小城鎮(zhèn)污水處理裝置出水水質(zhì)的影響因素研究

陳明翠

摘要：對(duì)我國(guó)已建成投運(yùn)的482座小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的運(yùn)行情況，很多中小城鎮(zhèn)也面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境資源的侵害，尤其在水資源方面，中小城鎮(zhèn)因污水處理工藝水平低、成本投入低等因素的限制，水污染的問(wèn)題更加嚴(yán)重。本文從中小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀入手，分析中小城鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇優(yōu)化，為提高中小城鎮(zhèn)水資源保護(hù)效果提供一些思路。

關(guān)鍵詞：中小城鎮(zhèn);污水處理工藝;優(yōu)化

引言

改革開(kāi)放以來(lái)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快。在1978～2000年的20多年時(shí)間內(nèi)，全國(guó)的建制鎮(zhèn)從2178個(gè)增加到20312個(gè)，目前，全國(guó)不同規(guī)模和性質(zhì)的小城鎮(zhèn)（建制鎮(zhèn)、集鎮(zhèn)）已達(dá)48000多個(gè)。在小城鎮(zhèn)數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，由于小城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻。據(jù)有關(guān)研究顯示，我國(guó)小城鎮(zhèn)95%的生活污水未經(jīng)處理就直接排放，造成了90%以上小城鎮(zhèn)的水體環(huán)境受到不同程度的污染，78%的城鎮(zhèn)河段不宜作飲用水，50%的城鎮(zhèn)地下水受到污染[2]。一個(gè)重要原因就是我國(guó)的小城鎮(zhèn)污水處理率低下，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約95%以上的小城鎮(zhèn)均未建立污水處理設(shè)施，小城鎮(zhèn)生活污水處理率不足10%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)或村辦工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)污水處理達(dá)標(biāo)率僅為30%[3]。

1中小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀

1.1對(duì)污水處理廠的成本投入不足

中小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r普遍較差，政府相關(guān)部門(mén)能夠獲取的、用于污水處理廠運(yùn)營(yíng)的投入資金也相對(duì)較少，導(dǎo)致污水處理廠在污水凈化處理、設(shè)備運(yùn)維、設(shè)備升級(jí)、工藝優(yōu)化等方面捉襟見(jiàn)肘，污水處理工藝無(wú)法在污水量增加、污染物種類出現(xiàn)變化的當(dāng)下維持出水水質(zhì)，處理廠中設(shè)備老化陳舊，在污水處理過(guò)程中無(wú)法保證處理質(zhì)量和效率，這也就導(dǎo)致中小城鎮(zhèn)的污水處理效果得不到有效保。

1.2污水處理工藝水平薄弱

中小城鎮(zhèn)普遍存在的發(fā)展問(wèn)題就是人才流失，具有專業(yè)度、綜合素質(zhì)的污水處理技術(shù)人員往往更傾向進(jìn)入大城市工作發(fā)展，導(dǎo)致中小城鎮(zhèn)的污水處理廠無(wú)法吸納和培養(yǎng)優(yōu)秀的人才，導(dǎo)致污水處理廠的處理工藝得不到有效優(yōu)化，不能有效跟隨中小城鎮(zhèn)污水中污染物種類、污水量的變化進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致污水處理廠無(wú)法契合中小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.3污水處理設(shè)備運(yùn)維效率低

污水處理廠中處理設(shè)備始終處于被磨損的狀態(tài)，因此，需要污水處理廠運(yùn)維人員做好運(yùn)維工作，保持污水處理設(shè)備維持在較高的運(yùn)行狀態(tài)，保證對(duì)污水處理的質(zhì)量和效率。中小城鎮(zhèn)中優(yōu)秀的技術(shù)人員缺口較大，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理設(shè)備中的故障，無(wú)法及時(shí)排除故障，導(dǎo)致處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)受損，無(wú)法保證對(duì)污水的處理質(zhì)量和效率。

