小城鎮(zhèn)污水生態(tài)處理技術(shù)
近幾年，隨著國家環(huán)保政策的不斷加強，特別是今年《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》的出臺，使得城市污水處理廠的建設(shè)步伐越來越快，污水處理廠的建設(shè)范圍也從最初的大中城市逐步向中小城市邁進。與此同時，我國小城鎮(zhèn)污水處理也越來越被人們所重視。
隨著我國農(nóng)村城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，小城鎮(zhèn)人口大量增加，污水排放量逐年增大，但多數(shù)小城鎮(zhèn)均未建設(shè)污水處理設(shè)施，使得大量污水得不到處理就源源不斷地直接排入周邊河流和湖泊，導(dǎo)致小城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境不斷惡化。而且，由于我國小城鎮(zhèn)分布分散，數(shù)量多，生態(tài)環(huán)境一旦遭到破壞，將很難得到恢復(fù)。
另外，由于國家環(huán)保力度的加強，不少對環(huán)境污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)紛紛關(guān)閉、重組或搬遷，而重新選擇的廠址往往是環(huán)境容量大、土地資源多的小城鎮(zhèn)，因而鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速發(fā)展。由于小城鎮(zhèn)環(huán)保意識薄弱，現(xiàn)有污水處理率很低，污水資源化利用幾乎是空白，水污染形勢日益嚴(yán)重。
加強小城鎮(zhèn)污水處理，避免生態(tài)環(huán)境惡化，對促進小城鎮(zhèn)經(jīng)濟健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1小城鎮(zhèn)污水處理特性
1.1小城鎮(zhèn)污水排放特點
小城鎮(zhèn)污水排放主要來自于生活污水和工業(yè)廢水，依據(jù)工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品的不同，小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)變化較大;由于人口數(shù)量相對較少，小城鎮(zhèn)污水排放量較小，大都在3000~30000m3/d規(guī)模范圍內(nèi)，且水量晝夜波動較大;由于明渠排水管道和雨污合流制排水系統(tǒng)導(dǎo)致污水中有機物濃度較低，懸浮物濃度和氮磷濃度高，可生化性較好。一般BOD5為100～150mg/L，COD為250～300mg/L，SS為200mg/L左右。
1.2小城鎮(zhèn)污水處理要求
基于小城鎮(zhèn)污水排放的上述特點，小城鎮(zhèn)污水處理應(yīng)優(yōu)先選擇抗沖擊負荷、具有一定的脫氮除磷功能的污水處理工藝;同時，由于小城鎮(zhèn)經(jīng)濟力量相對薄弱，還應(yīng)選擇基建投資省，能耗低，運行費用低的工藝;由于小城鎮(zhèn)技術(shù)力量薄弱，還應(yīng)選擇運行管理簡單、便于維護的工藝;同時，為避免二次污染，還應(yīng)盡量選擇污泥產(chǎn)生量少的工藝。
2小城鎮(zhèn)污水生態(tài)處理技術(shù)簡介
我國污水處理廠最常用的處理工藝主要有三種：A/O、A2/O及改良工藝，氧化溝工藝，SBR及其改良工藝如CASS、CAST工藝等。其中，A/O、A2/O及改良工藝構(gòu)(建)筑物多，工藝流程復(fù)雜，主要用于處理規(guī)模較大(10萬m3/d以上)的城市市政污水處理廠，而氧化溝工藝因為表曝系統(tǒng)充氧效率較低能耗較高，SBR工藝因為自控程度較高，對運行人員技術(shù)水平要求較高，因而，以上幾種常規(guī)污水處理工藝并不適用于小城鎮(zhèn)污水處理。
近年，生態(tài)處理技術(shù)(或稱自然處理技術(shù))應(yīng)用于小城鎮(zhèn)污水處理廠的研究越來越多。工藝簡單、基建投資省、運行管理方便、能耗低、抗沖擊負荷能力強等特點賦予了生態(tài)處理技術(shù)用于小城鎮(zhèn)污水處理的獨特優(yōu)勢。生態(tài)處理技術(shù)主要有穩(wěn)定塘(生態(tài)塘)處理系統(tǒng)、土地處理系統(tǒng)、溝渠處理系統(tǒng)和蚯蚓生態(tài)濾池，現(xiàn)將各工藝特點簡單介紹如下：
