黃麗萍

（廣西弘晨工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530018）

1 背景

隨著《水污染防治行動計劃》[1]、《“十四五”城市黑臭水體整治環(huán)境保護行動方案》[2]等法規(guī)的實施，城鎮(zhèn)85%的區(qū)域已經(jīng)實現(xiàn)了污水集中收集處理、集中排放，有效遏制了污水的無序雜亂排放及污水在城鎮(zhèn)漫流的情況。隨著政府加大對城鎮(zhèn)污水治理的投資力度、加快完善城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)、優(yōu)化改造污水處理廠等行動的實施，污水處理效率得以提高，城鎮(zhèn)水體得到了凈化，水質(zhì)得到了很大改善。但是城鎮(zhèn)邊緣及老舊小區(qū)由于管網(wǎng)鋪設滯后等問題，生活污水一直未得到有效收集和處置，廢水未經(jīng)處理直接進入地表水體，導致水質(zhì)污染，水體惡臭等環(huán)境問題[3]。

例如西南部某城市西南邊緣總計30.4平方公里的范圍內(nèi)，分布有倉儲、工業(yè)、居住用地，常年居住人口約3萬人，收集的資料顯示，該區(qū)域的污水系統(tǒng)存在以下問題：（1）污水收集系統(tǒng)不完善，周邊污水管網(wǎng)未覆蓋、各主干道的污水管道斷頭、次干管錯混接進入雨水管等問題導致片區(qū)內(nèi)部分污水未得到有效收集；（2）片區(qū)下游的污水主干管高水位運行，甚至滿管滿井；（3）部分區(qū)域的污水泵站無法正常運行，導致片區(qū)污水向外轉(zhuǎn)輸不暢。該區(qū)域的生產(chǎn)廢水、生活污水直接排入就近的地表水體，導致水體由地表水Ⅲ類變成Ⅳ類，枯水期甚至為劣Ⅴ類。該區(qū)域急需設置分散式處理設施，以改善區(qū)域水體環(huán)境，確保環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2 污水分散式處理概念

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，并在流經(jīng)途中有針對性地分而治之的一種處理方式，污水治理達標后即可就近補給水體或回用[4]。

3 我國城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)現(xiàn)狀

3.1 城鎮(zhèn)污水排放與處理情況

據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部統(tǒng)計，截至到2020年末，我國城市及縣城共有污水處理廠4 326座，處理能力達2.3億立方米/日，年污水排放量為675.1億立方米，污水年處理量為655.9億立方米，分別較“十三五”末新增783座、增長35%、20.7%和29.2%，城市污水處理率亦從“十三五”末的91.9%增加到2020年的97.5%，我國城鎮(zhèn)污水處理迎來快速發(fā)展階段。

3.2 城鎮(zhèn)分散污水存在的問題

目前，城鎮(zhèn)邊緣及老舊小區(qū)由于管網(wǎng)鋪設滯后等問題，生活污水一直未得到有效收集和處置，廢水直接排放導致城鎮(zhèn)邊緣的水體環(huán)境遭受嚴重污染，甚至出現(xiàn)水體黑臭等情況。城鎮(zhèn)生活污水、雨水配套收集與處理設施建設相對滯后，未經(jīng)處理的城鎮(zhèn)污水直接排放，增加了入河污染負荷；分散式、生態(tài)化污水處理設施尚未規(guī)劃建設；河道截污、補水工程設施建設嚴重滯后，河道基本生態(tài)需水和水質(zhì)維護保障能力不足，水體環(huán)境惡劣[5]。

3.3 典型城鎮(zhèn)邊緣排放狀況案例

西南某城市西北邊緣，屬于城市上游的老舊小區(qū)，在整改前，無完善的污水管網(wǎng)布置，分布在河道兩側(cè)的居民、企業(yè)、學校等均利用現(xiàn)有的地理優(yōu)勢（臨河），將生產(chǎn)廢水、生活污水就近排入城市上游主要水體的支流中，而該河流截污、補水工程設施建設嚴重滯后，無大的補水水源，補水主要來源為周邊居民的生產(chǎn)生活用水、地表徑流及雨水。由于長年累月的污染，水體幾乎喪失了自然的生態(tài)鏈，其自凈功能基本消失，最終形成了黑臭水體。

