小型污水处理工艺及其应用展望

 

　　我国《水污染防治法》第19条规定：“城市污水应当集中处理”。但随着小城镇和农村的发展，小型污水处理也提到议程上来。在欧洲和北美有20-30%的人口利用小型污水处理系统[1]，而我国有80%的人口分布在农村，城市郊区也有很多城市管网难以延伸到的地方，在人口密度较低的城镇地区，下水道使用效率较低的地方，发展小型污水处理更具现实意义。

 

1、小型污水处理厂规模

　　对于小型污水处理厂规模的规模划分，不同国家和地区有不同的标准。在欧洲国家一般认为服务于小区、宾馆等日处理能力在100-2000人口当量污水的处理厂为小型污水处理厂[2]。我国和台湾地区则认为小型污水处理厂的规模应在10000人口当量以下或4000m3/d以下。理所当然，服务于单户家庭、单体建筑物、社区等分散地区的污水处理设施应属于小型污水处理范畴。

 

2、国内建设小型污水处理厂的必要性

　　2000年5月29日，建设部、国家环保总局、科技部联合颁布了《城市污水处理及污染防治技术政策》提出我国近期污水处理的目标：2010年全国设市城市和建制镇污水平均处理率不低于50%，设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市污水处理率不低于70%，并规定对不能纳入城市污水收集系统的居民区、旅游景点、度假村、疗养院、机场、铁路车站、经济开发区等分散的人群聚居地排放的污水和独立工矿区的工业废水应就地处理达标排放。这就为我国的水污染治理工作，也为广大环保工作者提出了更高要求。

 

　　下水道系统是制约我国污水治理的关键。迄至1992年，我国城市排水管网普及率约为60%，发达国家如英国等早已达到90%以上[3]，并且我国已建成的排水系统多数已超过服务年限，容量严重不足。由于城市排水体制不合理，排水管网不配套，排水沟道不完善，许多已建成污水处理厂不能满负荷运转。而在我国大部分农村地区基本没有下水道系统及污水处理措施。在水污染亟待改善的今天，建设小型污水处理厂，对不能纳入城市集中管网的分散污水进行处理，投资省、建设快，不仅可以有效地控制点源污染，还能较容易地实现污水的资源化。

 

3、小型污水处理厂的特点

　　小型污水处理厂除了规模较小外，还具有如下特点：

 

　　(1)入流水质、水量变化大，需要设置调节池减少冲击负荷的影响；

 

　　(2)操作简单，维护费用低；

 

　　(3)处理效果稳定，产泥量少，剩余污泥以回归自然的处理方法为宜；

 

　　(4)较易实现自动化运行；

 

　　(5)与环境协调性好，大多数情况下尾水能就近排放，可作为地面水体的补充水源。

 

　　确定小型污水处理厂的处理规模时，应考虑长期规划，设计年限可选用5-10年。根据实际情况可采取分期建设的办法。

 

　　污水厂集水系统应雨污分流，尽量避免雨水汇入形成较大的水力负荷。但设计流量应考虑雨季雨水渗透的影响。

 

　　如果集水区有小型企业废水排入，应搞清废水的组成和排放规律，废水中如含有酸碱等有毒物质，应采取有针对性的处理措施。

 

　　对于污水排放具有明显季节性或时段性的场所，如旅游景点、夏令营等，污水处理构筑物难以连续运转，应选用调试容易、运转灵活的工艺。

 

1、化粪池

　　化粪池处理污水已有一百多年的历史，经过化粪池处理能够降低悬浮物含量达70-75%和BOD5的30-35%，但仍难以达到污水综合排放标准的要求。因此还要经集中污水处理厂处理达标后排放。这样就造成重复建设投资，而且降低了污水处理厂的效率，现在许多城市规定新建小区禁止使用化粪池。

 

　　无动力污水处理装置作为一种改良型的化粪池，正在许多南方城市中推广使用。该装置无需动力，运转灵活[4]。但土建费用较高，运行过程中不能适应水质、水量的波动，也难以保证出水水质，在日本已禁止使用。

 

2、稳定塘

　　用稳定塘处理污水已有一百多年的历史，但直到二战后才得以广泛应用。欧美国家中稳定塘特别应用于小型污水处理，美国1983年稳定塘数目就达7000座以上，其中90%建在人口少于5000的小城镇。1986年稳定塘被列入我国“七五”攻关课题，稳定塘在我国迅速发展起来[5]。

 

　　利用稳定塘处理污水可以充分利用地形，基建和维护费用低，并能实现污水的资源化，但占地面积大，处理效果易受气候影响。我国北方土地多，但气候寒冷不适合使用；而南方土地资源宝贵，又不利于使用。这使得稳定塘在我国一直难以普及。

