【技术交流】走进水专项 | 王培京：基于“互联网 ”的智慧村镇污水处理整装成套技术

在JIEI参与主办的走进水专项系列线上研讨会上，北京市水科院水环境研究所的所长王培京介绍了基于“互联网+”的智慧村镇污水成立整装成套技术。

据介绍，北京较早开始了村镇污水处理的探索和实践，随着“水十条”、黑臭水体治理、美丽乡村建设等工作的落实，对相关领域工作提出了更高的要求。为此，水专项京津冀版块课题开展了“北运河上游分散生活污水治理技术模式与运营、监管机制研究示范”，通过梳理前一阶段设施建设、运行、管理等环节的难点和瓶颈，明确了北京地区村镇污水处理的一揽子技术需求，展开针对性研究：一是分散污水收集模式和处理设施建设模式研究，二是菜单式组合工艺及设备的研发与示范，三是处理设施监控体系研究及示范，四是长效管理模式机制的研究。

基于以上研究成果，课题提出了基于互联网+的智慧村镇污水处理整装成套技术，以期实现村镇污水处理有理论支撑，有技术配套，有平台监管，有考核保障，确保污水处理工作确有成效、取得长效。

针对农村分散生活污水治理模式决策难、治理工艺选择难、处理设施监管难以及长效管理机制不健全等问题，以决策科学化、技术实用化、监督高效化和管理长效化为出发点，在污水收集和建设模式、污水菜单式组合工艺及设备、污水处理设施监控体系以及分散污水长效管理机制等方面开展相关研究，形成基于“互联网+”的智慧村镇污水处理整装成套技术，为北京市农村污水治理提供全面的科技支撑。

北京市农村分散污水治理存在的主要问题

“十三五”时期，随着国家水十条的发布，黑臭水体治理以及美丽乡村建设需求工作的落实，梳理北京市农村污水处理存在的问题主要集中在以下几个方面。一方面是区域的污水处理统筹能力不足，无法满足美丽乡村建设污水处理的要求。另一方面是处理工艺选择单一，村镇污水处理对灵活多样、适应、经济的技术需求强。第三，信息化监管手段不足，设施运行水平较低，信息化手段不足，监管不到位。最后，缺乏长效管理机制，缺乏建设、运营、监管和技术指导方面的文件，设施运行率低。

北京市农村污水治理的科技需求

针对这些问题，“十三五”北运河上游水专项课题在四个方面开展研究工作，分散污水收集模式和处理设施建设模式研究、污水菜单式组合工艺及设备的研发与示范、分散污水处理设施监控体系研究及示范以及分散污水长效管理模式机制的研究。基于以上的研究成果，形成基于互联网+的智慧村镇污水处理整装成套技术。通过这一套整装技术，实现农村污水处理有理论支撑，有技术配套，有平台监管，有考核保障。

北京市分散生活污水收集和建设模式研究

结合北京市的农村污水处理现状调研，总结了农村污水在收集、处理等治理模式方面优缺点和适用条件，包括负压收集系统的经济分析，重力流收集系统的经济分析，以及城镇带村、单村、联村以及分户治理模式的建设费用、运营成本、建设和运行难易程度等，为治理模式决策模型的开发提供基础资料。

基于分散污水收集模式和处理模式的影响因子分析和耦合作用，结合村庄属性、污水管线等数据信息，建立多约束条件下分散污水收集模式和建设模式分析算法，实现污水收集和处理设施建设模式智能选择。该技术从污水全生命周期过程出发，综合考虑污水产生、排放、收集、转运、处理处置、资源化、运维以及长效管理等全流程，综合借鉴和吸收主客观评价方法的优势，构建分散污水收集与处理的决策支持系统，为解决收集方式、治理模式优选提供技术支撑。

以北京市通州区农村污水治理为例开展实证研究，提出了通州区农村污水治理全覆盖建设方案，完善了通州区农村污水收集、处理、运维、监管等工作机制，助推通州区美丽乡村建设和乡村振兴战略实施，解决北京市治理模式在区域统筹优化方面的难题。该研究首次在县域尺度上回答了农村污水“集中与分散”模式选择问题，明确通州区470个行政村的污水治理模式，评估通州区已开展的农村污水治理项目以及PPP公司实施项目的合理性，支撑通州区美丽乡村实施方案的制定和实施。

项目成果在通州区农村污水治理工作的成功应用，为加快推进通州区美丽乡村建设、乡村人居环境改善以及乡村振兴战略实施提供技术支撑，为助力蓝绿交织、清新明亮、水城共融的城市副中心建设提供技术保障。

