林艷

(湖南省長沙市生態(tài)環(huán)境局天心分局,湖南 長沙 410114)

近幾年,長株潭地區(qū)積極采取農(nóng)村環(huán)境綜合整治措施、創(chuàng)建生態(tài)文明建設(shè)示范村相關(guān)項(xiàng)目平臺,因地制宜,積極探索符合長株潭地區(qū)農(nóng)村特點(diǎn)的、可復(fù)制、可推廣的農(nóng)村生活污水治理模式,以此更好的提升當(dāng)?shù)貐^(qū)域農(nóng)村居民的生活環(huán)境質(zhì)量,補(bǔ)齊并推動農(nóng)村發(fā)展中的短板,以實(shí)現(xiàn)全面小康社會的順利建成,同時為積極建設(shè)幸福富裕的現(xiàn)代化湖南貢獻(xiàn)力量。

長株潭地區(qū)在農(nóng)村環(huán)境綜合整治方面的成效,以及在本地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)示范村創(chuàng)建等相關(guān)項(xiàng)目中積極采取的相關(guān)污水治理措施所取得的成效,旨在為今后相關(guān)工作提供參考。

1 治理前區(qū)域農(nóng)村生活污水處理及排放狀況

長株潭地區(qū)在治理前不具備系統(tǒng)的生活污水處理方案以及相關(guān)設(shè)施,只有一小部分農(nóng)村住戶的生活污水會通過化糞池或者沼氣池進(jìn)行處理后再排放,但大部分農(nóng)村住戶的生活用水及污水未經(jīng)任何處理環(huán)節(jié)而直接排放。農(nóng)戶的日常生活用水及污水主要來自于餐廚廢水、洗涮沐浴廢水以及廁水沖水等幾方面,表現(xiàn)為污染濃度低、來源分散且污水處理率較低等特征。

2 區(qū)域生活污水治理技術(shù)方案

為妥善安全處理區(qū)域農(nóng)村生活污水,對可納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的居民區(qū)就近納入污水管網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一處理；對不能納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的集中式居民區(qū)采取集中收集、統(tǒng)一處理的治理模式,通過建設(shè)集中式人工濕地等方式處理生活污水；對不能納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的分散戶,采取分散型四池凈化技術(shù)進(jìn)行處理。

2.1 集中污水人工濕地處理技術(shù)

針對居民集中居住和公益機(jī)構(gòu)(村級小學(xué)、幼兒園),采用集中污水處理設(shè)施進(jìn)行污水處理。

2.1.1 工藝流程

對集中居住點(diǎn)的污水排放,由于集中居住區(qū)住戶較多,污水量較大,直接進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)沖擊負(fù)荷較大,因此需要在前面加一套預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理之后再進(jìn)入濕地系統(tǒng)。在本區(qū)域中采用“預(yù)處理+人工濕地”進(jìn)行污水處理。

圖1 為處理工藝流程圖。

圖1 生活污水處理工藝流程框圖

2.1.2 污水處理

生活污水在通過管網(wǎng)進(jìn)行收集后,再流入格柵池,格柵池是由人工安裝的格柵進(jìn)行分隔,其作用是隔除污水中的大顆粒懸浮物或者在塊飄浮物,為后續(xù)的生化處理環(huán)節(jié)緩解負(fù)荷,以保障整個汗水處理系統(tǒng)的工作效能更高更穩(wěn)定。污水通過格柵將大顆粒懸浮物隔除后流入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的容積根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)定且有容積要足夠,可以有效地調(diào)節(jié)水質(zhì),之后污水通過自流進(jìn)入?yún)捬醭?。厭氧池中采用厭氧生化處理工?以為微生物的繁殖提供場所。在大量微生物的繁殖下,微生物的繁殖主要是攝取污水中的污染物質(zhì),其中部分污染物質(zhì)分解為CO2和H2O,以促進(jìn)微生物快速的新陳代謝,其中部分經(jīng)轉(zhuǎn)化后還是微生物,并沉淀下來成為污泥,也因此被分離出來。即通過厭氧池分解處理后的污水再流入沉淀分離池,在此池中實(shí)現(xiàn)泥水分離,分離后的上清液再導(dǎo)流至人工濕地池。在人工濕地池中,根據(jù)污水處理的實(shí)際情況植入具備凈化能力的植物如。人工濕地的填料是專門研發(fā)的輕質(zhì)、多空材料,具有極大的表面積和較強(qiáng)的吸附能力。同時濕地填料為“濕地系統(tǒng)”中的微生物提供生長的場所。人工濕地系統(tǒng)即為人工基質(zhì)、水生植物和微生物共同作用形成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),污水通過人工濕地的分解處理,污水得到充分的處理,排放到納污水體。

