雄安新區分散村鎮污水處理技術探討

溫雪梅　南國英　崔笑穎　李亞楠?滕非

[摘 要]本文介紹了雄安新區（協調區）分散村鎮污水處理背景、國內外研究現狀，通過分析生物處理（厭氧、兼氧、好氧）和生態處理（土地處理、人工濕地、穩定塘）技術及其組合工藝的優缺點，篩選出缺氧+生物接觸氧化+潛流人工濕地（穩定塘）工藝、缺氧+MBBR+潛流人工濕地（穩定塘）工藝。同時提出了適合于雄安新區分散村鎮污水處理的推薦污水處理技術路線，希望能為雄安新區建設提供一定的參考價值。

[關鍵詞]雄安新區；分散村鎮污水處理；技術路線

[中圖分類號]X703 [文獻標識碼]A

2017年4月1日，中共中央、國務院下發通知，決定設立河北雄安新區，自此雄安新區成為繼深圳經濟特區和上海浦東新區后又一國家級新區，這是千年大計、國家大事。然而，雄安新區城市水系統面臨多重水約束，對城市水系統構建帶來挑戰。雄安新區及周邊水環境污染嚴重，其中村鎮污水未能有效收集處理是造成水環境質量持續下降的主要原因之一，亟須對分散村鎮污水處理設備的運行管理、長效機制進行研究。因地制宜、合理可靠地處理村鎮污水是雄安新區現階段的科技需求。

1 雄安新區分散村鎮污水處理現狀

雄安新區位于北京、天津、保定腹地，包括雄縣、容城、安新 3 縣及周邊部分區域，共轄 29 個鄉鎮，人口112.7萬人，土地總面積1560km2。雄安新區面臨多重水約束，入淀河口、江河下游，蓄泄洪區、地勢低，城市內澇風險突出，目前城市水資源較為短缺，水環境普遍受到污染，白洋淀水生態退化， 然而城市污水處理廠普遍采用的生化處理技術卻對分散村鎮污水處理并不適用，由于城市污水處理規模往往很大（日處理規模數十萬噸甚至過百萬噸），且其運行費用高、管理維護難度大，顯然不適合村鎮污水處理。且村鎮污水排放量小，日變化系數大，污染物成分簡單，固體懸浮物濃度較高。因此迫切需要研發適合雄安新區分散村鎮污水處理技術，提出適合雄安新區分散村鎮污水處理及利用的技術（設備）。

2 國內外對分散村鎮污水處理研究現狀

關于分散村鎮污水處理的研究國外很早就已經開始，日本從1973年開始對農村生活排水進行集中處理。凈化槽的發展經歷了單獨處理凈化槽、合并處理凈化槽、高度處理凈化槽等幾個階段。目前日本的高度處理凈化槽技術已經非常成熟，出水效果可以達到BOD5小于10mg/L、TN 小于10mg/L、TP 小于1mg/L 的水平。約66%的人口使用凈化槽技術。美國自1972年頒布國內第一個清潔水法后，開始建設農村生活污水處理設施。德國自2003年成立“分散市鎮基礎設施系統”項目，采用膜生物反應器凈化偏遠地區村鎮生活污水。丹麥1987年頒布分散式生活污水處理指導守則。澳大利亞也提出“菲爾脫”污水處理生態土地利用系統。

國內是從20世紀80年代開始對分散式污水處理技術進行探索和實踐。以太湖流域村鎮生活污水處理為示范工程，其處理工藝為厭氧水解+跌水充氧接觸氧化+折板潛流式人工濕地組合技術”“塔式蚯蚓生態濾池組合技術”及“厭氧發酵+生態土壤+蔬菜種植組合技術”，在脫氮除磷方面取得了良好的效果。另外上海、江蘇、浙江、遼寧等地都陸續出臺了相應的農村污水治理規定和標準。

3 分散村鎮污水處理技術

考慮到農村經濟發展水平以及污水排放特征，分散村鎮污水處理主要從收集和處理兩方面進行，采用技術主要為生物處理+生態污水處理技術。

3.1 生物處理技術

3.1.1 厭氧處理

厭氧生物處理負荷相對較低，停留時間長，占地面積較大，且散發臭味，但無需動力，建設和運行成本較低，維護和管理較方便，因此在污水量較小、污水類型較簡單的農村生活污水處理中應用較為普遍。厭氧濾池為農村生活污水處理中經常采用的結構，填料應采用足夠的機械強度、不易堵塞的結構。厭氧處理的缺點是對氮磷無去除效果。

