馮 堅，陽小成

成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059

城鎮(zhèn)水污染治理技術及研究進展

馮 堅，陽小成

成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059

隨著我國城鎮(zhèn)的發(fā)展的人民生活水平的提高，城鎮(zhèn)污水排放量呈快速增長趨勢，較低的污水處理率導致城鎮(zhèn)水環(huán)境趨于惡化，城鎮(zhèn)水污染迫切需要治理。本文簡述了我國城鎮(zhèn)污水處理的現(xiàn)狀，對SBR、氧化溝傳統(tǒng)污水處理技術和新興的人工濕地、蚯蚓生態(tài)濾池、生物浮島和人工水草凈化技術等幾種具有代表性的污水處理新技術的工藝原理、研究進展和應用情況進行了簡要介紹，認為它們是我國城鎮(zhèn)水污染治理所需要的經(jīng)濟、高效、節(jié)能，且運行可靠的污水處理技術。

城鎮(zhèn)；水污染；治理技術；研究進展

1 我國城鎮(zhèn)污水排放及處理現(xiàn)狀

目前，水污染在中國已成為不容忽視的重大環(huán)境問題。大量的湖泊、河流被污染，特別是流經(jīng)城鎮(zhèn)的河段污染更加嚴重。據(jù)統(tǒng)計，流經(jīng)中小城鎮(zhèn)的河段有36.2%為Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)，達到Ⅳ至Ⅴ類水質(zhì)的河段則有63.8%之多[1]。上述現(xiàn)象源于大量的城鎮(zhèn)污水未經(jīng)處理、凈化就直接排放進入天然水體。以2004年為例，我國該年城市污水處理率達到了45.7%，而中小城鎮(zhèn)的污水處理率只有11.2%[2]。

改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化速度進一步加快，隨之而來的環(huán)境問題亦愈加突出，如城鎮(zhèn)生活污水的排放量日益增加，預計我國2010年以后城鎮(zhèn)污水排放總量將超過300億t。我國水污染治理重點已經(jīng)由大中型城市向廣大中小城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，并且在局部城鎮(zhèn)由水污染所帶來的環(huán)境危害也已經(jīng)初步顯現(xiàn)。據(jù)日前長江水利委員會發(fā)布的信息，2008年長江全流域（涵括長江干、支流沿岸的城市和城鎮(zhèn)）污水排放量超過325億t，相當于長江每秒“喝下”1 028t污水。數(shù)據(jù)顯示出大力發(fā)展我國城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)已經(jīng)刻不容緩。為了盡可能避免再走國內(nèi)外大城市走過的“先污染、后治理”的老路，必須盡早做好城鎮(zhèn)水污染綜合治理工作。而從發(fā)展的角度來看，能否將城鎮(zhèn)水污染治理好，能否發(fā)展出高效、低投入的城鎮(zhèn)污水處理技術，業(yè)已關系到廣大人民群眾的切身利益，也關系到我國未來的環(huán)境狀況和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的貫徹、落實。

近年來，中央和各級地方政府加大了節(jié)能減排工作的監(jiān)督執(zhí)行力度，推動著我國城鎮(zhèn)污水處理能力不斷提升，使我國城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)進入蓬勃發(fā)展時期。據(jù)統(tǒng)計，當前我國在建的城鎮(zhèn)污水處理廠就有接近2 000座。與之形成對比的是，目前可供選擇的城鎮(zhèn)污水處理工藝不多，且城鎮(zhèn)污水處理廠多是沿襲城市大型污水處理廠所采用的處理工藝。城市污水處理工藝原則上也適用于城鎮(zhèn)污水處理。但是，考慮到我國大量的中小城鎮(zhèn)眼下面臨著城鎮(zhèn)規(guī)模偏小、專項資金缺乏、管網(wǎng)建設滯后、水量波動大[3]等問題，完全照搬城市污水處理模式不適合我國當前國情。另外，我國城鎮(zhèn)污水處理廠面臨著技術工藝過時，設備老化等問題。當前我國城鎮(zhèn)絕大多數(shù)污水處理廠所采用的都是低負荷的傳統(tǒng)活性污泥法。這些工藝普遍都有建設和運行費用高，反應時間長、占地面積大等缺點。許多污水處理廠建成后因為缺乏經(jīng)費而不能正常運行[4]。這在很大程度上制約著城鎮(zhèn)污水處理技術的更新、發(fā)展。

