WTBOX—I型一体化污水处理装置在农村生活污水处理中的运用
曹霞+周幼珍+徐艳勤+郑冲祥+高燕
摘要：近年来，伴随着乡镇的迅速发展，污水排放量越来越大。因此，解决农村生活污水处理难的问题是建设当今社会主义新农村、实现农村村容整洁目标的必然要求，也成为继大、中型城市污水治理后的一个重要的新战略目标。据此研发的一体化小型生活污水处理设备WTBOX-I型污水处理设备的应用，正好解决了此类不能直接纳入城市集中管网的分散污水，而且可以根据接收水体的实际情况，实现源头收集、就地处理，最终达到去除有机物、氮、磷的目的，不仅可以有效地控制点源污染，而且能较容易地实现污水的资源化。综合考虑WTBOX污水处理设备的技术性能、经济效益和社会效益， 认为WTBOX系列一体化污水处理设备在农村生活污水处理领域推广是可行的。
关键词：生活污水；脱磷脱氮；生物转盘；污水处理；一体化
中图分类号：X703.3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0072-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.032
Abstract： In recent years， with the rapid development of townships， sewage discharge is increasing. Therefore， to solve the problem of rural sewage treatment is the construction of todays new socialist countryside， rural areas to achieve clean and neat goal of the inevitable requirement， has become a large and medium-sized city sewage treatment after an important new strategic objectives. The application of WTBOX-I sewage treatment equipment for integrated small-scale domestic sewage treatment equipment is based on the research and development of sewage treatment equipment， which can not be directly incorporated into the centralized water supply network of urban centralized pipe network， and can realize the source collection according to the actual situation of receiving water body， In situ treatment， and ultimately to achieve the purpose of removing organic matter， nitrogen， phosphorus， not only can effectively control the point source pollution， but also easier to achieve the recycling of sewage. Considering the technical performance， economic benefit and social benefit of WTBOX sewage treatment equipment， it is considered that WTBOX series of integrated sewage treatment equipment is feasible in rural sewage treatment.
Key words： Domestic sewage； Dephosphorization and denitrification； Biological turntable； sewage treatment； Integration
