北方中小城鎮(zhèn)的污水排放現(xiàn)狀與推薦處理技術(shù)

1、北方中小城鎮(zhèn)的污水排放現(xiàn)狀與推薦處理技術(shù)任南琪 董晶顥 王秀蘅 ( 哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)研究中心 哈爾濱 150090)摘 要：小城鎮(zhèn)的污水處理和北方缺水地區(qū)的再生水利用是中國五年內(nèi)的工作重點(diǎn)。通過對(duì)北方中小城鎮(zhèn)的污水治理現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)了北方中小城鎮(zhèn)的污水排放特點(diǎn)和治理要求。污水處理工藝選擇時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和自然環(huán)境現(xiàn)狀，以經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易、可靠為目標(biāo)，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。根據(jù)調(diào)查研究的結(jié)果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，推薦北方中小城鎮(zhèn)實(shí)施生態(tài)處理技術(shù)，包括生態(tài)塘系統(tǒng)、地下滲濾系統(tǒng)和人工濕地及其組合形式。同時(shí)建議將污水處理與再生利用結(jié)合起來。關(guān)鍵詞：中小城鎮(zhèn)；污水；生態(tài)塘；地下滲濾；人工濕地Waste

2、water discharge and recommended treatment processes in Chinese northern townsNanqi Ren*, Jinghao Dong, Xiuheng WangResearch Center of Environment & Biotechnology，Harbin Institute of Technology，Harbin，150090，ChinaAbstract: Wastewater treatment and reclamation of northern towns will be emphasized in C

3、hina for the following five years. The current situation of wastewater discharge and treatment of Chinese northern small towns is reviewed through field investigation. Natural environment, economic and social development should all put into consideration when choosing the wastewater treatment proces

4、s, aim to sustainable development. Different treatment processes are recommended for this purpose, such as pond systems using solar radiation as initial energy source, sub-surface wastewater infiltration, constructed wetland and the combined system, treating wastewater at low cost and low energy con

5、sumption to realize wastewater reclamation and reuse for irrigation on farmland to provide both water and nutrients, especially in some water scarce areas. Some full-scale and pilot-scale projects on small towns sewage treatment and reclamation are listed.Key words: Small towns, Sewage, Pond systems

6、, Sub-surface wastewater infiltration, Constructed wetland目前，我國大城市基本上已建設(shè)或在建設(shè)污水處理廠，采用傳統(tǒng)活性污泥法、A/O、SBR等二級(jí)生物處理工藝。但是，人口占全國總數(shù)1/3左右的中小城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)比較簡(jiǎn)陋，甚至沒有污水處理設(shè)施，大量的污水未經(jīng)處理直接排入水體，造成了當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境污染，影響了居民生活用水安全性，已成為我國城市化進(jìn)程中的“瓶頸”，盡早做好中小城鎮(zhèn)污水治理工作勢(shì)在必行。對(duì)中小城鎮(zhèn)的污水排放與處理現(xiàn)狀調(diào)研、分析，并科學(xué)地探討適合的處理技術(shù)是做好中小城鎮(zhèn)污水處理工程建設(shè)的關(guān)鍵。1北方中小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀與建設(shè)要求1

7、.1中小城鎮(zhèn)污水處理的迫切性我國中小城鎮(zhèn)數(shù)量眾多，目前擁有各種規(guī)模和性質(zhì)的中小城鎮(zhèn)近48000多個(gè)1，其中建制鎮(zhèn)20000多個(gè)。隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的迅速發(fā)展和村鎮(zhèn)人口的不斷集中，排污量成倍增長，據(jù)統(tǒng)計(jì)2000年中小城鎮(zhèn)污水排放量為480億噸。可見，雖然單個(gè)中小城鎮(zhèn)排放的污水量無法與大城市相比，但是其排放總量相當(dāng)可觀。然而，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)沒有系統(tǒng)的污水處理設(shè)施，建有一些污水收集或處理設(shè)施的僅占10%，成為區(qū)域性水環(huán)境的重要污染源。因此中小城鎮(zhèn)的污水處理就顯得十分迫切和極為重要。根據(jù)全國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施現(xiàn)狀，按照水污染總量控制的要求，國家發(fā)展改革委員會(huì)制定的全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用規(guī)劃總體建設(shè)目標(biāo)為：到

