蔡磊 中交二航局廣州分公司

1.引言

近些年，國家加大了對城鎮(zhèn)污水治理的投資力度，如推行城鎮(zhèn)管網(wǎng)優(yōu)化改造和污水處理廠擴(kuò)容升級等，對匯集到下游的污水進(jìn)行集中處理，城鎮(zhèn)的水污染問題得到了有效控制。而在一些發(fā)達(dá)國家提出的以分散式處理為主導(dǎo)的城鎮(zhèn)治污理念也有許多成功案例，國外的成功經(jīng)驗(yàn)對我國在城鎮(zhèn)治污舉措上如何實(shí)施精準(zhǔn)打擊有很大的啟示借鑒作用。

2.分散式處理概念

目前,我國城鎮(zhèn)主要是以集中處理的方式對污水進(jìn)行處理，即利用相應(yīng)設(shè)備設(shè)施將污水以重力流或壓力流方式輸送到城市污水廠進(jìn)行集中處理。污水分散式處理相對于集中式而言，是將污水處理工作前置化，在流經(jīng)途中針對性地分而治之的一種處理方式，治理達(dá)標(biāo)后即可就近補(bǔ)給水體或回用。

城鎮(zhèn)老城區(qū)的排水管道錯接濫接、合流制溢流污染及雨水面源污染等問題，造成城市污水處理負(fù)荷大，水污染嚴(yán)重。我國對現(xiàn)有排水系統(tǒng)改造不能完全做到雨污分流，所以催生了新型合流制排水系統(tǒng)，通過在流經(jīng)途中設(shè)置調(diào)蓄池、一體化污水處理設(shè)備或人工濕地等，采用分散式處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)就近處理。分散式處理方式具有適應(yīng)性好，針對性強(qiáng)，投資省，富有彈性的特點(diǎn)，在現(xiàn)階段的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)用得越來越廣泛。

3.工程概況

中山市（中心城區(qū)10條河涌）黑臭水體整治提升工程EPC+O（以下簡稱“本項(xiàng)目工程”）項(xiàng)目。主要對中心城區(qū)10條黑臭水體進(jìn)行整治，整治河涌累計(jì)全長共23.8km。

本項(xiàng)目工程是在原有的雨污合流排水體制下對黑臭水體進(jìn)行整治，采用源頭控制與末端控制、點(diǎn)源污染控制與面源污染控制相結(jié)合的新型合流制排水系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括：

（1）對之前的污水直排口進(jìn)行污水截流，沿河新建污水干管以優(yōu)化市政排水管網(wǎng)的路由；

（2）新增智能截污井，通過信息自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)晴天截污，雨天防汛排澇功能；

（3）分別在位于城市中心人口密集及工產(chǎn)業(yè)集中的區(qū)域增設(shè)調(diào)蓄池、提升泵站、一體化污水分散處理設(shè)備以及在滿足條件的水體附近新建人工濕地。

4.分散式處理技術(shù)

分散式處理技術(shù)和集中式處理技術(shù)都采用的是污水處理工藝，技術(shù)處理的范圍和規(guī)模有所不同。分散式處理技術(shù)按照工作原理可分為物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)。隨著污水處理技術(shù)不斷地發(fā)展，一些高新技術(shù)也廣泛得到運(yùn)用，諸如：

超臨界水氧化是水在高溫高壓狀態(tài)下變成特殊流體能完全溶解有機(jī)物和可燃?xì)怏w，并在該狀態(tài)下發(fā)生均相燃燒的一種污水處理技術(shù)，有機(jī)物快速分解為CO、HO，并釋放出大量熱能。

電化學(xué)是利用電極和離子交換膜，將污水通電電解后對有機(jī)物和重金屬離子等其他不利成分進(jìn)行強(qiáng)制氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)物分解和重金屬析出的一種污水處理技術(shù)。

光電催化是半導(dǎo)體（TO）通過光能作用產(chǎn)生電子與空穴分離，然后附著到水分子、有機(jī)物及其他物質(zhì)的表面，利用電子的強(qiáng)還原性和空穴的強(qiáng)氧化性使有機(jī)物分解為CO、HO，重金屬離子得到電子后被還原析出的一種污水處理技術(shù)。

