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，水專項課題設置了“畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理與資源化技術研究”并開展一項工程示范；針對分散式生活污水，設置了“北方村鎮(zhèn)生活污水低耗能易管理處理技術集成研究與示范”，其中厭氧濾池+自然能好氧處理技術、厭氧濾井+人工濕地處理這兩項技術進行了工程示范；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)濕地凈化技術研究與示范”，主要采用景觀濕地串聯(lián)氧化塘處理技術。

“十二五”時期，北京市實施了《加快污水處理和再生水利用設施建設三年行動方案》，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，全流域水體達標率也由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)村建設等項目的推進，結合治理目標再去梳理北京市農(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起來；四是缺乏長期的管理機制，缺乏建設、運營、監(jiān)管和技術指導方面的文件，導致運行效率不高。

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施建設模式的研究、污水菜單式組合工藝及設備的研發(fā)與示范、分散污水處理設施監(jiān)控體系研究及示范、分散污水長效管理模式機制的研究。

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，包括了四部分內(nèi)容，一是分散污水收集和處理建設模式，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”系列研究的基礎上，對菜單工藝進行了優(yōu)化，補足現(xiàn)有技術短板；三是農(nóng)村分散污水處理設施的監(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)狀進行了調(diào)研，總結了農(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，包括負壓收集系統(tǒng)、重力流收集系統(tǒng)的經(jīng)濟性對比分析，農(nóng)村污水治理模式、建設費用、運營成本、建設難易程度、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，確定了幾項關鍵決策指標，主要分為客觀指標和主觀指標兩類?？陀^指標主要指經(jīng)濟指標，采用的是全生命周期考核；主觀指標包括建設難易程度、管理難易程度。確定指標后，我們對指標的權重進行了分配。其中，經(jīng)濟指標占比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，構建了基于多指標的算法模型，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。

這個模型開發(fā)過程響應了環(huán)境部提出的“邊研究、邊產(chǎn)出、邊應用”的思路，課題實施期間已將研究成果應用到了通州區(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)研結果顯示，北京市農(nóng)村污水處理站采用的水處理技術主要有四類。其中MBR工藝應用最多，占比達57.2%，這也與北京市的實際情況相適應――2012年北京市發(fā)布的水污染排放標準要求較高，加上一些項目位于水源保護區(qū)，所以MBR應用較多；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，通過召開專題培訓會的形式向全市水行業(yè)管理部推介，指導市區(qū)兩級農(nóng)村污水治理工作的實施。

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

在菜單式組合工藝中，課題還進行了單元關鍵技術研究。目前來看，來自多家企業(yè)的不同技術在實際應用中還存在一些問題，針對這些關鍵技術的難點，我們開展了一些關鍵技術的研發(fā)。包括強化復合厭氧生物處理技術、好氧雙膜處理技術、多點進水生物接觸氧化技術等；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，包括高效膜污水資源化處理技術和污泥資源化利用技術；此外，以新地標為引領，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，另一個是復合厭氧-強化生物接觸-多介質(zhì)生態(tài)濾床組合工藝。

強化復合厭氧生物處理技術是針對新地標三級排放標準而開發(fā)的工藝。基于厭氧生物濾池、上流式厭氧污泥床和厭氧折流板技術，研究了針對低濃度農(nóng)村污水的強化復合厭氧反應器，優(yōu)化了生物濾池的填料類型和填充比，以及懸浮污泥反應區(qū)折流板數(shù)量、容積比例參數(shù)，確定了強化復合厭氧反應的最佳結構和設計參數(shù)。穩(wěn)定運行后，COD去除率高于70%，出水濃度為67mg/L（北京新地標三級標準要求100mg/L）。

好氧雙膜處理技術是針對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)，針對污水設施實際來水濃度低于或者高于設計值的情況，以A2O系統(tǒng)作為對比，開展低負荷、高負荷條件下雙膜系統(tǒng)脫氮除磷優(yōu)化研究，在低負荷情況下，填料填充比5%到15%，水力停留時間為11.5小時，高負荷時要加大填料的填充比，適當延長總停留時間，V缺：V好按1：1設計，出水TN濃度小于15mg/L，TP去除率平均80%。

針對多點進水生物接觸氧化技術研究進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，進水流量4：1的條件下，CDO平均去除率能夠達到92%，氨氮平均去除率可以達到97%，總氮平均去除率達到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合厭氧-強化生物接觸-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)濾床進水負荷保持在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經(jīng)過大量的實驗后確定了一些技術參數(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，可以進行人工強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肥和有機無機復合肥的標準。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)村分散污水處理設施監(jiān)控平臺

在全市所有農(nóng)村污水處理監(jiān)測指標的基礎上，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施監(jiān)測設備的運行參數(shù)和設備選型，其中，水量監(jiān)測設備建議安裝明渠超聲波污水流量計和管道電磁流量計，以便準確獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)；水質(zhì)監(jiān)測設備則要求配備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。

在此基礎上，設計了分散生活污水處理設施數(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)控技術導則，以及分散污水遠程檢控系統(tǒng)建設指南，以便于設施標準化和規(guī)范化。

基于上述內(nèi)容，開發(fā)了在線遠程智能監(jiān)控管理運行平臺。這個平臺基于SOA架構，采用J2EE技術路線，以通訊網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫優(yōu)化、數(shù)據(jù)交換服務等技術為核心，集動態(tài)監(jiān)測、預警預報、統(tǒng)計上報等9大子系統(tǒng)為一體。這個平臺的關鍵技術是基于輕冗余概念的數(shù)據(jù)庫結構優(yōu)化技術，通過建立適當?shù)娜哂鄶?shù)據(jù)表，提高在線遠程檢控系統(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，其余的響應時間一般不超過3秒鐘，并發(fā)用戶數(shù)可以達到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、處理設施情況統(tǒng)計、在線監(jiān)測統(tǒng)計、聯(lián)合分析和在線設施運行情況；二是視頻監(jiān)控，實現(xiàn)污水處理設施視頻查看，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)務工作，將整改、督辦任務在系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)完成，實現(xiàn)業(yè)務信息上報和任務的下達，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)費補貼，包括污水處理量的核定、經(jīng)費補貼核算管理、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

在建設環(huán)節(jié)，經(jīng)過國內(nèi)外調(diào)研并結合北京市實際情況，提出以政府主導的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行連帶的運維管控。

在監(jiān)管方面，提出構建以市水務局為核心的三級監(jiān)管體系，研究市水務局、區(qū)水務局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)主管部門、第三方監(jiān)管機構、各委辦局、各區(qū)環(huán)保局的管理職責劃分。這些成果形成了《村莊生活污水收集與處理技術規(guī)程》、《農(nóng)村污水處理廠運行維護技術規(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)村污水建設運維與監(jiān)管的工作。

技術示范

“十三五”水專項課題規(guī)定的示范任務是50處技術示范、200處推廣應用。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。因而在技術方面應用較多的主要是雙膜系統(tǒng)柔性填料、多點進水、人工濕地、高效膜濃縮等技術。

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