城市化地區(qū)生活污水處理措施初探

羅錦芳,陳廣海

(1.珠海市斗門區(qū)水資源和水質(zhì)監(jiān)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(nóng)村城市化，二是城市的城市化或者城市現(xiàn)代化，城市化地區(qū)是指在城市化過程中，尚未完全進化轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘?，人口?shù)量、地域特征、價值觀念、或者生產(chǎn)生活方式等停留在農(nóng)村階段的城市邊緣地區(qū)。伴隨著城市化地區(qū)的進程，在經(jīng)濟相對落后、土地資源緊張的情況下，一系列生態(tài)環(huán)境問題困擾著區(qū)域的發(fā)展，尤其是收集難、來源多、成分復雜的生活污水，引起了行業(yè)工作者的重視[2]。近年來，在城市化地區(qū)生活污水處理方面，美國、日本等發(fā)達國家，主要采用生物氧化塘、人工濕地和土地處理系統(tǒng)等技術(shù)，其中，生態(tài)/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(shù)，開展了一系列技術(shù)研發(fā)工作，包括有[3-9]：沼氣池處理技術(shù)、土地滲濾處理系統(tǒng)、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)、蚯蚓生態(tài)濾池污水處理技術(shù)、生物膜處理技術(shù)和組合工藝技術(shù)等，工藝方面取得了一些進展，但在實踐過程中，這些技術(shù)都存在不同程度的不足或局限：① 城市化地區(qū)污水規(guī)模小且分散，新建污水處理設(shè)施條件受限，效率低、成本較高；② 常規(guī)技術(shù)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(qū)生活污水處理措施的研究與分析，總結(jié)生活污水治理現(xiàn)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(qū)污水處理具有實際意義。

1 生活污水治理現(xiàn)狀

1.1 生活污水治理模式

城市化地區(qū)人口密度相對稀疏，經(jīng)濟發(fā)展和自然環(huán)境差異較大，在開展生活污水治理工作中，應分析各地區(qū)的地理環(huán)境、人口規(guī)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(qū)生活污水的治理有以下3種模式。

1) 接入市政管網(wǎng)模式

對于臨近污水處理廠或市政污水管網(wǎng)的地區(qū)，應該完善污水收集管網(wǎng)，將區(qū)域生活污水送入城鎮(zhèn)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(shè)成本較高，適用于距離城區(qū)、建制鎮(zhèn)的市政污水處理設(shè)施較近，經(jīng)濟實力較強、管網(wǎng)鋪設(shè)條件交成熟的城市邊緣地區(qū)污水處理。

2) 集中處理模式

對于污水管網(wǎng)沒有覆蓋區(qū)域，且近期未有計劃建設(shè)污水管網(wǎng)接入城鎮(zhèn)集中污水處理系統(tǒng)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(guī)生物處理等工藝形式，將區(qū)域生活污水集中收集后，送入就地建設(shè)的污水處理設(shè)施。隨著目前污水處理設(shè)備工藝的不斷更新優(yōu)化，該模式具有建設(shè)簡單，用地面積小，污水處理工藝成熟，出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，已被廣泛采用。

3) 分散處理模式

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

1.2 常用的污水處理技術(shù)

1.2.1厭氧水解技術(shù)

厭氧水解技術(shù)是在缺氧的環(huán)境下，利用厭氧微生物的水解和產(chǎn)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(xù)處理過程的能耗和時間。整個過程一般包括水解反應、發(fā)酵酸化、產(chǎn)乙酸反應和產(chǎn)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(fā)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(shù)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(shù)

人工濕地[10]是20世紀60年代發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)，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(gòu)成一個獨特的生態(tài)系統(tǒng)。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(xiàn)如下。首先是植物發(fā)達的根系，直接吸收污水中的氮磷營養(yǎng)成分；其次是植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環(huán)境中依次呈現(xiàn)出好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，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(yǎng)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(tǒng)中直接去除。

1.2.3生態(tài)溝技術(shù)

生態(tài)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(tǒng)，對污水中的氮、磷和有機物進行截留和吸收，使污水營養(yǎng)鹽濃度在流動的過程中逐步遞減的水處理技術(shù)。該技術(shù)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(shè)置格柵和初沉池對污水進行預處理，然后在生態(tài)溝內(nèi)放置填料，使微生物在上面掛膜，水面上采用無土栽培技術(shù)種植蔬菜或花草，充分吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)。