4 城鎮(zhèn)污水分散處理方案

針對上述情況，除了盡快完善區(qū)域內(nèi)的污水管網(wǎng)、實現(xiàn)雨污分流、加快集中污水處理廠建設外，采用分散式污水處理方案也是實現(xiàn)精準防污治污、改善區(qū)域水體環(huán)境、提高水體自凈能力的主要途徑。

4.1 A/O法

A/O法即缺氧-好氧法（Anoxic-Oxic），其主要特點是將反硝化反應器放置在曝氣好氧池之前，故又稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。污水首先進入缺氧反硝化反應池，進行厭氧反應后進入好氧曝氣池，曝氣池出水一部分進入二沉池進行沉淀，一部分回流到反硝化反應池，而反硝化反應池內(nèi)的脫氮菌以原污水中的有機物作為碳源，以回流液中硝酸鹽的氧作為受電體，進行呼吸和生命活動，將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮（N2），二沉池的污泥回流到反硝化反應池。A/O法工藝流程如圖1所示：

圖1 A/O法工藝流程圖

A/O法采用了前置反硝化工藝，可充分利用進水中的有機物促進反硝化的進行，而且可回收一部分硝化所需的堿度（硝化1克NH3-N需7.14克CaCO3堿度，反硝化1克NH3-N需3.57克CaCO3堿度）和一部分硝化所需要的氧量（氧化1克NH3-N需氧4.57克，反硝化1克NO3-N產(chǎn)氧2.86克），因此該法被視為一種節(jié)能型的工藝并廣泛應用于脫氮系統(tǒng)中，現(xiàn)在流行的各種生物脫氮工藝均是以該理論為基礎。

A/O法以去除有機物和脫氮為主，相對于普通活性污泥法，具有運行穩(wěn)定、處理負荷大、去除有機物和脫氮效率高、污泥量少以及不發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點。另外，該工藝還具有在污染物有機負荷低的情況下啟動運行良好的特點，并且由于流程較簡單、裝置少、設備安裝簡便、維護檢修容易，因此建設費用和運行費用均較低。

4.2 生物濾池

膜過濾裝置（BAF）是20世紀80年代建立起來的一種新型微粘附深度處理設備。曝氣濾池可以看作接觸氧化的特殊方式，反應釜內(nèi)充填有火山巖石、陶粒砂、砂等高線比表面的顆粒物填料，為膜生長發(fā)育的媒介。按污水流入方式可以分為上流式和下流式過濾器。污水由下而上或由上而下流過填料，向過濾材料層下邊吹曝氣，使氣體與污水反方向或同方向觸碰[6]。超濾裝置是有著活性污泥特點的膜處理建筑物。除依賴填料中的膜外，濾池內(nèi)還有一定濃度的漂浮淤泥，對污水有一定的溶解功效。因為填料自身能夠截流SS，膜過濾器能同時處理污水，以實現(xiàn)固液分離。填料粒度較均勻，濾速較低，固液分離設備實際效果好于離子交換法，與一般生物濾池的過濾系統(tǒng)實際效果相仿。依據(jù)水體出水量規(guī)定，加工工藝可以分為滲碳曝氣濾池（DC）、硝化反應曝氣濾池（n）、脫氮濾池（DN）三種類型。過濾器選用水氣協(xié)同反沖洗，依次為氣洗、水氣協(xié)同沖洗、水清洗。氣洗時長一般為3～5 min，氣水合物清理時長一般為4～6 min，單水浸洗時長一般為8～10 min。氣體清洗抗壓強度一般為12～16 L/m3s，水清洗抗壓強度一般為4～6 L/m3s。過濾器反沖洗排水管道首先應進到緩沖池，緩沖池的有效容積不可低于單極過濾器總反沖洗水流量的1.5倍。

4.3 陶瓷膜處理工藝

污水經(jīng)過水解酸化預處理后進入缺氧系統(tǒng)，在缺氧狀態(tài)下利用兼氧微生物的降解能力將污水中較難分解的有機高分子污染物分解成較易分解的有機低分子污染物，再進入好氧陶瓷膜反應段（該工段增加除磷裝置），在不同微生物的作用下，實現(xiàn)同步脫氮除磷。最后通過陶瓷膜進行泥水分離，活性污泥在優(yōu)質(zhì)兼性厭氧菌群的作用下，將大分子有機污染物逐步降解為小分子有機物，最終氧化分解為二氧化碳和水。從而實現(xiàn)了污水污泥同步處理、減少有機污泥排放的目標。