2中小城鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇優(yōu)化

2.1工況預(yù)警

由于處污設(shè)備的組件如：風(fēng)機(jī)，提升泵，抽吸泵，回流泵，攪拌機(jī)，加藥機(jī)，螺桿泵，格柵機(jī)等各自都具備自身不同的電氣衰減指征，即在用電設(shè)備出現(xiàn)故障之前，電氣指征運(yùn)行曲線會(huì)出現(xiàn)特定波動(dòng)。因此在線數(shù)采終端需對(duì)污處工況組件進(jìn)行高密度信息采集，可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與該工況組件的歷史電氣衰減指征進(jìn)行對(duì)比，找出改工況組件發(fā)生故障點(diǎn)，以便達(dá)到預(yù)警目的。2.2生物接觸氧化法生物接觸氧化法中具有代表性的是生物膜法，利用附著在濾料表面的微生物生長(zhǎng)繁殖形成膜狀物質(zhì)，污水中污染物與生物膜接觸過(guò)程中，污水中的有機(jī)物、重金屬離子被微生物所吸附、利用，使污水得到有效凈化。生物膜法的費(fèi)用較為低廉，對(duì)于污水處理的程度較強(qiáng)，且對(duì)于污水量、污染物種類的變化適應(yīng)能力較強(qiáng)，且在安裝調(diào)試完成后所需要的運(yùn)維和管理程度較低，比較適合經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較低、運(yùn)維技術(shù)較低的中小城鎮(zhèn)中推廣應(yīng)用。

2.3以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)水質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)路線的可行性

農(nóng)村的一體化、小型化設(shè)備設(shè)計(jì)選型、建設(shè)施工、驗(yàn)收都是一次性的流程。現(xiàn)有排出的水質(zhì)信息與污設(shè)設(shè)施日常的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際上取樣化驗(yàn)最后結(jié)果的好壞大部分取決于污水處理裝置是否按照設(shè)定的工藝流程合規(guī)運(yùn)行，比如：各個(gè)組件在每個(gè)工藝處理節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的時(shí)間是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，與各個(gè)組件開(kāi)啟關(guān)閉的順序是否正確，污水在處理池停留的時(shí)間是否合適等其他因素密切相關(guān)。所以能影響水質(zhì)結(jié)果的所有客觀因素我們都盡可能的去把握，通過(guò)這些高密度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)形成大數(shù)據(jù)，來(lái)準(zhǔn)確的判斷機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)、計(jì)量污水處理量和預(yù)測(cè)水質(zhì)結(jié)果的好壞。首先就是工況數(shù)據(jù)和水質(zhì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈接的時(shí)間點(diǎn)。即使兩種數(shù)據(jù)結(jié)合形成數(shù)據(jù)模型的時(shí)間點(diǎn)是一致的，但是用這個(gè)方式建立模型是不正確的。因?yàn)槲鬯幚砗臀鬯欧攀怯上群箜樞虻模m然農(nóng)村污水處理的滯留時(shí)間不長(zhǎng)，但是在時(shí)間上也是有滯后的，污水處理設(shè)備的處理能力越大，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的滯后越長(zhǎng);處理的流程工藝越復(fù)雜，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的滯后也越長(zhǎng)。正是由于這樣的時(shí)間點(diǎn)滯后的特征，也讓我們用工況預(yù)警成為了可能，實(shí)際上時(shí)間點(diǎn)滯后的長(zhǎng)短也就等于我們預(yù)測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短。

2.4改良氧化溝法

傳統(tǒng)氧化溝法中包括初沉池、調(diào)節(jié)池、污泥消化池、二沉池等處理環(huán)節(jié)和設(shè)備，對(duì)污水的處理凈化能力很強(qiáng)，所得到的出水水質(zhì)較高，然而，傳統(tǒng)氧化溝法的成本投入較大，應(yīng)用在中小城鎮(zhèn)中使用需要進(jìn)行改良。改良后的氧化溝去除了初沉池等設(shè)備，污水處理流程更短，對(duì)建設(shè)成本、運(yùn)行成本的依賴更小，借助微生物對(duì)于污水中污染物的講解處理，污水處理質(zhì)量卻并不會(huì)得到太大的影響，更適合中小城鎮(zhèn)的應(yīng)用。且隨著對(duì)微生物菌種的研發(fā)，氧化溝污水處理法的改良具有更大的發(fā)展空間。

