王培京：北運河上游分散生活污水的治理實踐

全康環(huán)保:在JIEI產(chǎn)業(yè)研究院日前舉辦的“走進(jìn)水專項”系列研討會上，北京市水科院水環(huán)境研究所所長王培京介紹了北運河上游分散生活污水的治理實踐，詳細(xì)介紹了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧村鎮(zhèn)污水處理整裝成套技術(shù)成果。

研究內(nèi)容

“十一五”期間北運河流域已經(jīng)開展了點源治理工作，從整個北運河流域來看，入河污染物主要來自于三大污染源，包括集中式污水處理廠排放、郊區(qū)分散生活源排放、畜禽養(yǎng)殖和種養(yǎng)業(yè)產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)源排放?！笆晃濉逼陂g，針對畜禽污染源，水專項課題設(shè)置了“畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理與資源化技術(shù)研究”并開展一項工程示范；針對分散式生活污水，設(shè)置了“北方村鎮(zhèn)生活污水低耗能易管理處理技術(shù)集成研究與示范”，其中厭氧濾池+自然能好氧處理技術(shù)、厭氧濾井+人工濕地處理這兩項技術(shù)進(jìn)行了工程示范；針對城鎮(zhèn)污水處理廠出水，開展了“城鎮(zhèn)污水廠出水廠外生態(tài)濕地凈化技術(shù)研究與示范”，主要采用景觀濕地串聯(lián)氧化塘處理技術(shù)。

“十二五”時期，北京市實施了《加快污水處理和再生水利用設(shè)施建設(shè)三年行動方案》，要求把未經(jīng)處理的城鎮(zhèn)生活污水全收集全處理，實現(xiàn)了北運河榆林莊閘出京斷面COD濃度平均值自2013年以來逐年下降，到2015年降至36.1mg/L，全流域水體達(dá)標(biāo)率也由2012年的15.8%逐年提高到2015年的24.3%，水質(zhì)改善效果比較明顯。

到了“十三五”時期，隨著國家水十條的發(fā)布，黑臭水體治理、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)等項目的推進(jìn)，結(jié)合治理目標(biāo)再去梳理北京市農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)北京市農(nóng)村污水治理還存在一些問題：一是區(qū)域污水處理統(tǒng)籌能力不足，無法滿足美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的要求；二是處理工藝相對單一，與村鎮(zhèn)污水因地制宜的需求不相符；三是信息化監(jiān)管手段不足，監(jiān)管不到位，這項不足在十三五期間必須補(bǔ)起來；四是缺乏長期的管理機(jī)制，缺乏建設(shè)、運營、監(jiān)管和技術(shù)指導(dǎo)方面的文件，導(dǎo)致運行效率不高。

針對這些問題，“十三五”水專項課題開展了散污水收集模式和處理設(shè)施建設(shè)模式的研究、污水菜單式組合工藝及設(shè)備的研發(fā)與示范、分散污水處理設(shè)施監(jiān)控體系研究及示范、分散污水長效管理模式機(jī)制的研究。

基于上述研究成果，我們提出了基于互聯(lián)網(wǎng)+的智慧村鎮(zhèn)污水處理整裝成套技術(shù)，包括了四部分內(nèi)容，一是分散污水收集和處理建設(shè)模式，主要解決區(qū)域污水收集和處理模式的選擇比較困難的問題；二是菜單式組合工藝，在“十一五”“十二五”“十三五”系列研究的基礎(chǔ)上，對菜單工藝進(jìn)行了優(yōu)化，補(bǔ)足現(xiàn)有技術(shù)短板；三是農(nóng)村分散污水處理設(shè)施的監(jiān)控平臺，開發(fā)智慧運維監(jiān)管系統(tǒng)，降低運維資源的投入；四是長效管理體制機(jī)制，推動污水全流程管理。

研究成果

處理模式?jīng)Q策模型

課題首先對全北京市的農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，總結(jié)了農(nóng)村污水在收集、處理等治理模式方面的優(yōu)缺點及適用條件，包括負(fù)壓收集系統(tǒng)、重力流收集系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性對比分析，農(nóng)村污水治理模式、建設(shè)費用、運營成本、建設(shè)難易程度、運行難易程度等，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的決策模型提供了第一手資料。

