分散性污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

尼斐達(dá) 孫垂猛 劉 陽(yáng)

1濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250000

2水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 山東 濟(jì)南 250000

污水處理系統(tǒng)分為分散式和集中式兩種。大多數(shù)城市采用集中污水處理系統(tǒng),適用于大流量污水的收集。具有處理規(guī)模大、運(yùn)行成本低、水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。鄉(xiāng)村和機(jī)場(chǎng)位于城市的郊區(qū)，由于污水收集管網(wǎng)建設(shè)不完善，不宜集中處理。因此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者提倡分散式污水處理，解決小范圍水污染問(wèn)題。

1 概述

隨著我國(guó)新農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村環(huán)境污染問(wèn)題日益突出。據(jù)全國(guó)污染調(diào)查，農(nóng)村區(qū)域排放COD占全國(guó)總量的43.7%，農(nóng)村污染逐漸成為主要污染源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年污水產(chǎn)量超過(guò)9000億噸，許多地區(qū)沒(méi)有有效的處理方法。河流、地下水等天然水源受到污染，影響農(nóng)村居民健康。我國(guó)農(nóng)村分散技術(shù)發(fā)展緩慢，沼氣池凈化、人工濕地等技術(shù)被廣泛采用。沼氣池技術(shù)在污水處理過(guò)程中發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)價(jià)值，得到了國(guó)家住建部門的大力支持。人工濕地技術(shù)通過(guò)土壤過(guò)濾吸附和微生物吸收代謝兩種方式對(duì)廢水進(jìn)行降解，應(yīng)用十分廣泛。近年來(lái)，我國(guó)引進(jìn)蚯蚓生態(tài)濾池，利用蚯蚓和微生物生態(tài)系統(tǒng)處理廢水，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 分散性污水處理概念及意義

在分散式污水處理模式中，小規(guī)模點(diǎn)源污水通過(guò)短距離或就地處置和低成本運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)水污染的治理，主要采用以下方法。

一是人工處理技術(shù)。人工處理技術(shù)是一種物理或生化方法，通過(guò)相關(guān)處理設(shè)施對(duì)污水進(jìn)行處理，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后排放到水體中。如A20法、氧化溝法、MBR法、生物濾池法等。

二是自然污水處理技術(shù)。自然污水處理技術(shù)主要是利用或模擬自然條件分解污染物。如氧化塘、人工濕地等。

為有效補(bǔ)償污水集中化處理模式的不足，分散式污水處理模式逐步得到開(kāi)發(fā)。集中式處理模式有規(guī)模效應(yīng)，治理效果和成本都很有優(yōu)勢(shì)。但隨著城市的快速發(fā)展，城市邊緣不斷擴(kuò)大，一些新區(qū)污水處理設(shè)施建設(shè)難以跟上，亟待采取措施。其次，農(nóng)村水污染分布范圍廣，具有單點(diǎn)水量小的特點(diǎn)。由于成本等原因，城市污水管網(wǎng)通常很難完全覆蓋，農(nóng)村污水無(wú)法收集處理。分布式污水處理模式應(yīng)用于上述情況，是對(duì)傳統(tǒng)污水集中化處理模式的有效補(bǔ)充，是對(duì)水污染采取全面對(duì)策的重要保證。

3 分散性污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

目前，分布式污水處理常用技術(shù)主要是人工濕地技術(shù)和一體化處理設(shè)備。

3.1 人工濕地污水處理技術(shù)

人工濕地是一個(gè)類似沼澤的地面，通過(guò)人工控制將污水和污泥投入其中，通過(guò)污水和污泥在一定方向上流動(dòng)的過(guò)程中，利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物、化學(xué)、有機(jī)體的協(xié)同作用來(lái)處理污水和污泥的技術(shù)。作用機(jī)理包括吸附、滯留、過(guò)濾、氧化還原、沉淀、微生物降解、轉(zhuǎn)化、植物屏蔽、殘?jiān)e累、蒸騰水和養(yǎng)分吸收以及各種動(dòng)物的作用。

