基于“人工智能”驱动的农村生活污水系统治理专栏序言

伴随流域水污染控制与治理工作的深入,农村分散生活污水治理逐渐成为制约流域水环境改善的关键.同时,农村生活污水治理是人居环境提升、美丽乡村建设以及乡村振兴战略实施的集中体现,事关广大农村居民的切身利益.本专栏是国家水专项“分散污水治理课题”团队近年来科研成果的总结,从污水治理的全生命周期角度出发,尝试通过人工智能赋能治理模式决策、“菜单式”工艺组合、设施运维与监管、长效管理等4个方面对研究和实践进行了梳理总结,构建基于人工智能驱动的农村生活污水治理决策支持系统,以期为北运河流域以及其他区域农村生活污水治理提供科技支撑.     

厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺处理农村生活污水

为研发适用于我国农村的分散式污水处理装置,采用厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺对农村生活污水进行处理,考察组合工艺对COD、TN、TP、NH_4~+-N、SS 5个常规指标的去除效果及对各指标的沿程去除情况。结果表明,组合工艺对COD、TN、TP、NH_4~+-N和SS的平均去除率分别为74.5%、 57.2%、 59.5%、 59.00%和91.6%。人工湿地对COD、TN、TP和NH_4~+-N的去除率最大,分别为31.0%、36.7%、43.9%和30.0%;而厌氧反应池对SS去除贡献率最大,为40.3%。该组合工艺处理农村生活污水具有良好的处理效果,且装置运行能耗低,利于推广应用。     

农村不同类型有机固体废弃物混合堆肥配比优化

为寻求3种农村有机固体废弃物(农村污泥、人粪便、生活垃圾)的最适堆肥配比组合,采用混料设计,分别进行了14组堆肥实验,以WSC/WSN(溶解性碳氮比)、WSCorg(溶解性有机碳)、T(终点C/N与初始C/N的比值)、k(有机质降解速率)作为混合堆肥腐熟程度的判别指标进行响应面分析。结果表明:将三者进行混合堆肥,可有效解决它们单独堆肥时存在的溶解性碳素过高和堆肥进程较慢的问题。堆肥效果相对较优的配比组合(干重比)为生活垃圾27%~45%、人粪便38%~70%和农村污泥0%~27%。在该区间内,堆肥产品WSCorg、WSC/WSN、T和k分别为7.57~8.78 mg·g-1、4.97~6.07、0.43~0.48、0.10~0.12 d-1,达到腐熟标准。     

城市污水处理厂剩余污泥热值测定方法优化研究

目前的城市污水处理厂剩余污泥热值的测定主要参考煤热值的测定方法。根据污泥的特性,对热值测定过程中污泥的干燥方式、助燃剂的影响和热值校正计算3个方面进行了优化研究。结果表明,冷冻干燥(-50℃)能够避免污泥有机物的挥发,从而精确地测定剩余污泥的热值;对于有机物含量较高的污泥(VS/TS>0.57),不添加助燃剂也能准确测定污泥的热值;通过测定氧弹洗液中硫酸和硝酸的含量来计算热值校正,从而准确得到污泥的热值。     

生物发酵制药废水产生的恶臭与VOCs特征及评估

生物发酵是医用、兽用抗生素的重要工业化生产途径。生物制药废水处理过程中产生大量的异味物质,污染环境。在宁夏北部某生物制药企业的污水处理站设置采样点,分析沉砂池、水解酸化池、生化池和污泥脱水间等处理工艺段的异味特征。4个工艺段的恶臭浓度分别为653. 64,881. 50,1988. 71,998. 00 OU。生化池是产生异味的主要单元;二乙胺和丙二醇甲醚是主要的VOCs,总浓度分别为3237. 42,1132. 73 mg/m~3,总恶臭加权等标污染负荷比分别为57. 30%和19. 52%,均超过10%,是该污水处理站优先控制的异味污染物。采用韦伯-费希纳定律,构建评估指标体系,分级评估异味物质的潜在污染能力。二乙胺和丙二醇甲醚的污染能力指数均为Ⅱ级,属于中度易污染,影响范围为4～9 km。     

