城市化地區生活污水處理措施初探

羅錦芳,陳廣海

(1.珠海市斗門區水資源和水質監測中心，廣東 珠海 519100；2.湛江市高遠工程咨詢有限公司，廣東 湛江 524033)

城市化[1](Urbanization)有兩層含義，一是農村城市化，二是城市的城市化或者城市現代化，城市化地區是指在城市化過程中，尚未完全進化轉變為城市，人口數量、地域特征、價值觀念、或者生產生活方式等停留在農村階段的城市邊緣地區。伴隨著城市化地區的進程，在經濟相對落后、土地資源緊張的情況下，一系列生態環境問題困擾著區域的發展，尤其是收集難、來源多、成分復雜的生活污水，引起了行業工作者的重視[2]。近年來，在城市化地區生活污水處理方面，美國、日本等發達國家，主要采用生物氧化塘、人工濕地和土地處理系統等技術，其中，生態/生物方法逐步成為學者們研究的熱點和重點推薦措施。我國相對起步較晚，很多專家學者也積極借鑒國外的先進理念和先進技術，開展了一系列技術研發工作，包括有[3-9]：沼氣池處理技術、土地滲濾處理系統、穩定塘處理系統、人工濕地處理系統、蚯蚓生態濾池污水處理技術、生物膜處理技術和組合工藝技術等，工藝方面取得了一些進展，但在實踐過程中，這些技術都存在不同程度的不足或局限：① 城市化地區污水規模小且分散，新建污水處理設施條件受限，效率低、成本較高；② 常規技術雖然有很多案例，但大多存在投資及運行費用高、占地面積大、壽命低和管理困難等問題；③ 水體黑臭問題也較難解決。

因此，開展城市化地區生活污水處理措施的研究與分析，總結生活污水治理現狀和存在的主要問題，提出相應的污水處理工藝措施，對城市化地區污水處理具有實際意義。

1 生活污水治理現狀

1.1 生活污水治理模式

城市化地區人口密度相對稀疏，經濟發展和自然環境差異較大，在開展生活污水治理工作中，應分析各地區的地理環境、人口規模、聚集程度、地形地貌、排放標準等，因地制宜，合理采用污水處理工藝和污水治理模式。目前，城市化地區生活污水的治理有以下3種模式。

1) 接入市政管網模式

對于臨近污水處理廠或市政污水管網的地區，應該完善污水收集管網，將區域生活污水送入城鎮污水處理廠集中處理。該模式處理生活污水運行成本較低，效果有保障，但建設成本較高，適用于距離城區、建制鎮的市政污水處理設施較近，經濟實力較強、管網鋪設條件交成熟的城市邊緣地區污水處理。

2) 集中處理模式

對于污水管網沒有覆蓋區域，且近期未有計劃建設污水管網接入城鎮集中污水處理系統的單個村莊或者居住集中的零星村莊，可采用自然處理或常規生物處理等工藝形式，將區域生活污水集中收集后，送入就地建設的污水處理設施。隨著目前污水處理設備工藝的不斷更新優化，該模式具有建設簡單，用地面積小，污水處理工藝成熟，出水水質穩定等優點，已被廣泛采用。

3) 分散處理模式

還有部分地區收集的生活污水，采用小型污水處理設備、自然處理等工藝形式，按照片區劃分進行單獨處理。該模式建設成本較低、周期短、污水處理工藝成熟、后期管養簡單、適用性強，能因地制宜建設，但也存在出水規模較小，運行管理成本高等問題，適用于地形復雜，污水管網建設成本高的區域。

1.2 常用的污水處理技術

1.2.1厭氧水解技術

厭氧水解技術是在缺氧的環境下，利用厭氧微生物的水解和產酸作用，降解污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機物，以減少后續處理過程的能耗和時間。整個過程一般包括水解反應、發酵酸化、產乙酸反應和產甲烷化等階段。為了提高懸浮物去除效率和去除速率，可將厭氧過程控制在水解和酸化階段。

