關(guān)于城鎮(zhèn)污水分散處理方案的探討

黃麗萍

（廣西弘晨工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530018）

1 背景

隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》[1]、《“十四五”城市黑臭水體整治環(huán)境保護(hù)行動(dòng)方案》[2]等法規(guī)的實(shí)施，城鎮(zhèn)85%的區(qū)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了污水集中收集處理、集中排放，有效遏制了污水的無(wú)序雜亂排放及污水在城鎮(zhèn)漫流的情況。隨著政府加大對(duì)城鎮(zhèn)污水治理的投資力度、加快完善城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)、優(yōu)化改造污水處理廠等行動(dòng)的實(shí)施，污水處理效率得以提高，城鎮(zhèn)水體得到了凈化，水質(zhì)得到了很大改善。但是城鎮(zhèn)邊緣及老舊小區(qū)由于管網(wǎng)鋪設(shè)滯后等問題，生活污水一直未得到有效收集和處置，廢水未經(jīng)處理直接進(jìn)入地表水體，導(dǎo)致水質(zhì)污染，水體惡臭等環(huán)境問題[3]。

例如西南部某城市西南邊緣總計(jì)30.4平方公里的范圍內(nèi)，分布有倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)、居住用地，常年居住人口約3萬(wàn)人，收集的資料顯示，該區(qū)域的污水系統(tǒng)存在以下問題：（1）污水收集系統(tǒng)不完善，周邊污水管網(wǎng)未覆蓋、各主干道的污水管道斷頭、次干管錯(cuò)混接進(jìn)入雨水管等問題導(dǎo)致片區(qū)內(nèi)部分污水未得到有效收集；（2）片區(qū)下游的污水主干管高水位運(yùn)行，甚至滿管滿井；（3）部分區(qū)域的污水泵站無(wú)法正常運(yùn)行，導(dǎo)致片區(qū)污水向外轉(zhuǎn)輸不暢。該區(qū)域的生產(chǎn)廢水、生活污水直接排入就近的地表水體，導(dǎo)致水體由地表水Ⅲ類變成Ⅳ類，枯水期甚至為劣Ⅴ類。該區(qū)域急需設(shè)置分散式處理設(shè)施，以改善區(qū)域水體環(huán)境，確保環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2 污水分散式處理概念

污水分散式處理相對(duì)于集中式而言，是將污水處理工作前置化，并在流經(jīng)途中有針對(duì)性地分而治之的一種處理方式，污水治理達(dá)標(biāo)后即可就近補(bǔ)給水體或回用[4]。

3 我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)現(xiàn)狀

3.1 城鎮(zhèn)污水排放與處理情況

據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)，截至到2020年末，我國(guó)城市及縣城共有污水處理廠4 326座，處理能力達(dá)2.3億立方米/日，年污水排放量為675.1億立方米，污水年處理量為655.9億立方米，分別較“十三五”末新增783座、增長(zhǎng)35%、20.7%和29.2%，城市污水處理率亦從“十三五”末的91.9%增加到2020年的97.5%，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理迎來(lái)快速發(fā)展階段。

3.2 城鎮(zhèn)分散污水存在的問題

目前，城鎮(zhèn)邊緣及老舊小區(qū)由于管網(wǎng)鋪設(shè)滯后等問題，生活污水一直未得到有效收集和處置，廢水直接排放導(dǎo)致城鎮(zhèn)邊緣的水體環(huán)境遭受嚴(yán)重污染，甚至出現(xiàn)水體黑臭等情況。城鎮(zhèn)生活污水、雨水配套收集與處理設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后，未經(jīng)處理的城鎮(zhèn)污水直接排放，增加了入河污染負(fù)荷；分散式、生態(tài)化污水處理設(shè)施尚未規(guī)劃建設(shè)；河道截污、補(bǔ)水工程設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，河道基本生態(tài)需水和水質(zhì)維護(hù)保障能力不足，水體環(huán)境惡劣[5]。

3.3 典型城鎮(zhèn)邊緣排放狀況案例

西南某城市西北邊緣，屬于城市上游的老舊小區(qū)，在整改前，無(wú)完善的污水管網(wǎng)布置，分布在河道兩側(cè)的居民、企業(yè)、學(xué)校等均利用現(xiàn)有的地理優(yōu)勢(shì)（臨河），將生產(chǎn)廢水、生活污水就近排入城市上游主要水體的支流中，而該河流截污、補(bǔ)水工程設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，無(wú)大的補(bǔ)水水源，補(bǔ)水主要來(lái)源為周邊居民的生產(chǎn)生活用水、地表徑流及雨水。由于長(zhǎng)年累月的污染，水體幾乎喪失了自然的生態(tài)鏈，其自凈功能基本消失，最終形成了黑臭水體。

4 城鎮(zhèn)污水分散處理方案

針對(duì)上述情況，除了盡快完善區(qū)域內(nèi)的污水管網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)雨污分流、加快集中污水處理廠建設(shè)外，采用分散式污水處理方案也是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防污治污、改善區(qū)域水體環(huán)境、提高水體自凈能力的主要途徑。