近三十年以来，随着我国社会经济的快速发展，人民环保意识的普遍提高，全国污水处理厂的不断新建，污水处理厂处置率也在不断提高，但主要集中在人口密集的城市[1]。就这几年迅速发展的乡镇而言，随着经济的发展，污水排放量越来越大[2]。农村普遍存在缺乏必备的污水收集管网和污水处理系统的问题，导致污水无序排放，进而污染环境，不仅影响村民居住环境，而且严重威胁农民的身体健康，环境安全隐患与问题突出[3]。因此，解决农村生活污水处理难的问题是建设当今社会主义新农村、实现农村村容整洁目标的必然要求，也成为继大、中型城市污水治理后的一个重要的新战略目标。
WTBOX-I型一体化污水处理装置的设计理念就是从改善农村居住区环境质量的目标出发，在对现有村镇污水收集处理技术进行调查研究、筛选分析基础上，将“生态文明”理念在污水处理领域应用实践，为进一步加快实现农村生活污水治理的全覆盖，提出农村污水处理最好采用分散处理模式，即“分散则分散，最好一家一户处理”。一般采用“源头控制、分散处理、就地回用” 处理的原则。它是一种处理效率高、出水水质好、造价省、维护管理简单、运行成本低、节省占地、不影响村民生活的一体化生活污水處理装置。
1 项目背景
浙江某村采用的WTBOX一体化污水处理项目被列为中央农村环境连片整治项目，日处理量为15t/d，处理后出水主要指标要求达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB l8918-2002）一级A标准。
2 工艺及参数
2.1 工艺选择
考虑到当地情况，采用的WTBOX多功能一体化污水处理装置为地上设置，外设竹制保温房，外观与当地自然环境相协调。
2.2 设计原理
其中，WTBOX-I型为地上式的设备，它集一级（预处理）、二级（生物法）、三级（深度）处理单元为一体，其核心工艺为生物转盘。
本项目的WTBOX-I型一体化设备的工艺流程如下：
根据原水进水口的设置，尽量采用原水自流进入格栅渠，可节省提升泵。格栅渠内设有格栅，用来拦截污水中的大颗粒固体悬浮物及漂浮物，具体据处理水量来确定选择机械格栅还是钢格栅。
经格栅沉淀过滤后的污水自流进入预处理池。预处理池分三段，第一段用于沉砂，第二段用于缺氧反硝化，第三段则起到预氧化、均衡水质和调节水量的作用。
流经预处理池后的污水通过提升泵提升进入智慧型WTBOX污水处理设备。污水在该单元进行氧化和硝化反应，通过氧化反应去除污水中的大部分可降解有机物质，通过硝化反应将进水中的氨氮氧化成硝态氮而达到去除氨氮的目的；部分污泥通过回流至预处理池缺氧段，在缺氧段进行反硝化脱氮，最终实现高效的脱氮；出水经絮凝沉淀法可高效去磷。再经短斜板沉淀和转鼓过滤，最终通过消毒后达标排放。
沉淀池污泥排入污泥收集池，定期外运处理。
2.3 工艺流程图
本项目的工艺流程图见图1。
2.4 相关参数
本项目的相关设备参数如下。
（1）预处理池
考虑到当地情况，采取预处理池与格栅渠合建的方式。
其中，栅渠内设有格栅机，型号为Φ-500。
预处理池，设计停留时间8h，均为3.6m×2.4m×2.0m钢砼结构，分三格设计，分别起到初沉、缺氧反应、调节的作用。其中，缺氧段填有DA-4#生物填料。
（2）一体化污水处理设备
一体化污水处理设备WTBOX I-A-15，为碳钢防腐材质，设备尺寸为3.3m×1.2m×1.5m。设备内还装提升泵、加药系统等。
3 试验方法
鉴于水质检测均有据可依，本文对检测分析方法与步骤不予详细罗列，具体可参见《水和废水监测分析方法》（第四版）等书籍或标准。
3.1 取样
按计划定期用采样器采集水样。采样时用采样器分别从化粪池出水口和裝置出水口收集水样，装入洗净的塑料瓶中，贴好标签，带回置入4℃的冰箱以备水质测定自用。
3.2 测试方法
本项目采用的主要分析项目和检测方法详见表1。按标准要求采集的水样被及时送至公司水质分析实验室进行化验分析，从而保证数据的准确性。
4 调试运行情况
设备安装完毕后进行了半个月左右的运行，出水开始变清，并且水质稳定。
参照4对本项目的进、出水水质也进行了连续定时采样分析，每天上午10：00取样，连续五天，详见图2至6。
从上图2中，不难发现，进水BOD5值呈现不同程度的波动，但出水水质均稳定在较低的范围内。
从上图3中可以看出，在不同的取样时间，进水COD值有变化，且无规律可循，但出水出水值可稳定在20mg/L以内，达到了设计的预期值。
而该装置的SS去除效果还比较理想，出水水质相对比较澄清，从图4中可以看出，出水SS值基本保持在10mg/L以下。
