中国典型村镇污水处理系统研究

发布时间：2020-09-21 17:53

　　我国村镇水环境治理尚处于探索阶段。结合我国村镇及村镇污水的实际特点,研究适合中国村镇污水处理的技术路线、工艺设备和运营管理模式,并通过示范项目进行工程实践和优化;结合村镇水务+互联网的创新模式推动其产业化;最后,根据实践经验进行技术经济性分析,并提出合理化标准及政策的建议。主要研究结论如下:(1)将我国村镇污水处理系统分为户级、村级和镇级,分别设计了其以资源化利用优先为原则的技术路线,并提出了村镇污水处理系统整体解决方案。(2)在传统生物转盘基础上,开发了新型高效生物转盘,并对盘片构造和盘体组装进行了优化设计,实现了新型高效生物转盘的设备化。通过对代表性生物转盘的生物膜进行群落结构分析,沿着生物转盘的前端、中端、后端,生物膜上微生物种群的多样性数量呈逐渐减少的趋势,在生物转盘污泥中检测到了Nitrospira和Thermomonas,分别对氨氮和磷的去除具有重要作用。(3)开发滤布滤池及移动式污泥处理装备。对于进入移动式污泥处理装备的原污泥的预处理,采用CPAM与PAC联用的脱泥效果要优于PAM与PAC联用的脱泥效果。(4)提出村镇污水处理建管一体化的优选模式包括EPC+OM、BOT和PPP等模式。通过搭建智慧化管理系统平台,实现对村镇污水处理设施建设和运营过程中的相关人员、设备和材料等实时、在线、可视化感知和管理,并形成“大数据”,通过系统分析可以挖掘其更多的价值。(5)在吉林省惠章屯建立了户级污水处理示范项目,在北京市姚辛庄村建立了“新麦田”村级污水处理示范项目,在湖南省长沙县18个乡镇建立了以县为单位的“区域打捆”镇级污水处理示范项目,实现了村镇污水处理工程项目的产品化和品牌化。(6)通过村镇水务+互联网模式,不但实现了村镇水务技术和管理模式持续创新,还使村镇污水处理的运营管理成本大幅下降,并丰富了盈利模式。(7)根据不同处理规模建立了幂函数曲线计算模型,可以较方便地计算出0~10000 m~3/d规模之间村镇污水处理终端设施的建设费用和运行费用。最后,结合在工程应用实践过程中遇到的各种问题,有针对性地提出了相关合理化政策建议。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X703
【部分图文】：

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1.1 研究背景及意义党的“十八大”首次强调生态文明建设在我国全面“建成”小康社会的进有重要的战略意义[1]。习近平总书记强调“绿水青山就是金山银山”。国务院汪洋指出，要大力推进清洁乡村、生态乡村、宜居乡村、幸福乡村建设。见，环境保护尤其是水环境治理工作，在我国生态文明建设过程中发挥着重要的作用，并得到了政府及国家领导人的高度重视。与“十二五”期间相比，我国污水处理在“十三五”的重心将从城市、县向乡镇和农村倾斜[2,3]。与城市（包括设市城市和县城）相比，我国建制镇理率在过去一直处于比较低的水平（见图 1.1）。据住建部公布的相关数据截至 2012 年年底，我国设市城市、县城、建制镇、行政村的污水处理率分别为75%、28%、8%。农村、乡镇（以下简称“村镇”）的污水处理率与城市相比很大，经计算建制镇的污水处理率约为设市城市的 1/3，行政村的尚达不到市的 1/10[4]。

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图 1.2 化粪池-土壤吸附工艺示意1.2.2 日本日本乡村对污水的处理与美国一样，也基本上实现了全国覆盖[18]。日本乡村污水治理做得比较好的原因在于，配套的法律比较简单实用；从财政补贴角度来讲，日本都是以政府投资为主，推广的力度比较大；乡村规划比较合理；采用的技术已比较标准化；对于运营模式也有比较详细的规范，责任主体非常明确[18]。1.2.2.1 政策措施（1）法规体系日本在乡村污水处理法律法规体系方面，不像美国采取了城乡污水处理都在同一套法律体系下的方式，而是有专门针对乡村地区的不同于城市的法律制度框架，及城市采用的《下水道法》，乡村地区采用《净化槽法》[18]。日本净化槽历史可以追溯到 20 世纪五六十年代，日本净化槽法案的目的是通过采用净化槽推动生活污水的合格处理，维持公共水体优良水质以及健康的生存环境，并改善公众健康状况。另外，净化槽法案还强化了净化槽生产、安装、运

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行集中处理。（5）污水处理系统：通过污水处理厂统一处理。图1.3 日本污水处理系统分类示意[19]通过单独式净化槽和夜间粪尿储存罐这两种方式，均能将粪便或厕所污水进行处理，但是还会产生一些 “灰水”没有经过处理而直排[19]。由于通过这两种方式处理生活污水的方式仍然会造成一定的环境污染，目前已被禁止使用。另外，按照处理能力划分，日本乡村污水处理使用的净化槽可以分为大（≥100 m3/d）、中（介于10 m3/d和100 m3/d之间）、小（≤10 m3/d）等三种规模。日本处理污水的工艺技术，除了主要采用上述净化槽技术以外，还采用生物转盘、活性污泥法等工艺技术[16]。对于净化槽产生污泥的处理，主要包括微生物发酵制作肥料、以水泥原料等形式土地利用、脱水后直接焚烧等三种方法。1.2.2.3 运营管理

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