8、2010年底城鎮(zhèn)污水處理率平均達(dá)到60%，北方缺水城市的再生水利用率達(dá)到20% 2。1.2北方中小城鎮(zhèn)污水排放與處理的特點(diǎn)2005年，通過對(duì)黑龍江省的20多個(gè)中小城鎮(zhèn)的污水治理現(xiàn)狀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，可以總結(jié)出北方中小城鎮(zhèn)的污水排放與處理基本存在以下特點(diǎn)：(1) 缺乏污水處理專項(xiàng)規(guī)劃。除個(gè)別城鎮(zhèn)已建污水處理廠外，大部分中小城鎮(zhèn)只是在總體規(guī)劃上簡(jiǎn)單地進(jìn)行描述或?qū)ξ鬯幚韽S的位置進(jìn)行了選擇，并沒有污水治理的系統(tǒng)規(guī)劃。(2) 排水管網(wǎng)不健全。各城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)狀況相差不多，多數(shù)為明溝暗渠排水或地表漫流；已經(jīng)完成的排水管網(wǎng)多數(shù)為合流制，無截留主干管，各干管污水直接排入水體；排水管徑普遍偏小，雨天滿城積水，低洼地

9、帶住宅進(jìn)水，并給人們出行造成很多不便。還有個(gè)別污水處理廠建成后由于管網(wǎng)不配套而不能正常運(yùn)營和充分發(fā)揮效益。(3) 城鎮(zhèn)人口較少，水量少。縣政府所在鎮(zhèn)污水量一般小于2萬m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)劃也不足5萬m3/d，而一般建制鎮(zhèn)都在5 000m3/d 以下。污水主要是生活污水，COD500mg/L，pH6.57.5，SS500mg/L，含有一定量的氮和磷，可生化性好，且水量的波動(dòng)較大。(4)中小城鎮(zhèn)較分散，各城鎮(zhèn)污水就地單獨(dú)處理比集中建設(shè)大型污水處理廠更現(xiàn)實(shí)可行。(5) 北方冬季氣溫低，最低氣溫時(shí)排水總出口水溫為7，并歷時(shí)36個(gè)月。1.3北方中小城鎮(zhèn)污水處理工藝要求與大中型城市污水處理廠相比，中小城鎮(zhèn)小型

10、污水處理廠的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營更加困難，中小城鎮(zhèn)污水治理將成為今后我國水污染控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)1。工藝選擇時(shí)應(yīng)考慮自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件，以經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易、可靠為目標(biāo)。同時(shí)還要考慮廢水處理設(shè)施所產(chǎn)生的環(huán)境污染、生態(tài)影響以及資源和能源的消耗水平，滿足可持續(xù)發(fā)展要求?？沙掷m(xù)發(fā)展要求：我國大中城市絕大多數(shù)污水處理廠所采用的活性污泥法工藝，具有穩(wěn)定、可靠的處理效果，但是這種高投入和高能耗的處理方式，總體的環(huán)境效益并不理想，在去除水中污染物的同時(shí)，消耗了大量的電能和化學(xué)藥劑；同時(shí)通過曝氣形成CO2和剩余污泥，又將水污染轉(zhuǎn)化為大氣污染和固體廢物的污染，不滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。經(jīng)濟(jì)條件與社會(huì)環(huán)境：北方中小城鎮(zhèn)

11、經(jīng)濟(jì)力量比較薄弱，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值普遍在1.5萬元以下，因此中小城鎮(zhèn)污水處理力求做到建造費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)少、節(jié)約能源。中小城鎮(zhèn)建設(shè)污水處理廠的維護(hù)管理技術(shù)人員及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)都嚴(yán)重缺乏，一般不宜采用檢修環(huán)節(jié)多，檢修頻率高的處理工藝，減少機(jī)械設(shè)備的使用?；钚晕勰喙に嚧笮臀鬯幚韽S，萬噸投資基本都在1000萬元以上，運(yùn)行成本在0.46元/噸左右，規(guī)?？s小后，噸水投資和運(yùn)行費(fèi)用會(huì)更高。中小城鎮(zhèn)受到經(jīng)費(fèi)、技術(shù)人員、管理水平的限制而在建設(shè)和運(yùn)營方面會(huì)有很多困難。因此處理工藝應(yīng)力求運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、效果穩(wěn)定。自然環(huán)境：相對(duì)比南方以及大中城市，北方中小城鎮(zhèn)土地面積大，人口密度較小，土地成本低，因此在選擇工