這是一種由納米陶瓷膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術，取代了傳統(tǒng)工藝中的二沉池，它可以高效進行固液分離，得到可直接使用的穩(wěn)定中水。該技術可在生物池內(nèi)維持高濃度的微生物量，工藝剩余污泥少，去除氨氮極為有效，出水懸浮物和濁度接近于零。由于出水中細菌和病毒被大幅度去除，出水無需經(jīng)過深度處理即可達到回用水標準，且能耗低，占地面積小。

4.4 厭氧人工濕地處理技術及土地滲濾技術

人工濕地處理污水的特點是前期建設成本低，且后期運行成本低廉或幾乎無費用，不需要專門管理，適用于城鎮(zhèn)分散式污水處理，并且具備一定的景觀價值。該技術主要依靠濕地水生植物的吸附、降解功能去除污水中的污染物。

根據(jù)污水的流經(jīng)方式不同，人工濕地可分為表面流人工濕地和潛流式人工濕地。

在人工濕地系統(tǒng)中，污水在床體內(nèi)部流動，均勻流過植物根區(qū)基質(zhì)層，基質(zhì)層一般由土壤和各種填料構成，表層土壤種植耐水植物，這些植物具有發(fā)達的根系，能深入到表層以下0.6～0.7 m的基質(zhì)層中，與基質(zhì)層一起構成透水系統(tǒng)。同時，這些植物根系具有泌氧作用，在根區(qū)附近形成好氧、缺氧微環(huán)境，適宜不同類型微生物的生長活動。在潛流濕地系統(tǒng)中，污水在濕地床體內(nèi)部流動，可以充分利用基質(zhì)層表面生長的生物膜、豐富的植物根系及基質(zhì)截留等作用，有效延長水力停留時間，提升濕地系統(tǒng)的處理效果和處理能力，同時由于水流在土壤層以下流動，故具有保溫性較好、處理效果受氣候影響小、衛(wèi)生條件較好等優(yōu)點，是目前研究和應用較多的一種濕地系統(tǒng)。

5 工程實例

5.1 案例1情況

西南某城鎮(zhèn)邊緣區(qū)居民多分布在丘陵區(qū)，污染源分散，產(chǎn)生的生活污水量約為500立方米/日，因此管理單位根據(jù)區(qū)域的環(huán)境特點和污水性質(zhì)，污水收集設施因地制宜地采取半人工半生態(tài)的處理方式，以確保污水處理效果，減少城鎮(zhèn)分散式居民生活污水排放對地表水水質(zhì)的影響。該區(qū)域的分散式污水處理工藝主要采用地埋式接觸氧化技術十人工濕地處理工藝，見圖2。

圖2 案例1城鎮(zhèn)污水分散式處理工藝流程圖

某污水處理廠處理設計規(guī)模為500立方米/日，采用厭氧十人工濕地處理系統(tǒng)工藝，根據(jù)其項目竣工環(huán)境調(diào)查報告，其進、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)實際工程實例的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，分散式污水處理方案污水處理可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）[7]中表1的一級A標準及表2標準限值要求。

表1 案例1分散式污水凈化設施竣工驗收監(jiān)測數(shù)據(jù)

5.2 案例2情況

西南某城鎮(zhèn)邊緣（屬于上游）居民多分布在丘陵區(qū)，污染源分散，產(chǎn)生的生活污水量約為300立方米/日，因此管理單位根據(jù)區(qū)域的環(huán)境特點和污水性質(zhì)，污水收集設施因地制宜地采取A/O+人工濕地處理工藝，見圖3。

圖3 案例2城鎮(zhèn)污水分散式處理工藝流程圖

根據(jù)其項目竣工環(huán)境調(diào)查報告，其進、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 案例2分散式污水凈化設施竣工驗收監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)實際工程實例的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，分散式污水處理方案污水處理可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）[7]中表1的一級A標準及表2標準限值要求。

6 結(jié)論

綜上所述，城鎮(zhèn)邊緣污水采用分散處理方式，是對現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水集中處理方案的補充。通過分散式處理方案，可有效減少水污染物的排放，有利于水體環(huán)境的改善，能夠提升水質(zhì)，為環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供保障。當然，工程實踐還需要根據(jù)社會發(fā)展、城鎮(zhèn)規(guī)劃、科技水平發(fā)展等基本情況，根據(jù)工程案例運行數(shù)據(jù)，深度優(yōu)化污水分散處理技術，準確評價項目綜合效益，才能更好地處理城鎮(zhèn)邊緣分散污水，確保工程實施的可行性。