2.1.3 泥渣收集及處理

通過格柵隔除后的柵渣再做專業(yè)統(tǒng)一的存放處理,通常先將其規(guī)范存放后統(tǒng)一運(yùn)送至垃圾處理廠進(jìn)行集中處理。在泥渣預(yù)處理過程中,少部分污泥能夠在長其內(nèi)自行消化,剩余消化不了的污泥需要進(jìn)行定期清理,并提取出來做肥料。

2.2 分散型四池凈化技術(shù)

2.2.1 工藝原理

分散居住區(qū)域的污水采用安裝單戶四池凈化系統(tǒng)進(jìn)行污水處理或者統(tǒng)一將污水排入四池凈化系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理。四池進(jìn)化處理系統(tǒng)可分為四格：初沉段,排出的生活污水流入初沉段,以此階段大顆粒無機(jī)物質(zhì)進(jìn)行沉淀,同時一些較輕的物質(zhì)會懸浮上升至水面,形成一層浮渣層。污水則由初沉段中部位置的過水孔過濾流入?yún)捬醵?進(jìn)入?yún)捬醵魏髣t對污水進(jìn)行厭氧生化處理,經(jīng)過厭氧微生物的作用,將污染物質(zhì)分解為CO2和H2O,再通過厭氧段下部的過水孔流入二沉段,在厭氧段進(jìn)行厭氧處理后的污水在二沉段經(jīng)過沉淀后完成泥水分離,泥水分離后的沉淀污泥則經(jīng)由二沉段下部位置又回到過水孔返回至厭氧段,最終的上清液注入至人工濕地處理段。在此段則采取快滲處理工藝,在人工濕地區(qū)則設(shè)計(jì)為潛流型對濕地進(jìn)行布置,在濕地填料上根據(jù)需要種植一些四季耐寒植物的植物,通過快滲處理的過濾作用以及濕地填料的吸附作用,再結(jié)合微生物的分解作用以及植物吸收作用,污水中的污染物質(zhì)經(jīng)過幾次去除后排出,以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村污水處理的作用。如圖2 所示。

圖2 農(nóng)村散戶生活污水四池凈化設(shè)備

2.2.2 工藝特點(diǎn)

2.2.2.1 四池凈化設(shè)備的運(yùn)用使農(nóng)村污水處理簡單規(guī)范

四池凈化設(shè)備的選擇,要根據(jù)長株潭地區(qū)農(nóng)村污水排放量的大小以及當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛驳忍攸c(diǎn)進(jìn)行安裝與建設(shè),降低了建設(shè)難度也縮短了施工時間,這種四池凈化的處理工藝完全避免了磚砌四格凈化池經(jīng)常出現(xiàn)的滲漏問題,避免二次污染的發(fā)生。

2.2.2.2 快滲填料方式確保處理效果持久有效

快滲人工濕地處理工藝,其中的濕地填料在本項(xiàng)目中選擇一種復(fù)合材料,這種復(fù)合材料作為填料相對傳統(tǒng)的分層填裝材料其工藝簡單,系統(tǒng)成本低,同時,快滲人工濕地處理工藝可避免堵塞,有利于人工濕地的運(yùn)行壽命。

