农村分散式生活污水一体化处理设备的优化设计与运行效能研究

引言

随着农村经济的快速发展和农民生活水平的提高，农村生活污水排放量逐年增加。与城市污水相比，农村分散式生活污水具有显著的特殊性：水量受生活习惯、季节变化影响较大，旱季水量小、雨季水量骤增；水质中有机物、氮磷含量较高，且含有一定量的悬浮物和病原微生物；排放点分散，缺乏完善的污水收集管网。这些特点使得传统的集中式污水处理模式在农村地区应用受限，不仅建设成本高、管网铺设难度大，还难以适应分散排放的现状。

一、农村分散式生活污水特性及现有设备问题分析

1.1 农村分散式生活污水特性

农村分散式生活污水主要来源于厨房排水、洗漱排水、厕所排水等，其水质和水量具有明显的波动性。在水质方面，COD（化学需氧量）浓度通常在200-500mg/L 之间，BOD5（五日生化需氧量）浓度为 100-300mg/L ，氨氮浓度为 20-50mg/L ，总磷浓度为 3-8mg/L ，悬浮物含量较高。此外，污水中还含有大量的细菌、病毒等病原微生物，若直接排放，会对土壤、地表水和地下水造成严重污染，威胁农村生态环境和居民身体健康。在水量方面，农村居民生活用水习惯差异较大，且受季节影响明显。夏季用水量较大，污水排放量随之增加；冬季用水量减少，污水排放量降低。

1.2 现有一体化处理设备存在的问题

现有农村使用的可移动的一体化污水处理设备在工艺选择上有一定局限性。部分污水处理设备只是单一处理工艺，例如运用生物接触氧化法或是人工湿地法来处理污水，这样的污水处理设备在水质较为复杂时很难应对；例如运用生物接触氧化法很难对氮磷进行充分的去除，而人工湿地法受季节影响较大，尤其是在冬季处理效果明显降低。结构设计不合理。例如现有的污水处理设备占地大小不合理，占地面积大，空旷大，对于农村地区这种空间较小的场地无法有效使用。污水设备内的结构水流分布不均，存在一些区域的短流以及死水现象，无法充分有效的对污水进行处理。能耗问题较多。运用机械曝气、搅拌等能源动力的设备较多，能耗较高，一些农村地区无法有效的运用。而且现有的污水处理设备在运用时的维护都需要较高的技术知识，对于农村地区来说这一块工作较为薄弱，无法及时有效的对设备进行维护，造成了污水处理设备无法正常使用。

二、农村分散式生活污水一体化处理设备的优化设计

2.1 工艺组合优化

通过采用“预处理 + 主体处理 + 深度处理”的复合工艺组合方式，以提升处理设备对复杂水质的适应能力和处理效率。通过预处理—格栅—沉淀池的组合工艺来去除污水中的悬浮物及大颗粒杂质，降低后续处理单元的负荷。选用细格栅，栅隙控制在 5-10mm ，能有效截留毛发、纤维等；沉淀池使用斜管沉淀池，来提升沉淀效率，减少占地面积。主体处理段采用改良型 A/O （缺氧 /好氧）工艺与生物膜法相结合的方式进行处理。 A/0 工艺通过缺氧池与好氧池的交替运行，进行氮的硝化与反硝化，提升脱氮效率。生物膜法选用新型填料（组合填料、弹性立体填料等），来增加微生物的附着表面积，提升有机物的降解能力。同时，在好氧池内增设悬浮填料，来形成“活性污泥 - 生物膜”复合系统，进一步提升处理效果。深度处理段采用人工湿地或膜过滤技术来保证出水水质的达标。人工湿地选用耐低温、抗冲击负荷较强的植物（芦苇、菖蒲等），合理搭配基质（沸石、活性炭等），来提升对氮磷的吸附去除能力。

2.2 结构设计优化

在结构上考虑模块化设计，将预处理单元、主体处理单元、深度处理单元等部分集成在一起，降低设备的占地面积，各单元通过合理的管道进行连接，减少短流区域及死水区；各单元之间水流途径合理，水流分布较均匀，例如在主体处理单元内布置导流板，引导水流沿着设计路径流动，从而实现污水较长的停留时间。外形设计选用圆柱形及方形，圆柱形及方形根据农村的具体场地进行选择，场地狭小时可选择立式圆柱型，减小占地面积，场地开阔时可选择卧式方形，便于后期维修。

2.3 智能控制优化

采用智能化控制系统，完成对设备的自动化运行以及远程控制。在设备各个处理单元上安装相应的传感器，可以对水温、pH、溶氧量、液位等参数进行实时监测，并通过控制中心进行数据的传输；在控制中心内依据参数的预先设定范围来进行曝气强度、搅拌速度、回流比等运行参数的自动调节，使得设备的工作状态始终处于最优阶段。智能控制系统拥有诊断故障、报警等模式，当设备出现故障状况时，设备及时发出报警信号，并且可以通过手机 APP 等与管理人员进行及时沟通，如此便可提高设备的运转维护效率；同时为了最大限度降低能耗，通过智能控制系统利用变频技术，可以依照污水的水量以及污水的水质等进行调节，以此来保证水泵、风机等的运行频率，使得设备实现节能运行。

三、农村分散式生活污水一体化处理设备运行效能研究。

3.1 处理效果评估

以现场试验进一步评估优化设计的一体化处理设备的处理效果，取典型农村地区的生活污水为处理对象，连续运行 3 个月，对设备的 cosΩ 、BOD5、NH3-N、TP、SS 等指标去除效果进行监测。实验结果表明，设备优化后对各项污染物去除效率均有了一定提升，COD 去除率在 85% 以上，BOD5 去除率达到 90% 以上，氨氮去除率在 80% 以上，总磷去除率达到 75% 以上，悬浮物去除率达到 95% 以上，出水水质可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级 A 标准。

3.2 能耗与运行成本分析

监测优化设计后的设备能耗，设备单位水能耗 0.3-0.5kWh/m³ ，较传统设备降低 30%-50% ，主要得益于智能控制系统变频调节、工艺组合优化减少了不必要的能耗。运行成本主要有电费、药剂费、设备维护费等，电费方面，由于能耗降低，每年能减少电费支出 20%-30% ；药剂方面，工艺优化减少化学药剂投加量，如絮凝剂投加量降低 15% 左右；设备维护费方面，模块化设计、智能控制系统运用减少了设备故障发生率，减少了维护成本。

3.3 运维便捷性评估

根据农村地区作业人员培训和实际操作考核结果评估设备运维便利性。结果表明，优化设备的操作便捷、维护便利，作业人员培训时间短，就能够熟练掌握设备运转操作和基本保养技能，智能控制远程监控功能实现管理人坐在办公室或家中就可以监控到设备运行情况，不需经常到现场进行排查，运维工作大大降低。设备模块化安装实现部件的更换与修理便利，当某一单元出现问题需要维修时，可以单独拆下检修，不影响其他单元的运转。

结论

农村分散式生活污水一体化处理设备的优化设计与运行效能研究对解决农村污水问题意义重大。其通过“预处理 + 主体处理 + 深度处理”的复合工艺，提升了设备对复杂水质的适应能力和处理效率；结构优化实现紧凑化，提高空间利用率，适应农村场地；智能控制降低能耗，提升运维便捷性。运行效能显示，优化后设备对COD 等污染物去除效果好，出水达标，能耗、成本低且运维方便，适合农村推广。未来需加强设备标准化、系列化研究，开发更多适配设备，助力农村水环境治理。

参考文献

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