12、藝時(shí)沒有必要特別考慮占地問題。北方中小城鎮(zhèn)，多數(shù)都以農(nóng)業(yè)為主，因此可考慮將污水用于農(nóng)業(yè)灌溉，這樣就不需進(jìn)行脫氮除磷，從而降低了出水水質(zhì)要求。2000年斯德哥爾摩國際水研討會(huì)特別提倡采用環(huán)境友好的生態(tài)處理技術(shù)3，即低投入、低能耗、簡(jiǎn)易、高效的污水處理技術(shù)。污水生態(tài)處理技術(shù)基本上不涉及化學(xué)能的投入和化學(xué)品的消耗。根據(jù)我國國情，中小城鎮(zhèn)的污水處理必須走生態(tài)處理技術(shù)的道路，尤其提倡以聯(lián)合式或強(qiáng)化生態(tài)處理技術(shù)為主，對(duì)污水進(jìn)行綜合治理和資源化利用。應(yīng)用最廣泛的污水生態(tài)處理技術(shù)有生態(tài)塘系統(tǒng)、土地處理系統(tǒng)和人工濕地等4。污水生態(tài)處理系統(tǒng)可以單獨(dú)運(yùn)行，或與傳統(tǒng)的處理工藝如水解酸化、活性污泥法處理系統(tǒng)聯(lián)用，能取得

13、更好的處理效果。2 污水生態(tài)處理技術(shù)在北方中小城鎮(zhèn)的應(yīng)用2.1 生態(tài)塘處理系統(tǒng)生態(tài)塘作為污水處理和再利用技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基建及運(yùn)行費(fèi)用低，管理維護(hù)方便，能有效去除有機(jī)物和病原體等優(yōu)點(diǎn)。生態(tài)塘系統(tǒng)通常由于占地面積大而限制其應(yīng)用發(fā)展，但北方小城鎮(zhèn)土地供應(yīng)充足，價(jià)格低廉，不構(gòu)成問題。對(duì)于北方地區(qū)，尤其是干旱地區(qū)的生活污水處理，推薦采用如下生態(tài)塘系統(tǒng)：污水預(yù)處理兼性塘控制出水塘農(nóng)田灌溉出水補(bǔ)充地下水或地表水。兼性塘是本系統(tǒng)的主要功能單元，當(dāng)有工業(yè)廢水混入時(shí)，可考慮兼性塘前加厭氧塘。控制出水塘是鑒于北方的氣候特點(diǎn)而設(shè)置的。在冬季低溫季節(jié)，生物降解功能低下，處理水水質(zhì)難于達(dá)標(biāo)，將處理水貯存，待天氣轉(zhuǎn)暖

14、，降解功能恢復(fù)正常，生態(tài)塘開始正常運(yùn)行，處理水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。在溫暖的季節(jié)，控制出水塘還可以做魚或水禽養(yǎng)殖塘。齊齊哈爾生態(tài)塘系統(tǒng)和安達(dá)生態(tài)塘系統(tǒng)是寒溫帶污水處理生態(tài)塘系統(tǒng)應(yīng)用范例。兩個(gè)城市冬季冰封期超過4個(gè)月，冰下水溫一般為2-5。1985年投建的齊齊哈爾污水處理生態(tài)塘系統(tǒng)工藝流程為：污水明渠格柵泵站厭氧塘兼性塘水生作物塘排入嫩江。生態(tài)塘系統(tǒng)采用冬儲(chǔ)夏排方式運(yùn)行，用于處理分流制的城市污水。進(jìn)水SS = 235310mg/L，BOD5 = 125160mg/L，生態(tài)塘的出水SS和BOD5達(dá)到510mg/L；合成洗滌劑和氨氮的去除率超過80%，細(xì)菌去除率超過99%；苯酚和氰化物的去除率超過

15、90%。安達(dá)塘系統(tǒng)污水處理總量為1.5萬m3/d。處理流程為：篩網(wǎng)沉砂池強(qiáng)化厭氧塘兼性塘最終凈化儲(chǔ)留塘出水排入農(nóng)田。入塘污水主要為生活污水和毛紡、食品加工等廢水。冬季出水COD = 71.0 mg/L； BOD5 = 24.1 mg/L，SS = 41.3 mg/L，TKN = 10.3 mg/L，TP = 1.4 mg/L 5。2.2 地下滲濾系統(tǒng)地下滲濾系統(tǒng)是土地處理的一種，將預(yù)處理后的污水有控制地通入設(shè)于地下距地面0.5m深處的滲濾田，通過土壤物理作用和微生物降解，使污水得到凈化。地下滲濾系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它是設(shè)于地面以下的，由于土壤對(duì)污水具有保溫作用，該系統(tǒng)受外界氣溫變化的影響較小，因此比

