城镇规划设计中污水处理工艺的选择朱玉琦

和谐城市规划——2007中国城市规划年会论文集1162城镇规划设计中污水处理工艺的选择朱玉琦崔凯于树利王旭东【摘要】城镇化发展的同时，环境污染问题也随之出现，其中污水处理问题尤为突出。在中国五年内，建设高效低耗的城镇污水处理厂是污水治理工作的重点。基于城镇污水处理的特点，污水处理工艺应以经济、简易、可靠为目标，满足可持续发展的要求。文中介绍了几种适合城镇的污水处理工艺，并提出污水处理厂规划选址原则。跟据调查研究和技术经济分析，推荐采用生态塘系统、人工湿地系统及其组合系统技术，并将污水处理与再生利用结合起来。【关键词】城镇污水；污水处理；人工湿地；生态塘；选址随着城镇化的发展和人民生活水平的提高，城镇污水排放量逐年增长，污水多数未经有效处理就直接排入受纳水体，严重影响了当地的环境，也制约了其经济发展，中小城镇污水处理已刻不容缓。因此，探索适合中小城镇的高效低耗的污水处理新技术，关系到我国城镇环境状况和可持续发展战略的实施。1城镇污水处理工艺流程的选择要求我国目前在排水系统比较集中的大城市,活性污泥法已经作为一种应用广泛的污水处理方法。但对中小城镇而言,由于它本身的特殊条件决定了其生活污水的特征和污水处理的要求[1]。(1)中小城镇分布较广而分散,且占有相当大的比重,对于这些城镇既要处理污水,又不可能把许多中小城镇的污水都收集到一起来建设大型污水处理厂,故只能单独处理比较现实可行。(2)中小城镇经济力量比较薄弱,因此中小城镇污水处理力求做到建造费用低、运行费少、节约能源。(3)中小城镇一般说来,污水处理专业人员较缺,因此处理设施应力求运行管理简单、维护方便、效果稳定。(4)中小城镇人口较少,排放出的生活污水水质、水量波动性大。因此处理工艺流程的选择应能适应中小城镇的特点。2适合我国城镇的污水处理工艺2.1生态塘污水处理工艺生态塘（Eco-ponds）是我国哈尔滨工业大学王宝贞教授倡导并开发的一种初始能源，通过在塘里种植水生作物，并进行水产和水禽养殖，进而形成人工生态系统。污水进入生态塘中，其中的有机污染物被细菌和真菌降解，而其降解产物又被称为碳源、氮源和磷源，利用太阳能，进行新陈代谢过程，并从低营养级到高营养级逐级迁移转化，昀后转变成水生作物、鱼、虾、蚌、鹅、鸭等产物，从而获得可观的经济效益。生态塘具有结构简单，易于维护管理的一种污水生物处理技术。生态塘处理系统通常由于占地面积大而限制其应用发展，但在北方中小城镇土地供应充足，价格低廉，不构成问题。对于北方地区，尤其是干旱地区的生活污水处理，推荐采用如下生态塘系统：污水—预处理—兼性塘—控制出水塘—农田灌溉—出水补充地下水或地表水。兼性塘是本系统的主要功能单位，当有工业废水混入时，可考虑兼性塘前加厌氧塘。控制出水塘是鉴于北方的气候特点而设置的。在冬季低温季节，生物降解功能低下，处理水水质难于达标，将处理水贮存，待天气转暖，降解功能恢复正常，生态塘开始正常运行，处理水水质达到排放标准后排放。在温暖的季节，控制出水塘还可以做鱼或水禽养殖塘。新疆中部的库尔勒市采用初级塘+多级串联兼性塘的工艺[2]，在超负荷的条件下（5000m3/d，原设计能力3000m3/d），冬季对BOD5的去除率平均为76%，细菌总数和大肠杆菌去除率在99%以上，出水均达到二级处理水平。1178和谐城市规划——2007中国城市规划年会论文集1163位于山东东营的生态塘污水处理系统于2000年10月正式运行，设计规模10万m3/d，工艺流程：污水—平流沉砂池—高效兼性塘—曝气塘—曝气养鱼塘—养鱼塘—藕塘—芦苇塘—污水回用。该系统处理效果见表1[3]，其制水成本为0.22元/m3，经营成本为0.17元/m3。