小城鎮(zhèn)污水處理技術探討
1、前言
城市化是不可抗拒的經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)律，是工業(yè)化的必然結(jié)果。發(fā)達國家的城市化率已達70-80℅，我國目前約40℅左右，隨著人類對自然、經(jīng)濟社會、資源和環(huán)境認識的深化，發(fā)達國家的城市化已開始進入以高新技術為支撐的城鄉(xiāng)共生互補，環(huán)境生態(tài)良性循環(huán)，經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展后城市化階段。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，小城鎮(zhèn)數(shù)量會劇增，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
我國小城鎮(zhèn)數(shù)量眾多，分布寬廣，地點分散，污水無害化處理設施缺乏，欠賬太多。大部分小城鎮(zhèn)污水直接排入水體，造成江河湖泊水質(zhì)惡化和地下水污染，污染的不斷加劇已危及到城鎮(zhèn)供水安全及人身健康，因此建設排水體系，治理水污染，已提上議事日程。
因地制宜采取集中與分散相結(jié)合的治理模式，探索，開發(fā)和采用適合小城鎮(zhèn)地區(qū)能耗低、效率高、投資省、易管理的污水處理新工藝勢在必行。
2、小城鎮(zhèn)情況
到2002年底，全國設市城市660個，其中人口在20萬以下的設市城市325個。建制鎮(zhèn)數(shù)量達20021個（其中縣城鎮(zhèn)1646個，縣城關鎮(zhèn)以外的鎮(zhèn)18375）；集鎮(zhèn)22612個。建制鎮(zhèn)人口13663.56萬人（不含縣城關鎮(zhèn)）。我國建制鎮(zhèn)（不含縣城關鎮(zhèn)）平均人口規(guī)模不足1萬人，西部地區(qū)不足5000個。在縣城以外的建制鎮(zhèn)中，鎮(zhèn)區(qū)人口在0.3-0.6萬人等級的小城鎮(zhèn)占多數(shù)，其次為0.6-1.0萬人，再次為0.3萬人以下。鎮(zhèn)區(qū)人均占有土地面積108㎡。小城鎮(zhèn)類型有工業(yè)型、旅游型、商貿(mào)型、港口物流型、居住型等。
3、小城鎮(zhèn)污水處理工程建設現(xiàn)狀及存在主要問題
根據(jù)建設部《2006年城市、縣城和村鎮(zhèn)建設統(tǒng)計公報》，截至2006年底，全國城市的污水處理率已達57%（其中20%的城市的污水處理率已達到或接近70%），縣城的污水處理率為13.56%，但小城鎮(zhèn)的污水處理工程還處于起步階段，污水處理率不足1%。
目前，小城鎮(zhèn)已建污水處理工程多集中在三峽庫區(qū)、南水北調(diào)沿線或其它重點流域，其中絕大部分按現(xiàn)行的針對城市的相關規(guī)范、標準進行設計和建設。根據(jù)調(diào)研資料，已建的小城鎮(zhèn)污水處理廠主要存在以下幾方面的問題：
3.1、運行成本高
以三峽庫區(qū)為例，為保護庫區(qū)水環(huán)境，庫區(qū)內(nèi)的小城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)均執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中的一級B標準，盡管項目由國家劃撥經(jīng)費建設，但建成后高達0.6~0.9元/m3的運行成本遠遠超出了當?shù)卣途用竦慕?jīng)濟承受能力。由于缺乏運行費用，許多工程實際運行水量大大低于設計水量，還有不少 “曬太陽”工程。
3.2、受工業(yè)廢水的沖擊負荷較大
小城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模較小，承受污染物負荷沖擊的能力較低。目前國內(nèi)生產(chǎn)工藝落后、污染較大的工業(yè)企業(yè)有向小城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移的趨勢，為降低生產(chǎn)成本，部分工業(yè)企業(yè)未嚴格執(zhí)行有關生產(chǎn)廢水處理的規(guī)定，將高濃度的工業(yè)廢水直接排入城鎮(zhèn)下水道，嚴重影響小城鎮(zhèn)污水處理廠的正常運行，達標率低。
