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2017-08-04
小城镇污水处理
一、概述
小城镇一般是指建制镇政府所在地，具有一定的人口、工业、商业的聚集规模，是当地农村、社区的政治、经济和文化中心，并具有较强的辐射能力。一般来讲，小城镇概念有两个层次的意义：第一个层次是指除城市以外的建制镇，包括县城；另一层次是指除第一个层次外，还包括乡政府驻地为主体的集镇，由于后一层次强调了小城镇发展的动态性和乡村性，是目前我国小城镇理论与实践中更为普遍的观点。
我国目前有各种规模和性质的小城镇超过48000个，其中建制镇19200多个。随着城镇经济的迅速发展和人口的增加，城镇的污水排放量不断增加，由于缺乏必要的污水收集和处理设施，生活污水、工业废水一同排入水体，使得绝大多数小城镇的水环境污染日益严重，已成为区域性水环境的重要污染源头。
根据2005年的数据统计，当时我国的城市污水处理率在46%左右，主要指的是661个大中小城市，而县城的污水处理率也就在11%左右，到乡镇一级不超过1%。但是，县、镇、村的水量却占全国总排水量的50%。尽管近几年我国小城镇污水处理设施建设和污水处理能力持续高速增长，但是小城镇污水处理设施缺口仍然很大。来自住房和城乡建设部的数据，截至2009年底，仍有18.3%的设市城市没有建成污水处理厂；全国县城污水处理厂覆盖率约达32.6%，仍有1000多座县城未建成污水处理厂。
可见，如果只注重大中城市污水处理工程的建设，而忽略了数量多、分布广的小城镇的污水处理，则区域水环境的改善目标很难达到。因此，小城镇的污水处理对于我国水环境状况改善和可持续发展是十分重要和必要的。
我国现行的《城市污水处理工程项目建设标准》中将污水处理工程的建设规模划分为五类，其中ⅴ类为1~50000m3/d。小城镇产生的污水量一般在此范围内，但通常处理规模不超过20000m3/d。
二、小城镇污水处理特点
（1）人口少，用水量标准较低，污水处理规模小。
大多数小城镇人口数量少，人均排水量水平低，经济总量小，必然导致小城镇污水处理厂的自身规模小。
（2）产业结构区域特定差异，受雨季影响较大，用水量时变化系数较大，污水水量、水质变化大。
由于小城镇基础设施不完善，污水管网配套差，雨污分流不到位等实际问题和小城镇企业规模小，外排废水多呈间歇性等原因，使得小城镇污水处理厂的实际进水水量变化很大。就已经运行的小城镇污水处理厂而言，每天的昼夜间及每年的汛期和非汛期进水量均存在较大变化。一般雨季进水量大多超过设计值，其他时间进水量多不足于设计值，非汛期夜间进水有时甚至出现断流现象。
此外，小城镇污水处理厂的进水水质受当地产业结构的影响较大，导致小城镇的工业排水成分复杂、水质污染严重，部分地区工业废水量超过当地的生活污水量，污水处理厂实质上已变成工业废水处理系统。
（3）经济发展水平偏低，经济承受能力弱，可供选择的适用技术少。
与大中型城市相比，我国绝大多数小城镇财政能力不足，经济发展水平偏低，甚至仍有部分贫困地区。污水处理厂工程的建设，会给地方财政增加一定的负担，可供选择的污水处理工艺技术受经济条件制约较大，工程建设费及运行费用不宜过高。
（4）维护管理技术人员及运行管理经验缺乏，运行管理能力薄弱。
受小城镇自身发展水平、地理位置、交通条件、薪酬待遇、工作环境等因素影响，目前小城镇污水处理厂的运行管理人员多从所在地常住人口中遴选聘用，专业人员队伍不配套，员工学历低、专业技术知识水平低且严重缺乏运行管理经验，导致污水处理厂生产管理水平总体偏低，设施正常运行和维护管理困难，难以实现按预期的设计目标，对小城镇污水进行有效的处理。
三、小城镇污水处理工艺技术选择原则
针对我国小城镇污水水质、水量波动大，国家对小城镇污水处理设施建设扶持较少以及小城镇从业人员的技术水平和管理水平较低的实际情况，小城镇污水处理工艺技术的选择应遵从经济、高效、简便、易行等原则。
《小城镇建设技术政策》规定：“小城镇污水处理应因地制宜地选择处理方法。处于城镇较集中地区的小城镇宜在区域规划的基础上共建污水处理厂；经济欠发达、不具备建设污水处理厂条件的小城镇，可结合当地具体条件和要求采用简单、低耗、高效的多种污水处理方式，如氧化塘、自然处理系统、一级处理或强化一级处理，以及其他实用的污水处理技术”。