图5显示，进水氨氮浓度随着取样时间的变化还是有所不同的，但出水氨氮值可稳定在2mg/L以下。
为了达到较高的去除TP的效果，本装置设有加药系统，故除污泥沉降除磷之外，还利用絮凝加药来降低TP浓度。
在调试过程中，考虑实验效果及经济性，选用投加聚合氯化铝（PAC），投加量15mg/L，投加浓度10%（重量比）。本装置的TP去除效率明显，出水TP值也稳定在0.5mg/L以下（如图6所示）。
在装置稳定运行期间，COD、BOD、SS、氨氮、TP平均去除率分别为86.6%、88.6%、42.4%、89.8%和49.2%。详见图7，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准要求。
待整体正常运行后，由当地环境保护监测站检测进水及处理后出水，主要指标检测数据如下图8所示，达标。本项目顺利完成竣工验收。
5 小结
（1）由于是南方地区，设备运行调试期间，气温保持在18℃以上。从图2中不难发现，进水BOD5值呈现不同程度的波动，但出水水质均稳定在较低的范围内。
（2）从图3中可以看到，在不同的取样时间，进水COD值有变化，但变化幅度较小且无规律可循；出水浓度的降低幅度较高，去除率最大可达到87.1%。随着装置稳定运行时间增加，处理效果呈逐渐递增的趋势，出水值可稳定在20mg/L以内，达到了设计的预期值。
（3）该装置的SS去除效果还比较理想，出水水质相对比较澄清，从数据分析中可以看到去除率最高为47.1%，最低为30.8%。从图4中可以看出，在不同的取样时间，进水SS值变化幅度不大，并且不具备一定的规律性，其变化范围为13mg/L～17mg/L。出水SS值保持在10mg/L以下且温度对出水SS值的影响并不显著。
（4）从图5的氨氮进、出水浓度及其去除率可以看出，氨氮的最高去除率为90.9%，最低去除率为88.7%，出水氨氮值稳定在2mg/L以下，达到了设计出水预期值。
（5）本装置设有加药系统，故除通过污泥沉降除磷之外还利用絮凝加药来降低TP浓度，保证TP去除效率，从图6中可以看到出水TP值稳定在0.5mg/L以下。针对TP指标，应根据进水水质的变化，及时调整絮凝加药量来进行控制。一般选用投加混凝剂聚合氯化铝（PAC），利用隔膜式压力计量泵投加，投加量10～20mg/L，投加浓度10%（重量比）。
综上所述，从主要的水质指标的去除率来看，COD、BOD和氨氮平均去除率均比较理想。经计算得出进水B/C平均值为0.32（大于0.3），表明进水的可生化性较好，故以BOD5和TN值来作为检验本装置去除效果的水质指标是合理的。
试验数据表明，针对常规生活污水，本设备的出水主要指标均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准要求。
WTBOX-I型污水处理设备通过设置污泥回流等工艺，保证了活性污泥的浓度，延长了系统内的污泥泥龄，提高了系统除磷效果。工艺设计中采用短斜板沉淀，有效避免水流短流的现象，为沉淀提供一个不受干扰的更好的环境和足够的沉淀时间，提高沉淀效果。
由于WTBOX-I型设备为成套一体化装置，直接将调节池的出水管与设备进水管对接后，即可通电运行，比较方便。
而且，由于DA清林生物转盘的特殊结构设计，增加了比表面积，提高了设备整体的抗冲击负荷，且剩余污泥少。
对于北方地区，由于冬季气温过低，常规的生化工艺无法正常运行，考虑到温度对生化反应的影响较大，建议整个装置设置在设备房中，且设备房设计应考虑保温措施。
目前WTBOX-I型单套钢制设备最大处理量可达200t/d，出水主要指标根据客户要求进行选择，可以能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B标准，甚至是一级A标准的要求。且投资、运营成本都相对较低，适合在农村污水处理项目中广泛推广。
参考文献
[1] 黄山松.我国农村水污染现状及防治对策[J] .工程与建设，2008，22（2）：11-13
[2] 李贵宝.中国农村水环境恶化成因及其保护治理对策[J] .南水北调与水利科技，2003，1（2）：29-33
[3] 欧平安，俞建德，曹霞.农村污水处理的实践与总结——天津市蓟县下营镇郭家沟村污水处理工程介绍.水工业市场，2012，（6） ：28-33
[4]黄立南，蓝崇钰.湿地处理污水的研究[J].生态科学， 1996，（02）：119-122.