生活污水厭氧生物法從20世紀80年代開始研發應用，至今各式微動力、低能耗的一體化污水處理裝置已得到廣泛應用，但該技術存在一定缺陷，如生物處理效率和氮磷去除率不高，微生物種群易受沖擊死亡等。

1.2.2人工濕地技術

人工濕地[10]是20世紀60年代發展起來的一種污水處理技術，主體由土壤和按一定級別充填的填料等組成，并在床表面種植水生植物而構成一個獨特的生態系統。按污水在濕地床中流動的方式不同，人工濕地分為3種類型：表面流濕地、水平潛流濕地和垂直潛流濕地。

人工濕地對污水的處理綜合了物理、化學和生物3種作用，處理污水途徑的主要表現如下。首先是植物發達的根系，直接吸收污水中的氮磷營養成分；其次是植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環境中依次呈現出好氧、缺氧和厭氧狀態，進而通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用，去除污水中的氮磷營養鹽；同時，填料表面和植物根系形成了大量的生物膜，通過生物膜的吸收、同化及異化作用去除污水中的有機污染物；最后，濕地床填料的定期更換或栽種植物的收割，使污染物從系統中直接去除。

1.2.3生態溝技術

生態溝是一種利用水生植物、微生物和溝渠沉積物組成的微觀系統，對污水中的氮、磷和有機物進行截留和吸收，使污水營養鹽濃度在流動的過程中逐步遞減的水處理技術。該技術對污水處理的過程包括沉積作用、過濾作用、吸附作用、生物降解、硝化和反硝化作用，通過前段設置格柵和初沉池對污水進行預處理，然后在生態溝內放置填料，使微生物在上面掛膜，水面上采用無土栽培技術種植蔬菜或花草，充分吸收水中的營養物質。

生態溝內填料是該技術除污效果的關鍵，通常情況下，在生態溝內堆填的砂石料粒徑由上而下逐漸增大，上部放置細小顆粒的沙子，下部放置大顆粒的沙石，表面種植吸附性植物，將自然滲濾功能和吸收相結合，可以減少污泥的處理成本。此外，在生態溝底部敷設HDPE防滲膜，既可以有效的將系統與地下水或外部土壤隔絕，又能滿足污水處理系統功能上的要求，應用性較強。

1.2.4穩定塘技術

穩定塘[11]是一種利用天然凈化能力對污水進行處理的構筑物的總稱。該技術以太陽能為初始能量，通過在塘中種植水生植物，在水中養殖一些水禽類生物，構建包含生產者、消費者、分解者的簡單生態系統，通過塘中生態食物鏈能量的轉化，將污水中有機污染物進行降解和轉化。

該技術具有基建投資和運轉費用低、維護和維修簡單、便于操作、能有效去除污水中有機物和病原體，無需污泥處理等優點。對于有可開發利用的水塘、溝渠，可以通過種植水生植物和可控制藻類，能同時實現水環境凈化和城市化地區美化的效果。但該技術面臨占地面積過大、見效時間較長等局限性。

1.2.5生物接觸氧化技術

生物接觸氧化是一種好氧生物膜法，由浸沒在污水中的填料和曝氣系統構成的污水處理方法。該技術通過在氧化池內設置填料和曝氣設施，馴化富集菌膠團、絲狀菌和真菌等微生物的生物膜，利用微生物新陳代謝的作用下，去除污水中有機污染物。其中，生物膜生長到一定厚度后，微生物由于厭氧而進行厭氧代謝，在曝氣沖刷下造成生物膜脫落，并促進生物膜的生長，由此維持運行凈化。因生物接觸氧化池具有較高的容積負荷，對水質水量的驟變抗沖擊能力強，所以該工藝不僅適用于城市化地區污水處理，也廣泛用于城市污水處理廠、工業廢水處理及飲用水生物預處理。

2 生活污水治理存在的問題

2.1 缺乏科學合理的整體規劃

城市化地區規劃工作相對滯后，自開展城市化地區生活污水治理以來，一直缺乏統一的排水規劃標準，部分地區簡單參照城鎮排水規劃模式，但由于人口、地域等方面的不同，造成規劃范圍不合理、規劃目標不明確、規劃設施與城市化地區實際的情況差別較大等問題，導致在實際的工作中不能真正指導城市化地區污水處理設施的建設和管理。

