雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水處理技術(shù)探討

溫雪梅　南國(guó)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，通過(guò)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(diǎn)，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(shí)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(xiàn)，希望能為雄安新區(qū)建設(shè)提供一定的參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]雄安新區(qū)；分散村鎮(zhèn)污水處理；技術(shù)路線(xiàn)

[中圖分類(lèi)號(hào)]X703 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

2017年4月1日，中共中央、國(guó)務(wù)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(jì)特區(qū)和上海浦東新區(qū)后又一國(guó)家級(jí)新區(qū)，這是千年大計(jì)、國(guó)家大事。然而，雄安新區(qū)城市水系統(tǒng)面臨多重水約束，對(duì)城市水系統(tǒng)構(gòu)建帶來(lái)挑戰(zhàn)。雄安新區(qū)及周邊水環(huán)境污染嚴(yán)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(duì)分散村鎮(zhèn)污水處理設(shè)備的運(yùn)行管理、長(zhǎng)效機(jī)制進(jìn)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口112.7萬(wàn)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(shì)低，城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)普遍采用的生化處理技術(shù)卻對(duì)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(wàn)噸甚至過(guò)百萬(wàn)噸），且其運(yùn)行費(fèi)用高、管理維護(hù)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(guó)外很早就已經(jīng)開(kāi)始，日本從1973年開(kāi)始對(duì)農(nóng)村生活排水進(jìn)行集中處理。凈化槽的發(fā)展經(jīng)歷了單獨(dú)處理凈化槽、合并處理凈化槽、高度處理凈化槽等幾個(gè)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(dá)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(guó)自1972年頒布國(guó)內(nèi)第一個(gè)清潔水法后，開(kāi)始建設(shè)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施。德國(guó)自2003年成立“分散市鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)”項(xiàng)目，采用膜生物反應(yīng)器凈化偏遠(yuǎn)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(dǎo)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(guó)內(nèi)是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)分散式污水處理技術(shù)進(jìn)行探索和實(shí)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(tái)了相應(yīng)的農(nóng)村污水治理規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。

3 分散村鎮(zhèn)污水處理技術(shù)

考慮到農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(fù)荷相對(duì)較低，停留時(shí)間長(zhǎng)，占地面積較大，且散發(fā)臭味，但無(wú)需動(dòng)力，建設(shè)和運(yùn)行成本較低，維護(hù)和管理較方便，因此在污水量較小、污水類(lèi)型較簡(jiǎn)單的農(nóng)村生活污水處理中應(yīng)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(yīng)采用足夠的機(jī)械強(qiáng)度、不易堵塞的結(jié)構(gòu)。厭氧處理的缺點(diǎn)是對(duì)氮磷無(wú)去除效果。

3.1.2 缺氧處理

缺氧處理的目的是通過(guò)反硝化反應(yīng)實(shí)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(shí)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(fù)荷相對(duì)較高，停留時(shí)間較短，占地面積小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需動(dòng)力曝氣，建設(shè)和運(yùn)行成本高，維護(hù)和管理水平要求高，因此適合對(duì)污水處理效果要求高，有較好的管理?xiàng)l件的地區(qū)使用。 好氧生物處理包含多種處理工藝，對(duì)農(nóng)村生活污水處理中常用的好氧處理工藝特點(diǎn)分析如下：

（1）生物轉(zhuǎn)盤(pán)法處理：處理效率低、臭味大、冬季易結(jié)冰、對(duì)保溫要求高，不大適合北方氣候。對(duì)重慶、廣西等地的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)使用中存在一些問(wèn)題，運(yùn)行可靠性一般。

（2）接觸氧化法：占地面積小、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、無(wú)污泥膨脹、維護(hù)管理方便、可不設(shè)污泥回流、動(dòng)力消耗少。

（3）流動(dòng)床生物膜法：安裝方便、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、維護(hù)管理方便、可靈活選擇不同的填料填充率、可兼顧今后擴(kuò)大處理規(guī)模需求而無(wú)需增大池容和占地。

（4）活性污泥法：工藝簡(jiǎn)單、污泥負(fù)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(hù)管理要求高、運(yùn)行成本高。