根據(jù)水流流態(tài)，人工濕地可分為淹沒(méi)流和面流兩種類型。淹沒(méi)濕地又分為垂直淹沒(méi)濕地和水平淹沒(méi)濕地。其凈化機(jī)理主要是過(guò)濾沉淀、吸附與離子交換、污染物分解、植物養(yǎng)分吸收等。

（1） 面流濕地

面流濕地接近天然濕地，整體凈化效率不高，一般需要大面積、長(zhǎng)停留時(shí)間。由于其環(huán)境單一，對(duì)有機(jī)物的去除效果較好，但對(duì)氮、磷的去除率較低。由于缺乏好氧、厭氧交替的環(huán)境，面流濕地很難形成一個(gè)完整的脫氮除磷過(guò)程，且裸露的水體和植物很可能滋生蚊子。

（2）淹沒(méi)濕地

利用生長(zhǎng)在敷料表面的生物膜、豐富的植物根系和表土的截留作用，可以延長(zhǎng)停留時(shí)間，另外，水流在地表以下流動(dòng)，具有良好的保溫性，受氣候影響小，蚊蟲(chóng)不繁殖，去除效率高，比較穩(wěn)定。

（3）水平淹沒(méi)濕地

在水平淹沒(méi)濕地中，布置一定孔隙率的填料，表層養(yǎng)殖植物，主要通過(guò)填料和表面附著的微生物吸收和分解水中的污染物，淹沒(méi)濕地表層土壤對(duì)污染物有恒定的處理效果，與面流濕地和傳統(tǒng)污水處理技術(shù)相比，水平式淹沒(méi)濕地對(duì)BOD5、COD和SS的去除率較高。

（4）垂直淹沒(méi)濕地

在垂直淹沒(méi)濕地中，水流方向?yàn)榇怪毕蛳禄虼怪毕蛏?，其結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)與水平淹沒(méi)濕地相似。然而，與水平流相比，它的優(yōu)點(diǎn)是水流截面大。其填料的攔截作用效果更好。該工藝類似于厭氧濾池，具有較高的反硝化效率。其中，人工濕地對(duì)平原坡地和相對(duì)集中的村莊具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.2 一體化處理裝置

該裝置將不同的處理工藝集成到一套小型一體化污水處理系統(tǒng)中。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，所需土建工作量小，布局比較靈活。

綜合處理設(shè)備考慮到場(chǎng)地和設(shè)施的一體化，通常采用MBR膜技術(shù)作為核心處理技術(shù)。膜生物反應(yīng)器是二十世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)。其高效的固液分離使水質(zhì)更好，且浮濁度接近于零，經(jīng)污水處理后可直接回收利用。

MBR工藝一般包括預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)由預(yù)處理池、調(diào)節(jié)池和格柵組成。生化處理系統(tǒng)由酸池、好氧池和膜生物反應(yīng)池組成。輔助系統(tǒng)是指加藥系統(tǒng)和消毒系統(tǒng)。

在膜生物反應(yīng)器中，膜組件浸泡在好氧曝氣區(qū)，膜的微開(kāi)口可攔截細(xì)菌，所有游離細(xì)菌都留在曝氣池中，只有過(guò)濾后的水被收集到收集管中排放，實(shí)現(xiàn)固相和液相分離，從而省去了沉淀工段。有效去除了各種懸浮顆粒、細(xì)菌、藻類、濁度、COD和有機(jī)物。