3.1.2 缺氧處理

缺氧處理的目的是通過反硝化反應實現脫氮。脫氮處理的關鍵是碳氮比充足、有足夠的反硝化時間、充分的攪拌、溶解氧的控制在 0.5mg/L 等。小型污水處理設施的缺氧單元可填充填料，以提高處理效果。

3.1.3 好氧處理

好氧生物處理負荷相對較高，停留時間較短，占地面積小，內部結構復雜，需動力曝氣，建設和運行成本高，維護和管理水平要求高，因此適合對污水處理效果要求高，有較好的管理條件的地區使用。 好氧生物處理包含多種處理工藝，對農村生活污水處理中常用的好氧處理工藝特點分析如下：

（1）生物轉盤法處理：處理效率低、臭味大、冬季易結冰、對保溫要求高，不大適合北方氣候。對重慶、廣西等地的調研中發現使用中存在一些問題，運行可靠性一般。

（2）接觸氧化法：占地面積小、抗沖擊負荷能力強、無污泥膨脹、維護管理方便、可不設污泥回流、動力消耗少。

（3）流動床生物膜法：安裝方便、抗沖擊負荷能力強、維護管理方便、可靈活選擇不同的填料填充率、可兼顧今后擴大處理規模需求而無需增大池容和占地。

（4）活性污泥法：工藝簡單、污泥負荷低、占地面積大、易發生污泥膨脹等。

（5）曝氣生物濾池法：處理效果好、需要定期反沖洗、維護管理要求高、運行成本高。

（6）生物膜反應器（MBR）法：污泥負荷高、無需設沉淀池、占地面積小、出水水質好、膜組件易受污染、需定期清洗及更換膜組件。

通過比對分析，考慮到農村生活污水污染物成分簡單、污染物負荷較低，選擇好氧處理工藝類型時宜選擇運行成本低、維護管理方便、適合北方氣候特點的處理工藝。推薦的適合雄安新區氣候特點及污染物處理需求的好氧生物處理工藝包括生物接觸氧化法、流動床生物膜法（MBBR）、膜生物反應器法（MBR）等。

3.2 生態處理技術

3.2.1 土地處理

土地處理是一種人工強化的污水生態工程處理技術，在人工控制條件下，將污水投配到滲透性能良好的土地上，在污水向下滲透的過程中，通過過濾、沉淀、氧化、還原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列作用，使污水得到凈化。其優點是處理效果較好、投資費用低、無能耗、運行費用很低、維護管理簡便。其不足是污染負荷低、占地面積大、設計不當容易堵塞、易污染地下水、北方寒冷地區冬季適用性差。

3.2.2 人工濕地

人工濕地技術，通常按水體流動方式分為三類：表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地。

表流人工濕地與潛流濕地工藝相比其優點是投資少、操作費用較低；缺點是負荷小、占地面積較大，冬季北方地區表面會結冰，夏季易滋生蚊蠅，散發臭味。表面流人工濕地對懸浮物、有機質的去除效果較好，但對氮磷的去除率偏低，約為 10%～15%。

水平潛流人工濕地水流在地表以下流動，故具有保溫性較好、處理效果受氣候影響小、衛生條件較好的特點，是目前研究和應用較多的一種濕地處理系統。

垂直潛流人工濕地的污水水流方向和床區呈垂直方向。其水流狀況綜合了表面流和水平潛流人工濕地的特點，污水被投配到床區表面后，淹沒整個表面，隨后逐步垂直滲流到底部，由底部的集水系統收集后排放。同表面流相比，垂直潛流濕地的氧傳遞速率較高、凈化效率高、土地需求相對較小，因而變得越來越普遍，但由于布水系統覆蓋整個表面，基建費用相對較高，故不如水平潛流濕地應用廣泛。

3.2.3 穩定塘

穩定塘是經過人工適當修整，設有圍堤和防滲層的污水池塘。通過自然凈化原理，依靠水生生態系統的物理和生物作用，對塘中污水進行自然處理。穩定塘特點是結構簡單、建設費用低、維護管理簡單、處理效果受氣候影響大、污染負荷較高時會產生臭氣和滋生蚊蟲。