 

3、污水的土地处理

　　污水的土地处理系统有慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地、地下渗滤等形式，经常同氧化塘结合在一起使用。我国在“七五”期间对污水土地处理进行了深入的研究，并编写了污水土地处理手册。土地处理系统在我国的应用有沈阳西部城市污水慢速渗滤土地处理系统、北京市昌平县污水快速渗滤土地处理系统、天津城市污水湿地处理系统等[6]。

 

　　污水灌溉在我国已有很长的历史，但随着污水成分的日益复杂和有毒物质的出现，污水灌溉利用的空间越来越小。

 

　　人工湿地污水处理技术对小型污水处理具有独到的优越性，可充分利用自然条件，结构简单，造价和运行费用仅为传统工艺的1/10-1/2[7]。我国从南向北分布着大量的自然湿地，将这些湿地经过适当的人工处理，发展人工湿地技术，具有广阔的空间。

 

　　污水土地处理投资省，可以实现污水的资源化。在我国广大的农村地区和小城镇地区，要将污水土地处理和利用结合起来。

 

4、活性污泥法

　　由于小型污水处理厂的水量、水质变化较大，活性污泥法对冲击负荷又特别敏感，因此规模太小的污水厂不宜采用活性污泥处理工艺。瑞士东部地区的127个小型污水处理厂中（<1000人口当量），只有8个利用了活性污泥工艺[8]。挪威环境污染控制局1987年对现有的小型污水处理厂调查后认为，活性污泥法经常会因冲击负荷引起污泥流失，运行难以控制。因此建议采用生物膜法处理小型污水，如选用活性污泥法，需要设置单独的污泥池[9]。

 

　　氧化沟和SBR作为活性污泥法的发展，对小型污水来说难以控制，也很少应用。延时曝气工艺水力停留时间长，处理成本高。由于经济发展水平的限制，在我国也不宜推广使用。

 

5、生物膜法

　　生物滤池在小型污水处理应用不是很多，在我国关于曝气生物滤池、蚯蚓生物滤池[10]的研究很多，但实际工程应用较少。

 

　　生物转盘技术始于德国，在西方国家得以广泛应用。瑞士规模小于1000人口当量的小型污水处理厂近50%采用了生物转盘技术，英格兰西北部的29个小型污水处理厂中，有21个利用了生物转盘[11]。生物转盘在我国已有应用，济南市南郊宾馆污水处理及回用工程利用了三级和四级转盘并联，运转良好。

 

　　新型合成材料的出现，促进了以此作为填料的生物接触氧化的发展。生物接触氧化技术是我国小型污水处理的主要工艺。东莞市珠江花园小区污水治理工程、盐城市毓龙小区污水治理工程、山西省洛安矿物局五阳煤矿工人新村生活污水治理工程以及北京西客站建筑中水工程都利用了生物接触氧化技术[12]。

 

　　活性污泥法和生物膜法一般都需要设置二次沉淀池，对污水和污泥（或脱落生物膜）进行固液分离。

 

　　二次沉淀池的形状多以圆形为主，其次是矩形。小规模污水处理厂如果没有设置沉砂池和初沉池，一般采用周边驱动或中心驱动刮泥的圆形或正方形沉淀池。

 

　　一般污水处理厂的二次沉淀池应设置两池以上，小型污水处理厂可设置一池，但应另设置污水贮存设施，以便贮存沉淀池设备检修时不能处理的污水。

 

　　治理三湖三河为主的水体污染，控制水体富营养化已成为我国水污染控制的重要目标。我国《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准规定氨氮15mg/L，磷酸盐0.5 mg/L，在水源保护区等重点区域，污水处理应增加除磷脱氮措施。

 

　　除磷脱氮有化学法和生物法两种。混凝除磷较适合小型污水处理厂，通常使用的混凝剂有铝盐、铁盐和石灰。用石灰除磷时在混凝沉淀与再碳酸化之间设置氨气吹脱装置可以除氨。生物除磷脱氮最常用的是A2/O工艺。许多专业人员在A2/O工艺的基础上，提出了许多改进工艺。有关研究表明倒置A2/O工艺比常规A2/O工艺可以取得更好的脱氮除磷效果[13]。

 

　　目前小型污水脱氮在工艺上已经能做到，因为投资的限制除磷还难以实现。

 