分散生活污水菜单式组合工艺研究

结合2018年北京市的农村污水处理现状调研，北京市农村污水处理工程常用工艺为MBR（57.2%）、活性污泥法（15.7%）和人工湿地（8.2%），所选用的工艺与北京市的实际情况相适应，在2018年以前北京市的水污染排放标准较高，所以处理工艺以MBR为主，还包括、活性污泥法、生物膜法以及人工湿地等。2019年北京市颁布实施了《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》（DB11/1612-2019），根据农村污水处理设施运行现状，通过农村污水处理技术评估体系，依据因地制宜、注重实效，生态为本、绿色发展原则，确定了适用于新地标和基于不同村庄类型的“菜单式”组合工艺，为地方政府决策提供参考。

针对北京市现有农村污水治理技术存在的问题，开展关键单元技术技术研究。依据分散污水处理单元技术存在的技术需求，重点开展强化复合厌氧生物处理技术、好氧双膜处理技术和多点进水生物接触氧化技术研发；结合美丽乡村建设和资源回用需求，重点开展高效膜浓缩污水资源化处理技术、污泥资源化利用技术等资源化技术研究；以新地标为引领，开展水解酸化-潮汐流人工湿地一体化组合工艺、复合厌氧—强化生物接触—多介质生态滤床组合工艺研究。

结合厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床和厌氧折流板技术，研究了针对低浓度农村污水的强化复合厌氧反应器，优化了生物滤池的填料类型和填充比，以及悬浮污泥反应区折流板数量、容积比例参数，确定了强化复合厌氧反应的最佳结构和设计参数。稳定运行后，COD去除率高于70%，出水浓度为67mg/L，满足北京市相应排放标准。

研发一套新型生物膜活性污泥系统工艺即双污泥工艺（ABAS），通过调节填料填充比和回流比，灵活应对不同浓度污水。低负荷时，填料填充比5~15%，内回流比200%，外回流比为80%，总HRT为11.5h。高负荷时，填料填充比15%，内回流比200%，外回流比为80%，总HRT为12.5h。研发一款比表面积大、附着微生物量多、无堵塞现象、使用寿命长、耐久性强直毛状纤维填料，比表面积为2756m2/m3，比市场上的组合填料高15%到20%的面积。

为提高生物接触氧化技术对氮素的去除效率，研究进水位置、进水比例和水力停留时间对COD、氨氮和总氮的去除效果，获得最优运行工况参数。进水位置及比例为O1：A1=4:1，水力停留时间6.55h，COD平均去除率91.93%，氨氮平均去除率为97.1%，总氮平均去除率为64.27%。

关于组合工艺的优化参数，厌氧潮汐流人工湿地，每天运行两个周期，每周期12个小时，接触空床时间比为6:6，COD平均去除率86.3%，氨氮平均去除率87%，总氮去除率77.9%。复合厌氧-强化生物接触-多介质生态滤床组合工艺，经过长期实验得到的最佳运行条件，生物接触氧化水力停留时间5h，多介质生态滤床进水负荷为0.75 m3/（m2·d），CODCr、NH4+-N、TN和TP的去除率分别为91.39%、89.80%、80.53%和82.36%。

资源化利用技术的优化参数，在新型膜浓缩农村生活污水资源化处理技术中，连续投加60 mg/L混凝剂PAC和一次性投加40 mg/L吸附剂粉末活性炭、抽停比为10 min:2 min、曝气反冲，减缓膜污染效果最好，可以实现连续运行120h跨膜压差不显著升高。污泥停留时间为5d，对COD、TP去除率达80%以上，出水COD浓度小于40mg/L，TP浓度小于0.5mg/L，对N素去除率维持在25%左右。有农业灌溉需求的，优先资源化利用；没有农业灌溉条件的，采用人工强化湿地深度净化后外排，这两种方式都有示范工程支撑。

在污泥资源化利用方面，开发村落车载式污泥脱水设备，在整个脱水设备之上，实现抽吸、絮凝、脱水、污水回送、污泥卸料等过程，污泥的含水率不超过85%。开展剩余污泥和秸秆协同堆肥，堆肥产品基本达到我国生物有机肥和有机无机复混肥标准。堆肥工艺参数，曝气：250mL/min，曝气1 min，停曝20 min；翻堆频率：3~5d一次；含水率：每次翻堆时调节含水率维持在60%左右。