2.1穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)
穩(wěn)定塘(生態(tài)塘)是水中微生物和水生植物利用太陽能在生長過程中消耗污水中的有機物和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)來凈化污水，同時可在塘中養(yǎng)殖水禽，形成生態(tài)塘內(nèi)穩(wěn)定的食物鏈。穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)不僅可去除污染物，而且可以回收水生作物和水產(chǎn)，凈化的污水也可作為再生水資源予以回收利用，達到一塘多用的目的。
東營采用厭氧塘、曝氣塘、魚塘、藕塘、蘆葦塘的多級串聯(lián)穩(wěn)定塘工藝處理污水，有效地去除了有機物、營養(yǎng)物、重金屬和細菌等，出水水質(zhì)較好，達到了一級B標(biāo)準(zhǔn)，且大大降低了污水處理運營成本，每排放1噸污水只要收取0.057元的費用就可以維持污水廠的運行。該工藝的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢是其他工藝無法比擬的。另據(jù)劉汝鵬等人的研究，德州采用多級串聯(lián)穩(wěn)定塘系統(tǒng)處理污水，除冬季出現(xiàn)出水磷超標(biāo)現(xiàn)象外，各項指標(biāo)實際出水濃度低于設(shè)計值。內(nèi)蒙古集寧采用多種單元塘優(yōu)化組合的工藝流程在寒冷地區(qū)短停留時間模式下運行也取得了良好效果。經(jīng)過凈化的污水可以達到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)，不僅減輕了對受納水體的污染，還可回收利用水資源。
穩(wěn)定塘處理技術(shù)由于其抗沖擊負荷需要，一般占地面積較大，可利用農(nóng)村地區(qū)廢棄的河塘、洼地等有利地形進行改造，可大大節(jié)省基建費用。
2.2土地處理系統(tǒng)
土地處理系統(tǒng)是利用土壤微生物和植物系統(tǒng)的自我調(diào)控機制和綜合凈化功能處理污水的生態(tài)處理工藝，目前應(yīng)用較多的主要是人工濕地系統(tǒng)和快速滲濾系統(tǒng)。
2.2.1人工濕地系統(tǒng)
根據(jù)系統(tǒng)布水方式的不同或水流方向的差異，一般可以把人工濕地分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直(立式)流人工濕地。
深圳市沙田人工濕地污水處理廠采用兩級潛流型人工濕地系統(tǒng)處理污水，出水主要指標(biāo)可以達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。故城縣東北屯污水處理廠采用多級表面流、垂直潛流濕地+氧化塘處理系統(tǒng)使污水凈化后達到農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)，解決了決東北屯100hm2耕地的灌溉用水，提高了污水資源的利用率，有利于緩解用水緊缺的狀況。另外，強化混凝—人工濕地組合工藝和生物法-人工濕地組合工藝等污水處理技術(shù)應(yīng)用于小城鎮(zhèn)污水處理研究也取得了較好的效果。人工濕地的優(yōu)勢在于基建和管理費用低廉、對污染物的去除能力優(yōu)異、管理和維護操作簡便，在我國中小城鎮(zhèn)具有很高的推廣價值。
2.2.2快速滲濾系統(tǒng)
人工快速滲濾系統(tǒng)CRI(ConstructedRapidInfiltrationSystem)
是采用滲透性能較好的天然河砂、陶粒和煤矸石等為主要滲濾介質(zhì)代替天然土層發(fā)展起來的一種新型的生態(tài)處理系統(tǒng)。王艷華等人對重慶市龍溪河流域水污染綜合整治工程中9座采用該工藝的污水處理廠實際情況進行分析得出，CRI工藝以其建設(shè)投資省、運行費用低、抗沖擊負荷強、管理簡單、運行穩(wěn)定、維修方便、產(chǎn)生污泥及廢氣少、對環(huán)境影響小等優(yōu)點顯示出明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，是適合我國國情的小城鎮(zhèn)污水處理工藝。
2.3溝渠凈化系統(tǒng)