（1）出水水质稳定、可靠
针对小城镇污水水质水量变化大的特点，应选择抗冲击负荷、调节能力强的工艺，要求工艺较成熟可靠，具有完整的工艺流程，合理、准确的工艺参数，同时出水在去除有机污染物的同时还能部分实现脱氮除磷，防止水体的富营养化。
（2）基建投资少、运行费用低
应选择工艺流程短、占地面积少、工艺设备少的工艺，以节省土建费、征地费及设备费，从而减少总投资。应尽量采用经济节能型工艺及设备，减少处理设施的数量。如采用厌氧型工艺、取消初沉池和污泥回流等，或采用适当的处理工艺减少甚至无剩余污泥排放，从而减少运行费用。尽量不选择运行费用较高的投药工艺，以克服许多污水处理厂建得起但运行不起的矛盾。
（3）操作管理简便
应选择对操作运行人员的水平要求不高的工艺，同时减少运行人员的数量，适应小城镇技术力量比较薄弱的特点，进一步降低运行费用。
（4）处理工艺具有一定的灵活性
处理工艺应具有可以方便地改变其处理流程的能力，以满足众多小城镇的各种不同需求。所选工艺不仅要能较好地适应现阶段达标处理排放要求，还要考虑未来进行再生利用的需要。
四、小城镇污水处理常用工艺
目前，在小城镇的污水污水处理中常用的工艺有化学强化一级处理工艺、氧化沟工艺、a2/o工艺、sbr工艺、曝气生物滤池工艺、生物稳定塘及人工湿地处理工艺等。
（1）化学强化一级处理工艺
化学强化一级处理是在一级处理的基础上开发的，通过投加一定浓度的化学药剂促使污水的各种颗粒沉降、胶体脱稳，对部分溶解性的污染物也有一定的去除能力。它能在很短的时间内削减污染负荷，出水接近二级排放标准。
化学强化一级处理运行过程中根据是否加药和有无微生物活动可分为单纯化学强化絮凝、生物絮凝和化学生物联合絮凝三种方式。单纯投加化学药剂的强化一级处理，虽然除磷效果好，但是药剂用量大，污泥量会有很大的增加；单纯通过回流污泥实现生物絮凝效果，虽然也有一定的效果，但是几乎没有除磷能力；化学生物强化絮凝充分利用了微生物的快速吸附、代谢和胞外多聚物的絮凝作用，可最大程度地将胶体状或溶解状的污染物转化成生物污泥。
化学强化一级处理技术用于小城镇污水处理工程的优势是投资少、运行费用低，这些比较适合我国现阶段小城镇的实际情况。此外，化学强化一级处理技术的近期效益很突出，有利于缓解小城镇现阶段的资金困难。因此，这种方法很适合中等发达的小城镇。经济水平中等的小城镇的资金实力一般很弱，要一步到位建设污水处理工程可能会有很多的困难，可以先进行强化一级处理，然后随着经济的不断发展，小城镇的经济实力的逐步壮大，待经济实力允许时，再考虑后续处理，这样一方面减少了发展给环境带来的危害，另一方面减轻了政府的财政负担。
但是，化学强化一级处理技术不提倡长期使用，因为大量化学药剂的投加可能会对水体产生危害，而化学污泥的处理还是一个未解决的难题。因此，化学强化一级处理工艺只是作为暂时的缓解。
（2）氧化沟工艺
氧化沟是一种曝气池呈封闭的沟渠形的延时曝气工艺，污水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，又称“循环曝气池”，是传统活性污泥法工艺的一种变形和改进。
氧化沟工艺由于具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄，因此相比传统活性污泥法，可以省略调节池、初沉池、污泥消化池，有的还可以省略二沉池。并且由于其曝气装置是定位的，在两曝气装置之间溶解氧沿流程逐渐降低，混合液的状态可以由曝气装置后的好氧状态逐步过渡到下一个曝气装置之前的缺氧状态，因此可以认为在氧化沟中好氧厌氧交替出现，可以达到同步脱氮除磷的目的。
（3）a2/o工艺
a2/o工艺是厌氧/缺氧/好氧工艺的简称，该工艺在缺氧/好氧工艺的基础上增设了厌氧区，具有脱氮除磷功能。
废水首先进入厌氧区，聚磷菌在厌氧环境下释放体内多聚磷酸盐，产生的能量吸收进水中有机碳源转化为贮能物质储存在体内；厌氧出水进入缺氧池，利用好氧池回流的硝酸盐和厌氧池出水中的有机碳源进行反硝化，最后进入好氧段氧化降解有机物和硝化反应，一部分混合液回流进入缺氧区反硝化，另一部分出水进入二沉池，沉淀分离污泥后出水，污泥回流到厌氧段。