3.3、技術和管理人員缺乏
已建小城鎮(zhèn)污水處理廠大多采用常規(guī)二級處理工藝，工藝和電氣設備較多，運營管理比較復雜，而小城鎮(zhèn)往往缺乏專業(yè)的管理人員和技術人員，當實際處理系統(tǒng)不能相應的優(yōu)化調(diào)整運行參數(shù)。同時，設備故障維修也較困難。這些問題導致污水處理達標排放的難度較大。
3.4、缺少相應的規(guī)范、標準
現(xiàn)行的《城市污水處理工程項目建設標準》適用于建設規(guī)模1萬m3/d以上（含1萬m3/d）的污水處理工程，而國內(nèi)絕大多數(shù)小城鎮(zhèn)污水處理工程的建設規(guī)模小于1萬m3/d。近年的工程實踐經(jīng)驗表明，小城鎮(zhèn)硬性照搬《城市污水處理工程項目建設標準》，往往投資大，運行成本高，大多數(shù)（尤其是中西部）小城鎮(zhèn)均難以承受，這些都嚴重制約了小城鎮(zhèn)污水處理工程建設和當?shù)丨h(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展，因此，編制適用于小城鎮(zhèn)的建設規(guī)模在1萬m3/d以下的污水處理工程項目建設標準極為迫切。
4、當前小城鎮(zhèn)污水處理工程的特點
近年來已建小城鎮(zhèn)污水處理工程的建設經(jīng)驗表明，硬性照搬城市污水處理工程的建設經(jīng)驗，套用現(xiàn)行大中規(guī)模污水處理工程的相關標準，往往造成小城鎮(zhèn)在污水處理工程投資和運行費用方面都難以承受。因此，必須根據(jù)小城鎮(zhèn)的特點研究和采用相適應的建設標準，使小城鎮(zhèn)污水處理工程的建設投資和運行費用與當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平相適應，有效保護和改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
4.1污水處理規(guī)模及進水特點
我國在不斷擴大城鎮(zhèn)化進程的過程中，小城鎮(zhèn)的發(fā)展趨勢正逐漸從數(shù)量增長向規(guī)模擴大過渡，小城鎮(zhèn)當前發(fā)展的重點是擴大規(guī)模和提高質(zhì)量。據(jù)民政部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，就建制鎮(zhèn)而言，絕大多數(shù)建制鎮(zhèn)的非農(nóng)業(yè)人口或城鎮(zhèn)人口都在逐年增加。但小城鎮(zhèn)的規(guī)模仍然普遍較小。根據(jù)建設部村鎮(zhèn)建設辦公室的調(diào)研統(tǒng)計，2007年我國大部分小城鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)人口規(guī)模為2500~10000人，平均人口規(guī)模在8300人左右，其中很多建制鎮(zhèn)的非農(nóng)業(yè)人口在2000人以下，根據(jù)相應的用水量指標推算，大多數(shù)建制鎮(zhèn)污水量規(guī)模在2000～2500m3/d。
小城鎮(zhèn)的人口規(guī)模、自來水普及率和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的結(jié)構(gòu)水平，決定了小城鎮(zhèn)的污水總量50%以上是生活污水，多數(shù)小城鎮(zhèn)的工業(yè)廢水以農(nóng)產(chǎn)品加工的廢水為主。受居民生活規(guī)律的影響，城鎮(zhèn)污水的水量、水質(zhì)波動較大，尤其是晝夜變化大，通常在每天的早中晚出現(xiàn)三次水量高峰，其余時段水量很小。
4.2污水處理系統(tǒng)設置
