小城鎮(zhèn)污水生態(tài)處理技術(shù)
近幾年，隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷加強(qiáng)，特別是今年《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》的出臺(tái)，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(jìn)。與此同時(shí)，我國(guó)小城鎮(zhèn)污水處理也越來越被人們所重視。
隨著我國(guó)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(guó)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(guó)家環(huán)保力度的加強(qiáng)，不少對(duì)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(shí)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(shì)日益嚴(yán)重。
加強(qiáng)小城鎮(zhèn)污水處理，避免生態(tài)環(huán)境惡化，對(duì)促進(jìn)小城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)
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(duì)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(dòng)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(jī)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(diǎn)，小城鎮(zhèn)污水處理應(yīng)優(yōu)先選擇抗沖擊負(fù)荷、具有一定的脫氮除磷功能的污水處理工藝;同時(shí)，由于小城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)力量相對(duì)薄弱，還應(yīng)選擇基建投資省，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低的工藝;由于小城鎮(zhèn)技術(shù)力量薄弱，還應(yīng)選擇運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、便于維護(hù)的工藝;同時(shí)，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(jiǎn)介
我國(guó)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?yàn)楸砥叵到y(tǒng)充氧效率較低能耗較高，SBR工藝因?yàn)樽钥爻潭容^高，對(duì)運(yùn)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(jiǎn)單、基建投資省、運(yùn)行管理方便、能耗低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)賦予了生態(tài)處理技術(shù)用于小城鎮(zhèn)污水處理的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)簡(jiǎn)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(zhǎng)過程中消耗污水中的有機(jī)物和氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來凈化污水，同時(shí)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(dá)到一塘多用的目的。
東營(yíng)采用厭氧塘、曝氣塘、魚塘、藕塘、蘆葦塘的多級(jí)串聯(lián)穩(wěn)定塘工藝處理污水，有效地去除了有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)物、重金屬和細(xì)菌等，出水水質(zhì)較好，達(dá)到了一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，且大大降低了污水處理運(yùn)營(yíng)成本，每排放1噸污水只要收取0.057元的費(fèi)用就可以維持污水廠的運(yùn)行。該工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)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(jí)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(xiàng)指標(biāo)實(shí)際出水濃度低于設(shè)計(jì)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(shí)間模式下運(yùn)行也取得了良好效果。經(jīng)過凈化的污水可以達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)，不僅減輕了對(duì)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(fù)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(jìn)行改造，可大大節(jié)省基建費(fèi)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(jī)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(jí)潛流型人工濕地系統(tǒng)處理污水，出水主要指標(biāo)可以達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。故城縣東北屯污水處理廠采用多級(jí)表面流、垂直潛流濕地+氧化塘處理系統(tǒng)使污水凈化后達(dá)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(qiáng)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(shì)在于基建和管理費(fèi)用低廉、對(duì)污染物的去除能力優(yōu)異、管理和維護(hù)操作簡(jiǎn)便，在我國(guó)中小城鎮(zhèn)具有很高的推廣價(jià)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(duì)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(shí)際情況進(jìn)行分析得出，CRI工藝以其建設(shè)投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維修方便、產(chǎn)生污泥及廢氣少、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)顯示出明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，是適合我國(guó)國(guó)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(duì)流經(jīng)污水中的有機(jī)物和氮磷等物質(zhì)進(jìn)行吸附和生物降解，達(dá)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(yùn)行成本，減少管理人員，對(duì)改善小城鎮(zhèn)環(huán)境具有非常重大的意義。
郭勁松等人對(duì)三峽庫區(qū)典型小城鎮(zhèn)石寶鎮(zhèn)的排水溝渠進(jìn)行改造，對(duì)利用地形高差形成的水流跌落進(jìn)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(duì)溝渠進(jìn)行合理改造，開發(fā)出人工強(qiáng)化溝渠污水處理設(shè)施，生產(chǎn)性試驗(yàn)表明：人工強(qiáng)化溝渠表現(xiàn)出了較強(qiáng)的有機(jī)物去除能力，對(duì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(jī)物并實(shí)現(xiàn)氨氮轉(zhuǎn)化，這對(duì)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(jī)物。蚯蚓在對(duì)水中和污泥中的有機(jī)物進(jìn)行分解吸收的同時(shí)，還可以在其覓食過程中對(duì)濾床進(jìn)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(jìn)行二次利用。此項(xiàng)技術(shù)已在上海成功地進(jìn)行了中型試驗(yàn)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(jìn)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(jià)低、運(yùn)行費(fèi)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(diǎn)，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(jì)實(shí)力不強(qiáng)，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(xiàng)要求才可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行。生態(tài)處理技術(shù)以其投資少、能耗低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，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(qiáng)生態(tài)處理技術(shù)脫氮除磷效果研究。隨著國(guó)家對(duì)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(duì)上述幾種生態(tài)處理技術(shù)的脫氮除磷機(jī)理進(jìn)行研究，可考慮輔以其他生物、化學(xué)處理工藝進(jìn)行預(yù)或后處理，以滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
2)加強(qiáng)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(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，生態(tài)處理工藝污水廠應(yīng)如何進(jìn)行土建施工和設(shè)備選型來降低投資額度、如何調(diào)整運(yùn)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(guó)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(yùn)行起來才是關(guān)鍵。目前，我國(guó)賦予民間投資人以市政公用事業(yè)的特性經(jīng)營(yíng)權(quán)，由投資人以BOT(建設(shè)-運(yùn)營(yíng)-移交)模式建設(shè)、運(yùn)營(yíng)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。