該系統(tǒng)出水水質(zhì)可以達(dá)到一級(jí)A或地表準(zhǔn)四類標(biāo)準(zhǔn)。

4 我國(guó)分散式污水處理的問(wèn)題

（1）起步較晚，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有待完善

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)分布式污水處理系統(tǒng)的投入很大，20世紀(jì)70年代，美國(guó)建設(shè)了許多小型的分布式污水處理系統(tǒng)。例如，在塔基州和南卡羅來(lái)納州，分布式廢水處理系統(tǒng)的使用率達(dá)到40%，在北卡羅來(lái)納州達(dá)到48%。美國(guó)的分布式污水處理率為95%以上。除了美國(guó)，日本在20世紀(jì)60年代也相繼拿出大量資金，建設(shè)了大量的分散式生活污水凈化設(shè)備，形成了相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。而我國(guó)從近期才開(kāi)始對(duì)分散式處理進(jìn)行研究和普及，所采用的技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)均沿用了傳統(tǒng)的集中式污水處理廠的相關(guān)內(nèi)容，并不完全適合分散式污水處理模式，對(duì)該模式的運(yùn)用產(chǎn)生了一些困擾。因此有必要完善相關(guān)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以更好的推廣分散式處理模式。

（2） 運(yùn)營(yíng)管理模式有待研究

目前我國(guó)對(duì)污水處理技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的成果，基本達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但相較于傳統(tǒng)集中式的污水處理廠來(lái)說(shuō)，其運(yùn)營(yíng)管理上的問(wèn)題比較突出。首先，運(yùn)營(yíng)資金來(lái)源不明確，很多分散式污水處理設(shè)施建成后無(wú)穩(wěn)定的資金來(lái)源進(jìn)行維持，作為一種沒(méi)有直接經(jīng)濟(jì)效益的公共設(shè)施來(lái)說(shuō)此種模式不具備持久性。其次，缺乏專業(yè)技術(shù)人員，部分設(shè)施建成后由于缺乏必要的維護(hù)而很快損壞，成為擺設(shè)，造成了極大的資源浪費(fèi)。因此，有必要探索出一條可持續(xù)發(fā)展的運(yùn)營(yíng)管理模式。

（3）配套基礎(chǔ)設(shè)施有待完善

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，污水處理廠、站的自動(dòng)化程度不斷提高，PLC、工控機(jī)等也逐漸在新建污水處理系統(tǒng)中普及開(kāi)。我國(guó)大型城市生活污水集中式處理系統(tǒng)通過(guò)中央控制室實(shí)現(xiàn)全站的集中管理和管理，全廠的污水流量、pH、濁度、余氯、溶解氧等參數(shù)及設(shè)備的運(yùn)行狀況通過(guò)“PLC”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)主干通訊網(wǎng)絡(luò)——工業(yè)以太網(wǎng)或“IP”協(xié)議，以光纖電纜為介質(zhì)，傳輸至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理，上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面上即可顯示整個(gè)水廠各主要工藝工段的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及水質(zhì)狀況，操作人員根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)控水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況。農(nóng)村生活污水分散式處理系統(tǒng)雖已進(jìn)入自動(dòng)化階段，但仍存在問(wèn)題值得討論：(1)對(duì)于一些排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施，有效的技術(shù)化監(jiān)控是設(shè)施達(dá)標(biāo)處理穩(wěn)定性的潛在影響因素之一；(2)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)存在差異，分散式處理系統(tǒng)地處偏遠(yuǎn)，光纖網(wǎng)絡(luò)不通，沒(méi)有專業(yè)人員長(zhǎng)期駐守，實(shí)現(xiàn)技術(shù)化監(jiān)控所需的雙向數(shù)據(jù)傳導(dǎo)必須采取合理的傳輸介質(zhì)及上位機(jī)管理平臺(tái)，而相關(guān)平臺(tái)的建設(shè)確是一個(gè)盲區(qū)。因此，有必要完善污水監(jiān)管城鄉(xiāng)一體化平臺(tái)建設(shè)，真正實(shí)現(xiàn)污水處理無(wú)人值守及常態(tài)化監(jiān)控。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)地域廣大，各地的自然環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異性較大，分散式處理模式具有較高的靈活性和適應(yīng)性，是集中式污水處理模式的有效補(bǔ)充，是對(duì)水污染進(jìn)行全方位治理的有效保障，擁有廣闊的發(fā)展前景。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如何建立健全長(zhǎng)效管理機(jī)制仍有待探討和研究。