立体循环一体化氧化沟(IODVC)导流板结构优化研究

针对立体循环一体化氧化沟(IODVC)弯道流场存在的问题,利用计算流体力学(CFD)和Fluent计算方法,对IODVC流场进行了二维单相流模拟,探究导流板结构形式对弯道流速分布的影响.研究结果表明,在同等边界条件下,导流板的结构形式对IODVC内混合液的流态分布影响较大.与单导流板相比,双导流板可将流速大于0.25 m·s-1的区域占比提高9.5%,并改善了弯道出口断面流速分布,有效地减小了下沟道靠近隔板处回流区域;此外,适当延长导流板末端长度,可以进一步强化对IODVC内混合液的导控作用,当延长长度等于导流板半径时,效果最佳,大于0.25 m·s-1的流速区域占比达到44.21%,使IODVC内部流场更加趋于均匀.研究结果对IODVC的进一步优化和工程设计有一定的指导意义.     

3种典型地区农村污水排放特征调查分析

目前,我国农村污水的处理率很低,农村污染问题日益受到关注。为了深入了解我国农村污水特征,在北京、浙江和云南等地分别选择水库水源地保护区、河网地区和风景旅游区内的村庄进行农村污水排放特征的调查研究,以期为农村污水治理提供准确的基础数据。调查方法包括资料调研、入户调查和现场采样监测。结果表明,生活污水和畜禽养殖污水与粪便是村落的主要点污染源,不同区域农村用水习惯不同,污水排放规律差异较大;河网地区的村落对河浜污染状况非常严重,成为隐性污染源;旅游风景区内村庄污水特征受季节影响显著。     

利用太阳能驱动的一体化氧化沟的运行方式

污水处理的高能耗和新能源利用已引起人们的关注,本文根据太阳光照强度的周期变化和农村污水昼夜排放量悬殊的特征,提出了一种新型的利用无蓄电池太阳能光伏系统驱动的污水生物处理系统,可有效降低太阳能光伏系统的成本。生物反应器是一个双沟式一体化氧化沟。按照启动的用电设备的数量,一体化氧化沟具有5种运行方式。在不同的运行方式下,一体化氧化沟的内沟和外沟具有不同的功能,其中运行方式3到运行方式5对污染物去除效率最高。采用阶梯型电量输出模式,可以充分利用太阳能,并保障一体化氧化沟的高效运行时间。在160 d的连续运行实验中,COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为87.8%、98.4%、68.7%和80.3%。证明无蓄电池太阳能光伏系统驱动污水生物反应器处理农村分散污水是可行的。     

关于中国农村生活污水排放标准制定的探讨

当前中国缺乏相应的农村生活污水排放标准,而强行要求农村生活污水执行城镇排放标准,结果往往很难达到预期效果.通过对美国、日本和新西兰等国家农村生活污水排放标准的分析,并结合中国农村水环境状况和污染物处理技术水平现状,提出了按照污水最终去向(资源化利用和直接排放)分类、分级确定农村生活污水排放标准的办法.     

农村剩余污泥脱水优化

对农村剩余污泥的脱水性能进行调查,并通过单因素和全面实验法分别对几种药剂的单一和复合调理进行优化。运用响应面法优化不同调理剂组合调理农村剩余污泥的搅拌参数。实验结果表明:不同农村污水处理设施剩余污泥的脱水性能存在较大差异。单一和复合药剂调理都可以明显降低污泥的脱水性能。优化搅拌速度和搅拌时间可以进一步降低污泥的毛细吸水时间（CST）。通过实验对比多种调理剂组合,发现最佳组合为聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）组合,搅拌参数为:一级搅拌速度为500 r/min,一级搅拌时间为0.5 min,二级搅拌速度为150 r/min,二级搅拌时间为10 min。该条件下,污泥的CST为10.1 s,调理总费用为10.69元/t污泥（98%含水率）。