在決策模型開發(fā)過程中，綜合考慮農(nóng)村污水處理的各種因素，確定了幾項關(guān)鍵決策指標(biāo)，主要分為客觀指標(biāo)和主觀指標(biāo)兩類?？陀^指標(biāo)主要指經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，采用的是全生命周期考核；主觀指標(biāo)包括建設(shè)難易程度、管理難易程度。確定指標(biāo)后，我們對指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行了分配。其中，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占比65%，主要是通過專家打分來確定；施工難易程度占比25%，管理難易程度占比10%。最后，構(gòu)建了基于多指標(biāo)的算法模型，對于每種處理模式，模型都會給出一個評估值，根據(jù)數(shù)值來確定最終采用哪種模式。基于多參數(shù)決策模型，利用VB可視化編程實現(xiàn)了模型算法智能化軟件的開發(fā)，并獲得了軟件著作權(quán)。

這個模型開發(fā)過程響應(yīng)了環(huán)境部提出的“邊研究、邊產(chǎn)出、邊應(yīng)用”的思路，課題實施期間已將研究成果應(yīng)用到了通州區(qū)農(nóng)村污水處理工程的前期決策中，有力支撐了北京城市副中心農(nóng)村污水治理。比如，通州區(qū)南儀閣等四個村莊的治理，有兩個備選的治理模式――聯(lián)村方案與單村方案，當(dāng)時政府對于選擇哪種方案一直猶豫。利用多參數(shù)決策模型，我們對兩種方案進(jìn)行了系統(tǒng)評分，最后四村聯(lián)村方案得分比較高，據(jù)此確定了聯(lián)村模式，并落實到了實際工程中。

菜單式組合工藝

調(diào)研結(jié)果顯示，北京市農(nóng)村污水處理站采用的水處理技術(shù)主要有四類。其中MBR工藝應(yīng)用最多，占比達(dá)57.2%，這也與北京市的實際情況相適應(yīng)――2012年北京市發(fā)布的水污染排放標(biāo)準(zhǔn)要求較高，加上一些項目位于水源保護(hù)區(qū)，所以MBR應(yīng)用較多；此外，部分污水站采用的是活性污泥法、人工濕地、生物膜法。針對運營狀況較好的120座處理設(shè)施編制了北京市農(nóng)村生活污水收集處理典型案例，通過召開專題培訓(xùn)會的形式向全市水行業(yè)管理部推介，指導(dǎo)市區(qū)兩級農(nóng)村污水治理工作的實施。

根據(jù)當(dāng)前的運行狀況，課題構(gòu)建了農(nóng)村污水處理技術(shù)的評價體系，提出了適用新地標(biāo)各級標(biāo)準(zhǔn)和基于不同村莊類型的菜單式組合工藝，并把建設(shè)費用和運營費用進(jìn)行了匡算，為地方政府的決策提供前期參考。

在菜單式組合工藝中，課題還進(jìn)行了單元關(guān)鍵技術(shù)研究。目前來看，來自多家企業(yè)的不同技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在一些問題，針對這些關(guān)鍵技術(shù)的難點，我們開展了一些關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。包括強(qiáng)化復(fù)合厭氧生物處理技術(shù)、好氧雙膜處理技術(shù)、多點進(jìn)水生物接觸氧化技術(shù)等；并按照美麗鄉(xiāng)村、資源回收的理念，研究了資源化利用技術(shù)，包括高效膜污水資源化處理技術(shù)和污泥資源化利用技術(shù)；此外，以新地標(biāo)為引領(lǐng)，我們還開展了兩項組合工藝的研究，一個是水解酸化-潮汐流人工濕地組合工藝，另一個是復(fù)合厭氧-強(qiáng)化生物接觸-多介質(zhì)生態(tài)濾床組合工藝。

強(qiáng)化復(fù)合厭氧生物處理技術(shù)是針對新地標(biāo)三級排放標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的工藝?；趨捬跎餅V池、上流式厭氧污泥床和厭氧折流板技術(shù)，研究了針對低濃度農(nóng)村污水的強(qiáng)化復(fù)合厭氧反應(yīng)器，優(yōu)化了生物濾池的填料類型和填充比，以及懸浮污泥反應(yīng)區(qū)折流板數(shù)量、容積比例參數(shù)，確定了強(qiáng)化復(fù)合厭氧反應(yīng)的最佳結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)。穩(wěn)定運行后，COD去除率高于70%，出水濃度為67mg/L（北京新地標(biāo)三級標(biāo)準(zhǔn)要求100mg/L）。