生態(tài)溝內(nèi)填料是該技術(shù)除污效果的關(guān)鍵，通常情況下，在生態(tài)溝內(nèi)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(jié)合，可以減少污泥的處理成本。此外，在生態(tài)溝底部敷設(shè)HDPE防滲膜，既可以有效的將系統(tǒng)與地下水或外部土壤隔絕，又能滿足污水處理系統(tǒng)功能上的要求，應用性較強。

1.2.4穩(wěn)定塘技術(shù)

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

該技術(shù)具有基建投資和運轉(zhuǎn)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(yōu)點。對于有可開發(fā)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(xiàn)水環(huán)境凈化和城市化地區(qū)美化的效果。但該技術(shù)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(shù)

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(tǒng)構(gòu)成的污水處理方法。該技術(shù)通過在氧化池內(nèi)設(shè)置填料和曝氣設(shè)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(zhì)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(qū)污水處理，也廣泛用于城市污水處理廠、工業(yè)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(guī)劃

城市化地區(qū)規(guī)劃工作相對滯后，自開展城市化地區(qū)生活污水治理以來，一直缺乏統(tǒng)一的排水規(guī)劃標準，部分地區(qū)簡單參照城鎮(zhèn)排水規(guī)劃模式，但由于人口、地域等方面的不同，造成規(guī)劃范圍不合理、規(guī)劃目標不明確、規(guī)劃設(shè)施與城市化地區(qū)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(qū)污水處理設(shè)施的建設(shè)和管理。

城市化地區(qū)污水治理中的管網(wǎng)建設(shè)、設(shè)施選址與村居規(guī)劃息息相關(guān)，按村居現(xiàn)狀建成的設(shè)施存在與規(guī)劃不符而報廢的可能性，造成投資浪費。其次，對城市化地區(qū)環(huán)境治理未能形成共治的局面。城市化地區(qū)生活污水治理工作尚未列入新城市化地區(qū)建設(shè)工作的應有內(nèi)容，城市化地區(qū)相關(guān)建設(shè)工作未能與城市化地區(qū)生活污水治理工作有效結(jié)合開展，影響城市化地區(qū)生活污水治理成效。

2.2 投資和運行經(jīng)費短缺

城市化地區(qū)污水工程建設(shè)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(qū)生活污水治理核心問題之一。城市化地區(qū)地域廣闊、經(jīng)濟發(fā)展不平衡，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府收入較少，靠自籌資金建設(shè)污水治理工程難度較大。對已建成設(shè)施，部分地區(qū)配套維管資金不足或者未能及時落實到位，導致部分設(shè)施日常管理維護不到位，或出現(xiàn)驗收與運行管理移交的脫節(jié)，有的設(shè)施采用有動力設(shè)備，用電量較多，如沒有足夠資金，不排除為了節(jié)省資金，不開設(shè)備或不進行日常維護的可能，甚至導致個別設(shè)施報廢。

2.3 村民環(huán)保意識差

城市化地區(qū)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(qū)環(huán)境保護的宣傳教育相對薄弱，城市化地區(qū)村民對環(huán)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(zhuǎn)。部分村民甚至因個人的利益而阻撓施工，導致城市化地區(qū)污水治理工作停滯不前。因此，城市化地區(qū)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(shè)投資、出水水質(zhì)、運行成本和管理維護要求差別很大，一些城市化地區(qū)污水處理工藝選擇時沒有充分考慮城市化地區(qū)的實際情況及經(jīng)濟、運行管理水平，使得工藝完成后難于正常運轉(zhuǎn)。對于城市化地區(qū)污水處理而言，工藝選擇并非越新穎越好，也不是出水水質(zhì)質(zhì)量要求越高越好，而是應與當?shù)厮h(huán)境保護要求和用水需求相結(jié)合，選擇適用當?shù)氐墓に嚥攀呛玫?。選擇合適的工藝技術(shù)是城市化地區(qū)污水處理設(shè)施成功運行的關(guān)鍵，工藝可以參考借鑒，但是不能完全抄襲。

因此，城市化地區(qū)生活污水治理技術(shù)工藝的選擇要量力而行，充分考慮城市化地區(qū)財力物力薄弱、管理水平底下、居民意識不足等實際情況，結(jié)合生活污水水質(zhì)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(qū)特點和實際的污水處理適用技術(shù)。

