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。通過對北方中小城鎮(zhèn)的污水治理現(xiàn)狀進行調(diào)研，總結(jié)了北方中小城鎮(zhèn)的污水排放特點和治理要求。污水處理工藝選擇時應(yīng)考慮經(jīng)濟、社會和自然環(huán)境現(xiàn)狀，以經(jīng)濟、簡易、可靠為目標，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)濟分析，推薦北方中小城鎮(zhèn)實施生態(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?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程中的“瓶頸”，盡早做好中小城鎮(zhèn)污水治理工作勢在必行。對中小城鎮(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1，其中建制鎮(zhèn)20000多個。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2000年中小城鎮(zhèn)污水排放量為480億噸?？梢?，雖然單個中小城鎮(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)目標為：到

8、2010年底城鎮(zhèn)污水處理率平均達到60%，北方缺水城市的再生水利用率達到20% 2。1.2北方中小城鎮(zhèn)污水排放與處理的特點2005年，通過對黑龍江省的20多個中小城鎮(zhèn)的污水治理現(xiàn)狀進行現(xiàn)場調(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：(1) 缺乏污水處理專項規(guī)劃。除個別城鎮(zhèn)已建污水處理廠外，大部分中小城鎮(zhèn)只是在總體規(guī)劃上簡單地進行描述或?qū)ξ鬯幚韽S的位置進行了選擇，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、帶住宅進水，并給人們出行造成很多不便。還有個別污水處理廠建成后由于管網(wǎng)不配套而不能正常運營和充分發(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，且水量的波動較大。(4)中小城鎮(zhèn)較分散，各城鎮(zhèn)污水就地單獨處理比集中建設(shè)大型污水處理廠更現(xiàn)實可行。(5) 北方冬季氣溫低，最低氣溫時排水總出口水溫為7，并歷時36個月。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、建設(shè)和運營更加困難，中小城鎮(zhèn)污水治理將成為今后我國水污染控制的重點和難點1。工藝選擇時應(yīng)考慮自然環(huán)境、社會環(huán)境和經(jīng)濟條件，以經(jīng)濟、簡易、可靠為目標。同時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，消耗了大量的電能和化學(xué)藥劑；同時通過曝氣形成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)濟條件與社會環(huán)境：北方中小城鎮(zhèn)

11、經(jīng)濟力量比較薄弱，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用低、運行費少、節(jié)約能源。中小城鎮(zhèn)建設(shè)污水處理廠的維護管理技術(shù)人員及運行管理經(jīng)驗都嚴重缺乏，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，運行成本在0.46元/噸左右，規(guī)?？s小后，噸水投資和運行費用會更高。中小城鎮(zhèn)受到經(jīng)費、技術(shù)人員、管理水平的限制而在建設(shè)和運營方面會有很多困難。因此處理工藝應(yīng)力求運行管理簡單、維護方便、效果穩(wěn)定。自然環(huán)境：相對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)合式或強化生態(tài)處理技術(shù)為主，對污水進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)可以單獨運行，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)簡單，基建及運行費用低，管理維護方便，能有效去除有機物和病原體等優(yōu)點。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，價格低廉，不構(gòu)成問題。對于北方地區(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)田灌溉出水補充地下水或地表水。兼性塘是本系統(tǒng)的主要功能單元，當有工業(yè)廢水混入時，可考慮兼性塘前加厭氧塘?？刂瞥鏊潦氰b于北方的氣候特點而設(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)難于達標，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)塘開始正常運行，處理水水質(zhì)達到排放標準后排放。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。兩個城市冬季冰封期超過4個月，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)采用冬儲夏排方式運行，用于處理分流制的城市污水。進水SS = 235310mg/L，BOD5 = 125160mg/L，生態(tài)塘的出水SS和BOD5達到510mg/L；合成洗滌劑和氨氮的去除率超過80%，細菌去除率超過99%；苯酚和氰化物的去除率超過

15、90%。安達塘系統(tǒng)污水處理總量為1.5萬m3/d。處理流程為：篩網(wǎng)沉砂池強化厭氧塘兼性塘最終凈化儲留塘出水排入農(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)勢在于它是設(shè)于地面以下的，由于土壤對污水具有保溫作用，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、基建及運行管理費用低、運行管理簡單、氮磷去除能力強、處理出水水質(zhì)好、可用于污水回用等特點。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，其一次性投資相當于二級生化處理工程的1/2，運轉(zhuǎn)費僅為其1/5，出水實現(xiàn)了回用7。貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計院2001年在紅楓湖國家亞高原水上運動訓(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，污水凈化效果進一步提高8。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在對大慶某小區(qū)景觀湖水體保護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)要求達到景觀娛樂用水水質(zhì)標準（GB12941-91）中的B標準。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)土地不適合進行農(nóng)耕，均被閑置，如將其建造成人工濕地充分進行利用，可取得明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。人工濕地受氣候影響比較大，對于北方不可忽略的一個因素就是越冬問題，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。但這種方法的缺點是貯存池需要大量花費，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)勢是污水在處理過程中被覆蓋起來，使污水因蒸發(fā)和流動造成的能量損失最小，比較適宜在溫帶地區(qū)冬天運行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)的試驗研究表明，冬季在水力負荷率為 0.

19、150.45m/d 時，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，進水COD200mg/L，為預(yù)處理后的工業(yè)廢水， 2004年冬季的運行結(jié)果為COD去除率64-77%，直接運行成本（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，水生植物密實的地上莖對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，其一級處理由沉淀池和浮動生物床組成，考慮到凍土層，濕地深度大于1，經(jīng)過一年的試運行，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標12。2.4濕地組合系統(tǒng)彭潤芝、董澤琴13等對貴州省環(huán)科院家屬樓宿舍化糞池出水進行試驗，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，抗沖擊負荷能力強。在冬天無植物生長情況下對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COD、BOD5和SS的去除率分別可達70%、80%和80%以上。為保證冬季的處理效果，適當增加氧化池的曝氣量和停留時間來彌補土壤植物系統(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?shù)氐膶嶋H情況采用接觸氧化法、強化一級處理等方法。接觸氧化法具有處理效果好、操作簡單、污泥量少、耐

22、低溫等優(yōu)點?；瘜W(xué)強化一級處理工藝，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；適當時間再建二級處理，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，不應(yīng)僅停留在傳統(tǒng)的達標排放的理念上，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，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)施時應(yīng)給予充分重視。4 結(jié)論對于北方中小城鎮(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、運行管理簡便、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)會水工業(yè)分會排水委員會第四屆第一次年會論文集，天津，2001：1-15。2 國家發(fā)展和改革委員會辦公廳、建設(shè)部辦公廳、國家環(huán)境保護總局辦公廳文件2005513號。3 Kni