16、較適用于北方寒冷地區(qū)。地下滲濾系統(tǒng)還具有不影響地面景觀、基建及運(yùn)行管理費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、氮磷去除能力強(qiáng)、處理出水水質(zhì)好、可用于污水回用等特點(diǎn)。在日本、美國、新西蘭和西歐等國家，地下滲濾系統(tǒng)的研究和應(yīng)用日益受到重視6。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所在遼河油田茨榆坨采油廠家屬區(qū)主持修建了處理規(guī)模為300m3/d的示范工程，其一次性投資相當(dāng)于二級(jí)生化處理工程的1/2，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)僅為其1/5，出水實(shí)現(xiàn)了回用7。貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院2001年在紅楓湖國家亞高原水上運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練基地建設(shè)一套303/的生活污水處理工程，其處理效果良好，出水平均值COD=13.59mg/L，NH3-N=3.53 mg/L，TP=

17、0.146 mg/L去除率均大于80%。土壤表面種植植物后，污水凈化效果進(jìn)一步提高8。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在對(duì)大慶某小區(qū)景觀湖水體保護(hù)工程中采用了以地下滲濾系統(tǒng)為主體的處理技術(shù)。該景觀湖內(nèi)養(yǎng)魚并作為小區(qū)雨水受納水體。雨水預(yù)處理后入湖，湖水循環(huán)處理后水質(zhì)要求達(dá)到景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB12941-91）中的B標(biāo)準(zhǔn)。采用方案為：湖水地下滲濾系統(tǒng)循環(huán)泵礫石地表漫流水景（夏季啟用）入湖。2.3 人工濕地處理系統(tǒng)人工濕地是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統(tǒng)，具有與沼澤類似的地面，通過濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合來進(jìn)行廢水處理。北方地區(qū)如大慶、齊齊哈爾等周邊城鎮(zhèn)有大量的濕地、沼澤，該

18、地區(qū)土地不適合進(jìn)行農(nóng)耕，均被閑置，如將其建造成人工濕地充分進(jìn)行利用，可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。人工濕地受氣候影響比較大，對(duì)于北方不可忽略的一個(gè)因素就是越冬問題，存在防凍和植被枯死、表面凍結(jié)造成床體缺氧等許多問題。常用的解決辦法之一是污水在非生長季節(jié)貯存，而在溫暖的春、夏和秋季排向濕地。但這種方法的缺點(diǎn)是貯存池需要大量花費(fèi)，占地面積較大，建議采用以下技術(shù)改造措施。潛流式人工濕地最早是在德國建造的，其主要優(yōu)勢(shì)是污水在處理過程中被覆蓋起來，使污水因蒸發(fā)和流動(dòng)造成的能量損失最小，比較適宜在溫帶地區(qū)冬天運(yùn)行9。我國的劉紅10等人在北京官廳水庫潛流人工濕地系統(tǒng)的試驗(yàn)研究表明，冬季在水力負(fù)荷率為 0.

19、150.45m/d 時(shí)，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的去除率分別為 15%和 50%。北京市環(huán)境科學(xué)研究院在北京市延慶沈家營鎮(zhèn)建設(shè)了一座200t/d的潛流人工濕地，進(jìn)水COD200mg/L，為預(yù)處理后的工業(yè)廢水， 2004年冬季的運(yùn)行結(jié)果為COD去除率64-77%，直接運(yùn)行成本（不含折舊）0.05元/噸。此外，該濕地作為公園的一部分還有很高的生態(tài)價(jià)值11。19801984年間，在加拿大安大略省通過調(diào)整操作方案成功地完成了濕地的越冬工程。采取的措施是，水位上升至冰凍面后形成一層冰層，然后水位下降，這樣就在水位與冰層之間形成了絕緣空氣層，水生植物密實(shí)的地上莖對(duì)冰層的形成起到了支撐作用，枯死的香蒲所積聚的雪層