2.5 維護運行管理水平較低

目前，由于各地區(qū)主管部門不統(tǒng)一，水利、生態(tài)環(huán)境、住建、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等部門均涉及生活污水處理業(yè)務，相關(guān)工作的職能部門部門為臨時機構(gòu)，而且專業(yè)技術(shù)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(qū)基層專業(yè)技術(shù)人員、管理人員長期短缺。

機構(gòu)設(shè)置不穩(wěn)定、人員配備不齊全，且相應工作人員的專業(yè)技術(shù)水平不能滿足污水處理工程的建設(shè)和運行管理。尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)級政府派出機構(gòu)中，基層水務建設(shè)與管理機構(gòu)的嚴重缺失，影響了城市化地區(qū)生活治水的長治久安工作。例如，廣州市很多城市化地區(qū)污水處理設(shè)施都是村民自己管理，人員專業(yè)素質(zhì)整體偏低，管理體制也不健全，運行管理經(jīng)驗不足，造成部分污水處理設(shè)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(qū)水體污染嚴重，水質(zhì)較差、水環(huán)境惡化、水生態(tài)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(chǎn)生二次污染等特點的生活污水治理技術(shù)。結(jié)合生活污水處理技術(shù)的發(fā)展與應用情況，本文推薦以下幾種適用于城市化地區(qū)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(gòu)建微生物、動植物共生的自然強化生態(tài)系統(tǒng)來凈化污水，表面種植綠色植物，污水經(jīng)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(zhì)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(shè)管網(wǎng)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(zhì)及漂浮物后進入?yún)捬跛獬?。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(xù)的人工濕地處理。經(jīng)過厭氧水解池的水經(jīng)水泵提升至人工生態(tài)濕地處理單元，人工濕地內(nèi)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(shù)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(shè)人工濕地的村莊。工藝運行參數(shù)：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(zhì)。由于接觸氧化池填料表面積大，生物膜在池內(nèi)呈立體結(jié)構(gòu)，處理能力穩(wěn)定性較強。該技術(shù)具有占地少、水質(zhì)驟變抗沖擊強等優(yōu)點，適用于居民集中、建設(shè)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(shè)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(wěn)定塘工藝

該組合工藝采用生物、生態(tài)結(jié)合技術(shù)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(wěn)定塘→出水(見圖3所示)。即生活污水進入?yún)捬跛獬?，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(wěn)定的沉渣。厭氧水解池出水進入穩(wěn)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(shù)適用范圍較廣，適用于擁有自然池塘或閑置洼地的農(nóng)村，可根據(jù)村莊自身情況，因勢而建，能耗較低。

圖3 厭氧水解池+穩(wěn)定塘工藝流程示意

3.4 厭氧水解池+生態(tài)溝

該組合工藝也是一種采用生物、生態(tài)結(jié)合技術(shù)來提高污水處理水平的技術(shù)，其工藝流程為：生活污水→厭氧水解池→生態(tài)溝→出水(見圖4所示)。即生活污水進入?yún)捬跛獬睾?，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(wěn)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(tài)溝后，依靠水生、陸生植物吸收氮磷，降低有機物含量。該技術(shù)可因地制宜，據(jù)勢而建，利用溝渠改建生態(tài)溝。

圖4 厭氧水解池+生態(tài)溝工藝流程示意

4 結(jié)語

城市化地區(qū)生活污水處理技術(shù)應根據(jù)城市化地區(qū)的實際情況進行選擇，充分考慮當?shù)爻鞘谢貐^(qū)的經(jīng)濟情況、污水的收集排放情況以及技術(shù)工藝本身的運行管理。例如，對于分散式城市化地區(qū)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(qū)生活污水宜使用土地滲濾處理系統(tǒng)、人工濕地、穩(wěn)定塘、生物濾池等技術(shù)，這些技術(shù)都是適合城市化地區(qū)、經(jīng)濟有效的污水處理技術(shù)。為取得更好的處理效果，也可以根據(jù)當?shù)厍闆r選擇兩種或多種工藝聯(lián)用技術(shù)，用組合工藝技術(shù)處理城市化地區(qū)生活污水，將成為今后城市化地區(qū)生活污水的主要研究發(fā)展方向。