小城镇污水处理的现状及其工艺比较

2016-03-25赵清民

长江大学学报(自科版) 2016年22期

关键词：滤池处理工艺小城镇

赵清民

(江陵银龙水务有限公司，湖北荆州 434000)

曹荣华

(荆州区川店镇农业服务中心,湖北荆州 434033)

小城镇污水处理的现状及其工艺比较

赵清民

(江陵银龙水务有限公司，湖北荆州 434000)

曹荣华

(荆州区川店镇农业服务中心,湖北荆州 434033)

随着我国城镇化进程的加快，小城镇的发展十分迅速，但是其污水处理现状堪忧。分析了小城镇污水的特点及现状，并比较了适合小城镇污水处理传统工艺的优缺点，如A/O工艺或A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟工艺、BIOLAK工艺、生物接触氧化工艺、稳定塘工艺等；介绍了结合小城镇特点发展起来的几种新工艺的优缺点及适用范围，如人工湿地处理工艺、蚯蚓生态滤池处理工艺、MST一体化处理工艺、STCC一体化污水处理工艺等，为小城镇污水处理工艺的选择提供了方向。

小城镇；污水；处理；工艺

保护环境是经济社会可持续发展的要求，是我国经济转型发展的重要保障。在我国的2万多个集镇中，尚无完善的水处理设施或者工程[1]，小城镇的高速发展使其基础设施规划与建设水平偏低的矛盾显露出来，缺乏必要的市政管网和污水处理厂。当地居民使用后的生活污水或是工业废水，未经处理直接排入地表水体中或者渗入地下水体，对当地及下游水体造成极其严重的污染。大多数小城镇河段难以作为饮用水水源，造成污染性缺水，严重影响当地人民的用水安全及农业的发展，同时也威胁到小城镇及周边大中城市的饮用水安全，尤其是下游流域的用水安全。小城镇污水处理问题已成为当今社会急需解决的重要问题。由于小城镇的污水性质不同于大城市的污水，各个小城镇之间的污水水质差异极大，无法照搬大城市污水处理的模式，只能根据不同水质“量身定制”处理工艺，因此，了解小城镇的污水特点是十分必要的。

1　小城镇污水特点及水处理面临的问题

1.1规模小、变化系数高

鉴于我国目前的经济社会发展程度，小城镇居民生活水平较低，人均用水量比较少，加上人口密度较低，造成居民的生活污水规模较小。小城镇的镇域面积一般较小，且小城镇居民生活习惯与大城市居民相差较大(比如夜间用水量较少)，污水的日变化系数较高。同时，由于农业会随季节变化，导致用水量也会随季节产生较大的变化。因此，小城镇的污水量存在规模小、变化系数高的特点，进行污水处理时应根据实际情况选择工艺。

1.2水质差异大

我国的小城镇由于地域、气候及居民的生活习惯差异较大，同时城镇的类型也各有不同，有的以农业为主，有的以旅游业为主，有的主要产业为水产养殖，有的主要产业是畜牧业，因此，各个小城镇的水质差异较大。而且随着我国改革开放的进程，小城镇为寻求经济发展，也积极根据现有的资源和条件发展农业或者工业，某些小城镇引进工业企业为当地居民提供就业机会并创造财富，同时，也引入了大量的工业废水。由于小城镇居民的生活污水量规模较小，而工业企业是用水大户，因此，对本地的污水水质影响较大，导致污水水质会随工业废水水质变化。同时，不同的工业废水中含有的污染物质差异极大，如果小城镇中建有不同性质工厂的工业园区，污水混合后很难将各种污染物分别去除，所以工业废水在出厂之前应进行预处理，达标后排放至市政管网。

1.3排水管网不完善

大部分小城镇在建设时没有系统的规划，大多数采用雨污合流系统，或是没有完整的排水系统，污水通过明渠就近排放至河流或湖泊中。而雨污合流系统会导致雨天大量雨水涌入排水系统或进入污水处理厂，稀释生活污水，使生活污水的BOD5(5d生化需氧量)浓度降低，不利于生化处理，影响处理效果。因此，在建设污水处理厂的同时，也应该针对原有的排水体系，合理利用并改造，形成更先进的排水系统。而且由于一部分小城镇地形比较复杂，也增加了排水管网建设的困难，因此应该根据当地地形地质情况综合考虑，建设相应排水管网。