　　小型污水处理厂在运行过程中产生污泥的数量约占处理水量的0.5%-2.5%左右。若小型污水处理厂处理水量以1000m3/d估计，则每天产生的污泥量为几方到几十立方。尽管污泥量较少，但为保证污水厂正常运转，必须对污泥进行妥善处理和处置。我国是一个农业大国，经济基础较为薄弱，污泥的最终出路应回归自然，用于农业、林业、绿化等，而小型污水处理更有条件实现这一目标。

 

　　一般小型污水处理厂都设置重力浓缩池。经浓缩后的污泥集中到附近大型污水处理厂或污泥塘处理。

 

　　孤立而偏僻的小型污水处理厂，其污泥应就近处理，常用的处理方法有：

 

1、污泥干化床

　　适用于气候适宜，冬季不结冰的地区。干化后的污泥用作农肥或填埋。

 

2、污泥塘

　　污泥经长时间静置沉淀后，上清夜回流至初级处理构筑物，沉积污泥定期清掘后堆肥或填埋。

 

3、脱水车

　　污泥吸入脱水车进行混凝和脱水，泥饼由脱水车运走。这种脱水车在瑞典和挪威的小型污水处理厂较常见[14]。

 

　　解决我国的水污染问题要坚持集中处理为主，集中和分散相结合的道路。在建设大中型污水处理厂的同时，也要重视小型污水处理厂的建设，因地制宜选择小型污水处理工艺。

 

1、适用地区

　　小型污水处理厂对于城市新建小区、独立社区、水源保护区、渔业养殖区、名胜风景区、小乡镇、中小企事业等分散地区都可适用。有条件的地方不仅要满足治污要求，还要考虑回用可能。

2、工艺选用

　　小型污水处理的不同工艺各有优缺点。各个国家分别有不同的主导工艺，但容易控制和管理的工艺如生物转盘、接触氧化等，以及经济实用工艺如稳定塘、土地处理等应用较普遍。

 

　　在我国已建成的小型污水处理厂中，以生物接触氧化技术为主。随着污水处理技术的发展，各种新的工艺设备层出不穷。笔者认为究竟采用何种工艺要以当地实际条件进行经济技术比较，不能千篇一律。特别是在我国广大农村地区，由于资金和技术水平限制，应充分利用当地条件发展稳定塘和土地处理等系统，将污水处理和利用结合起来，实现污水的资源化。

 

3、维护管理

　　小型污水处理厂规模较小，设备容易实现定型化生产。在设计时应尽量采用自动化设备，减少人员操作。国外如日本、英国等国家，大多对小型污水处理装置实行自动控制和监测，只需要定期派人到现场进行必要的养护工作，极大的降低了人力需求和维护管理费用。因此要做好自动化处理装置的研制和开发，实现小型污水处理厂自动化运行和专业化管理。

 

[1] Rein Laak.Wastewater Engineering Design for Unsewered Areas.1980 by Ann Arbor Science Publishers,Inc.

[2] H. Ødegaard.Small Wastewater Treatment Plants.1990 International Associaton on Water Pollution Research and Control.

[3] 张忠祥，钱易.城市可持续发展与水污染防治对策.中国建筑工业出版社，1998，3.

[4] 张弛等.无动力污水处理装置——无害化化粪池.江苏环境科技，1999，12（1）：21-23.

[5] 国家环境保护局.氧化塘污水处理技术.中国环境科学出版社，1991，3.

[6] 高拯民，李宪法等.城市污水土地处理利用设计手册.中国标准出版社，1991，3.

[7] 沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术.北京：中国环境出版社，1999，6.

[8] Markus Boller and Gieri Deplazes.Small Wastewater Treatment Plants in Switzerland. Wat.Sci.Tech.Vol.22.No.3/4.PP.1-8,1990.

[9] H. Ødegaard and R. Storhaug. Small Wastewater Treatment Plants in Norway. Wat.Sci.Tech.Vol.22.No.3/4.PP.33-40,1990.

[10] 杨健，施鼎方.城镇污水处理绿色技术及其进展.环境保护，2000，8：15-18.

[11] F. E. Greaves et al.Operational Performance of Package Sewage Treatment Plants in North West England.Wat.Sci.Tech.Vol.22.No.3/4.PP.25-32,1990.

[12] 张统，张志仁等.污水处理工程及工程方案设计.中国建筑工业出版社，2000，4.

[13] 张波，高廷耀.倒置A2/O工艺的原理与特点研究.中国给水排水，2000，16（7）：11-15.

[14] Bjarne Paulsrud.Sludge Handling and Disposal at Small Wastewater Treament Plants in Norway. Wat.Sci.Tech.Vol.22.No.3/4.PP.233-238,1990.