2 城鎮(zhèn)污水處理傳統(tǒng)工藝

目前，SBR工藝和氧化溝工藝被認為是城鎮(zhèn)污水處理工藝的首選[5-6]。下面就以具有代表意義且應用較為廣泛的SBR工藝和氧化溝工藝進行簡要介紹。

2.1 SBR工藝

SBR是序列間歇式活性污泥的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術。SBR的工藝特征是在一個反應池中完成污水的混合、沉淀、排水、排泥，整個過程由自動控制設備調(diào)控，進行間歇循環(huán)運行。

SBR工藝流程簡單，可省去調(diào)節(jié)池和二沉池及其污泥回流設備，因而造價相對較低；去除有機物速率快，靜止沉淀的效率高，抗沖擊負荷能力強，不易污泥膨脹；SBR本身也適合于組合式構造方法，利于污水處理廠的擴建和改造。由于上述技術特點，SBR進一步拓寬了活性污泥法的使用范圍，是值得研究推廣的城鎮(zhèn)污水處理工藝。

SBR近些年來在國內(nèi)外得到深入的研究與廣泛的應用，發(fā)展出多種類型的新工藝，如ICEAS、CASS、CAST、MSBR等多種新型SBR反應器。這些新型工藝是在與傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝法相互融合的基礎上發(fā)展出來的[7]。與傳統(tǒng)SBR工藝相比較，它們可以實現(xiàn)連續(xù)進水、間歇出水和連續(xù)進水、連續(xù)出水并帶回流污泥。但這些工藝也存在缺點，處理單元多，流程長，操作管理復雜，運轉(zhuǎn)費用相對較高，在應用于中小規(guī)模污水廠時應該慎重。這些新工藝在我國已有應用的實例，如揚州市污水處理廠采用CAST工藝；深圳鹽田污水處理廠采用了MSBR工藝；廣西梧州污水處理廠采用的是UNITANK工藝。

2.2 氧化溝工藝

氧化溝又名連續(xù)環(huán)狀反應器，因其構筑物呈封閉狀的溝渠而得名，從嚴格意義上來說氧化溝工藝是活性污泥法的一種變形。氧化溝工藝屬于懸浮生物處理技術，其水力停留時間長，有機負荷低，在機理上類似于延時曝氣工藝。

氧化溝經(jīng)過近50年的實踐和發(fā)展，在工藝和構造上不斷地進行著發(fā)展和改進，被評價為處理效果可靠、基建費用低而運行費用又較省的污水處理方法，特別是其封閉循環(huán)式的池型尤其適用于污水的脫氮除磷。

目前，國內(nèi)外應用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾氧化溝、卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、三溝式氧化溝、一體式氧化溝。在我國應用較多的是卡魯塞爾氧化溝和奧貝爾氧化溝，而前者相對更多一些?？斎麪栄趸瘻犀F(xiàn)已發(fā)展到第三代[8]，相對之前其脫氮除磷能力更強，運行成本更低。奧貝爾氧化溝在近些年引起了研究者的重視，研究表明其可在高有機負荷情況下正常運行，并且對難降解有機物有很高的去除率。值得注意的是，一體式氧化溝在我國近幾年推廣較為迅速。該工藝具有處理效率高、流程短、運行穩(wěn)定、管理操作方便、投資和運行費用低等優(yōu)點，在城鎮(zhèn)污水處理方面有較好的應用前景[9，10]。

3 城鎮(zhèn)污水處理新興工藝

對于經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)以及規(guī)模相對較小的城鎮(zhèn)，迫切需要低建設費用、低運行管理費用、低操作管理需求，同時二次污染物排放少的污水處理技術，即環(huán)境友好型的“三低一少”污水處理技術。我國城鎮(zhèn)污水處理“三低一少”技術在研究開發(fā)和工程運用方面已取得一些重要進展[11]，特別是對人工濕地、蚯蚓生態(tài)濾池、生物浮島和人工水草凈化技術等新興工藝或技術的研究應用越來越受到人們的關注。

3.1 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)