农村分散污水处理设施监控平台开发

针对农村生活污水处理设施分散，监管缺乏技术标准等情况，开展分散生活污水处理设施监测指标优选、分散生活污水处理设施监测设备选型、分散生活污水处理设施数据传输方案设计、分散生活污水处理设施监测设备布置方案等研究，编制《分散污水远程监测系统建设指南》，制定《北京市农村地区污水处理设施水量、水质实时监控技术导则》，开发满足北京市、区和流域三级用户需求的在线远程智能监控管理系统业务化运行平台，监管农村分散生活污水设施。为满足分散生活污水处理设施运营单位的运行管理需求，开展农村分散生活污水处理设施远程智能运营监管平台研发。实现农村生活污水治理设施的集中管理、全天候实时管理、线上线下联动管理，提高农村治污工作的精细化管理水平。

在线远程智能监控系统业务化运行平台基于轻冗余概念的平台数据库结构优化技术，提高计算速度并减轻数据库计算压力，降低大数据量计算所需的硬件成本依赖。在线远程智能监控系统业务化运行平台，支撑北运河智慧水务和北京市智慧水务大平台的建设。

在线远程智能监控系统业务化运行平台，囊括了北京市农村污水处理设施的基本情况，运行状态、设备动态等实时监测信息，以及汇总分析业务数据，该平台预留数据交互接口，供其他平台调取、使用和共享。平台的建设提高监管单位的农村治污工作的监管水平和监管效率，提升北京市农村污水的治理水平和运行效果。全市13个区实际安装设施950处，截至到2020年4月20日，已实现794座站监测数据实时上传。

农村分散污水长效管理模式研究

北京市农村污水处理主要以政府主导的EPC+O模式以及社会资本方参与的PPP模式两种模式为主。在政府主导的建设模式中，由政府或政府控制的国有企业统一负责基础设施项目的设计、投资、建设、运营和维护。这种模式能够最大限度地突出政府对农村污水处理成效的控制，保证政府在农村污水处理设施规划、建设和运行各个环节中根据需要进行调整的权力，有利于推动北京市农村污水处理快速、健康地发展。

另一种则是有社会资本方与政府共同参与的PPP模式进行建设，在北京市目前开展的农村治污行动中，大多数PPP项目以设计—建设—运营—移交(DBOT)的方式进行运作，由政府授权的行业主管部门与项目公司签订《PPP项目合同》，约定在PPP合作期内由项目公司负责本项目的设计、投资、融资、建设及运营维护。项目PPP合作期结束后将项目公司所有资产无偿移交给行业主管部门或其指定的相关部门。

在农村分散污水长效管理模式构建过程中，分别从处理工艺选择、设施建设、运维模式以及监管模式等方面开展相关研究。目前农村生活污水处理技术种类繁多，常用包括，生物滤床、厌氧+人工湿地、太阳能微动力、A2/O工艺、一体化设备、净化槽等，细数的话不下几十种。在选择处理工艺时，应充分结合农村地区的特点，以抗水质水量冲击、维护管理简便、运行能耗低原则筛选、优化处理工艺。

根据北京市地方行政职能划分的特点，农村污水处理设施的建设和运营集约化管理，适合以区为单位，实行“连片打捆”。通过区各级政府与第三方（企业）的协同推进，实现同一管理团队，在同一阶段，集中解决同一地区所有农村污水处理建设和运行维护的问题，实现人力资源、技术资源和物质资源的共享，实现1+N+X集约化管理。一个城镇污水处理厂作为中心维护的运维单位，连接N个乡镇污水处理厂，N个乡镇污水处理厂再连接X个村级污水处理厂站。

农村污水处理设施应由各区水务部门统一规划建设管理，水务局负责编制全区农村生活污水处理设施建设计划。各镇政府、村委会同时参与其中，负责编制本辖区内农村污水处理设施规划与建设计划，参与到污水处理设施建设过程中来。水务局负责主导全区农村污水处理设施建设与运营管理工作，镇、街道则负责本行政区内治理设施的运管工作，环保局负责指导监督处理设施运营状况，形成以市水务局为核心三级监管体系。

农村污水处理示范工程建设

依托《北京市进一步加快推进污水治理和再生水利用工作三年行动方案（2016年7月-2019年6月）》，结合课题承担单位的自筹资金和地方财政资金，在全市建设不少于50处农村污水处理设施示范工程，目前这项示范工程均已建设完成。示范工程主要分布在门头沟（27处）、房山（14处）、通州（8处）和昌平（4处）。处理工艺采用改良AO+MBR、改良A2O+砂滤等，处理规模集中在100到300方。柔性填料、多点进水、人工湿地、高效膜浓缩等技术都成功应用于示范工程，并取得良好的出水效果。

在线远程智能监控管理系统业务化运行平台已完成数据采集系统设计与开发和系统平台模块设计与开发。北京市纳入考核清单的污水处理设施950处，已实现794处站监测数据实时上传，实现覆盖全市80%以上的运行农村污水处理设施，有力支撑设施监管。

文章来源：JIEI创新实验室