作者简介：曹霞，女，研究方向为环境保护。
摘要：近年来，伴随着乡镇的迅速发展，污水排放量越来越大。因此，解决农村生活污水处理难的问题是建设当今社会主义新农村、实现农村村容整洁目标的必然要求，也成为继大、中型城市污水治理后的一个重要的新战略目标。据此研发的一体化小型生活污水处理设备WTBOX-I型污水处理设备的应用，正好解决了此类不能直接纳入城市集中管网的分散污水，而且可以根据接收水体的实际情况，实现源头收集、就地处理，最终达到去除有机物、氮、磷的目的，不仅可以有效地控制点源污染，而且能较容易地实现污水的资源化。综合考虑WTBOX污水处理设备的技术性能、经济效益和社会效益， 认为WTBOX系列一体化污水处理设备在农村生活污水处理领域推广是可行的。
关键词：生活污水；脱磷脱氮；生物转盘；污水处理；一体化
中图分类号：X703.3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0072-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.032
Abstract： In recent years， with the rapid development of townships， sewage discharge is increasing. Therefore， to solve the problem of rural sewage treatment is the construction of todays new socialist countryside， rural areas to achieve clean and neat goal of the inevitable requirement， has become a large and medium-sized city sewage treatment after an important new strategic objectives. The application of WTBOX-I sewage treatment equipment for integrated small-scale domestic sewage treatment equipment is based on the research and development of sewage treatment equipment， which can not be directly incorporated into the centralized water supply network of urban centralized pipe network， and can realize the source collection according to the actual situation of receiving water body， In situ treatment， and ultimately to achieve the purpose of removing organic matter， nitrogen， phosphorus， not only can effectively control the point source pollution， but also easier to achieve the recycling of sewage. Considering the technical performance， economic benefit and social benefit of WTBOX sewage treatment equipment， it is considered that WTBOX series of integrated sewage treatment equipment is feasible in rural sewage treatment.
Key words： Domestic sewage； Dephosphorization and denitrification； Biological turntable； sewage treatment； Integration
