劉宏　羅婧　張舒惠　裴雪　周艷欣　金萍萍

【摘 要】在當(dāng)前水污染日益加劇的背景形勢下，水污染治理問題變得十分突出。隨著實(shí)踐和認(rèn)知的不斷深入，人類的污水處理技術(shù)也在不斷優(yōu)化和提升。其中生態(tài)水魔方以其高效、低成本、能源低消耗等優(yōu)勢已經(jīng)走入民眾視野，成為當(dāng)前治理水污染的理想技術(shù)之選?；谶@一背景本文來探討生態(tài)水魔方技術(shù)，并結(jié)合其在炭廠村的應(yīng)用來探究該技術(shù)的污水處理價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】生態(tài)水魔方；炭廠村；生活污水處理

中圖分類號(hào)： X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0226-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.093

1 生態(tài)水魔方概述

1.1 生態(tài)水魔方的詮釋

生態(tài)水魔方實(shí)質(zhì)上是一個(gè)污水處理的創(chuàng)意方案，國際上又稱之為模塊化綠色生態(tài)污水處理方案。它是基于“零能耗”、“模塊化”、“綠色生態(tài)污水處理”等系統(tǒng)理念，利用現(xiàn)有先進(jìn)的污水處理及新能源技術(shù)，將目前污水處理領(lǐng)域最節(jié)能的生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)和最具生態(tài)效應(yīng)的人工濕地技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)和污水源熱泵技術(shù)為污水處理提供動(dòng)力和能量，建設(shè)能源自給自足，污水深度處理并回用，美化景觀并具有氣候調(diào)節(jié)作用的“能源消耗最小化、資源利用最大化”綠色生態(tài)污水處理系統(tǒng)。

1.2 生態(tài)水魔方的價(jià)值

生態(tài)水魔方集合預(yù)處理模塊（一級處理）、生物轉(zhuǎn)盤模塊（二級生化處理）、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)（三級生化處理），逐層去除水中的懸浮物、有機(jī)物并對水體進(jìn)行深度凈化，最后回用。而在能源上，上述三個(gè)模塊的運(yùn)行通過污水源熱泵模塊供熱，通過光伏發(fā)電模塊供電。五個(gè)模塊相互獨(dú)立又互相依賴，組成了一套自給自足的綠色生態(tài)污水處理系統(tǒng)?？傮w來看，該系統(tǒng)運(yùn)行成本低、能原消耗量小、不產(chǎn)生額外污染且凈化效果理想，具有較高的社會(huì)效益和環(huán)境效益。除此之外，該系統(tǒng)又具備可升級性，針對不同的污水處理項(xiàng)目，可相應(yīng)增加或減少構(gòu)成模塊，以確保污水處理效果。

2 生態(tài)水魔方在炭廠村的生活污水處理項(xiàng)目中的應(yīng)用

2017年4月，作為引入示范工程——生態(tài)水魔方在北京市門頭溝區(qū)炭廠村正式投入建設(shè)。

2.1 炭廠村的生活污水情況

明確炭廠村的生活污水情況是設(shè)計(jì)生態(tài)水魔方的前提和基礎(chǔ)。炭廠村位于北京市門頭溝區(qū)，氣候宜人、植被豐茂，環(huán)境優(yōu)美，是周邊城區(qū)民眾休閑旅游、避暑的理想之地。近年來炭廠村響應(yīng)政府生態(tài)文明建設(shè)的號(hào)召，依托當(dāng)?shù)氐穆糜钨Y源大力發(fā)展旅游業(yè)。隨著旅游業(yè)的興盛，水污染問題成為炭廠村面臨的重要生態(tài)環(huán)境問題。

總體來看，炭廠村產(chǎn)生的廢水主要為村民及游客產(chǎn)生的生活污水和餐廚廢水，預(yù)計(jì)最高日污水量約為100m3/d。污水產(chǎn)生特點(diǎn)是：污水產(chǎn)生量變化較大，旅游旺季（夏季前后）時(shí)游客多，污水產(chǎn)生量較大；旅游淡季（冬季前后）時(shí)游客少，污水產(chǎn)生量較小。炭廠村排水體制采用雨污分流制。生活污水經(jīng)化糞池、餐廚廢水經(jīng)過隔油池后采用暗管系統(tǒng)匯流排至污水處理系統(tǒng)。雨水由雨水管網(wǎng)就近排放入村內(nèi)河道中。為保證生活污水達(dá)標(biāo)排放，避免對地下水和地表水造成污染，根據(jù)《北京市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/307-2013）的要求，本設(shè)計(jì)方案對炭廠村生活污水提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的處理措施，確保污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 生態(tài)水魔方的項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃

2.2.1 生態(tài)水魔方生活污水處理工藝流程

生態(tài)水魔方生活污水處理工藝依循如下四項(xiàng)原則來展開流程設(shè)計(jì)，即能經(jīng)濟(jì)有效地去除污染物，穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)出水要求；能適應(yīng)水量水質(zhì)變化時(shí)有效處理的要求；運(yùn)行低能耗、管理方便、運(yùn)行可靠；占地面積、總投資及運(yùn)行費(fèi)用等各項(xiàng)指標(biāo)較先進(jìn)；不產(chǎn)生二次污染。