（4）sbr工艺
连续流工艺中污水先进入反应池，然后进入沉淀池泥水分离，而间歇式活性污泥法sbr则是通过在时间上的交替运行来实现这一过程的，它在流程上只有一个基本单元，将调节池、曝气池和二沉池的功能集于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固、液分离等。经典sbr反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机。
sbr工艺是二级生物处理工艺中较优的工艺，也是目前小城镇污水处理厂建设采用最多的工艺之一。由于处理工艺流程简单，处理效果好的独特优点，逐渐引起世界污水处理界的广泛关注。在亚洲、北美和欧洲等很多国家广泛应用于小型污水领域，日本是使用最多的国家。随着计算机和自控技术的发展，sbr工艺也有了很大的提高，开发了许多新的改良型工艺，如cast工艺、unitank工艺等。
（5）曝气生物滤池工艺
曝气生物滤池是在20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础并借鉴给水滤池工艺开发的污水处理新工艺。它最初是应用在污水处理的三级处理上，后发展成直接用于二级处理。它将生物接触氧化与过滤结合在一起，不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期运行。在废水的二级处理中其保持接触氧化的高效性，同时又可通过过滤获得高的出水水质。90年代初得到了较大发展。
曝气生物滤池对污染物质的去除是基于生长在粒状填料上的高浓度生物膜发挥的生物氧化分解、过滤截留和絮凝网捕作用，所以曝气生物滤池拥有很强的有机物、悬浮物去除能力，并且在进水水质适当的情况下拥有良好的硝化能力，同时通过控制溶解氧等方式能实现一定程度的同步硝化反硝化。
曝气生物滤池可以有多种运行方式，可以下向流的方式运行，也可以是上向流的方式运行，采用上向流的曝气生物滤池往往采用轻质滤料。曝气生物滤池工艺也可以与其他生物处理工艺一样采用多级串联工艺。采用两级串联工艺为进一步降解污水中难降解的有机污染物和达到严格的出水水质提供了可靠的保证，可以获得优良的处理效果，保证了出水的稳定性。
（6）生物稳定塘工艺
生物塘是经过人工适当修整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。除其中个别类型的如曝气塘外，在提高其净化功能方面，不采取实质性的人工强化措施。污水在塘中的净化过程与自然水体的自净过程相近。污水在塘内缓慢的流动、较长时间的贮留，通过在污水中存活微生物的代谢活动和包括好氧、兼性和厌氧三种状态。好氧微生物生理活动所需要的溶解氧主要由塘内以藻类为主的水生浮游植物所产生的光合作用提供。
（7）人工湿地工艺
人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，它是一种由人工建造和监督控制的、类似沼泽地的地面，是由在一定长宽比及地面坡度的洼地上由土壤、沙、石等级配而成的填料床和在床体上种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观且具有经济价值的水生植物（芦苇、香蒲、美人蕉、菖蒲等）及填料表面生存的动物、微生物所组成的独特的生态系统。人工湿地按污水在湿地床中流动的方式不同可分为三种类型：地表流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。
人工湿地对污水的净化是填料、水生植物和微生物共同作用的结果。人工湿地成熟后，填料表面和植物根系中生长了大量的微生物，废水流经时，悬浮物被填料及根系阻挡截留，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。
湿地床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除，最后通过湿地填料的定期更换或收割使污染物质最终从系统中去除。