2.3 模糊PID 污水處理

2.3.1 工藝原理

模糊PID 污水處理工藝原理,即由曝氣裝置向污水中輸送具有一定壓力的空氣,以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)污水中溶解氧的濃度。溶解氧的濃度直接影響至生化池出水水質(zhì)。如果污水中的溶解氧濃度低,則在生化反應(yīng)過程中會出現(xiàn)延遲或抑制,污水處理效果低；如果曝氣含量過高,污水中的微生物活性將會被破壞掉。但與此同時,曝氣裝置的能耗較高,其能耗基本占據(jù)了總能耗50%以上,如果出現(xiàn)過渡消耗會增大污水處理成本。即需要設(shè)置曝氣自動控制系統(tǒng),以PLC 控制模式和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合,控制曝氣的精確度,以減少能耗,更好的提升污水處理效率。

2.3.2 PID 控制的數(shù)學(xué)模式

利用PID 控制的數(shù)學(xué)模型,以得出公式中的參數(shù),實(shí)現(xiàn)處理系統(tǒng)具有良好的控制。

2.3.3 模糊PID 控制系統(tǒng)的控制原理

模糊PID 控制系統(tǒng),即將PID 控制模式和模糊控制法兩者相結(jié)合,此種控制措施是將模糊控制法的優(yōu)勢(靈活、不依賴數(shù)學(xué)模型等特性)得到充分發(fā)揮,又將PID算法的控制精度融合進(jìn)來。

2.3.4 模糊控制原理

通過模糊控制模型把偏差E(本公式中即指溶氧度的實(shí)際值與設(shè)定值之間的差)以及偏差的變化率Ec(E(k)與E(k-1)的差)做為模糊推理的輸入,通過一系列的模糊推理后,輸出△KP、△Ki、△Kd,再用△KP、△Ki、△Kd 去修正PID 控制模型,整定PID 的三個參數(shù)KP、Ki、Kd,利用PID 控制模型,獲得精準(zhǔn)輸出量。

2.3.5 模糊控制器的策略

設(shè)計(jì)模糊控制器,基本歸為幾步：輸入變量模糊化、建立模糊控制規(guī)則、輸出變量去模糊化的步驟。

綜合以上幾種控制策略,總結(jié)出以上三個參數(shù)對模糊控制器的影響和規(guī)則。表1,△KP 控制規(guī)則表。如可確定Kp 的控制規(guī)則為如下7×7 的矩陣(單條規(guī)則的確定原則為：IF E(K)and Ec(K),THEN U(K))。

表1 △KP 控制規(guī)則表

再接下來,進(jìn)行模糊推理,并得出△KP、△Ki、△Kd的隸屬函數(shù)表,保存在PLC 的存儲單元后,可以做為是PLC 進(jìn)行模糊控制的規(guī)則庫,是模糊控制的核心依據(jù)。

輸出結(jié)果：

△KP、△Ki、△Kd 的輸出結(jié)果,仍需去模糊化。采用常用的最大隸屬度法或重心法等都可。結(jié)果修正了KP、Ki、Kd 的值,例如Kp=Kp0+△KP。修正KP、Ki、Kd 的值,PID 控制器的輸出便進(jìn)一步修正。

即以PLC 做為控制核心,通過現(xiàn)場傳感器采集污水參數(shù),如溶解氧濃度、流量,運(yùn)算處理后,做為模糊PID控制器的輸入量,通過PLC 的程序控制,完成模糊PID運(yùn)算后,對外調(diào)整輸出量,實(shí)現(xiàn)精確曝氣控制。

3 區(qū)域生活污水治理內(nèi)容

3.1 農(nóng)村環(huán)境綜合整治

結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,在居民集中居住和公益機(jī)構(gòu)(村級小學(xué)、幼兒園)采用集中式污水處理系統(tǒng)對生活污水進(jìn)行處理；在居民分散居住區(qū)域采用安裝單戶四池凈化系統(tǒng)進(jìn)行污水處理；同時改造污水管網(wǎng)解決長期困擾居民出行的污水橫流問題。如表2 所示。