雖然改革開放以來我國的城鎮(zhèn)化水平有了較大幅度的提高，但城鎮(zhèn)的集約化程度總體上不高。小城鎮(zhèn)集聚規(guī)模小、空間布局分散，而且鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的布局也相當分散，沒有向小城鎮(zhèn)區(qū)集中。如果將小城鎮(zhèn)的污水集中處理，一方面將不同來源地污水混合，污水成分將復雜，處理的工藝流程會較復雜，處理成本也會較高。另一方面，需建設較大范圍的污水收集管網(wǎng)，污水需進行長距離轉(zhuǎn)輸或中途提升，導致排水系統(tǒng)布局不合理，既加大了建設投資，也提高了運行成本。因此，小城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)設置不宜強調(diào)大集中的處理方式，應根據(jù)當?shù)氐淖匀坏乩項l件、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、污水收集系統(tǒng)的實際情況，以及出水排放的趨向合理確定污水收集系統(tǒng)的劃分。污水管渠系統(tǒng)的設計應以重力流為主，盡量不設中途提升泵站。對城鎮(zhèn)布局分散、被自然河道或山體分割成幾部分的地區(qū)，應按照經(jīng)濟合理的原則，選擇適度分散的處理方式。
5、處理工藝方案選擇
原則：針對性強，技術成熟，投資合理，運行安全可靠，維護管理簡單，運行費用省。
工藝選擇應滿足以下具體情況
1）水量的不均勻性，晝夜變化大，可能夜間多數(shù)時間沒水。
2）排放要求，根據(jù)受納水體要求或回用要求確定出出水水質(zhì)，從而確定處理目標。
3）管理者素質(zhì)
污水處理是技術含量較高的行業(yè)，小城鎮(zhèn)上勞動力素質(zhì)較低，信息、交通運輸、分析化驗能力都不能與大城市相比，所選處理工藝盡量簡單，易維護，可靠程底高。
4）盡量降低投資和運行費用
小城鎮(zhèn)自身的財力較低，建設資金和運行資金低是確保能建得起和運行得起的關鍵。
5）占地、環(huán)保要求低
小城鎮(zhèn)污水廠用地地價便宜，臭味對周圍環(huán)境影響小，可以減少這方面投資。
6、適合小城鎮(zhèn)污水處理技術
1）、活性污泥法
國外小城鎮(zhèn)污水處理基本都是采用活性污泥法，特點是工藝成熟可靠，處理效率高，受環(huán)境影響小。我國小城鎮(zhèn)污水處理的主流工藝也是活性污泥法，變化也是在些基礎上的創(chuàng)新與提高。
•氧化溝工藝
氧化溝工藝采用環(huán)形水流設計，具有稀釋倍數(shù)高，抗沖擊負荷能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定，曝氣設備采用立軸曝氣機或轉(zhuǎn)碟曝氣機，管理運行簡單，適合小城鎮(zhèn)水量變化大，管理水平低的特點。氧化溝主要類型有卡魯塞爾、奧貝爾、二溝交潛式等。為降低工程造價氧化溝可設計成有防滲能力的土池結(jié)構(gòu)。
•百樂卡工藝
百樂卡工藝用土池作為生化池，用浮動鏈曝氣，并配有專用的沉淀刮泥設備。曝氣設備、刮泥設備的維修可在水面上進行，池子基本不需放空檢修，管理簡單。可利用原有的坑塘洼地經(jīng)必要整修作為生化池，投資費用低。實踐證明該方法處理小城鎮(zhèn)污水效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好。
•SBR工藝
小城鎮(zhèn)污水主要集中在白天，晚上水很少，白天用SBR作為調(diào)蓄池，晚上電價便宜作為處理池，這樣可減少構(gòu)筑物數(shù)量。在SBR池中采用潛水或漂浮式機械曝氣具有設備數(shù)量少，控制過程簡單的優(yōu)點。SBR對水量的適應性強，尤其是小規(guī)模更具優(yōu)勢。
•4S-MBR
江西金達萊環(huán)保研發(fā)中心有限公司組織科研技術團隊，成功開發(fā)了一種運行能耗低、可實現(xiàn)污水污泥同步處理的村鎮(zhèn)污水處理新技術—4S-MBR。該技術以金達萊公司原創(chuàng)的特性菌膜生物反應器工藝為核心，通過引入自主培養(yǎng)和篩選的特性菌群，污泥產(chǎn)量少，基本不排有機污泥；同時強化系統(tǒng)厭氧氨氧化、反硝化除磷生化降解效果，實現(xiàn)了一體式連續(xù)脫氮除磷，COD、NH3-N、TN、TP穩(wěn)定優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB/T18918-2002）一級標準及《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002），能耗降低50％以上。
其“4S”主要體現(xiàn)為以下四個方面：
◇ 污水污泥同步---Sewage and Sludge Treating Synchronization
◇ 處理回用同步--- Treating and Recycling Synchronization