表1东营生态塘各单元处理效果单元塘进水预处理出水复合兼性塘出水暴气塘出水暴气养鱼塘出水养鱼塘出水藕塘出水芦苇塘出水TSS/mg/LBOD5/mg/LCODCr/mg/LTKN/mg/LTP/mg/L大肠菌数/CFU/100mL48~7058~9080~15020~301.2-~3.510623~2940~6575~14020~301.2~3.510620~3530~5070~9025~271.2~3.510518~3420~4050~6012~150.8~2.510420~3215~2045~5010~150.8~2.010315~2015~2040~508~150.6~1.010210~1510~2035~408~150.5~1.01025~105~1020~406~120.5~1.010齐齐哈尔生态塘系统和安达生态塘系统是寒温带污水生态塘系统应用范例。两个城市冬季冰封期超过4个月，冰下水温一般2-5℃。1985年投建的齐齐哈尔污水处理生态塘系统工艺流程为：污水—明渠—格栅—泵站—厌氧塘—兼性塘—水生生物塘—排入嫩江。生态塘系统采用东储夏排方式运行，用于处理分流制的城市污水[4]。由于生态塘工艺动力费用小，且无需进行污泥处理，基建投资也远小于其他方法，同时易于维护，在有大面积闲置土地的地方推广应用具有无可比拟的优势。2.2人工湿地污水处理工艺人工湿地是人工建筑的、可控制的和工程化的湿地系统，与常规活性污泥法相比，人工湿地利用自然生态系统中的物理、化学和生物等协同作用实现污水的净化，具有投资低、运行费用低、维护技术水平低和能耗低等特点[5]（见表2）。资料表明，人工湿地的工程造价与运行费用仅为传统活性污泥法的10%-50%，深圳白泥坑人工湿地的工程造价与运行费用为传统活性污泥法的10%[5]。表2深圳白泥坑人工湿地系统与其他污水处理厂经济比较工程名称总投资/万元单位污水投资/元/m3年运行费用/万元单位污水处理费/元/m3深圳某厂蛇口某厂珠海某厂南海某厂白泥坑湿地3300150057442.966083357413810010010036.5≈2.00.200.200.200.200.021980～1984年间，在加拿大安大略省通过调整操作方案成功地完成了湿地的越冬工程。采用的措施是，水位上升至冰冻面后形成一层冰层，然后水位下降，这样在水位与冰层之间形成绝缘空气层，水生植物密实的地上茎对冰层的形成起到支撑作用，枯死的香蒲所积聚的雪层也为湿地提供了一层绝缘雪毯。另外，适当增加人工湿地的构筑深度可以起到保温的效果，如东北第一座人工湿地处理系统—沈阳市满堂河生活污水处理人工湿地，其一级处理由沉淀池和浮动生物床组成，考虑到冻土层，湿地深度大于1m，经过一年的试运行，出水水质稳定达标。天津城市污水湿地处理系统占地20hm2,处理能力1200～1800m3/d,工程以芦苇湿地为主体，包括渗滤湿地、自由水湿地、天然湿地以及人工芦苇湿地，并有相应的稳定塘以及养鱼塘等单元，预处理采用一级沉淀池加稳定糖，主要参数：HRT10d,自由湿地2～4d、天然湿地10d,水深30～40cm,天然湿地水40～80cm。人工芦苇湿地平均水力负1179和谐城市规划——2007中国城市规划年会论文集1164荷6.2cm/d,有机负荷90.9kgBOD5/(㎡·d),去除率：BOD590%,SS91.6%,NH3－N76.2%,TP87.9%;自由水面湿地进水BOD5150mg/L情况下，处理水量200m3/d,出水水质相当于二级处理水平；渗滤湿地处理水1000m3/d,水力负荷3～6cm/d或11～18cm/d,去除率：BOD590%～98%,SS85%～100%,TN81%,TP89%，相当于或优于二级处理水平[6]。2.3湿地组合污水处理工艺膨润芝、董泽琴等[7]对贵州省环科院家属楼宿舍化粪池出水进行试验，证明地沟式渗滤与碎石床湿地组合处理污水效率在同样进水水质情况下，污染物去除率比单纯的地沟式渗滤提高，抗冲击负荷能力强。在冬天无植物生长情况下对BOD5、COD、SS、NH3-N、和TP的去除率平均为91.56%、84.75%、93.33%、81.30%、和88.90%，夏季处理效率分别提高4.29%、5.75%、6.9%、14.81%和4.85%。