近三十年以来，随着我国社会经济的快速发展，人民环保意识的普遍提高，全国污水处理厂的不断新建，污水处理厂处置率也在不断提高，但主要集中在人口密集的城市[1]。就这几年迅速发展的乡镇而言，随着经济的发展，污水排放量越来越大[2]。农村普遍存在缺乏必备的污水收集管网和污水处理系统的问题，导致污水无序排放，进而污染环境，不仅影响村民居住环境，而且严重威胁农民的身体健康，环境安全隐患与问题突出[3]。因此，解决农村生活污水处理难的问题是建设当今社会主义新农村、实现农村村容整洁目标的必然要求，也成为继大、中型城市污水治理后的一个重要的新战略目标。
WTBOX-I型一体化污水处理装置的设计理念就是从改善农村居住区环境质量的目标出发，在对现有村镇污水收集处理技术进行调查研究、筛选分析基础上，将“生态文明”理念在污水处理领域应用实践，为进一步加快实现农村生活污水治理的全覆盖，提出农村污水处理最好采用分散处理模式，即“分散则分散，最好一家一户处理”。一般采用“源头控制、分散处理、就地回用” 处理的原则。它是一种处理效率高、出水水质好、造价省、维护管理简单、运行成本低、节省占地、不影响村民生活的一体化生活污水處理装置。
1 项目背景
浙江某村采用的WTBOX一体化污水处理项目被列为中央农村环境连片整治项目，日处理量为15t/d，处理后出水主要指标要求达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB l8918-2002）一级A标准。
2 工艺及参数
2.1 工艺选择
考虑到当地情况，采用的WTBOX多功能一体化污水处理装置为地上设置，外设竹制保温房，外观与当地自然环境相协调。
2.2 设计原理
其中，WTBOX-I型为地上式的设备，它集一级（预处理）、二级（生物法）、三级（深度）处理单元为一体，其核心工艺为生物转盘。
本项目的WTBOX-I型一体化设备的工艺流程如下：
根据原水进水口的设置，尽量采用原水自流进入格栅渠，可节省提升泵。格栅渠内设有格栅，用来拦截污水中的大颗粒固体悬浮物及漂浮物，具体据处理水量来确定选择机械格栅还是钢格栅。
经格栅沉淀过滤后的污水自流进入预处理池。预处理池分三段，第一段用于沉砂，第二段用于缺氧反硝化，第三段则起到预氧化、均衡水质和调节水量的作用。
流经预处理池后的污水通过提升泵提升进入智慧型WTBOX污水处理设备。污水在该单元进行氧化和硝化反应，通过氧化反应去除污水中的大部分可降解有机物质，通过硝化反应将进水中的氨氮氧化成硝态氮而达到去除氨氮的目的；部分污泥通过回流至预处理池缺氧段，在缺氧段进行反硝化脱氮，最终实现高效的脱氮；出水经絮凝沉淀法可高效去磷。再经短斜板沉淀和转鼓过滤，最终通过消毒后达标排放。
沉淀池污泥排入污泥收集池，定期外运处理。
2.3 工艺流程图
本项目的工艺流程图见图1。
2.4 相关参数
本项目的相关设备参数如下。
（1）预处理池
考虑到当地情况，采取预处理池与格栅渠合建的方式。
其中，栅渠内设有格栅机，型号为Φ-500。
预处理池，设计停留时间8h，均为3.6m×2.4m×2.0m钢砼结构，分三格设计，分别起到初沉、缺氧反应、调节的作用。其中，缺氧段填有DA-4#生物填料。
（2）一体化污水处理设备
一体化污水处理设备WTBOX I-A-15，为碳钢防腐材质，设备尺寸为3.3m×1.2m×1.5m。设备内还装提升泵、加药系统等。
3 试验方法
鉴于水质检测均有据可依，本文对检测分析方法与步骤不予详细罗列，具体可参见《水和废水监测分析方法》（第四版）等书籍或标准。
3.1 取样
按计划定期用采样器采集水样。采样时用采样器分别从化粪池出水口和裝置出水口收集水样，装入洗净的塑料瓶中，贴好标签，带回置入4℃的冰箱以备水质测定自用。
3.2 测试方法
本项目采用的主要分析项目和检测方法详见表1。按标准要求采集的水样被及时送至公司水质分析实验室进行化验分析，从而保证数据的准确性。
4 调试运行情况
设备安装完毕后进行了半个月左右的运行，出水开始变清，并且水质稳定。
参照4对本项目的进、出水水质也进行了连续定时采样分析，每天上午10：00取样，连续五天，详见图2至6。
从上图2中，不难发现，进水BOD5值呈现不同程度的波动，但出水水质均稳定在较低的范围内。
从上图3中可以看出，在不同的取样时间，进水COD值有变化，且无规律可循，但出水出水值可稳定在20mg/L以内，达到了设计的预期值。
而该装置的SS去除效果还比较理想，出水水质相对比较澄清，从图4中可以看出，出水SS值基本保持在10mg/L以下。