◇ 脫氮除磷同步--- Denitrifying and Dephosphorizing Synchronization
◇ 節(jié)能高效同步--- Saving and Efficiency Synchronization
2）、生物膜法
•生物接觸氧化法
生物接觸氧化是一種具有活性污泥法特點的生物膜法。它綜合了曝氣池和生物濾池兩者的優(yōu)點。
生物接觸氧化池具有容積負荷高、停留時間短、有機物去除效果好、運行管理簡單和占地面積小等優(yōu)點。
•曝氣生物濾池
當出水質(zhì)要求高，有回用要求或占地面積受限時，采用好氧生物濾池，具有占地面積小，處理出水水質(zhì)好的優(yōu)點，缺點是工藝較普通活性污泥法復雜，其投資和運行成本高于活性污泥法。當出水用于景觀水體時，因出水中懸浮物、有機物、氨氮等低，可減緩水體富營養(yǎng)化進展，好氧生物濾池出水清澈，作為景觀用水時視覺效果較好。
•活性污泥與生物膜法的復合技術
活性污泥與生物膜法的復合，可以發(fā)揮二種方法的優(yōu)勢：主要體現(xiàn)在可減少占地、提高凈化效率及效果上，如以顆炭為載體的流動床曝氣技術（流動載體也可以為塑環(huán)、海綿體等），曝氣池中加生物掛毯，都可實現(xiàn)提高出水水質(zhì)的要求，在生物池放置固定填料的接觸氧化工藝，具有占地小，抗沖擊負荷能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定，也適合小型污水處理，在我國應用廣泛，技術、設備、材料成熟。
3）、自然凈化法
純自然凈化法使用很少，一般污水需經(jīng)過去除懸浮物、油、砂后進入自然凈化系統(tǒng)，如何在無霜凍的南方采用人工濕地，通過植物根系固定微生物并向水中傳輸氧氣，利用微生物凈化污水，同時水生植物可去除水中的氮、磷。本方法適合處理河湖入口處的低濃底污水。還有人工綠地，人工快濾方法都是充分利用了自然條件的凈化方法，特點是投資省、運行費低。
4）、人工快速滲濾技術
人工快速滲濾系統(tǒng)（Constructed Rapid Infiltration System,簡稱CRI系統(tǒng)）是在傳統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)（Rapid Infiltration System,簡稱RI系統(tǒng)）基礎上發(fā)展起來的一種嶄新的生態(tài)污水處理技術，它通過有控制地將污水投放于人工構(gòu)筑的滲濾介質(zhì)的表面，使其在向下滲透的過程中經(jīng)歷不同的物理、化學和生物作用，在過濾截留、吸附和生物降解的協(xié)同作用下去除污染物。
與傳統(tǒng)二級污水處理技術相比，CRI技術具有其獨特的優(yōu)點：
① 建設和運營成本低。CRI系統(tǒng)工藝流程簡單，不需要曝氣，不用污泥回流，不產(chǎn)生活性污泥，其建設成本是傳統(tǒng)方法的1/2，直接運行成本是活性污泥法的1/3，其它傳統(tǒng)方法的1/2。
② 污染物去除率高、出水效果好。CRI系統(tǒng)對污染物具有較高的去除率，一般COD達85％以上，BOD達90％以上，SS的去除率達到95％以上，氨氮去除率為90％左右，總磷的去除率可達50~70％以上。
③ 操作、運行簡便。CRI系統(tǒng)工藝簡單，構(gòu)筑物較少，自動化控制程度高，對運行管理人員要求不高，十分便捷。
④ 建設周期短。規(guī)模低于千噸/日的工程一般能在幾個月內(nèi)建成。
CRI系統(tǒng)成功的工程實例詳見四川成都市大林鎮(zhèn)。
5）、無動力式生物處理技術
針對農(nóng)村的污水排放特點，貫徹可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源的理念，在北京市農(nóng)村污水處理中大量推廣應用了無動力式生物凈化槽、人工潛流濕地、土壤滲濾系統(tǒng)等無動力式生物及生態(tài)技術，這些技術都主要體現(xiàn)了如下理念：
（1） 以人為本：充分考慮各農(nóng)村的操作管理水平及污水排放特點，推動應用無人值守技術；
（2） 長效機制：使用節(jié)能乃至無動力技術，盡量不需要電力接入，追求運行費用最低，不需要后期投入；
（3） 污水資源化：就地處理，就地回用；
（4） 景觀美感：使環(huán)保設施與周圍的環(huán)境生態(tài)融為一體，打造新的綠色景觀。
