反思&变革——农村污水负压收集及源分离排污系统

时间:2017-02-24 来源:水世界订阅号 作者:

水世界导语

环境形势的恶化,使得环保从国家层面上被给予更多重视,环保压力亦在增大,改善环境质量,提升人居舒适度成为一种需求。复制西方早期城镇化而形成的常规排污排废模式出现的高能耗、资源流失等弊端开始显现,因此探索低碳、循环、资源回收的可持续的发展对策是现实要求。本期微水会很荣幸邀请到万若环境农村事业部总经理侯艳峰为大家分享污水负压收集及源分离排污系统的相关知识。

重要提醒,以下核心内容有:

1、侯总就源分离理念出现的背景,源分离系统组成,系统技术构成,技术特点及优势,应用领域等五方面分别阐述,并辅以室内项目、新农村建设项目、公共排污、无管网收集等相关领域案例进一步说明这一系统的应用。

2、侯总就负压臭气和沼气如何解决,管径、成本、运行周期、投资,管道堵塞及检修如何解决等十余个问题给予了具体详尽的解答。

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第46期主要内容纲要

主题:农村污水负压收集及源分离排污系统

提纲:

1、公司介绍

2、技术背景

3、源分离系统

4、系统组成

5、系统创新点

6、典型案例

分享嘉宾:侯艳峰 万若环境 总经理助理 农村事业部总经理

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内容分享

在阐述主要内容前,小编先就嘉宾分享中涉及的一点农村黑水、灰水、黄水做简要介绍,方便大家更深入了解源分离理念及负压收集系统。

黄水:即指尿液及含有少量冲洗水的尿液。

黑水:即指粪尿水;特点是水量小,污染物、营养物含量高。

灰水:即指不含粪尿的生活污水,包括厨房水、洗澡及洗衣污水;特点是水量大,污染物含量低,是水回用技术的优质水源。

【初衷】“常规模式”弊端现 反思之下概念生

19世纪中叶欧洲由于城市供水改善,冲水马桶大量普及,对原来粪尿收集清润系统造成冲击,并发展成厕所废水与其他城市废水、雨水混合排放

然而人类粪尿中含有生活污水中绝大部分营养盐和大部分有机物,最后生活污水中的氮、磷、钾等营养盐一部分随出水流失,另一部分被降解成为污泥组成部分。由于混合污水污泥成分复杂很难作为农业营养源。因此,这一模式违背了自然界循环规律。

对于这一高耗水、高耗能、不可持续的排水模式,欧洲于上世纪开始反思并研究新的替代方案,但只能悔不当初,因此,新兴发展中国家在新的理念下探索新的替代模式俨然已成为现代科学界的共识。在一系列探索中,生态排水、源分离等新概念出现。我国专家和学者对源分离技术也是支持和肯定的。

就我国来看,人口数量庞大,城市化规模亦在扩大,因此构建低碳、微循环、资源回收的水管理模式已不再是战略追求,现实问题正逼迫我们寻求低碳、节水、资源回收的新理念和新技术。

【探索】农村处理模式不完善 可持续方案探索中

集中式排水模式大规模兴建浪潮下,我国农村也出现了对集中处理模式的不适应,如污水处理投资90%在收集上,因农村面积广泛,管网建设存在分散投资问题;管网建设滞后致使污水处理设施闲置,导致农村污水处理发展迟缓。

在我国农村快速发展的时期,农村不能也不应拷贝西方或我国早期城市化中固有处理模式。

针对我国农村已有但不完善的传统合流管网和新建区域,通过源分离系统改变传统处理模式,探索我国农村排水可持续发展方案。

1、源分离理念

排泄物虽然仅占污水的1%,但含有污水中绝大部分氮磷和大部分有机物。源分离是将高浓度的人类粪尿和其他杂排水分离,从粪尿中收集能量和资源。不含人粪尿的杂排水和混合污水排放相比,由于不含冲厕水总量可减少1/3到1/2,污染负荷大大降低;可以用远低于传统污水的能量及资金投入得到净化和分散再利用的效果。

源分离系统突出的特点是构建一个微循环系统,最大限度的实现资源回收利用。该系统以源分离、微循环、资源回收为导向的排水系统,在模式上最大程度的降低耗水和调水,构成微循环和微降解。同时修复废物、肥料、农业食品这一物质循环,从远距离输送末端处理改成源头管理模式。

2、源分离系统组成

源分离系统是以负压收集为支撑,将黑水、黄水、灰水分质收集的系统。其由不同收集终端组成的收集系统,运输、暂存污水的负压管网和负压泵站,后期处理和资源化系统三个重要部分组成。

整个系统可以综合不同的源头分离形式、物料特点、重力、流体运输特点、客户要求具体出不同的系统构架。系统内的黑水、黄水、灰水应用负压收集系统单独收集实现源头减量,同时获得高浓度的黑水和黄水便于处理和利用。灰水可利用重力流或负压排水收集分离,分离后的灰水污染物浓度非常低是优质的中水水源。