对于出水水质较高和再生回用要求的地区，可采用水解酸化/不完全氧化活性污泥/人工湿地处理系统，水解酸化和不完全氧化工艺基本不受温度的变化的影响。该组合工艺对COD、BOD5和SS的去除率分别可达70%、80%和80%以上。为保证冬季的处理效果，适当增加氧化池的曝气量和停留时间来弥补土壤—植物系统的处理能力的降低，克服了单纯人工湿地越冬的难题，可常年运行[8]。2.4土地污水处理工艺污水的土地处理法是一种污水的自然生物处理方法，是土壤自净的过程，它可以用于处理工业废水，也可以用于处理城市污水，一般流程为：污水—级处理—土地处理—出水。污水土地处理方法的昀大缺点是所需土地面积大，所需面积是活性污泥法的2000倍左右，是氧化塘的8倍[9]。所以，采用土地处理法必须要有足够的土地面积，而且处理负荷合理，以保持生态环境，否则会造成污水流失并且污染地下水，影响环境卫生。当采用污水土地处理法时，应进行全面规划，尽可能使水量平衡，以提高处理效果，减少污染。土地处理系统主要有[10]：慢速渗滤土地处理系统、快速渗滤土地处理系统和生活污水的砂滤处理系统。2.5厌氧水解—高负荷生物滤池工艺厌氧水解-高负荷生物滤池组合处理工艺采用厌氧水解滤池取代传统的初沉池作为预处理工艺,同时在传统高负荷生物滤池的基础上对其工艺构造进行了技术创新,保留了该方法高负荷、高效率的长处。通过采用具有高空隙率、高附着面积和高二次布水性能的新型塑料模块填料,取消了滤池出水回流系统,从而在提高处理效率的同时大幅度降低了建设投资和运行能耗。天津市津南区环兴污水处理厂采用改进型UASB水解池—复合生物接触氧化工艺,设计水量为3万m3/d,设计进水水质主要指标为CODCr:450mg/L；BOD5:200mg/L；出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的二级标准。该污水处理厂吨水造价700元左右,每吨水直接运行费用为0.28～0.32元；该工艺基建投资和运行费用低,适合在我国中小城镇推广应用[11]。2.6生态滤池污水处理工艺生态滤池利用在滤床中建立的人工生态系统,对所处理城镇污水中含有的各种形态的污染物质通过微型动物和其他微生物的协同作用进行昀为经济合理的处理和转化。以蚯蚓为代表的微型动物在该系统中集多种功能于一身[12]：(1)对污水和污泥进行分解和吸收；(2)对滤床起清扫作用,防止堵塞；(3)蚯蚓粪便可以滤除污染物,提高处理效率；(4)清除蚊蝇孳生,改善卫生条件；(5)在滤床中增殖的蚯蚓又可作为家禽饲料。因此,通过该人工生态系统的合理设计,既可高效、低能耗地去除城镇污水中的污染物质,又可避免剩余污泥等二次污染物的产生,是一种全新概念的污水处理工艺。近年来,该工艺已在法国、智利和中国上海成功地进行了中型试验和生产性规模的应用。曲阳污水厂的中型装置试验结果表明[13]，生态滤池利用蚯蚓和其他微生物的协同作用对所处理城镇污水中含有的各种形态的污染物质进行了有效的处理和转化。处理城镇污水的CODcr去除率达83%～88%，BOD5去除率达91%～96%，SS去除率达85%～92%，有机物去除率效果与普通活性污泥法相当。生态滤池的除氮效果明显优于普通活性污泥法，氨氮去除率达55%～65%。其出水浓度为（12～20）mg/L，可满足国家排放标准的要求。以10000m3/d处理规模计算，生态滤池的工程造价仅为活性污泥法的55%，能耗仅为活性污泥法的35%。由于处理流程简单，生1180和谐城市规划——2007中国城市规划年会论文集1165态滤池的运行管理十分方便,并能承受较强的冲击负荷。由于生态滤池具有节约资源消耗、节能和实现剩余污泥零排放的特点,生态滤池所产生二次污染物数量及其环境影响远远小于其他二级生物处理工艺,是一种污水处理的绿色技术。3城镇污水处理厂的选址选址问题是城镇总体规划需要解决的首要问题，它直接影响城镇环境、建设投资和建成后的效益。厂址选择应考虑以下因素[14]：（1）符合城镇总体规划要求，考虑远期发展的可能性，有