城市化地區污水治理中的管網建設、設施選址與村居規劃息息相關，按村居現狀建成的設施存在與規劃不符而報廢的可能性，造成投資浪費。其次，對城市化地區環境治理未能形成共治的局面。城市化地區生活污水治理工作尚未列入新城市化地區建設工作的應有內容，城市化地區相關建設工作未能與城市化地區生活污水治理工作有效結合開展，影響城市化地區生活污水治理成效。

2.2 投資和運行經費短缺

城市化地區污水工程建設投資與后期運營管理維護缺乏可靠的資金來源，這是制約城市化地區生活污水治理核心問題之一。城市化地區地域廣闊、經濟發展不平衡，大部分鄉鎮政府收入較少，靠自籌資金建設污水治理工程難度較大。對已建成設施，部分地區配套維管資金不足或者未能及時落實到位，導致部分設施日常管理維護不到位，或出現驗收與運行管理移交的脫節，有的設施采用有動力設備，用電量較多，如沒有足夠資金，不排除為了節省資金，不開設備或不進行日常維護的可能，甚至導致個別設施報廢。

2.3 村民環保意識差

城市化地區生活污水治理總體上是以政府主導為主，處于政府推動、群眾被動參與的階段。各級政府的重視程度、宣傳聲勢和扶持力度均有差異，從而使得基層群眾的認識程度、治理效果的推進力度和工作主動性和責任心等方面存在不足。相對城市而言，在城市化地區環境保護的宣傳教育相對薄弱，城市化地區村民對環境保護與治理的意識不強，長期形成的生活習慣很難一下扭轉。部分村民甚至因個人的利益而阻撓施工，導致城市化地區污水治理工作停滯不前。因此，城市化地區生活污水治理一定要取得村民的理解與支持，需加大惠民方面宣傳工作力度。

2.4 工藝選擇不合理

不同的污水處理工藝，其建設投資、出水水質、運行成本和管理維護要求差別很大，一些城市化地區污水處理工藝選擇時沒有充分考慮城市化地區的實際情況及經濟、運行管理水平，使得工藝完成后難于正常運轉。對于城市化地區污水處理而言，工藝選擇并非越新穎越好，也不是出水水質質量要求越高越好，而是應與當地水環境保護要求和用水需求相結合，選擇適用當地的工藝才是好的。選擇合適的工藝技術是城市化地區污水處理設施成功運行的關鍵，工藝可以參考借鑒，但是不能完全抄襲。

因此，城市化地區生活污水治理技術工藝的選擇要量力而行，充分考慮城市化地區財力物力薄弱、管理水平底下、居民意識不足等實際情況，結合生活污水水質水量等具體特點和排放標準，以及工程運維要求等，綜合選用成熟可靠，又適合城市化地區特點和實際的污水處理適用技術。

2.5 維護運行管理水平較低

目前，由于各地區主管部門不統一，水利、生態環境、住建、農業農村等部門均涉及生活污水處理業務，相關工作的職能部門部門為臨時機構，而且專業技術人員和管理人員不足，具體工作人員負責事務繁雜、崗位變動頻繁，導致城市化地區基層專業技術人員、管理人員長期短缺。

機構設置不穩定、人員配備不齊全，且相應工作人員的專業技術水平不能滿足污水處理工程的建設和運行管理。尤其是鄉鎮級政府派出機構中，基層水務建設與管理機構的嚴重缺失，影響了城市化地區生活治水的長治久安工作。例如，廣州市很多城市化地區污水處理設施都是村民自己管理，人員專業素質整體偏低，管理體制也不健全，運行管理經驗不足，造成部分污水處理設施不能正常運行，嚴重影響生活污水處理效果。

3 生活污水治理主要工藝措施

城市化地區水體污染嚴重，水質較差、水環境惡化、水生態退化，大量生活污水無序排放，迫切需要具有處理效率高、運行成本低、不產生二次污染等特點的生活污水治理技術。結合生活污水處理技術的發展與應用情況，本文推薦以下幾種適用于城市化地區的生活污水處理組合工藝。