超聲空化是超聲波進(jìn)入水介質(zhì)通過機(jī)械振動作用中形成微泡核，同時(shí)在超聲波的熱機(jī)制、空化機(jī)制作用下，經(jīng)過膨脹、收縮、崩潰促發(fā)有機(jī)物分子斷鏈發(fā)生氧化還原的一種污水處理技術(shù)。

污水分散式處理應(yīng)綜合考慮污水性質(zhì)、處理規(guī)模、地域特點(diǎn)及地方政策等因素，并滿足經(jīng)濟(jì)適用，穩(wěn)定可靠，便于運(yùn)維的要求，選擇單一或組合的方式進(jìn)行處理。

4.1 一體化分散式處理設(shè)施

一體化分散式處理設(shè)施，由兩套獨(dú)立的兩級強(qiáng)化處理系統(tǒng)構(gòu)成，并列平行布置在調(diào)蓄池蓋板上，設(shè)計(jì)總處理規(guī)模為雨季12000m/d、旱季6000m/d。該設(shè)備是集物理、化學(xué)，生物技術(shù)一體的智能化污水污泥處理設(shè)備。對截流進(jìn)入調(diào)蓄池的污水進(jìn)行兩級強(qiáng)化處理，運(yùn)用自動化監(jiān)測手段將處理達(dá)標(biāo)的污水排放到河涌以補(bǔ)給景觀用水，處理產(chǎn)生的污泥經(jīng)濃縮脫水制成泥餅后備以資源化利用。

4.1.1 一體化處理設(shè)施工藝流程

污水進(jìn)入調(diào)蓄池后經(jīng)過格柵攔截去除較大顆粒雜質(zhì)。調(diào)蓄池內(nèi)設(shè)智能噴射器，當(dāng)調(diào)蓄池處于低水位時(shí)可進(jìn)行沖洗，當(dāng)調(diào)蓄池處于高水位時(shí)可進(jìn)行攪拌防止池底污泥板結(jié)。調(diào)蓄池內(nèi)污水經(jīng)提升泵壓入一級強(qiáng)化處理池進(jìn)行初次處理后，從位于一級池內(nèi)頂部的溢流孔重力流入二級生化處理池底部的進(jìn)水口，再次進(jìn)行強(qiáng)化處理。在雨天時(shí)節(jié)的雨水及一級強(qiáng)化池內(nèi)的上清液通過自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)，對達(dá)標(biāo)水可從超越管排入河涌以補(bǔ)給景觀用水。處理過程中產(chǎn)生的活性污泥一部分回流，過量污泥通過污泥泵輸送到污泥間制成泥餅，備以資源化利用。具體的工藝流程如圖1。

圖1 一體化分散處理設(shè)施工藝流程

4.1.2 一體化設(shè)施處理技術(shù)

一級進(jìn)水強(qiáng)化處理設(shè)備主要由設(shè)備池體、快混攪拌機(jī)、提升攪拌機(jī)、中心傳動刮泥機(jī)等部分組成。

在一級強(qiáng)化池內(nèi)污水進(jìn)口處添加化學(xué)藥劑（PAC、PA M按比例摻配），通過提升攪拌機(jī)和快混攪拌機(jī)的同時(shí)作用能加快絮凝沉淀。在蜂窩斜管填料的初沉池中，斜管填料不僅具有層流狀態(tài)好的特點(diǎn)能使沉淀顆粒不受紊流影響，還能為微生物提供附著載體，形成生物膜后可降解有機(jī)物。池底內(nèi)部設(shè)置有中心傳動刮泥機(jī)，池體外部設(shè)有活性污泥回流管以補(bǔ)充附著在斜管填料上意外脫落流失的生物群，多余的活性污泥經(jīng)刮除后通過污泥泵輸送到污泥間中進(jìn)行濃縮處理。