4.1 A/O法

A/O法即缺氧-好氧法（Anoxic-Oxic），其主要特點(diǎn)是將反硝化反應(yīng)器放置在曝氣好氧池之前，故又稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。污水首先進(jìn)入缺氧反硝化反應(yīng)池，進(jìn)行厭氧反應(yīng)后進(jìn)入好氧曝氣池，曝氣池出水一部分進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀，一部分回流到反硝化反應(yīng)池，而反硝化反應(yīng)池內(nèi)的脫氮菌以原污水中的有機(jī)物作為碳源，以回流液中硝酸鹽的氧作為受電體，進(jìn)行呼吸和生命活動(dòng)，將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮（N2），二沉池的污泥回流到反硝化反應(yīng)池。A/O法工藝流程如圖1所示：

圖1 A/O法工藝流程圖

A/O法采用了前置反硝化工藝，可充分利用進(jìn)水中的有機(jī)物促進(jìn)反硝化的進(jìn)行，而且可回收一部分硝化所需的堿度（硝化1克NH3-N需7.14克CaCO3堿度，反硝化1克NH3-N需3.57克CaCO3堿度）和一部分硝化所需要的氧量（氧化1克NH3-N需氧4.57克，反硝化1克NO3-N產(chǎn)氧2.86克），因此該法被視為一種節(jié)能型的工藝并廣泛應(yīng)用于脫氮系統(tǒng)中，現(xiàn)在流行的各種生物脫氮工藝均是以該理論為基礎(chǔ)。

A/O法以去除有機(jī)物和脫氮為主，相對(duì)于普通活性污泥法，具有運(yùn)行穩(wěn)定、處理負(fù)荷大、去除有機(jī)物和脫氮效率高、污泥量少以及不發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。另外，該工藝還具有在污染物有機(jī)負(fù)荷低的情況下啟動(dòng)運(yùn)行良好的特點(diǎn)，并且由于流程較簡(jiǎn)單、裝置少、設(shè)備安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)檢修容易，因此建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低。

4.2 生物濾池

膜過濾裝置（BAF）是20世紀(jì)80年代建立起來(lái)的一種新型微粘附深度處理設(shè)備。曝氣濾池可以看作接觸氧化的特殊方式，反應(yīng)釜內(nèi)充填有火山巖石、陶粒砂、砂等高線比表面的顆粒物填料，為膜生長(zhǎng)發(fā)育的媒介。按污水流入方式可以分為上流式和下流式過濾器。污水由下而上或由上而下流過填料，向過濾材料層下邊吹曝氣，使氣體與污水反方向或同方向觸碰[6]。超濾裝置是有著活性污泥特點(diǎn)的膜處理建筑物。除依賴填料中的膜外，濾池內(nèi)還有一定濃度的漂浮淤泥，對(duì)污水有一定的溶解功效。因?yàn)樘盍献陨砟軌蚪亓鱏S，膜過濾器能同時(shí)處理污水，以實(shí)現(xiàn)固液分離。填料粒度較均勻，濾速較低，固液分離設(shè)備實(shí)際效果好于離子交換法，與一般生物濾池的過濾系統(tǒng)實(shí)際效果相仿。依據(jù)水體出水量規(guī)定，加工工藝可以分為滲碳曝氣濾池（DC）、硝化反應(yīng)曝氣濾池（n）、脫氮濾池（DN）三種類型。過濾器選用水氣協(xié)同反沖洗，依次為氣洗、水氣協(xié)同沖洗、水清洗。氣洗時(shí)長(zhǎng)一般為3～5 min，氣水合物清理時(shí)長(zhǎng)一般為4～6 min，單水浸洗時(shí)長(zhǎng)一般為8～10 min。氣體清洗抗壓強(qiáng)度一般為12～16 L/m3s，水清洗抗壓強(qiáng)度一般為4～6 L/m3s。過濾器反沖洗排水管道首先應(yīng)進(jìn)到緩沖池，緩沖池的有效容積不可低于單極過濾器總反沖洗水流量的1.5倍。

4.3 陶瓷膜處理工藝

污水經(jīng)過水解酸化預(yù)處理后進(jìn)入缺氧系統(tǒng)，在缺氧狀態(tài)下利用兼氧微生物的降解能力將污水中較難分解的有機(jī)高分子污染物分解成較易分解的有機(jī)低分子污染物，再進(jìn)入好氧陶瓷膜反應(yīng)段（該工段增加除磷裝置），在不同微生物的作用下，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。最后通過陶瓷膜進(jìn)行泥水分離，活性污泥在優(yōu)質(zhì)兼性厭氧菌群的作用下，將大分子有機(jī)污染物逐步降解為小分子有機(jī)物，最終氧化分解為二氧化碳和水。從而實(shí)現(xiàn)了污水污泥同步處理、減少有機(jī)污泥排放的目標(biāo)。