1.4建设运营资金不足

污水处理工程的建设包括污水处理厂与市政排水系统的建设，这2部分的建设需要投入大量的人力物力。而小城镇的发展相对比较落后，经济水平不高，因此很难筹措足够的资金建设完整的污水处理工程。虽然近年来国家对乡镇的污水处理工程投入了资金，加大了建设力度，但后续的运营管理及技术维护也需要一定的资金，否则难以为继[2]。建设资金不足是小城镇污水处理工程建设和运营的一个严重问题。

2　小城镇水处理工艺分析

2.1传统处理工艺

2.1.1A/O工艺或A2/O工艺

A/O工艺是一种厌氧-好氧工艺，或好氧-厌氧工艺，能够在去除BOD(生化需氧量)的同时具有一定的脱氮除磷效果，主要优点是BOD去除率高，无需加入碳源，污泥产量少，运行成本低。其缺点是由于没有独立的污泥回流系统，难降解物质的降解率较低。若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。

A2/O工艺是一种厌氧-缺氧-好氧工艺，在A/O工艺的基础上开发的，能够同步脱氮除磷。该工艺具有以下特点：该工艺在厌氧、缺氧、好氧环境下交替运行，有利于抑制丝状菌的膨胀，改善污泥沉降性能，且污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；一般不需要额外投加碳源，厌氧缺氧池只进行缓慢搅拌，节省运行费用；该工艺脱氮除磷的效果受到混合液回流比大小的影响，除磷效果受回流污泥含有的溶解氧和硝态氮的影响，脱氮除磷效果相对不高，除磷效果能达到90%，而脱氮效果仅达到70%。

2.1.2SBR工艺

SBR工艺即间歇式活性污泥法系统，是通过间歇曝气处理污水的技术，其主体是SBR反应池，主要的处理过程是由流入、反应、沉淀、排放、待机(也称闲置)5个步骤组成，这5个步骤都在SBR反应池内进行。由于SBR工艺特殊的运行方式，使其具有以下优点：SBR反应池集调节池、初沉池、污水处理池、二沉池等构筑物于一体，无污泥回流系统，占地面积小，造价低，而且设备简单，易于维护管理，可自动化操作；同时，SVI值较低，不易产生污泥膨胀；控制运行方式，可以实现池内好氧、缺氧、厌氧交替，达到脱氮除磷的效果，处理水质效果较好；耐冲击负荷，适应水量弹性较大的污水，尤其是对间歇性排放的污水处理更具优势。

2.1.3氧化沟工艺

氧化沟又称循环曝气池，是活性污泥法的一种改型。氧化沟一般设计为环形沟渠状，长度可从几十米至百米以上，沟渠中设有曝气装置，污泥和活性污泥混合液在其中进行不断的循环流动，在流态上介于完全混合和推流之间。由于这种独特的水流状态，可以将整个氧化沟区分为富氧区、缺氧区，污水在曝气过程中可以进行硝化和反硝化反应，处理效果比较稳定，可以实行脱氮作用。其主要特点：处理效果稳定，出水水质好，工艺流程简单，水力停留时间长，有机负荷低，对水温、水质、水量的适应性强，污泥龄长，污泥产率低。

2.1.4BIOLAK工艺

百乐克(BIOLAK)工艺是一种多级活性污泥处理工艺。BIOLAK工艺的核心是生化反应池，池中设置浮在水面的移动式曝气链，反应时微孔曝气头沿水流方向前后摆动，在池中交替形成缺氧区和好氧区，从而形成具有脱氮除磷功能的多级活性污泥污水处理系统。由于百乐克生化池内形成交替的缺氧区和好氧区，相当于有多个单级A/O段，因此形成多个硝化区域和反硝化区域，进行多级污水处理单元，能够有效处理污水。其主要优点：低负荷活性污泥工艺，出水水质好；高效的曝气系统，结构特殊，不易堵塞，使用寿命长，维护费用少，能耗低；曝气池、二沉池与除磷池一体建设，占地少，减少基建投资[3]。