具體的流程涵蓋進(jìn)入、格柵、調(diào)節(jié)池、生物轉(zhuǎn)盤模塊、人工濕地模塊、出水六個(gè)環(huán)節(jié)（如下圖1）。具體來看，污水經(jīng)過隔油池和化糞池處理后，通過人工格柵截留粒徑較大的固體顆粒后流入調(diào)節(jié)池，在進(jìn)行水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)的同時(shí)，污水在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行初次沉淀；然后用潛污泵將污水泵入生物轉(zhuǎn)盤進(jìn)行二級處理，去除大部分COD和BOD5，最后進(jìn)入人工濕地進(jìn)行三級處理。經(jīng)一系列處理后，污水最終流入河道達(dá)標(biāo)排放。

圖1 “生態(tài)水魔方”工藝流程圖

2.2.2 生態(tài)水魔方的設(shè)備及構(gòu)筑物

在炭廠村的生態(tài)水魔方設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的過程中，主要運(yùn)用到的設(shè)備和構(gòu)筑物包括格柵井、調(diào)節(jié)池、生物轉(zhuǎn)盤、人工濕地、光伏發(fā)電。具體來看：

格柵井的功能在于去除粒徑較大漂浮物，以利于后續(xù)處理。結(jié)合炭廠村的生活污水的參數(shù)為5mm，最大設(shè)計(jì)流量5m3/h等實(shí)際情況，本次方案中格柵井的規(guī)格為L×B=1000mm×300mm，柵條間隙5mm，數(shù)量為1個(gè)。

調(diào)節(jié)池的功能為調(diào)節(jié)水量、均化水質(zhì)，兼作初沉池。參數(shù)：設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)時(shí)間24h。池體設(shè)計(jì)：1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積120m3，設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=6m×5m×4m。配套設(shè)備有CT-5 0.75-50型污泥泵、ST-5 0.75-40ST型污水泵。

生物轉(zhuǎn)盤的功能為降解有機(jī)物。參數(shù)：運(yùn)行功率1.5kW。池體設(shè)計(jì)：1座，半埋地結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸：L×B=8m×4m。

人工濕地的功能：對生物轉(zhuǎn)盤出水進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步去除污染物。設(shè)計(jì)參數(shù)：人工濕地設(shè)計(jì)規(guī)模為100m3/d，濕地類型確定為潛流人工濕地。潛流人工濕地主要包括進(jìn)水渠、濕地處理單元和出水渠三部分。工程占地約300m2。水力負(fù)荷為0.33m3/（m2.d），水力停留時(shí)間為1.08d。池體尺寸：設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=20×15×1.2m。其中潛流人工濕地的設(shè)計(jì)流量：100m3/d，單格面積：20×15×1.2m，尺寸：300m2，水力停留時(shí)間：1.08d。填料內(nèi)容為防滲土工膜、碎石填料、種植土、濕地植物。其中濕地植物經(jīng)考察現(xiàn)場，依據(jù)現(xiàn)有地形，在地勢較高處栽種蘆竹、蘆葦?shù)冉?jīng)濟(jì)性較高的挺水植物，在低洼一帶種植蘆葦和香蒲等挺水植物，在靠近溝渠種植本土浮葉植物，在水深較深處栽種沉水植物。

光伏發(fā)電的功能為建設(shè)5kWp的小型太陽能光伏發(fā)電，最大限度的利用光能，減少經(jīng)濟(jì)開支，改善環(huán)境，達(dá)到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙收益。參數(shù)為系統(tǒng)的太陽能光伏電池組件選用315Wp的單晶硅太陽電池組件；并網(wǎng)逆變器選用5kW；每個(gè)電池串列按照7塊電池組件串聯(lián)進(jìn)行設(shè)計(jì)：5kW的并網(wǎng)單元需配置2個(gè)電池串列，共計(jì)14塊電池組件，實(shí)際峰值功率為4.4kWp。根據(jù)公式計(jì)算，5kWp光伏逆變器柜需逆變模塊數(shù)量為1臺(tái)，實(shí)際裝機(jī)容量5kWp，每個(gè)逆變器所需組件并聯(lián)數(shù)為2串。實(shí)取太陽能組件峰值功率4.4kW?？刹捎肶L315P-29c-36V 16塊，外形尺寸1920X990每個(gè)逆變器8串1并，288V/串 共計(jì)5.04kW（如下圖2）。

3 結(jié)論

生態(tài)水魔方污水處理系統(tǒng)所具備的低碳環(huán)保、節(jié)能高效、低成本等優(yōu)勢順應(yīng)當(dāng)前我國的生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展要求，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。炭廠村是生態(tài)水魔方污水處理系統(tǒng)的示范項(xiàng)目。本文以此為課題來開展系列研究，以進(jìn)一步探究炭廠村生態(tài)水魔方污水處理系統(tǒng)項(xiàng)目的可行性與價(jià)值，為該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供參考。

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