（6）生物膜反應(yīng)器（MBR）法：污泥負(fù)荷高、無(wú)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(guò)比對(duì)分析，考慮到農(nóng)村生活污水污染物成分簡(jiǎn)單、污染物負(fù)荷較低，選擇好氧處理工藝類(lèi)型時(shí)宜選擇運(yùn)行成本低、維護(hù)管理方便、適合北方氣候特點(diǎn)的處理工藝。推薦的適合雄安新區(qū)氣候特點(diǎn)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(dòng)床生物膜法（MBBR）、膜生物反應(yīng)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(qiáng)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(guò)程中，通過(guò)過(guò)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(diǎn)是處理效果較好、投資費(fèi)用低、無(wú)能耗、運(yùn)行費(fèi)用很低、維護(hù)管理簡(jiǎn)便。其不足是污染負(fù)荷低、占地面積大、設(shè)計(jì)不當(dāng)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(dòng)方式分為三類(lèi)：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(diǎn)是投資少、操作費(fèi)用較低；缺點(diǎn)是負(fù)荷小、占地面積較大，冬季北方地區(qū)表面會(huì)結(jié)冰，夏季易滋生蚊蠅，散發(fā)臭味。表面流人工濕地對(duì)懸浮物、有機(jī)質(zhì)的去除效果較好，但對(duì)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(dòng)，故具有保溫性較好、處理效果受氣候影響小、衛(wèi)生條件較好的特點(diǎn)，是目前研究和應(yīng)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(diǎn)，污水被投配到床區(qū)表面后，淹沒(méi)整個(gè)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(duì)較小，因而變得越來(lái)越普遍，但由于布水系統(tǒng)覆蓋整個(gè)表面，基建費(fèi)用相對(duì)較高，故不如水平潛流濕地應(yīng)用廣泛。

3.2.3 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是經(jīng)過(guò)人工適當(dāng)修整，設(shè)有圍堤和防滲層的污水池塘。通過(guò)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(duì)塘中污水進(jìn)行自然處理。穩(wěn)定塘特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建設(shè)費(fèi)用低、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、處理效果受氣候影響大、污染負(fù)荷較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生臭氣和滋生蚊蟲(chóng)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有農(nóng)村生活污水處理設(shè)施處理工藝的研究、對(duì)比，推薦的適合遼寧北方氣候特點(diǎn)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(dòng)床生物膜法（MBBR）、膜生物反應(yīng)器法（MBR）等。 推薦工藝與雄安新區(qū)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)，能夠滿(mǎn)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(hù)管理方便、符合雄安新區(qū)廣大農(nóng)村的實(shí)際特點(diǎn)。

4 推薦污水處理技術(shù)路線(xiàn)

4.1 缺氧+好氧+生態(tài)處理技術(shù)路線(xiàn)

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(hù)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(guò)調(diào)整填料的填充率，適應(yīng)不同的污染負(fù)荷，對(duì)水質(zhì)、水量變化適應(yīng)能力強(qiáng)；無(wú)需設(shè)置填料支架等，節(jié)約建設(shè)投資，特別適用于擴(kuò)建、提標(biāo)改造工程。

4.2 預(yù)處理+厭氧+生態(tài)處理技術(shù)路線(xiàn)

有農(nóng)田灌溉等回用需求的地區(qū)，宜采用預(yù)處理+厭氧+生態(tài)處理的技術(shù)路線(xiàn)，去除的主要目標(biāo)污染物為 COD、SS 等。N、P 為農(nóng)田可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可資源化利用，處理費(fèi)用相對(duì)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(jiǎn)單、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用少并能滿(mǎn)足灌溉等污水回用需求的工藝技術(shù)。挖潛當(dāng)?shù)氐纳傲稀⑹摹⒅参铩⒖犹痢⑼莸氐茸匀毁Y源，建造人工濕地、穩(wěn)定塘等生態(tài)處理設(shè)施，減少運(yùn)行費(fèi)用。充分考慮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，環(huán)保技術(shù)人員和運(yùn)行管理專(zhuān)業(yè)人員不足的現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)施盡量簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便，運(yùn)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(wú)需機(jī)械曝氣、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便。有條件情況下，平時(shí)利用地勢(shì)進(jìn)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(jìn)水。

4.2.2 三格化糞池+跌水曝氣+人工濕地工藝

該工藝?yán)梦鬯占到y(tǒng)中的三格化糞池去除 COD、SS，投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便。有條件情況下，平時(shí)利用地勢(shì)進(jìn)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(jìn)水。但不適用于進(jìn)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(mǎn)足回用水標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守下的穩(wěn)定運(yùn)行，但需要定期進(jìn)行藥洗，每5年左右需要對(duì)膜組件進(jìn)行更換，成本高。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有農(nóng)村生活污水處理設(shè)施處理工藝的研究、對(duì)比，篩選出缺氧+好氧+生態(tài)處理技術(shù)路線(xiàn)和預(yù)處理+厭氧+生態(tài)處理技術(shù)路線(xiàn)。推薦技術(shù)路線(xiàn)與雄安新區(qū)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)，充分實(shí)現(xiàn)低成本、高標(biāo)準(zhǔn)、高目標(biāo)的建設(shè)需求，符合雄安新區(qū)廣大農(nóng)村的實(shí)際特點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

鑒于雄安新區(qū)分散村鎮(zhèn)污水實(shí)際情況，考慮到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、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(guò)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(diǎn)進(jìn)行比選，篩選出物接觸氧化法、流動(dòng)床生物膜法（MBBR）、膜生物反應(yīng)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(xiàn)。

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