雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理技術(shù)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(qū)（協(xié)調(diào)區(qū)）分散村鎮(zhèn)污水處理背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，通過分析生物處理（厭氧、兼氧、好氧）和生態(tài)處理（土地處理、人工濕地、穩(wěn)定塘）技術(shù)及其組合工藝的優(yōu)缺點，篩選出缺氧+生物接觸氧化+潛流人工濕地（穩(wěn)定塘）工藝、缺氧+MBBR+潛流人工濕地（穩(wěn)定塘）工藝。同時提出了適合于雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理的推薦污水處理技術(shù)路線，希望能為雄安新區(qū)建設(shè)提供一定的參考價值。

[關(guān)鍵詞]雄安新區(qū)；分散村鎮(zhèn)污水處理；技術(shù)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(fā)通知，決定設(shè)立河北雄安新區(qū)，自此雄安新區(qū)成為繼深圳經(jīng)濟特區(qū)和上海浦東新區(qū)后又一國家級新區(qū)，這是千年大計、國家大事。然而，雄安新區(qū)城市水系統(tǒng)面臨多重水約束，對城市水系統(tǒng)構(gòu)建帶來挑戰(zhàn)。雄安新區(qū)及周邊水環(huán)境污染嚴重，其中村鎮(zhèn)污水未能有效收集處理是造成水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)下降的主要原因之一，亟須對分散村鎮(zhèn)污水處理設(shè)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(zhèn)污水是雄安新區(qū)現(xiàn)階段的科技需求。

1 雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀

雄安新區(qū)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(qū)域，共轄 29 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口112.7萬人，土地總面積1560km2。雄安新區(qū)面臨多重水約束，入淀河口、江河下游，蓄泄洪區(qū)、地勢低，城市內(nèi)澇風險突出，目前城市水資源較為短缺，水環(huán)境普遍受到污染，白洋淀水生態(tài)退化， 然而城市污水處理廠普遍采用的生化處理技術(shù)卻對分散村鎮(zhèn)污水處理并不適用，由于城市污水處理規(guī)模往往很大（日處理規(guī)模數(shù)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(zhèn)污水處理。且村鎮(zhèn)污水排放量小，日變化系數(shù)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(fā)適合雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理技術(shù)，提出適合雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理及利用的技術(shù)（設(shè)備）。

2 國內(nèi)外對分散村鎮(zhèn)污水處理研究現(xiàn)狀

關(guān)于分散村鎮(zhèn)污水處理的研究國外很早就已經(jīng)開始，日本從1973年開始對農(nóng)村生活排水進行集中處理。凈化槽的發(fā)展經(jīng)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(shù)已經(jīng)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(shù)。美國自1972年頒布國內(nèi)第一個清潔水法后，開始建設(shè)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施。德國自2003年成立“分散市鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)”項目，采用膜生物反應器凈化偏遠地區(qū)村鎮(zhèn)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(tài)土地利用系統(tǒng)。

國內(nèi)是從20世紀80年代開始對分散式污水處理技術(shù)進行探索和實踐。以太湖流域村鎮(zhèn)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(shù)”“塔式蚯蚓生態(tài)濾池組合技術(shù)”及“厭氧發(fā)酵+生態(tài)土壤+蔬菜種植組合技術(shù)”，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(xù)出臺了相應的農(nóng)村污水治理規(guī)定和標準。

3 分散村鎮(zhèn)污水處理技術(shù)

考慮到農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平以及污水排放特征，分散村鎮(zhèn)污水處理主要從收集和處理兩方面進行，采用技術(shù)主要為生物處理+生態(tài)污水處理技術(shù)。

3.1 生物處理技術(shù)

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(fā)臭味，但無需動力，建設(shè)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(nóng)村生活污水處理中應用較為普遍。厭氧濾池為農(nóng)村生活污水處理中經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)，填料應采用足夠的機械強度、不易堵塞的結(jié)構(gòu)。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(xiàn)脫氮。脫氮處理的關(guān)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(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，需動力曝氣，建設(shè)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(qū)使用。 好氧生物處理包含多種處理工藝，對農(nóng)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(zhuǎn)盤法處理：處理效率低、臭味大、冬季易結(jié)冰、對保溫要求高，不大適合北方氣候。對重慶、廣西等地的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)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(shè)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(guī)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(fā)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(shè)沉淀池、占地面積小、出水水質(zhì)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(nóng)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(qū)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(tài)處理技術(shù)

3.2.1 土地處理

土地處理是一種人工強化的污水生態(tài)工程處理技術(shù)，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(yōu)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(shè)計不當容易堵塞、易污染地下水、北方寒冷地區(qū)冬季適用性差。

3.2.2 人工濕地

人工濕地技術(shù)，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(yōu)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(qū)表面會結(jié)冰，夏季易滋生蚊蠅，散發(fā)臭味。表面流人工濕地對懸浮物、有機質(zhì)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(wèi)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(tǒng)。

垂直潛流人工濕地的污水水流方向和床區(qū)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(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是經(jīng)過人工適當修整，設(shè)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(tài)系統(tǒng)的物理和生物作用，對塘中污水進行自然處理。穩(wěn)定塘特點是結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)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(chǎn)生臭氣和滋生蚊蟲。

通過對現(xiàn)有農(nóng)村生活污水處理設(shè)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(qū)當前的經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展水平相適應，能夠滿足現(xiàn)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(qū)廣大農(nóng)村的實際特點。

4 推薦污水處理技術(shù)路線

4.1 缺氧+好氧+生態(tài)處理技術(shù)路線

4.1.1 缺氧+生物接觸氧化+人工濕地（穩(wěn)定塘）工藝

該工藝適用范圍廣、處理效果穩(wěn)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(wěn)定塘）工藝

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

4.2 預處理+厭氧+生態(tài)處理技術(shù)路線

有農(nóng)田灌溉等回用需求的地區(qū)，宜采用預處理+厭氧+生態(tài)處理的技術(shù)路線，去除的主要目標污染物為 COD、SS 等。N、P 為農(nóng)田可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，可資源化利用，處理費用相對較低。因地制宜地選擇農(nóng)村生活污水的處理模式，優(yōu)先考慮穩(wěn)定塘、人工濕地等結(jié)構(gòu)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(shù)。挖潛當?shù)氐纳傲?、石材、植物、坑塘、洼地等自然資源，建造人工濕地、穩(wěn)定塘等生態(tài)處理設(shè)施，減少運行費用。充分考慮農(nóng)村經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，環(huán)保技術(shù)人員和運行管理專業(yè)人員不足的現(xiàn)實情況，設(shè)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(tài)設(shè)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(tǒng)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(tài)設(shè)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(xiàn)無人值守下的穩(wěn)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(xiàn)有農(nóng)村生活污水處理設(shè)施處理工藝的研究、對比，篩選出缺氧+好氧+生態(tài)處理技術(shù)路線和預處理+厭氧+生態(tài)處理技術(shù)路線。推薦技術(shù)路線與雄安新區(qū)當前的經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展水平相適應，充分實現(xiàn)低成本、高標準、高目標的建設(shè)需求，符合雄安新區(qū)廣大農(nóng)村的實際特點。

5 結(jié)語

鑒于雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水實際情況，考慮到當?shù)亟?jīng)濟、技術(shù)發(fā)展水平，因地制宜地選擇農(nóng)村生活污水處理模式，通過生物處理（厭氧、缺氧、好氧）和生態(tài)處理（土地處理、人工濕地、穩(wěn)定塘）等工藝技術(shù)的優(yōu)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(shù)，并提出了適用于雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理的技術(shù)路線。

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