二級強(qiáng)化處理采用的是C A F生化處理工藝，主要設(shè)備由設(shè)備池體、曝氣系統(tǒng)、加藥（NaCO）系統(tǒng)、生物填料等部分組成。

CAF生化處理工藝屬于“生物膜法”污水處理技術(shù)的一種，利用生物膜反應(yīng)器能對氨氮及磷、油脂和重金屬元素的去除有很好的作用。在二級強(qiáng)化池內(nèi)，在生物濾池中的上部空間懸掛布置組合式的雪花狀生物填料，能為微生物附著提供良好的載體以形成生物膜，池體下部設(shè)置有空穴氣浮機(jī)的曝氣裝置。工藝流程是將進(jìn)入二級強(qiáng)化池內(nèi)的污水通過有空穴氣浮機(jī)的曝氣段，形成螺旋上升的微氣泡群，污水與附著在生物填料上的微生物在填料棱切割氣泡的作用下充分接觸氧化。曝氣作用能激活微生物活性利于有機(jī)物的好氧分解和污水脫氮的硝化反應(yīng)。間歇曝氣作用能在生物填料上由內(nèi)到外形成厭氧菌、兼性菌及好氧菌的微生物膜。在曝氣間歇期，可實(shí)現(xiàn)厭氧、兼性微生物在厭氧和缺氧狀態(tài)下的有機(jī)物分解和污水脫氮反硝化。加入NaCO化學(xué)藥劑提供了有氧狀態(tài)下的氨氮亞硝化反應(yīng)的碳源，并能通過調(diào)節(jié)池內(nèi)堿度和控制曝氣時(shí)間，以平衡抑制池內(nèi)硝酸菌的生成，保證生物膜反應(yīng)器停留在亞硝化狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)氨氮亞硝化狀態(tài)下的短程反硝化反應(yīng)，可提高除氨氮的效率。

CAF生化處理技術(shù)特點(diǎn)是操作簡單、自動化程度高、效率高去除率強(qiáng)、配套完整占地小，可省去二沉池的設(shè)置，節(jié)省了投資。

4.1.3 一體化處理設(shè)施運(yùn)行效果

一體化分散式處理設(shè)施經(jīng)兩級處理后，水質(zhì)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 一體化分散式處理設(shè)施污水指標(biāo)檢驗(yàn)

污水各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求的城市污水排放一級A標(biāo)準(zhǔn)。一體化分散處理設(shè)施的應(yīng)用對集中式處理的污水廠減輕了運(yùn)行負(fù)荷，節(jié)約了處理成本，實(shí)現(xiàn)了污水回用補(bǔ)給河涌水體。尤其是使用在城市中心污水集中區(qū)域，經(jīng)濟(jì)效益會更好。

4.2 人工濕地

本項(xiàng)目工程在市中心的河涌水質(zhì)較差的區(qū)段為提升水質(zhì)共設(shè)置8塊人工濕地，分別布置在現(xiàn)有廢棄池塘和附近空地處。采用的是垂直流人工濕地，包括進(jìn)水區(qū)、處理區(qū)以及出水區(qū)三個部分，濕地池采用模塊化人工濕地，濕地四周和底部設(shè)置防水層，濕地池內(nèi)放置不同的填料，濕地處理池上方種植草坪和樹木。河涌水被提升的河水通過灌溉渠道引入人工濕地后，水流在垂直下滲和穿越植被的過程中，利用水生態(tài)和微生物群通過復(fù)雜的物理、生物、化學(xué)作用對河水進(jìn)行深度處理，凈化完成的水補(bǔ)給景觀水體。

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)去除氮磷，不僅可以節(jié)省投資，減少運(yùn)行成本，同時(shí)保證了整個處理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，使出水COD、TN、TP等全面達(dá)標(biāo)。濕地設(shè)計(jì)最大處理流量為300m/d，表面水力負(fù)荷2m/d，有機(jī)負(fù)荷28g/(m·d)，水力停留時(shí)間0.5d。人工濕地設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)應(yīng)經(jīng)預(yù)處理后按不高于一級排放A標(biāo)準(zhǔn)考慮，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅲ～Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.1 人工濕地處理技術(shù)