① 無動力式生物凈化槽是好氧與厭氧結(jié)合的一體化結(jié)構(gòu)，核心技術為混合流膨脹床厭氧生物濾池。厭氧生物濾池是在過去幾十年新發(fā)展起來的污水處理技術，并在厭氧領域得到應用，其典型技術為Young和McCarty發(fā)明的厭氧濾池，其系統(tǒng)內(nèi)能保持高污泥濃度，有機負荷高，進而耐沖擊負荷能力強，水力停留時間短，占地小而得到廣泛應用。
② 人工潛流濕地
濕地是由水和生長著水生植物的土地形成的一個生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地利用濕地系統(tǒng)內(nèi)部良好的循環(huán)，對污水有很強的凈化效果，而且具有較好的生態(tài)效益和景觀效果，可廣泛應用于處理各種類型的污水，包括生活污水、工業(yè)廢水、河湖庫水質(zhì)改善等多方面，是投資低廉、節(jié)能低耗的污水處理實用技術。
人工潛流濕地是將污水有控制地投配到生長著植物的土地上，利用土壤、植物和微生物等的作用處理污水的一種污水自然處理系統(tǒng)，當污水流過時，經(jīng)砂石、土壤過濾，植物的富集吸收，植物根際微生物活動等多種作用，使水質(zhì)得到凈化。污水在濕地床表面下經(jīng)水平和垂直方向滲濾流動，通過植物傳遞到根系的氧氣有助于污水的好氧處理，并可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料進行土壤的物理、化學和土壤微生物的生化作用等，提高處理效果和處理能力；同時系統(tǒng)具有水力負荷高，凈化效果良好，受溫度影響較小，處理效果及衛(wèi)生條件較好等特點。
③ 生物凈化井（土壤滲濾技術）
污水土地處理系統(tǒng)多年來一直被人們廣為使用，各種土壤滲濾系統(tǒng)是許多小規(guī)模污水處理站的理想選擇。利用滲井處理污水曾被大面積使用，但由于沒有防滲措施，它可能會對土壤和地下水產(chǎn)生污染，因而在許多地方被立法加以禁止。以快速土壤滲濾系統(tǒng)原理開發(fā)的生物凈化井是成套化小規(guī)模污水處理設備，造價低，管理簡單，對污水有較好的凈化效果，而且具有較好的生態(tài)效益和景觀效果。
生物凈化井是成套化的人工土地快速滲濾系統(tǒng)小型裝置，采用大粒徑易掛膜生物濾料，將一定量的污水投配于滲透性能較好的濾料層中，使其在滲透的過程中經(jīng)物理截留和生化作用，最終達到污水凈化目標的過程。生物凈化井由污水的預處理、調(diào)節(jié)、布水、滲濾以及集水等部分組成，中心部分是滲濾池。
在土地滲濾系統(tǒng)中，投配污水緩慢通過布水管周圍的填料，在土壤毛管作用下向填料層擴散。由于污水富含微生物所必須的營養(yǎng)和能源物質(zhì)，加之適宜的填料性狀為微生物提供了良好的生存發(fā)育環(huán)境，所以填料中有較高的生物活性，存在大量微生物。作物根區(qū)也處于好氧狀態(tài)，污水中的污染物質(zhì)在擴散過程中被土壤阻留、土壤吸附、微生物降解、植物吸收等一系列作用被去除。其中微生物對污水中有機物質(zhì)的去除起著十分重要作用，被截留和吸附在填料中的有機污染物，在微生物的作用下，經(jīng)過生物化學反應，被分解轉(zhuǎn)化成無機物，這是去除有機污染物的關鍵。
由于生物凈化井系統(tǒng)的負荷低、停留時間長，水質(zhì)凈化效果非常好，而且穩(wěn)定。該系統(tǒng)適宜于小規(guī)模的農(nóng)村生活污水的處理，尤其適用于單戶或三五戶居民的生活污水處理，推廣利用前景較為廣闊。
7、結(jié)語
由于小城鎮(zhèn)發(fā)展迅速，且大多數(shù)城鎮(zhèn)污水未經(jīng)處理直接排放，因此小城鎮(zhèn)污水成為我國區(qū)域性水污染的主要原因之一。小城鎮(zhèn)污水治理不僅是小城鎮(zhèn)自身發(fā)展的需要，同時也是流域生態(tài)環(huán)境保護的需要。受建設資金、技術水平和管理水平的制約，我國小城鎮(zhèn)（包括經(jīng)濟發(fā)達的農(nóng)村）污水處理尚處于起步階段。為促進小城鎮(zhèn)污水處理過程的建設，保障我國的水環(huán)境和小城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展，應加大小城鎮(zhèn)污水處理有關問題的研究力度。
8、參考文獻
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