人工濕地是一種人為建造、干預形成的綜合的生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)將污水有控制地投配到經(jīng)人工改造的濕地上，利用土壤、植物和微生物等對污水進行處理。它利用自然生態(tài)中的物理、化學和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化處理[12]。人工濕地具有對有機物去除效果好（BOD5、COD去除率達80%以上[13-14]、氮磷去除能力強（TN和TP的去處率達60%和90%[15]）、工程基建和運行費用低以及對負荷變化適應能力較強等特點。與傳統(tǒng)的污水處理工藝比較而言，人工濕地處理技術在經(jīng)濟投資以及環(huán)境影響方面都具有很大的優(yōu)勢，因而在我國具有廣闊的應用前景。

人工濕地按進水在濕地床的流動狀態(tài)可分為：表面流濕地、潛流濕地、垂直流濕地。這幾種類型的人工濕地在污水處理效果、運行控制等方面存在差異，且以前兩種濕地類型的應用居多。目前人工濕地的構建趨向于幾種濕地類型的組合或某一類型的交替應用，即復合流人工濕地系統(tǒng)，從而達到比單一結構處理效果更為優(yōu)越的目的。崔玉波等利用兩級逆向垂直潛流人工濕地處理污水，發(fā)現(xiàn)TP的去除率達到了97%以上[16]；黃娟等采用三段式潛流濕地的研究發(fā)現(xiàn)，由于改善了濕地供氧情況，COD、氨氮和TN的最高去除率分別達到了92%、70%和56%，優(yōu)于傳統(tǒng)水平流濕地[17]。近些年來，人工濕地在我國應用實例較多，如在將人工濕地系統(tǒng)與景觀建設結合方面，有成都活水公園這樣的典型實例。成都府南河活水公園是世界上第一座集污水凈化、城市景觀及環(huán)境教育于一體的人工濕地活水公園，它的出現(xiàn)極具示范意義，為今后人工濕地的推廣、應用提供了新思路。

3.2 蚯蚓生態(tài)濾池

蚯蚓生態(tài)濾池是利用在濾床中建立的人工生態(tài)系統(tǒng)，對污水中的污染物質(zhì)通過蚯蚓和其他微生物的協(xié)同作用進行處理和轉(zhuǎn)化。以蚯蚓為代表的微型生物在該系統(tǒng)扮演著“清道夫”的角色，這些微型生物對污水污染物質(zhì)進行吞噬、分解，從而達到對污水凈化的目的[18]。該工藝可以高效、低能耗地去除污水中的污染物質(zhì)（CODCr去除率83%～88%，BOD5去除率高達91%～96%，SS去除率可達85%～92%[19]），幾乎沒有剩余污泥排放，是一種綠色環(huán)保的污水處理工藝。

蚯蚓生態(tài)濾池以其顯著特點得到科研工作者的關注。楊鍵等[20]將蚯蚓生物濾池與活性污泥法的處理工藝環(huán)境影響和技術經(jīng)濟指標進行了比較，指出蚯蚓生物濾池優(yōu)于活性污泥法。蚯蚓生態(tài)濾池已在我國成功地進行了中型試驗和生產(chǎn)性規(guī)模的應用，并且出現(xiàn)了一些與其他工藝結合的改進型工藝。比如：由南京大學自主研發(fā)出塔式蚯蚓生態(tài)濾池，試驗出水水質(zhì)指標可以達到《GB8978-1996國家污水排放標準》要求[21]，該工藝在江蘇的幾個技術示范點取得良好的應用效果，預計很快會在江蘇得到大面積推廣；同濟大學研發(fā)的厭氧水解—高負荷生物濾池和蚯蚓生態(tài)濾池組合工藝對上海城市合流污水進行處理試驗，系統(tǒng)穩(wěn)定運行了約1年，出水各項指標均能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》二級標準的要求[22]。

3.3 生物浮島技術

如前所述，流經(jīng)城鎮(zhèn)的河段以及其它水體普遍受到污染，水體富營養(yǎng)程度嚴重，加劇了周邊生態(tài)環(huán)境的惡化，也給城鎮(zhèn)水污染治理工作帶來困難。目前國內(nèi)外已出現(xiàn)多種凈化富營養(yǎng)化水體的處理技術，如生物浮島技術、人工水草凈化技術。