2.1.5生物接触氧化工艺

生物接触氧化法是一种生物膜水处理方法，其核心是接触氧化工艺，由填料和曝气系统构成。在有氧条件下，使填料表面附着生物膜，污水流经填料，与生物膜充分接触，通过生物膜的新陈代谢作用，使污染物中的有机物得到去除。同时，填料表面的生物膜由于曝气作用不断被吹脱，能够保证生物膜的活性，抑制厌氧膜的繁殖，有利于提高氧的利用率。主要优点是：池内充氧条件好，可以达到较高的容积负荷，对冲击负荷有较强的适应能力；不需要设污泥回流系统，不存在污泥膨胀问题，污泥量少，颗粒大，易于沉淀；耗能少，操作简单、运行方便、易于维护管理，对水质水量的变化有较强的适用能力[4]。主要缺点是：如果设计或运行不当，填料容易发生堵塞，同时，布水、曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。

2.1.6稳定塘工艺

稳定塘(又称氧化塘或生物塘)工艺是一种利用自然生物净化能力对污水进行净化污水生物处理技术。这种技术对污水净化的过程与自然水体的自净过程相似，通过污水中微生物代谢作用以及塘内水生植物或动物的综合作用，使污水得到净化。稳定塘工艺是一种古老的污水处理技术，可以充分利用本地的地形，因地制宜，采用废弃河道、沼泽、洼地等地段进行稳定塘建设，减少基建投资。由于其运行时不采取实质性的人工强化措施，使其具有运转费用低、维护和维修简单、便于操作等优点。特别在缺水干旱地区，污水也是水资源的一种，稳定塘工艺能够实现污水资源化利用[5]，不仅能够净化污水，减少污染，也能产生经济效益。

2.2小城镇污水处理新工艺

小城镇与中大型城市相比，在污水处理方面具有很大的区别，可以充分利用小城镇的优势和特点发展新工艺。如人工湿地工艺，可以适用于具有大面积荒地，用地不紧张的小城镇；蚯蚓生态滤池适用于资金紧张，以农业种植为主的小城镇；MST及STCC一体化污水处理工艺适用面比较广，由于其占地面积小，可自动化控制，对于小城镇中的分散污染水源的处理具有一定优势。

2.2.1人工湿地处理工艺

人工湿地处理系统是将污水有控制的引入经人工建造的湿地上，主要利用土壤、植物、微生物的物理、化学、生物联合作用，对污水、污泥进行处理净化的一种技术。其作用机理包括土壤的吸附、滞留、过滤，微生物分解、转化、氧化还原，植物根系阻截、吸附与吸收、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。人工湿地主要由土壤、砂、砾石等透水性介质，植物，无脊椎和脊椎动物，水体及好氧微生物种群组成[6]，是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，获得污水处理与资源化的最佳效益，既达到废水处理的目的，也可利用污水中的营养物质和水用于农业生产[7]。

人工湿地处理系统的主要优点是污水处理效果好，尤其对氮磷去除率较高；初次投资小、后期运行维护费用低、运行简单，便于管理。主要缺点是受到温度的影响，冬季温度偏低，微生物植物动物活动减少，处理效果较差，同时还有占地面积大，单位负荷小等缺点。

2.2.2蚯蚓生态滤池处理工艺

蚯蚓生态滤池由布水器、滤料床和沉淀室构成，在滤料层的表层引入蚯蚓，通过蚯蚓和其他微生物的协同作用处理污水[8]。在国内，同济大学首先开展了蚯蚓生态滤池的研究，已在成功地进行了中型试验和生产性规模的应用[9]。生态滤池处理系统引入了蚯蚓这种吞噬能力极强的生物，由于其具有很强的污泥分解能力，所以在污水净化的同时，也将剩余污泥进行了减量，基本不外排剩余污泥，大幅降低了剩余污泥的处理费用。这种工艺的主要优点是出水水质好，剩余污泥少，减少污泥处置费用，可以实现蚓粪污泥农用，达到资源化利用的目的；工艺流程简单，运行管理十分简单方便，能耗低，适用于资金缺乏的小城镇。主要缺点是由于滤池中引入了蚯蚓，其适应生存的条件有限，因此蚯蚓生态滤池运行时受到温度限制，不能太高或太低，同时进水有机负荷不能太大，以免有机物腐烂影响蚯蚓生存环境。