3.1 厭氧水解池+人工濕地工藝

該組合工藝通過構建微生物、動植物共生的自然強化生態系統來凈化污水，表面種植綠色植物，污水經過植物的吸收、微生物降解、組合自然填料過濾以及離子交換等復合作用，使出水水質最終達標排放，其工藝流程為：進水→厭氧水解池→人工濕地→出水(見圖1所示)。即通過建設管網收集居民生活污水，輸送到污水處理站，首先進入格柵井去除水中較大雜質及漂浮物后進入厭氧水解池。通過厭氧微生物的代謝作用，使污水中的難降解有機物分解為易降解的小分子有機物，提高廢水的可生化性，有利于后續的人工濕地處理。經過厭氧水解池的水經水泵提升至人工生態濕地處理單元，人工濕地內所有植物的選定均是按照生活污水中所含元素來選定。該技術動力損耗較少，維護管理方便，適用于村場集中且有水塘、洼地可建設人工濕地的村莊。工藝運行參數：厭氧水解池水力停留時間大于6 h，污泥清理周期為1 a；人工濕地水力負荷為0.25～0.50 m3/(m2·d)。

圖1 厭氧水解池+人工濕地工藝流程示意

3.2 生物接觸氧化+沉淀池工藝

該組合工藝以生物接觸氧化池為核心，其工藝流程為：進水→生物接觸氧化→沉淀池→出水(見圖2所示)。即收集的生活污水進入氧化池后，通過好氧生物膜上的好氧微生物作用，去除水中的污染物質。由于接觸氧化池填料表面積大，生物膜在池內呈立體結構，處理能力穩定性較強。該技術具有占地少、水質驟變抗沖擊強等優點，適用于居民集中、建設用地少，且無閑置水塘、溝渠和洼地利用的村居。但該處理工藝建設及運行成本偏高，選用前需充分論證。

圖2 生物接觸氧化+沉淀池工藝流程示意

3.3 厭氧水解池+穩定塘工藝

該組合工藝采用生物、生態結合技術來提高污水處理水平，其工藝流程為：生活污水→厭氧水解池→穩定塘→出水(見圖3所示)。即生活污水進入厭氧水解池，截流大部分有機物，并在厭氧水解作用下，被分解成小分子有機物和穩定的沉渣。厭氧水解池出水進入穩定塘利用水生植物的生長，吸收氮磷，降低有機物含量。該技術適用范圍較廣，適用于擁有自然池塘或閑置洼地的農村，可根據村莊自身情況，因勢而建，能耗較低。

圖3 厭氧水解池+穩定塘工藝流程示意

3.4 厭氧水解池+生態溝

該組合工藝也是一種采用生物、生態結合技術來提高污水處理水平的技術，其工藝流程為：生活污水→厭氧水解池→生態溝→出水(見圖4所示)。即生活污水進入厭氧水解池后，大部分有機物被截流，并在厭氧水解作用下，被分解成小分子有機物和穩定的沉渣，其主要作用是脫氮除磷。厭氧水解池出水進入生態溝后，依靠水生、陸生植物吸收氮磷，降低有機物含量。該技術可因地制宜，據勢而建，利用溝渠改建生態溝。

圖4 厭氧水解池+生態溝工藝流程示意

4 結語

城市化地區生活污水處理技術應根據城市化地區的實際情況進行選擇，充分考慮當地城市化地區的經濟情況、污水的收集排放情況以及技術工藝本身的運行管理。例如，對于分散式城市化地區生活污水宜使用生活污水凈化沼氣池進行單獨處理；對于集中式城市化地區生活污水宜使用土地滲濾處理系統、人工濕地、穩定塘、生物濾池等技術，這些技術都是適合城市化地區、經濟有效的污水處理技術。為取得更好的處理效果，也可以根據當地情況選擇兩種或多種工藝聯用技術，用組合工藝技術處理城市化地區生活污水，將成為今后城市化地區生活污水的主要研究發展方向。