人工濕地可通過基質(zhì)、水體，濕地植物和微生物之間一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物作用，通過沉淀、過濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物轉(zhuǎn)化等途徑實(shí)現(xiàn)對污水中的SS、有機(jī)物和氮磷等污染物的去除。

基質(zhì)層為水生植物提供了生長環(huán)境，也是微生物生長附著的載體。基質(zhì)層采用砂土和礫石，粒徑從上到下逐漸增大，水在粒料類基質(zhì)層中從上到下能形成滲透通道，同時(shí)反濾作用防止了土壤和填料的流失。在基質(zhì)的填料縫隙為微生物生長提供了場所，按水流循環(huán)周期能形成好氧菌，兼性菌，厭氧菌的微生物群落，為有機(jī)物，氮磷，重金屬等不利成分的吸附和去除提供了保證條件。

濕地植物構(gòu)成一個過濾帶能很好地去除水中懸浮物質(zhì)，也是微生物生長的良好載體。

水體層由水生植物，魚、蝦、蟹，微生物群落等動物構(gòu)成了龐大的濕地生態(tài)系統(tǒng)，能持續(xù)有效降解有機(jī)物，吸附重金屬元素和脫氮除磷。

水生植物的作用是人工濕地去除污染物的主要機(jī)理，其作用包括：

（1）對微生物生長提供了載體形成生物膜；

（2）水生植物的光合作用能把氧氣輸送到根部由遠(yuǎn)及近可形成厭氧菌、兼性菌及好氧菌，能對有機(jī)物和氮磷等營養(yǎng)化合物進(jìn)行分解和合成代謝；

（3）水生植物在氣候比較寒冷的時(shí)候有保溫作用，緩解了濕地處理率下降的問題。

4.2.2 人工濕地運(yùn)行效果

人工濕地技術(shù)對預(yù)處理的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行處理后，水質(zhì)檢測結(jié)果如表2所示。

表2 人工濕地分散式處理污水指標(biāo)檢驗(yàn)

污水各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)到達(dá)設(shè)計(jì)要求的Ⅳ類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。人工濕地分散處理技術(shù)對河涌的水質(zhì)提升效果明顯，在水生態(tài)平衡良性循環(huán)的發(fā)展下水質(zhì)會持續(xù)提升。該技術(shù)不需要化學(xué)藥劑和能源的輔助，具有投資省，運(yùn)行費(fèi)低，方便可靠，節(jié)能減排的特點(diǎn)，還能將治污工程與周圍環(huán)境融合成城市綠色風(fēng)景線，發(fā)揮出了很好的經(jīng)濟(jì)社會效益。

5.結(jié)束語

調(diào)蓄池的設(shè)置可根據(jù)氣候變化對合流體制下的城市污水進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，一體化分散處理設(shè)備的應(yīng)用大大減輕了污水處理廠的運(yùn)行負(fù)荷，緩解了城市管網(wǎng)內(nèi)的污水居高不下的現(xiàn)狀，并實(shí)現(xiàn)了水資源利用。人工濕地技術(shù)可促進(jìn)河涌水體良性循環(huán)健康發(fā)展，智能截污井通過智慧水務(wù)監(jiān)測系統(tǒng)可發(fā)揮防澇減災(zāi)，污染物減輕的功能效益。

綜上所述，分散式處理方法對現(xiàn)有排水體制下的污水整治和水環(huán)境提升有很高的整合度和適應(yīng)性，通過信息化和集約化的運(yùn)維管理大大降低了運(yùn)營成本，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。當(dāng)然還要根據(jù)社會發(fā)展需求、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、生活水平狀況，通過加強(qiáng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，搜集經(jīng)驗(yàn)資料，深度優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理確定經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，科學(xué)擬定工藝組合形式，準(zhǔn)確評價(jià)項(xiàng)目綜合效益，才能保證我國水環(huán)境治理的技術(shù)水平全面發(fā)展。