這是一種由納米陶瓷膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，取代了傳統(tǒng)工藝中的二沉池，它可以高效進(jìn)行固液分離，得到可直接使用的穩(wěn)定中水。該技術(shù)可在生物池內(nèi)維持高濃度的微生物量，工藝剩余污泥少，去除氨氮極為有效，出水懸浮物和濁度接近于零。由于出水中細(xì)菌和病毒被大幅度去除，出水無(wú)需經(jīng)過深度處理即可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，且能耗低，占地面積小。

4.4 厭氧人工濕地處理技術(shù)及土地滲濾技術(shù)

人工濕地處理污水的特點(diǎn)是前期建設(shè)成本低，且后期運(yùn)行成本低廉或幾乎無(wú)費(fèi)用，不需要專門管理，適用于城鎮(zhèn)分散式污水處理，并且具備一定的景觀價(jià)值。該技術(shù)主要依靠濕地水生植物的吸附、降解功能去除污水中的污染物。

根據(jù)污水的流經(jīng)方式不同，人工濕地可分為表面流人工濕地和潛流式人工濕地。

在人工濕地系統(tǒng)中，污水在床體內(nèi)部流動(dòng)，均勻流過植物根區(qū)基質(zhì)層，基質(zhì)層一般由土壤和各種填料構(gòu)成，表層土壤種植耐水植物，這些植物具有發(fā)達(dá)的根系，能深入到表層以下0.6～0.7 m的基質(zhì)層中，與基質(zhì)層一起構(gòu)成透水系統(tǒng)。同時(shí)，這些植物根系具有泌氧作用，在根區(qū)附近形成好氧、缺氧微環(huán)境，適宜不同類型微生物的生長(zhǎng)活動(dòng)。在潛流濕地系統(tǒng)中，污水在濕地床體內(nèi)部流動(dòng)，可以充分利用基質(zhì)層表面生長(zhǎng)的生物膜、豐富的植物根系及基質(zhì)截留等作用，有效延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，提升濕地系統(tǒng)的處理效果和處理能力，同時(shí)由于水流在土壤層以下流動(dòng)，故具有保溫性較好、處理效果受氣候影響小、衛(wèi)生條件較好等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究和應(yīng)用較多的一種濕地系統(tǒng)。

5 工程實(shí)例

5.1 案例1情況

西南某城鎮(zhèn)邊緣區(qū)居民多分布在丘陵區(qū)，污染源分散，產(chǎn)生的生活污水量約為500立方米/日，因此管理單位根據(jù)區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)和污水性質(zhì)，污水收集設(shè)施因地制宜地采取半人工半生態(tài)的處理方式，以確保污水處理效果，減少城鎮(zhèn)分散式居民生活污水排放對(duì)地表水水質(zhì)的影響。該區(qū)域的分散式污水處理工藝主要采用地埋式接觸氧化技術(shù)十人工濕地處理工藝，見圖2。

圖2 案例1城鎮(zhèn)污水分散式處理工藝流程圖

某污水處理廠處理設(shè)計(jì)規(guī)模為500立方米/日，采用厭氧十人工濕地處理系統(tǒng)工藝，根據(jù)其項(xiàng)目竣工環(huán)境調(diào)查報(bào)告，其進(jìn)、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)實(shí)際工程實(shí)例的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，分散式污水處理方案污水處理可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）[7]中表1的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及表2標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

表1 案例1分散式污水凈化設(shè)施竣工驗(yàn)收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5.2 案例2情況

西南某城鎮(zhèn)邊緣（屬于上游）居民多分布在丘陵區(qū)，污染源分散，產(chǎn)生的生活污水量約為300立方米/日，因此管理單位根據(jù)區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)和污水性質(zhì)，污水收集設(shè)施因地制宜地采取A/O+人工濕地處理工藝，見圖3。

圖3 案例2城鎮(zhèn)污水分散式處理工藝流程圖

根據(jù)其項(xiàng)目竣工環(huán)境調(diào)查報(bào)告，其進(jìn)、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 案例2分散式污水凈化設(shè)施竣工驗(yàn)收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)際工程實(shí)例的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，分散式污水處理方案污水處理可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）[7]中表1的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及表2標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

6 結(jié)論

綜上所述，城鎮(zhèn)邊緣污水采用分散處理方式，是對(duì)現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水集中處理方案的補(bǔ)充。通過分散式處理方案，可有效減少水污染物的排放，有利于水體環(huán)境的改善，能夠提升水質(zhì)，為環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供保障。當(dāng)然，工程實(shí)踐還需要根據(jù)社會(huì)發(fā)展、城鎮(zhèn)規(guī)劃、科技水平發(fā)展等基本情況，根據(jù)工程案例運(yùn)行數(shù)據(jù)，深度優(yōu)化污水分散處理技術(shù)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)項(xiàng)目綜合效益，才能更好地處理城鎮(zhèn)邊緣分散污水，確保工程實(shí)施的可行性。