生物浮島也稱人工浮島技術，這種技術模仿植物自然生長規(guī)律，在水面上設置浮體，將一些喜水植物種植于浮體上，利用植物的根部吸附和吸收作用，將水中的氮、磷等污染成分去除，從而達到凈化水質(zhì)的效果，同時又可營造水上景觀[23]。生物浮島技術對富營養(yǎng)化的河流、湖泊有明顯凈化作用，可削減富營養(yǎng)化水體中50%左右的COD值，對水體中的TN、TP去除效果好，并且可以為水生生物的自然恢復、生存和繁衍營造良好的水環(huán)境條件[24]。生物浮島技術具有投入費用低、治理效果好、對周圍環(huán)境影響小、應用靈活方便、適應范圍廣等特點。生物浮島技術因其獨特優(yōu)勢和可操作性，為治理城鎮(zhèn)水污染提供了一條有效途徑。

3.4 人工水草凈化技術

人工水草是美國研制成功的一種有著水草形狀的人造聚合物[25]，它比天然水草表面積大得多。人工水草鋪設在富營養(yǎng)化水體中，形成一個高比表面的生物附著環(huán)境，在促使各種有益微生物生長的同時能抑制有害微生物生長，使不同等級的水生動植物在此環(huán)境下形成食物鏈。最終水中的有機物通過這個食物鏈被吸收轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或被綜合利用，使水體得到凈化。據(jù)已有數(shù)據(jù)，人工水草凈化技術對水體中的TN、TP的去除率為20%～40%，葉綠素可降低50%左右，水體透明度增加0.5m～1.2m。該技術為純生態(tài)方法，具有投入費用低，易操作，且效果持久等特點，使其成為治理富營養(yǎng)化水體的有效手段。目前，我國廣州、中山、湖州等地已有人工水草凈化技術的應用實例。

4 結論

我國城鎮(zhèn)迫切需要經(jīng)濟、高效、節(jié)能、技術先進而可靠的水污染治理工藝和技術。雖然我國的城鎮(zhèn)污水處理工藝研究已取得了長足進步，但對一些工藝的凈水機理、反應動力學原理了解還不夠深入，新技術、新工藝的創(chuàng)新水平不夠理想，這些不足需要在以后的研究工作中加以完善。SBR工藝和氧化溝工藝通過在我國多年的研究與應用，被證明是行之有效的水污染控制技術，將繼續(xù)在我國城鎮(zhèn)水污染治理工作中發(fā)揮重要作用。

目前，國內(nèi)外對運用各種生態(tài)工程技術治理污染水體的研究較多，并且取得了較好的效果。但在實際的水污染治理工作中采用的生態(tài)技術手段還比較單一，推廣應用的范圍也比較小。人工濕地與蚯蚓生態(tài)濾池等技術在我國興起的時間還比較短，在應用與推廣中還有一些問題需要考慮和解決。如，目前人工濕地與蚯蚓生態(tài)濾池進行的多是中試和生產(chǎn)性實驗，規(guī)模較小，今后主要的問題是工藝參數(shù)的設定，運行參數(shù)的采集，以及各地的適應性試驗。

展望未來，環(huán)境友好型和可持續(xù)發(fā)展型的污水處理工藝將是今后國內(nèi)外研究發(fā)展的重點。其中，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)和生物浮島等技術正是在這一理念下發(fā)展起來的綠色、環(huán)保污水處理工藝的典范，他們特別適合經(jīng)濟欠發(fā)達或污水處理規(guī)模較小的城鎮(zhèn)優(yōu)先考慮采用?？梢灶A見，人工濕地、蚯蚓生態(tài)濾池等新興技術與其他工藝相結合，形成優(yōu)勢互補的綜合污水處理系統(tǒng)是今后的發(fā)展方向。

[1]劉東，周先桃，楊世奎.我國城鎮(zhèn)污水處理技術評述[J].西南民族學院學報，2002，28(3)：303-306.

[2]鄭興燦.城鎮(zhèn)污水處理與再生利用[J].水科技，2007，11：42-43.

[3]周益昕.小城鎮(zhèn)污水處理技術與設施建設運行管理.水科技[J]，2006，24：60-61.

[4]辛青，黃種買，陸其林.我國中小城鎮(zhèn)污水處理適用工藝綜述[J].節(jié)能環(huán)保技術，2004，9：23-25.