好氧雙膜處理技術(shù)是針對AO工藝的創(chuàng)新研究。一是研發(fā)了微生物高富集密度填料，其比表面積為2756?O/m3，比市場上的組合填料高15%到20%的面積；二是優(yōu)化雙模系統(tǒng)運行參數(shù)，針對污水設(shè)施實際來水濃度低于或者高于設(shè)計值的情況，以A2O系統(tǒng)作為對比，開展低負(fù)荷、高負(fù)荷條件下雙膜系統(tǒng)脫氮除磷優(yōu)化研究，在低負(fù)荷情況下，填料填充比5%到15%，水力停留時間為11.5小時，高負(fù)荷時要加大填料的填充比，適當(dāng)延長總停留時間，V缺：V好按1：1設(shè)計，出水TN濃度小于15mg/L，TP去除率平均80%。

針對多點進(jìn)水生物接觸氧化技術(shù)研究進(jìn)水位置和水位停留時間的影響，獲得了最佳的運行工況參數(shù)。最優(yōu)工況下，水力停留時間為6.55個小時，在一級好氧的缺氧段，進(jìn)水流量4：1的條件下，CDO平均去除率能夠達(dá)到92%，氨氮平均去除率可以達(dá)到97%，總氮平均去除率達(dá)到64.27%。

在組合工藝中，水解酸化-潮汐流人工濕地組合工藝開展了中試規(guī)模研究，每天運行兩個周期，每周期12個小時，接觸空床時間比為6∶6，COD平均去除率86.3%，氨氮平均去除率87%，總氮去除率77.9%；另一個組合工藝是復(fù)合厭氧-強(qiáng)化生物接觸-多介質(zhì)生態(tài)濾床組合工藝，也是經(jīng)過長期實驗得到了最佳運行條件，生物接觸氧化水力停留時間5個小時，多介質(zhì)生態(tài)濾床進(jìn)水負(fù)荷保持在0.75?O/（?O?d）以下，處理能夠?qū)崿F(xiàn)較高的COD、氨氮、總氮總磷的去除效果。

資源化處理主要針對污水資源回收和污泥資源化處置。污水資源回收主要采用膜濃縮技術(shù)經(jīng)過大量的實驗后確定了一些技術(shù)參數(shù)：連續(xù)投加60mg/L的混凝劑PAC和40mg/L的吸附劑粉末活性炭，抽停比為10分鐘∶2分鐘，利用曝氣反沖延緩膜污染，可以實現(xiàn)連續(xù)120個小時跨膜壓差不顯著升高。在污泥停留時間5天的情況下，對COD總磷的去除率能夠達(dá)到80%以上，COD維持在30mg/L升以下，總磷濃度在0.5mg/L以下。如果有農(nóng)業(yè)灌溉的需求，出水可以直接用于農(nóng)業(yè)灌溉；如果不需要農(nóng)業(yè)灌溉，可以進(jìn)行人工強(qiáng)化濕地處理濕地后排放。

分散污泥處置利用開發(fā)了村落車載式剩余污泥脫水設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)吸泥、絮凝、污水回送、污泥卸料，污泥的含水率不超過85%；開展了剩余污泥和農(nóng)村大量的秸稈協(xié)同堆肥的研究工作，堆肥產(chǎn)品能夠滿足我國生物有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥的標(biāo)準(zhǔn)。曝氣參數(shù)為每分鐘250毫升，曝氣1分鐘、停曝20分鐘，3-5天進(jìn)行一次翻堆，在翻堆的過程中要保持60%的含水率。

農(nóng)村分散污水處理設(shè)施監(jiān)控平臺

在全市所有農(nóng)村污水處理監(jiān)測指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過對比原始水質(zhì)和出水水質(zhì)，確定了常規(guī)的COD、氨氮、總氮、總磷、濁度、PH等指標(biāo)的監(jiān)測范圍，并確定了監(jiān)測頻率不少于6次。

之后，確定了分散生活污水處理設(shè)施監(jiān)測設(shè)備的運行參數(shù)和設(shè)備選型，其中，水量監(jiān)測設(shè)備建議安裝明渠超聲波污水流量計和管道電磁流量計，以便準(zhǔn)確獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)；水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備則要求配備COD水質(zhì)在線自動分析儀、總磷水質(zhì)自動分析儀、總氮水質(zhì)自動分析儀、氨氮水質(zhì)自動分析儀、PH水質(zhì)自動分析儀、濁度水質(zhì)自動分析儀。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了分散生活污水處理設(shè)施數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。因為各個廠站是由不同企業(yè)建造，必須統(tǒng)一數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，這個通訊協(xié)議主要是監(jiān)測設(shè)備終端與中心站之間的通信協(xié)議，可支持有線通訊與無線通訊。