源头收集—负压收集洁具

源分离系统源头收集部分由负压便器完成。负压便器由几种形式构成,可根据不同需求选择。如混排式坐便器、蹲便器、小便器,分离式便器可将粪便和尿液分别分离。

原理是利用少量的尿液或冲便水流动性和润滑作用的特点,用环境空气将粪尿冲入密封的负压收集系统。这种便器兼具传统旱厕节水的优点和常规水冲便器舒适卫生性能,同时通过技术和结构上的创新使能耗低于常规冲水便器的供水能耗。

收集中部—运输及储存部分

运输管网为负压收集,通常采用50到160之间的PE管或PVC管,整个系统是处于密封负压状态,不会有外泄或积存现象发生,能够有效预防臭气的外溢。

管网安装相对简单,可以与供水等其他管网同层铺设,铺设时对道路的破坏也非常小,因其管径小可以适合我国农村比较复杂的地形地貌。

收集终端—收集器

这类收集终端可满足用户灰水或者室内重力流厕所产生的黑水收集要求。收集器可根据不同需求分室内设计和室外设计等不同类型。户内收集可直接连接到用户的卫浴器具,如地漏、马桶;室外收集器可与用户的重力流接口连接,如化粪池或渗坑。

动力源——负压泵站

负压泵站是源分离系统的动力源,产生系统运行所需要的负压,暂存污水并压力排放至后续的污水处理设施。

其原理是收集终端启动后,通过空气压力差将粪便冲入管网,空气冲洗导致负压系统压力增加;当压力增加到设定高限时负压泵开启,保证负压状态;当负压达到设定的低限时,负压泵关闭。污水经过负压排污管网排入罐内到达设定的排污液位后污水泵自动排污,到达设定的低限时,污水泵停止排污。

处理及资源化部分

通过源分离系统最终排放的是黑水、黄水或灰水。相对于传统污水管网的污染物较为单一,分类处理能够达到较好效果。比如黄水可通过简单腐熟方式达到无害化要求后,作为较好的液体肥料还田,也可通过技术手段进行浓缩或提取氮磷等营养元素进行深加工处理;黑水厌氧发酵后的沼渣沼液可肥料化就近还田;分离的灰水由于氮磷含量低,处理难度降低,通过生物处理出水可满足污水处理排放标准或农田灌溉水标准。

【创新】实现源头分离 打造资源型排水系统

源分离系统的技术特点可总结为以下几点。

1、节水、无臭。

常规水冲厕的废水量及耗水量非常大,旱厕在保洁和废物输出、处理方面也存在一些局限。源分离系统利用环境空气将粪便冲入负压收集系统,兼具水冲厕使用便捷和旱厕节水性能。

2、源头分离。

该系统可实现原位减量化和稳定化,改革传统管道排污,将排泄物及大量其他废水只进行源头剥离,避免排泄物经稀释后难以进行足够净化成为重要污染源。

源分离系统实现了高浓度排泄物在原位的减量化和稳定化,并能够达到在原位或异地资源化使用的目的,减少了由于中转或运输给水体或陆地造成二次污染的隐患。

3、灵活、适应性强。

粪尿可分别收集、混合收集,也可根据不同的地理环境条件实现更有利于业主的不同形式,资源化处理模式也可相互组合。

【实践】典型案例涵盖多领域

1、室内负压排水案例

该项目为当时国内最大的室内排水项目,废水最高排放量达到400m3/h。应用负压排水收集管道解决了特型建筑常规管网较难做的问题。

该项目如果采用传统的集水坑+提升泵模式,空间分布较为分散,需建立多处集水坑,存在多处动力源维护问题。

下一个上海崇明岛项目,因地制宜的选择了重力流+负压排水收集相结合模式。厕所污水选择负压收集;灰水的进端选择重力流收集,远端选择负压收集。这种模式尽可能做到节水,也充分做到了节能。

2、公共环境排污案例

3、无管网污水收集案例

该项目地形较为复杂,常规排水模式实施困难,负压排水优势得到良好体现。

4、新农村改造和建设案例

小结:诚然,这一系统在推广和应用中也遇到了一些困难和问题,如用户的使用习惯、环保意识、行业和政府主管部门还是习惯于移植城市模式等,目前正在进行积极的改进和调整。

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答疑环节

问题1:农村污水负压收集系统是否存在污水腐化产生可燃气体并发生爆炸的隐患?是如何预防的?

答:农村污水负压收集系统的污水最终收集到负压站储存罐,储存罐在设计时设有通气管道,管道通往排气筒,故不存在爆炸隐患。

问题2:对农村人员培训他们的接受程度能否做到保障系统正常运行?

答:以邯郸项目为例阐述以上问题,我们是对该村村委会进行了培训,他们自行完成日常维护管理。

问题3:收集管网是什么材质的?负压对标高要求严格,最多也就抽6米左右,所以对管道的密封要求很高。

答:收集管网有PVC和PE两类,都是可以承压的管道。对于管道密封通常的负压要求是-0.04Mpa。

问题4:管径太大对负压的罐子或者泵也会有影响很大。总体能介绍一下管道设计方面的概况不?