利用排水溝渠處理污水技術(shù)是在排水干溝渠順流方向設(shè)置固定微生物載體，如在溝渠內(nèi)設(shè)置填料或種植水生植物，形成生物接觸氧化或人工濕地污水處理系統(tǒng)，對流經(jīng)污水中的有機物和氮磷等物質(zhì)進行吸附和生物降解，達到去除水中污染物的目的。利用現(xiàn)有的排水設(shè)施和天然排水溝渠處理污水，可以降低基建投資和降低運行成本，減少管理人員，對改善小城鎮(zhèn)環(huán)境具有非常重大的意義。
郭勁松等人對三峽庫區(qū)典型小城鎮(zhèn)石寶鎮(zhèn)的排水溝渠進行改造，對利用地形高差形成的水流跌落進行復(fù)氧，結(jié)合生物接觸氧化、人工濕地和穩(wěn)定塘技術(shù)對溝渠進行合理改造，開發(fā)出人工強化溝渠污水處理設(shè)施，生產(chǎn)性試驗表明：人工強化溝渠表現(xiàn)出了較強的有機物去除能力，對氮磷也有相當(dāng)?shù)娜コЧm合在三峽庫區(qū)山地小城鎮(zhèn)推廣。周婷等人提出將已有農(nóng)田排灌溝渠就地改造為溝渠式生物接觸氧化池，在其中種植水生植物、投放水生動物并加入組合填料使其掛膜，構(gòu)建溝渠式生物接觸氧化法污水處理系統(tǒng)，并在實驗室采用溝渠式生物接觸氧化組合系統(tǒng)處理模擬村莊面源污水，較好地去除了有機物并實現(xiàn)氨氮轉(zhuǎn)化，這對小城鎮(zhèn)控制面源污染有一定的借鑒意義。
2.4蚯蚓生態(tài)濾池
蚯蚓生態(tài)濾池是利用人工濾床中的蚯蚓和其他微生物通過過濾、吸附、生物降解等作用去除污水和污泥中的有機物。蚯蚓在對水中和污泥中的有機物進行分解吸收的同時，還可以在其覓食過程中對濾床進行清掃、防止濾床堵塞，提高氧氣利用率，另外增殖的“剩余蚯蚓”還可以作為肥料進行二次利用。此項技術(shù)已在上海成功地進行了中型試驗和生產(chǎn)性規(guī)模的應(yīng)用。
為提高蚯蚓生物濾池的處理能力，濾池填料和組合工藝的選擇非常重要。常用的濾料主要有石英砂和陶粒濾料，另外在蚯蚓生物濾池后采用鋼渣、煤渣混合滲濾系統(tǒng)既可高效除磷，又可以進一步凈化、穩(wěn)定蚯蚓生物濾池的出水水質(zhì)。由于蚯蚓生態(tài)濾池具有工程造價低、運行費用低、管理要求低、占地面積小、二次污染少、資源化程度高等特點，在小城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活污水、污泥處理中有著廣闊的發(fā)展前景。
3小城鎮(zhèn)污水生態(tài)處理技術(shù)研究方向
由于小城鎮(zhèn)經(jīng)濟實力不強，且缺乏專業(yè)技術(shù)人員，因此選擇的污水處理工藝首先要滿足這兩項要求才可以實現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)運行。生態(tài)處理技術(shù)以其投資少、能耗低、運行管理簡單等特點，比較適用于小城鎮(zhèn)污水處理。要使得生態(tài)處理技術(shù)在小城鎮(zhèn)污水處理廠較快推廣應(yīng)用，還需做好以下幾方面的研究：
1)加強生態(tài)處理技術(shù)脫氮除磷效果研究。隨著國家對污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，氮和磷的高效處理成為所有污水廠亟待解決的難題。因此，應(yīng)對上述幾種生態(tài)處理技術(shù)的脫氮除磷機理進行研究，可考慮輔以其他生物、化學(xué)處理工藝進行預(yù)或后處理，以滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
2)加強生態(tài)處理技術(shù)應(yīng)用于污水廠的工藝參數(shù)研究。生態(tài)處理技術(shù)不像A2/O、氧化溝、SBR等常規(guī)污水處理工藝因應(yīng)用多年已積累了成熟可靠的設(shè)計參數(shù)和運行參數(shù)，生態(tài)處理工藝污水廠應(yīng)如何進行土建施工和設(shè)備選型來降低投資額度、如何調(diào)整運行參數(shù)來降低能耗成本是決定該技術(shù)能否成功應(yīng)用于小城鎮(zhèn)污水處理的關(guān)鍵。
3)開展小城鎮(zhèn)污水處理廠管理模式研究。我國不乏污水處理廠建成后擱置不用的事例，在缺乏資金、人員且分布零散的小城鎮(zhèn)更易發(fā)生此類問題，因此如何讓小城鎮(zhèn)污水廠穩(wěn)定、持續(xù)地運行起來才是關(guān)鍵。目前，我國賦予民間投資人以市政公用事業(yè)的特性經(jīng)營權(quán)，由投資人以BOT(建設(shè)-運營-移交)模式建設(shè)、運營污水處理廠可提供資金、人員和技術(shù)保障，不失為小城鎮(zhèn)污水處理的管理方向。