技术将多种水处理工艺、有机及天然高分子填料、曝气设备、新型布水系统、液位智控系统等技术进行了集成,对污水进行强化去污。课题组选取了余杭区的漕桥村桥北(20t/d)、求是村桥北组(10 t/d)、求是村苏家头(10 t/d)、求是村渣河墩(10t/d)和前溪百步村(20 t/d)尾水进行了提升改造工程,在原有终端的基础上采用一体化处理装置对尾水进行深度处理。2018年5月至10月,针对上述5个示范工程出水连续6个月的第三方检测结果表明,基于竹纤维填料的一体化脱氮除磷技术对CODCr,NH4+-N,TN和TP的去除率分别在72.00 %,79.00%,72.00 % 和45.00%以上,稳定达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB33/973-2015)的一级标准。

综上,基于竹纤维填料的一体化脱氮除磷技术具有出水稳定、工艺灵活多变、可模块化组合等特点,不但可用于已建成农村生活污水治理终端的提升改造,还可根据出水水质要求作为新建终端的主流工艺,将多个一体化单体进行串联、并联组合,实现不同的水处理功能,如可选择第一个一体化单体用作调节池或厌氧处理单元,后续串联或并联多个用作好氧处理单元的一体化单体,确保出水水质达标;同时,还可以将一体化单体按照SBR等工艺操作模式运行,更加节省空间。

三、浙江省农村生活污水治理运维及管理调研及进展研究

3.1 浙江省农村生活污水治理运维及管理调研

课题组前期在浙江省农村生活污水治理的运维方面也做了长期的研究,提出了对策以及长效管理方面的建议[13-15]。课题组在2017年针对浙江省农村生活污水治理的调研和评估工作中也对第三方运维的开展情况做了初步的统计和分析,截止到2018年底,浙江省82个县(市、区)的处理设施已委托专业的运维机构运行维护。同时,按照农村生活污水运维的主管部门要求,各地区均已陆续开展了运维平台的建设,且取得了初步成效,截至目前,建立了较完善的运维监管平台比例约为65.00 %(温州、丽水市相对滞后),所调研农村生活污水治理终端安装在线流量计以及视频监控的比例均为20.00 %左右。

2015年以来,浙江省逐步推动农村生活污水处理终端移交验收工作。积极开展农村生活污水治理体系政策机制的建立,已经发布和正在起草的政策文件和标准导则已多达十几项,除了早些年出台的《农村生活污水处理技术规范》(DB33-T868-2012)、《浙江省人民政府办公厅关于加强农村生活污水治理设施运行维护管理的意见》(浙政办发[2015]086号)、《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB33/973-2015)外,后续密集安排了一系列政策和导则的起草和出台,包括《关于推进农村生活污水处理设施标准化运维工作的通知》(浙建村发〔2019〕95号)《农村生活污水治理设施运行维护技术导则》、《农村生活污水处理设施水质检测与评价导则》、《农村生活污水厌氧-好氧(A/O)处理终端维护导则》、《农村生活污水治理设施第三方运维服务机构管理导则(试行)》、以及、《浙江省农村生活污水企业水质检测化验室建设导则》(草案),《浙江省农村生活污水处理设施建设和改造技术指南》(正在起草)等,为建好、用好、管好全省的农村生活污水处理设施的运维及管理工作提供充足的依据。

2019年以来,浙江省在农村生活污水治理终端的运维管理方面新的经验和做法不断涌现。在政府管理上,湖州市拟建立和推广“县、镇、村”三级污水治理终端(处理站)站长制,理清终端站长和第三方运维机构的职责边界;企业也积极寻求在运维管理上不断进行技术创新,采用多种办法降低运维成本,如在现有物联网运维技术的基础上加入了不同传感器,可进一步对管网、窨井、化粪池以及各处理单元的液位、溶氧等工况进行实时监测和预警,通过大数据的积累和分析对未来可能发生的情况进行有效预测,针对性地对某区域、某治理终端、某工艺单元、某段管网等的运维精确指导,大大减少了不必要的人力物力和财力的投入。在资金保障方面,针对自然灾害多发、地方财力相对薄弱的现状,丽水市试点引入保险机制,提高农村生活污水处理终端、管网及配套设施财产抗风险能力。

为进一步规范和推动运维市场健康发展,浙江省成立了浙江省农村生活污水运维能力评价中心专家委员会,开展农村生活污水治理设施标准化运维。课题组主要成员为该专家委员会委员和专家库成员,对自评合格的浙江省标准化运维申请企业进行评估和复核。截止到2019年上半年,浙江省已完成983个农村生活污水处理设施的标准化运维任务,占年度新增1500个试点任务数的65.53 %。

3.2 浙江省农村生活污水治理运维及管理存在问题研究

虽然浙江省农村生活污水治理设施运维及管理工作走在全国前列,但还存在很多问题,将在接下来工作中不断改进完善。如:农村生活污水治理终端的运维平台分为企业端和政府端,主要包括终端站点的区域位置展示、设计和建设资料、水质和水量监测及分析、工况远程控制、视频和图像采集、突发事件预警等功能,一般采用平台管理终端或App终端操作。虽然涌现出了不少企业运维管理平台,但平台间的数据存在差异,缺少全省统一的数据类型和规范接口;同时,课题组对企业调研和评估时发现许多企业的平台功能不全,缺少数据分析、反馈控制等模块,还有些通病是无法通过所建立的平台数据分析有效地对企业的运行维护进行指导、预警后不能智能化分析和开展针对性的反控。

3.3 浙江省农村生活污水治理运维及管理发展方向浅谈

为解决上述问题,课题组主要成员参与了国家“十三五”水专项嘉兴课题子课题4“分散生活污水处理设施智慧监测控制系统设备与平台”(2017ZX07206-004)的任务,具体开展“分散式生活污水处理设施运行状态的分析判别与智慧控制技术”的研发工作和示范。

此外,课题组还针对下一步浙江省农村生活污水治理运维及管理的方向也做了一些初步思考和建议。

1) 建立健全农村生活污水治理运维及管理平台,加快企业平台与省级平台数据的规范和接入汇总,通过大数据分析指导下阶段浙江省农村生活污水治理顶层设计工作的开展。同时,通过企业端农村生活污水治理运维及管理平台功能的构建和完善,更好地指导企业运维和管理的实践。

2) 积累大数据,开展对不同区域环境、不同经济条件、不同进水条件以及采用了不同技术工艺和模式治理终端的数据分析,对不同技术工艺的运行参数进行归纳总结和综合评估,筛选出不同区域、经济条件和应用场景下的实用治理技术,针对其技术总结处理效果和达标率,可对该技术以后全国推广的适用范围进行界定,为其他省市及全国在农村生活污水治理技术、运维及管理的需求贡献浙江经验。

3) 不断挖掘大数据,通过分析溶氧、pH、温度、水质、水力停留时间等不同因素对农村生活污水治理技术、运维及管理效率的影响,找出该技术工艺的运行规律,预测出不同节点所需做出的运维和管理措施,节约企业运行成本和提升工作效率。

通过对所积累的大数据进行分析,可对在线监测系统精准度进行优化和调校,同时还可以结合人工智能等技术手段采用新的监测方法以降低监测设备的成本。

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