20、也為濕地提供了一層絕緣雪毯4。另外，適當(dāng)增加人工濕地的構(gòu)筑深度可以起到保溫的效果，如東北第一座人工濕地處理系統(tǒng)沈陽市滿堂河生活污水處理人工濕地，其一級(jí)處理由沉淀池和浮動(dòng)生物床組成，考慮到凍土層，濕地深度大于1，經(jīng)過一年的試運(yùn)行，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)12。2.4濕地組合系統(tǒng)彭潤芝、董澤琴13等對(duì)貴州省環(huán)科院家屬樓宿舍化糞池出水進(jìn)行試驗(yàn)，證明地溝式滲濾與碎石床濕地組合處理污水效率在同樣進(jìn)水水質(zhì)情況下，污染物去除率比單純的地溝式滲濾提高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。在冬天無植物生長情況下對(duì)BOD5、COD、SS、NH3-N和TP的去除率平均為91.56%、84.75%、93.33%、81.30%和88.90%，夏

21、季處理效率分別提高4.29%、5.75%、6.9%、14.81%和4.85%。對(duì)于出水水質(zhì)要求較高和有再生回用要求的地區(qū)，可采用水解酸化/不完全氧化活性污泥法/人工濕地處理系統(tǒng)，水解酸化和不完全氧化工藝基本不受溫度變化的影響。該組合工藝對(duì)COD、BOD5和SS的去除率分別可達(dá)70%、80%和80%以上。為保證冬季的處理效果，適當(dāng)增加氧化池的曝氣量和停留時(shí)間來彌補(bǔ)土壤植物系統(tǒng)處理能力的降低，克服了單純?nèi)斯竦卦蕉碾y題，可常年運(yùn)行 14。2.5 其他工藝除采用生態(tài)技術(shù)外，中小城鎮(zhèn)的污水處理還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況采用接觸氧化法、強(qiáng)化一級(jí)處理等方法。接觸氧化法具有處理效果好、操作簡(jiǎn)單、污泥量少、耐

22、低溫等優(yōu)點(diǎn)。化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝，建設(shè)投資較少，不易受氣候條件的限制，在寒冷地區(qū)有生物處理工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì)；適當(dāng)時(shí)間再建二級(jí)處理，這在國內(nèi)外均有先例。3 北方中小城鎮(zhèn)的污水再生利用中小城鎮(zhèn)污水處理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，不應(yīng)僅停留在傳統(tǒng)的達(dá)標(biāo)排放的理念上，污水處理廠出水應(yīng)作為回饋環(huán)境的水資源，為開辟城鎮(zhèn)第二水源提供基礎(chǔ)條件。在規(guī)劃建設(shè)污水處理設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的水資源開發(fā)利用的具體情況，確定再生水資源利用方向和利用水量，把污水處理與利用結(jié)合起來考慮。特別是對(duì)于北方缺水地區(qū)，應(yīng)考慮建設(shè)污水再生利用設(shè)施，發(fā)展再生水在園林綠化、市政環(huán)衛(wèi)、城鎮(zhèn)雜用、工業(yè)冷卻、農(nóng)業(yè)灌溉等方面的使用。城鎮(zhèn)污水再生利用也是削減水

23、污染物排放總量的主要措施之一，在規(guī)劃控制水環(huán)境污染及建設(shè)污水集中處理設(shè)施時(shí)應(yīng)給予充分重視。4 結(jié)論對(duì)于北方中小城鎮(zhèn)的污水處理建設(shè)，應(yīng)根據(jù)其所處的自然環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)情況以及污水水質(zhì)、排放要求等，因地制宜合理確定其處理工藝，避免照搬大中城市污水處理工藝及參數(shù)。投資省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便、高效低耗的工藝是污水處理界所致力研究與尋求的方向，對(duì)于北方中小城鎮(zhèn)，這樣的需求更加突出。根據(jù)調(diào)查研究的結(jié)果，我們推薦采用生態(tài)塘系統(tǒng)、地下滲濾處理系統(tǒng)和人工濕地系統(tǒng)等生態(tài)處理技術(shù)，并將污水處理與再生利用結(jié)合起來。參考文獻(xiàn)1 鄭興燦，張悅。城市污水處理的技術(shù)決策與工藝方案選擇研究。中國土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)排水委員會(huì)第四屆第一次年會(huì)論文集，天津，2001：1-15。2 國家發(fā)展和改革委員會(huì)辦公廳、建設(shè)部辦公廳、國家環(huán)境保護(hù)總局辦公廳文件2005513號(hào)。3 Kni