2.5污水處理設(shè)施數(shù)據(jù)模型

污水處理設(shè)施數(shù)據(jù)模型計(jì)算準(zhǔn)確與否，第一個(gè)前置條件設(shè)置污水處理設(shè)施運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)工況參數(shù)，通過(guò)數(shù)采儀采集工況過(guò)程的大量近實(shí)時(shí)（周期短、頻率高）的時(shí)序數(shù)據(jù)，包括工況過(guò)程中的成百上千個(gè)指標(biāo)量，加上污水處理設(shè)施本身的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)量參數(shù)，擁有這些豐富的數(shù)據(jù)，加上大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算體系工具的支撐，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的算法來(lái)分析預(yù)測(cè)（比如可以通過(guò)傅里葉變換、小波變換、LSTM長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)、PCA降維等算法來(lái)實(shí)現(xiàn)聚類分析），提升了整體預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。污水處理設(shè)施工藝類型不相同，數(shù)據(jù)模型的內(nèi)部計(jì)算機(jī)制也差別很大，K-means無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)法。即將每類數(shù)據(jù)隨機(jī)選取一個(gè)作為K點(diǎn)指標(biāo)數(shù)，然后計(jì)算所有其他數(shù)據(jù)到K值距離，通過(guò)距離計(jì)算得出新的數(shù)據(jù)群的聚集中心點(diǎn)。這樣就無(wú)監(jiān)督的自動(dòng)的找到了設(shè)備穩(wěn)定的值區(qū)間。然后可通過(guò)Box-plot來(lái)對(duì)每個(gè)設(shè)備每次采集的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)高斯分布的概率論箱形圖分三個(gè)區(qū)間，最中間的即為中位線，這一區(qū)間的數(shù)據(jù)就是無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)法得到的一個(gè)穩(wěn)定值區(qū)間，然后是兩個(gè)內(nèi)限區(qū)，這兩個(gè)內(nèi)限區(qū)的產(chǎn)生就是由于前面介紹的抗沖擊因素得出的內(nèi)限區(qū)，處于這個(gè)區(qū)間內(nèi)的值我們稱之為溫和異常值（mildoutliers），他的異常的可能性低;最外面區(qū)域是外限區(qū)，這個(gè)區(qū)域的值是一定會(huì)產(chǎn)生異常的區(qū)間，我們稱這個(gè)區(qū)間的值為極端異常值?？偨Y(jié)說(shuō)來(lái)就是我們用無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)法來(lái)整理歸類數(shù)據(jù)，分析出穩(wěn)定區(qū)間。然后用箱形圖來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)采集上來(lái)的分時(shí)段數(shù)據(jù)給出異常判斷。由此得出，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)水質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)路線是可行的，而且隨著數(shù)據(jù)采集量的增大，大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)將越來(lái)越準(zhǔn)確。

結(jié)語(yǔ)

中小城鎮(zhèn)能夠在污水處理廠中投入的成本有限，技術(shù)人員水平有限，運(yùn)維工作效果有限，因此，政府相關(guān)部門(mén)和污水處理廠管理層應(yīng)當(dāng)篩選更適合中小城鎮(zhèn)水污染現(xiàn)狀的處理工藝，加大對(duì)污水處理廠的運(yùn)行成本投入，提高污水處理的效率和污水處理廠的運(yùn)維效率，保證污水處理廠最終排放水體的水質(zhì)，為中小城鎮(zhèn)的綜合發(fā)展奠定環(huán)境基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 趙娜.中小型污水廠污水處理工藝及效果[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，30（03）：81+85.

[2]? 張大興.中小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇的優(yōu)化研究[J].綠色環(huán)保建材，2018（06）：42+44.

[3]? 錢宇婷.中小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇的優(yōu)化研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

（作者單位：重慶耐徳環(huán)境技術(shù)有限公司）