图5显示，进水氨氮浓度随着取样时间的变化还是有所不同的，但出水氨氮值可稳定在2mg/L以下。
为了达到较高的去除TP的效果，本装置设有加药系统，故除污泥沉降除磷之外，还利用絮凝加药来降低TP浓度。
在调试过程中，考虑实验效果及经济性，选用投加聚合氯化铝（PAC），投加量15mg/L，投加浓度10%（重量比）。本装置的TP去除效率明显，出水TP值也稳定在0.5mg/L以下（如图6所示）。
在装置稳定运行期间，COD、BOD、SS、氨氮、TP平均去除率分别为86.6%、88.6%、42.4%、89.8%和49.2%。详见图7，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准要求。
待整体正常运行后，由当地环境保护监测站检测进水及处理后出水，主要指标检测数据如下图8所示，达标。本项目顺利完成竣工验收。
5 小结
（1）由于是南方地区，设备运行调试期间，气温保持在18℃以上。从图2中不难发现，进水BOD5值呈现不同程度的波动，但出水水质均稳定在较低的范围内。
（2）从图3中可以看到，在不同的取样时间，进水COD值有变化，但变化幅度较小且无规律可循；出水浓度的降低幅度较高，去除率最大可达到87.1%。随着装置稳定运行时间增加，处理效果呈逐渐递增的趋势，出水值可稳定在20mg/L以内，达到了设计的预期值。
（3）该装置的SS去除效果还比较理想，出水水质相对比较澄清，从数据分析中可以看到去除率最高为47.1%，最低为30.8%。从图4中可以看出，在不同的取样时间，进水SS值变化幅度不大，并且不具备一定的规律性，其变化范围为13mg/L～17mg/L。出水SS值保持在10mg/L以下且温度对出水SS值的影响并不显著。
（4）从图5的氨氮进、出水浓度及其去除率可以看出，氨氮的最高去除率为90.9%，最低去除率为88.7%，出水氨氮值稳定在2mg/L以下，达到了设计出水预期值。
（5）本装置设有加药系统，故除通过污泥沉降除磷之外还利用絮凝加药来降低TP浓度，保证TP去除效率，从图6中可以看到出水TP值稳定在0.5mg/L以下。针对TP指标，应根据进水水质的变化，及时调整絮凝加药量来进行控制。一般选用投加混凝剂聚合氯化铝（PAC），利用隔膜式压力计量泵投加，投加量10～20mg/L，投加浓度10%（重量比）。
综上所述，从主要的水质指标的去除率来看，COD、BOD和氨氮平均去除率均比较理想。经计算得出进水B/C平均值为0.32（大于0.3），表明进水的可生化性较好，故以BOD5和TN值来作为检验本装置去除效果的水质指标是合理的。
试验数据表明，针对常规生活污水，本设备的出水主要指标均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准要求。
WTBOX-I型污水处理设备通过设置污泥回流等工艺，保证了活性污泥的浓度，延长了系统内的污泥泥龄，提高了系统除磷效果。工艺设计中采用短斜板沉淀，有效避免水流短流的现象，为沉淀提供一个不受干扰的更好的环境和足够的沉淀时间，提高沉淀效果。
由于WTBOX-I型设备为成套一体化装置，直接将调节池的出水管与设备进水管对接后，即可通电运行，比较方便。
而且，由于DA清林生物转盘的特殊结构设计，增加了比表面积，提高了设备整体的抗冲击负荷，且剩余污泥少。
对于北方地区，由于冬季气温过低，常规的生化工艺无法正常运行，考虑到温度对生化反应的影响较大，建议整个装置设置在设备房中，且设备房设计应考虑保温措施。
目前WTBOX-I型单套钢制设备最大处理量可达200t/d，出水主要指标根据客户要求进行选择，可以能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B标准，甚至是一级A标准的要求。且投资、运营成本都相对较低，适合在农村污水处理项目中广泛推广。
参考文献
[1] 黄山松.我国农村水污染现状及防治对策[J] .工程与建设，2008，22（2）：11-13
[2] 李贵宝.中国农村水环境恶化成因及其保护治理对策[J] .南水北调与水利科技，2003，1（2）：29-33
[3] 欧平安，俞建德，曹霞.农村污水处理的实践与总结——天津市蓟县下营镇郭家沟村污水处理工程介绍.水工业市场，2012，（6） ：28-33
[4]黄立南，蓝崇钰.湿地处理污水的研究[J].生态科学， 1996，（02）：119-122.
作者简介：曹霞，女，研究方向为环境保护。