表2 農(nóng)村環(huán)境綜合整治實(shí)施項(xiàng)目

3.2 生態(tài)文明建設(shè)示范村創(chuàng)建

在區(qū)域省級小微水體示范區(qū)已經(jīng)改建5 格化糞池+小濕地100 戶的基礎(chǔ)上修建集中式生活污水處理系統(tǒng),繼續(xù)增加覆蓋住戶328 戶,某農(nóng)家樂11 戶住戶修建集中污水處理系統(tǒng)。著力提高現(xiàn)有集中式污水處理設(shè)施的處理能力和設(shè)施覆蓋范圍,將游客出游所產(chǎn)生的生活污水進(jìn)行綜合考慮污水處理設(shè)計(jì)方案,并對雨污分流系統(tǒng)進(jìn)一步完善；針對村民居住較為集中區(qū)域,加強(qiáng)集中式污水處理設(shè)施建設(shè)力度；針對分散式居民點(diǎn),進(jìn)一步配套污水還田利用設(shè)施,通過房前屋后的菜地、園地充分消納污水,保障污水不外排,保障村域農(nóng)村生活污水得到有效處理。

4 治理成效

4.1 環(huán)境效益

隨著長株潭地區(qū)實(shí)施環(huán)境綜合整治項(xiàng)目以來,生活污水治理取得了良好的成效,處治率達(dá)到了90.1%；生態(tài)文明建設(shè)示范村的創(chuàng)建,創(chuàng)建區(qū)域在小微水體示范區(qū)修建生活污水的處理工藝采用集中式污水處理系統(tǒng),示范區(qū)以外的農(nóng)村居民則根據(jù)實(shí)際情況選擇三(四)格化糞池污水處理方式或者小型人工濕地處理工藝,生活污水處理率達(dá)95%。生活污水治理項(xiàng)目的實(shí)施使區(qū)域環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施得到完善,區(qū)域水土生態(tài)環(huán)境得到有效提升,綠地系統(tǒng)和景觀系統(tǒng)不斷完善,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能不斷增強(qiáng),生態(tài)文明建設(shè)水平整體提升。

4.2 社會效益

4.2.1 確立了區(qū)域農(nóng)村生活污水治理管理機(jī)制和運(yùn)行機(jī)制。確立區(qū)域農(nóng)村生活污水治理工作領(lǐng)導(dǎo)小組,聘用專業(yè)運(yùn)營維護(hù)管理人員,制定污水處理設(shè)施日常管理與運(yùn)營維護(hù)手冊等,不斷地健全和完善相關(guān)規(guī)章管理制度,建立起長效運(yùn)行機(jī)制。

4.2.2 促進(jìn)了實(shí)用技術(shù)的推廣。通過區(qū)域生活污水治理項(xiàng)目的實(shí)施,為農(nóng)村生活環(huán)保實(shí)用技術(shù)提供了良好的傳播平臺,選擇三(四)格化糞池污水處理方式或者小型人工濕地處理工藝實(shí)用性強(qiáng)、資金投入少、便于管理、應(yīng)用效果好等優(yōu)點(diǎn),形成了良好的污水處理結(jié)構(gòu)模塊,對提升村民的環(huán)保意識有很大促進(jìn)作用,同時提升了村民的生活環(huán)境質(zhì)量,真正體驗(yàn)到現(xiàn)代農(nóng)村環(huán)境管理理念和方案帶來的好處。

4.2.3 為農(nóng)村生活污水治理提供可參考依據(jù)。通過總結(jié)區(qū)域生活污水治理項(xiàng)目的良好的實(shí)施效果,詳細(xì)分析該項(xiàng)目實(shí)施后獲得的綜合社會效益,為今后制定相關(guān)的農(nóng)村生活污水治理工藝、方案提供了有價值的參考依據(jù)。

5 結(jié)論

在長株潭地區(qū)落實(shí)農(nóng)村生活污水治理項(xiàng)目,與此同時,拓展城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)逐漸向周圍的農(nóng)村進(jìn)行延伸覆蓋,深化推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理技術(shù)的研究,以及相關(guān)處理設(shè)施的研發(fā)；積極促進(jìn)農(nóng)村生活污水縣域統(tǒng)籌治理工作,通過宣傳等方式降低生活污水源頭的排放量,并做好處理尾水的回收利用。以每戶為單位,做好房前屋后的清淤疏浚,輔助更多的方式方法實(shí)現(xiàn)恢復(fù)水生態(tài)的綜合治理措施,著重深化農(nóng)村黑臭水體的處理與整治力度。