通過對現有農村生活污水處理設施處理工藝的研究、對比，推薦的適合遼寧北方氣候特點及污染物處理需求的好氧生物處理工藝包括生物接觸氧化法、流動床生物膜法（MBBR）、膜生物反應器法（MBR）等。 推薦工藝與雄安新區當前的經濟、技術發展水平相適應，能夠滿足現階段流域水污染控制需求，適合北方的寒冷天氣、維護管理方便、符合雄安新區廣大農村的實際特點。

4 推薦污水處理技術路線

4.1 缺氧+好氧+生態處理技術路線

4.1.1 缺氧+生物接觸氧化+人工濕地（穩定塘）工藝

該工藝適用范圍廣、處理效果穩定、維護管理方面，適用于小型污水處理裝置。

4.1.2 缺氧+MBBR+人工濕地（穩定塘）工藝

該工藝可以通過調整填料的填充率，適應不同的污染負荷，對水質、水量變化適應能力強；無需設置填料支架等，節約建設投資，特別適用于擴建、提標改造工程。

4.2 預處理+厭氧+生態處理技術路線

有農田灌溉等回用需求的地區，宜采用預處理+厭氧+生態處理的技術路線，去除的主要目標污染物為 COD、SS 等。N、P 為農田可利用的營養物質，可資源化利用，處理費用相對較低。因地制宜地選擇農村生活污水的處理模式，優先考慮穩定塘、人工濕地等結構簡單、造價低、運行費用少并能滿足灌溉等污水回用需求的工藝技術。挖潛當地的砂料、石材、植物、坑塘、洼地等自然資源，建造人工濕地、穩定塘等生態處理設施，減少運行費用。充分考慮農村經濟基礎薄弱，環保技術人員和運行管理專業人員不足的現實情況，設施盡量簡單，維護管理方便，運行低成本。

4.2.1 厭氧濾池+跌水曝氣+潛流人工濕地工藝

該工藝無需機械曝氣、運行費用低、維護管理方便。有條件情況下，平時利用地勢進行充氧曝氣，冬季停用跌水曝氣，生態設施利用地埋管路進水。

4.2.2 三格化糞池+跌水曝氣+人工濕地工藝

該工藝利用污水收集系統中的三格化糞池去除 COD、SS，投資省、運行費用低、維護管理方便。有條件情況下，平時利用地勢進行充氧曝氣，冬季停用跌水曝氣，生態設施利用地埋管路進水。但不適用于進水濃度較高的工程。

4.2.3 兼氧MBR工藝

該工藝處理效果好，出水能夠滿足回用水標準，可實現無人值守下的穩定運行，但需要定期進行藥洗，每5年左右需要對膜組件進行更換，成本高。

通過對現有農村生活污水處理設施處理工藝的研究、對比，篩選出缺氧+好氧+生態處理技術路線和預處理+厭氧+生態處理技術路線。推薦技術路線與雄安新區當前的經濟、技術發展水平相適應，充分實現低成本、高標準、高目標的建設需求，符合雄安新區廣大農村的實際特點。

5 結語

鑒于雄安新區分散村鎮污水實際情況，考慮到當地經濟、技術發展水平，因地制宜地選擇農村生活污水處理模式，通過生物處理（厭氧、缺氧、好氧）和生態處理（土地處理、人工濕地、穩定塘）等工藝技術的優缺點進行比選，篩選出物接觸氧化法、流動床生物膜法（MBBR）、膜生物反應器法（MBR）等工藝技術，并提出了適用于雄安新區分散村鎮污水處理的技術路線。

[參考文獻]

[1] 姜魯光，呂佩憶，封志明，等.雄安新區土地利用空間特征及起步區方案比選研究[J].資源科學，2017（06）.

[2] 匡文慧，楊天榮，顏鳳芹.河北雄安新區建設的區域地表本底特征與生態管控[J].地理學報，2017（06）.

[3] 張玉潔，吳俊奇，向連城，等.凈化槽的應用與管理方法[J].環境工程技術學報，2014（02）.

[4] 錢海燕，陳葵，戴星照，等.農村生活污水分散式處理研究現狀及技術探討[J].中國農學通報，2014（33）.

[5] 蘇鴻洋.中國村鎮分散生活污水處理技術現狀[J].給水排水，2015（S1）.