2.2.3MST一体化处理工艺

MST(MiniSewageTreatment)即小型污水处理，不需设置二沉池等其他单元，实现了不同的物理、生化处理过程在同一个反应器内完成，是一种新型一体化接触氧化工艺[10]。这种工艺分为厌氧沉淀区和好氧生物反应区2个部分，在好氧生物反应区装置设置了2个装载填料的模块：悬浮模块和气提模块。污水首先通过厌氧沉淀区，进行厌氧反应，然后进入悬浮模块内，并通过曝气作用进行好氧生物反应，最后进入气体模块内，通过中心提升管，进行三相(空气、污水、生物载体)混合，并上升到顶部，再通过下降区回到底部，形成流体循环，完成有机物的降解及氨氮硝化作用，污泥定期用泵排出。这种工艺对COD的去除效果比较稳定，氨氮及磷去除率不高，由于其一体化的设计，具有占地面积小的优点，同时气提装置结构简单，安装方便，无需污泥回流设备，投资小，施工快，维护简单，可实现自动化运行，适合小城镇管网不完善的分散地区，具有一定优势。

2.3.4STCC一体化污水处理工艺

STCC是一种一体化污水处理技术，其构造与曝气生物滤池(BAF)相似，其特点是采用升流式，滤料采用粒状或块状材料，浸没入水中不悬浮，其核心部位是具有自净功能的“不饱和炭”、“脱氮材料”和“除磷材料”等多种介质的填料组成的复合填料床[11]，主要单元由配水装置、填料、曝气装置、污泥提取装置组成。该技术的特点表现在能深度净化污水，不饱和炭的净化分解能力不会饱和，污泥量少。主要优点是占地面积小、综合建设费用较低，维护管理方便，运转管理费用低，可自动化运行，整个系统运行稳定，处理效率高，出水水质优良，可作中水回用，且装置结构紧凑，便于屏蔽或埋入地下，不影响市容。

3　结语

小城镇水处理工艺的选择需要“对症下药”，切不可盲目照搬已有的污水处理工艺，应该实际调查污水量、日变化系数、水质情况等数据，结合本地的实际情况综合考虑。如当地有可利用的天然废塘、洼地等，可以优先考虑采用稳定塘、人工湿地等生态处理工艺；如小城镇资金不足，污水源比较分散且无毒性较大的工业废水，可采用蚯蚓生态滤池这种投资较少，运营费用低的污水处理工艺；如有的小城镇排水标准较高，可采用SBR或BILOLAK等工艺对污水进行二级处理。小城镇的污水处理需要结合城镇自身的实际情况，充分利用已有的优势，并最大化利用污水资源，在改善当地水资源和生态环境的同时也能获得经济效益。

[1]刘丽，佟首辉.小城镇水处理的现状与展望[J].辽宁化工，2014(1):25～27，30.

[2]王晓昌，袁宏林，赵庆良.小城镇污水处理技术的发展与实践[J].给水排水，2015(8):1～3，29.

[3]邵林广，丁德才.小城镇污水处理的现状与展望[J].工业安全与环保，2008(8):25～26，41.

[4]刘维.小城镇污水处理工艺选择[J].资源节约与环保，2016(6):61.

[5]杨云波，丁建军，孙锐林.小城镇污水处理存在的问题及对策分析[J].资源节约与环保，2015(3):240.

[6]王晓东.人工湿地在水处理中的应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2010(6):191～192.

[7]孙桂琴，董瑞斌，潘乐英，等.人工湿地污水处理技术及其在我国的应用[J].环境科学与技术，2006(S1):144～146，150.

[8]杨键，杨健，娄山杰.一种新型环境友好污水处理工艺——蚯蚓生态滤池[J].中国资源综合利用，2008(1):16～19.

[9]刘超.城镇污水处理工艺分析[J].黑龙江科技信息，2016(17):25.

[10]梅鹏里，汪家权，王淦.MST一体化装置处理小城镇生活污水技术讨论[J].广东化工，2014(6):127～128,126.

[11]陈志德，陈美杉，陈林虎，等.STCC污水处理及深度净化技术——运用新型填料“不饱和炭”的污水深度净化技术[J].环境保护，2007(8):61～64.

[编辑]洪云飞