[5]周雹，譚振江.中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝[J].中國給水排水，2000，16(10)：21-24.

[6]齊崎，吳赳赳.淺論我國小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇.建設論壇，2007，7：38-41.

[7]沈耀良，王寶貞.廢水生物處理新技術理論與應用[M].中國環(huán)境科學出版社，1999：515-518.

[8]陳學群，俞愛媚，等.Carrousel氧化溝技術演變規(guī)律的探究[J].給水排水，2002，28 (2)：19-21.

[9]楊星宇，孟凡麗.新一代一體化氧化溝處理城鎮(zhèn)污水技術研究[J].環(huán)?？萍?，2008，4(14)：42-46.

[10]張維.新一代一體化氧化溝工藝脫氮除磷機理及特點[J].環(huán)?？萍迹?007，13(4)：7-9.

[11]俞廷康，楊健.城鎮(zhèn)污水最佳適用技術新進展[J].環(huán)境污染治理技術與設備，2000，1(5)：54-60.

[12]沈耀良.新型廢水處理技術-人工濕地[J].污染防治技術，1996，9(2)：1-8.

[13]Joe A.Verhoeven.Arthur F.M.Meuleman.Wetlands for wastewater treatment： Opportunities and limitations [J].Ecological Engineering，1999(12)：5-12.

[14]Martin C.D.etal.Nutrient reduction in an inseries constructed wetland system treating landfill leachate.Wat Sci Tech，1994，29(4)：267-272.

[15]李兵，張紹修，肖再亮.人工濕地在污水處理中的應用[J].西南給排水，2008，30(2)：7-10.

[16]崔玉波，余丹，朱寶英.兩級逆向垂直潛流人工濕地去除營養(yǎng)物的性能研究[J].中國給水排水，2007，23(15)：8-12.

[17]黃娟，王世和，鄢璐.三段式潛流濕地污水凈化效果[J].水處理技術，2007，33(3)：65-69.

[18]Bry K R，Norman JM，Bundy LG.Nitrogen and Carbon Leaching in Agroecosystems and Their Role in Denitrification Potential[J].J Environ Qual，2001， JENFEB：58-70.

[19]楊健，施鼎方.城鎮(zhèn)污水處理綠色技術及其進展[J].環(huán)境污染與防治，2001，23(2)：107-110.

[20]楊鍵，楊健，婁山杰.一種新型環(huán)境友好污水處理工藝-蚯蚓生態(tài)濾池[J].中國資源綜合利用，2008，26(1)：16-19.

[21]上海城市水環(huán)境質(zhì)量改善技術與綜合示范項目組.厭氧水解-高負荷生物濾池和蚯蚓生態(tài)濾池組合處理工藝研究報告.北京：中華人民共和國科學技術部，國家高技術研究發(fā)展863計劃專項(編號：2003AA601020)，2005.

[22]國家環(huán)境保護局科技司.城市污水土地處理技術指南[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1997.

[23]井艷文，胡秀琳，許志蘭，等.利用生物浮島技術進行水體修復研究與示范[J].北京水利，2003(6)：20-22.

[24]陳荷生，宋祥甫，鄒國燕.用生態(tài)浮床技術治理污染水體[J].中國水利，2005(5)：50-53.

[25]林武，陳敏，羅建中，等.生態(tài)工程技術治理污染水體的研究進展[J].廣東化工，2008，35(4)：42-46.

Treatment Technology and its Research Progress of Water Pollution in Towns

FENG Jian，YANG Xiaocheng College of Material and Chemistry & Chemical Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China

With the development of towns and the improvement of people’ s living standards in China，there is more and more town sewage which is discharged into river or lake at a high increasingly rate.Furthermore，a low rate of sewage treatment led to deterioration of town water environment.Water contamination in towns should be treated as soon as possible.This paper concisely summarizes the actual situation of waste water treatment in towns of our country.On the technical characteristics，research advances and application of several representative sewage treatment technologies，such as SBR，oxidation channel，artificial wetland ecosystem et al，were briefly introduced.Such technologies are required to water pollution treatment in China because of the characters of economy，efficiency， energy-saving，technologically advanced and reliable.

town; water pollution; treatment technology; study approach

X703

A

1674-6708（2010）32-0024-03