此外，還研究了監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和安裝條件、調(diào)試和驗收的內(nèi)容、運行維度要求等，編制了北京市水量水質(zhì)實施監(jiān)控技術(shù)導(dǎo)則，以及分散污水遠(yuǎn)程檢控系統(tǒng)建設(shè)指南，以便于設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

基于上述內(nèi)容，開發(fā)了在線遠(yuǎn)程智能監(jiān)控管理運行平臺。這個平臺基于SOA架構(gòu)，采用J2EE技術(shù)路線，以通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫優(yōu)化、數(shù)據(jù)交換服務(wù)等技術(shù)為核心，集動態(tài)監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報、統(tǒng)計上報等9大子系統(tǒng)為一體。這個平臺的關(guān)鍵技術(shù)是基于輕冗余概念的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，通過建立適當(dāng)?shù)娜哂鄶?shù)據(jù)表，提高在線遠(yuǎn)程檢控系統(tǒng)平臺的查詢和運算效率。在實際運營過程中，除部分需要計算的功能模塊外，其余的響應(yīng)時間一般不超過3秒鐘，并發(fā)用戶數(shù)可以達(dá)到10戶。

這個平臺的可實現(xiàn)多重功能。一是綜合展示，以便整體掌控全村污水處理情況，包括污水處理量信息、處理設(shè)施情況統(tǒng)計、在線監(jiān)測統(tǒng)計、聯(lián)合分析和在線設(shè)施運行情況；二是視頻監(jiān)控，實現(xiàn)污水處理設(shè)施視頻查看，圖片抓取等功能；三是巡查情況，系統(tǒng)連接市級平臺、區(qū)級平臺以及運營管控單位三者之間的業(yè)務(wù)工作，將整改、督辦任務(wù)在系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)完成，實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息上報和任務(wù)的下達(dá)，巡查情況包括市檢查情況、市第三方抽查情況、區(qū)檢查情況、區(qū)第三方抽查情況，以及整改反饋和巡查監(jiān)管報告；四是經(jīng)費補(bǔ)貼，包括污水處理量的核定、經(jīng)費補(bǔ)貼核算管理、在線經(jīng)費撥付管理、資金使用信息等；五是考核報告的自動生成；六是問題報警。

農(nóng)村分散污水長效管理模式

在建設(shè)環(huán)節(jié)，經(jīng)過國內(nèi)外調(diào)研并結(jié)合北京市實際情況，提出以政府主導(dǎo)的EPC+O模式、社會資本參與的PPP模式兩種模式為主。這幾年的運行情況顯示，PPP模式效果不如EPC+O的模式更好。

對于運維環(huán)節(jié)，提出了1+N+X連片運維模式。其中“1”指一個區(qū)縣的城鎮(zhèn)級的污水處理廠，是中心維護(hù)單位；下面分了N個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在N個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立二級污水處理站；二級污水處理下面會附帶很多村莊，X就是指對很多村莊進(jìn)行連帶的運維管控。

在監(jiān)管方面，提出構(gòu)建以市水務(wù)局為核心的三級監(jiān)管體系，研究市水務(wù)局、區(qū)水務(wù)局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)主管部門、第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)、各委辦局、各區(qū)環(huán)保局的管理職責(zé)劃分。這些成果形成了《村莊生活污水收集與處理技術(shù)規(guī)程》、《農(nóng)村污水處理廠運行維護(hù)技術(shù)規(guī)程》，以及《北京市污水處理工作的考核辦法》，有效支撐了農(nóng)村污水建設(shè)運維與監(jiān)管的工作。

技術(shù)示范

“十三五”水專項課題規(guī)定的示范任務(wù)是50處技術(shù)示范、200處推廣應(yīng)用。目前，課題基本上實現(xiàn)了合同約定內(nèi)容，在示范項目中，門頭溝27處、房山14處、通州8處、昌平4處。處理的工藝主要包括改良AO+MBR、改良A2O+MBR、改良A2O+砂率等。這些項目的處理規(guī)模不一，日處理規(guī)模介于20噸-1500噸之間，大部分規(guī)模為100-300噸。

北京市大部分采用的是聯(lián)村模式，很少有單戶分散處理。因而在技術(shù)方面應(yīng)用較多的主要是雙膜系統(tǒng)柔性填料、多點進(jìn)水、人工濕地、高效膜濃縮等技術(shù)。

監(jiān)管方面，北京市納入考核清單的污水處理設(shè)施有954處，實際上，北京有將近1300處污水處理設(shè)施，已經(jīng)納入這個監(jiān)管平臺的有779處，實現(xiàn)了實時上傳，有力支撐了設(shè)施的監(jiān)管。