答:管径大小确定需要经验和有一套严格的设计标准,根据终端客户量计算系统内负压气量;终端管径一般为50mm,支路管径一般选用75mm,主路管径一般在110-160mm。

问题5:有负压就有臭气,发酵还有沼气,这两块怎么处理的?

答:臭气设有除臭方案,如在后端接除臭塔。农村的畜禽秸秆黑水共发酵产生沼气如果能够再利用(比如供电或供燃气)相结合就更理想了。

问题6:黑黄灰都要靠吸粪车抽走吧?目前这个产业链还没生成,这个很头大吧,城管局之类的吸粪车估计也拉不过来,他们本来就特别忙。

答:黄水、黑水和灰水处理完成后于农村不应该作为废弃物,应该是一种资源。就我国农村来说,目前的城市市政运营管理范围很难覆盖到,所以我们农村处理后一般就近还田。还田利用只要符合相关国家和地方标准(做到无害化并符合土地消纳利用需求),则不会导致污染。

问题7:真空设备是真空泵?此外,臭气处理、负压站占地面积和高度、罐体尺寸、噪声、造价、改造成本与周期,侯总方便透露下吗?

答:因为每个用户的需求不尽相同,因此在设计时尺寸、设备等不相同,费用上会有变化。

问题8:想问侯总,粪便利用产沼气,沼气资源化有吗?投资如何?

答:就目前来看,每个村落的用户在几百户到上千户,人口在1000-5000人之间。所以收集到的粪便相对于集中养殖的沼气量少的多,产气量也较少,处理量还达不到进行沼气发电等大型再利用工艺,目前利用较多的是沼液和沼渣。

问题9:这个管道堵了很麻烦,比较难查,维修也麻烦。管道还不能太长。想问万若在这方面采取了哪些措施呢?

答:我们过去许多年花了很大精力来解决管道堵塞的问题,比如如何让“野蛮”使用造成的不利影响仅仅局限在被野蛮使用的厕所单元而不影响其他使用者,如何界定哪些干扰物可以进入管道系统,哪些不能?以及如何简单有效地把不应进入系统的干扰物拦截住等等。截至目前地下管道堵塞的情况还未发生过。

从以往项目看,负压便器入户之后,经过培训后农户会比较珍惜,负压便器使用情况良好。

问题10:是否可以在现有水厕基础上进行改造?改造过程需要考虑哪些?

答:在现有水厕基础上改造是可以的,现今很多新农村都是改造。改造模式也有很多种,负压收集系统可以接入原有渗井或化粪池。

问题11:对于比较落后的乡村,还有部分旱厕存在的,这一系统在推广和应用时有哪些难点呢?

答:对于比较落后的乡村如去年在康宝某镇新农村改造项目中利用负压便器直接入户,进行了跨带提升;对于难以接受这一新技术的农村,旱厕也可先不予变动,在院落中先安装负压收集器对量大的灰水进行收集处理。

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结束语

在新农村建设的不断推进下,改善农村人居环境是发展的题中应有之义,面对我国农村不同于城市的环境特征,照抄照搬我国早期城镇化形成的排水模式不可行,如何实现农村排水的资源化和可持续探索一直在进行。

本期微水会,候总主要就以下几点进行了分享:

现今城市存在的常规排水模式源于早期西方城镇化,其存在高能耗、高排水、资源流失的弊端。针对于此业界反思和探讨,并寻求解决方式,源分离、生态排水、以资源回收为导向的排污卫生系统等概念出现。

针对我国农村存在的问题,不能照搬现有城市排水模式。源分离理念是构建微循环系统,最大力度实现资源回收利用。源分离排水系统是以微循环、源分离、资源回收为导向的资源型排水系统,该系统由不同收集终端组成的收集系统,暂存运输污水的负压管网及负压泵站,后期处理和资源化系统三个重要部分组成。

负压收集技术和源分离理念结合而产生的负压收集排水系统与传统水冲厕、旱厕相比,具有水耗低,卫生、安全、高档,运行稳定,源头减量,管理维护简便的技术特点,完美兼具两者优点并大胆创新。

这一以源分离理念为基础的负压排水系统可应用于市政排水、村镇排水、水源地保护、特殊区域排水等诸多领域;并就相关领域应用案例进行介绍。

答疑环节,候总就群友提出的负压收集是否存在污水腐化产生爆炸的隐患,负压臭气和沼气如何解决,管径、成本、运行周期、投资,管道堵塞及检修如何解决等问题给予了详实具体的回答。

总结来看,加强农村生活污水收集、处理与资源化设施建设,是推进农村环境改善的重要内容。而与城市集中式处理模式不同的源分离理念排水系统,可解决传统排水模式高耗水、高耗能、资源流失的问题。同时负压排水模式可解决粪便运输、利用存在的污染物泄漏、运费成本高昂等问题;资源化处理可避免粪尿直接弃掷而引发环境问题。在未来农村水环境治理的道路上不失为一种不错的选择。

联系人:潘鹏

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