适宜中小城镇的水污染控制技术
摘 要: 中小城镇在我国环境保护和确保经济可持续发展中的作用越来越大,由于历史的原因和经济发展的不均衡,造成了中小城镇水环境和水污染控制的特殊性。根据小城镇经济水平不高的特点,介绍了在中小城镇易于推广的、经济、高效、节能和简便易行的水污染控制技术。
关键词: 中小城镇; 水污染控制; 水质特性
1 中小城镇的污水特点
中小城镇污水主要为生活污水和以农产品为原料的工业废水(有机废水) 的混合污水,水量与大城市相比较小,而且在量与质上都不够均匀和稳定。至1999 年5 月,我国中小城镇已发展到19 216个,不仅在数量上有很大增加,而且已有相当的规模。建制城镇的城区人口平均1. 68 万人,占全镇总人口的35. 5 %;镇区常住人口平均1 万人,其中非农业人口占48. 8 %。县级城镇的基本人口规模在3～10 万人,自来水普及率为68 %。小城镇的人口规模、自来水的普及率和工农业发展的结构与水平,决定了小城镇的污水排放量大都在(1～5) ×104 m3/ d 的规模范围内,其中生活污水量占50 %以上。由于生活污水占的比重较大,造成污水有较大的时不均匀性,同时也引起水质的波动。
中小城镇与城市的城乡关系随着改革开放变得越来越密切,城乡的传统差别开始缩小,地域组织和空间结构出现了农业活动和非农业活动的农工混合、非城非乡的“城乡衔接地带”,这就决定了其污水的主要成分是生活污水和一定量的工业废水,而工业废水是以农产品加工业废水为主。中小城镇生活水平也决定了污水的组成成分,如污水中悬浮浓度较高,有机物浓度较低,尤其是一些小城镇的排水系统不健全,采用明渠排水的较多,致使大量的雨水流入和地下水渗入,也降低了污水中的有机物浓度。表1 是一些中小城镇的污水水质情况调查表。
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2 工艺选择的考虑
在资金上,由于我国是发展中国家,财力有限,用于基础设施上的资金在大城市和中小城镇之间的分配严重不平衡,如近期国家、省、市把投资的重点放在支持城市污水处理厂的建设上,对县及以下建制镇污水处理设施建设扶持较少。另一个中小城镇有别于大城市的特点是从业人员的技术水平和管理水平较低,这在一定程度上对污水处理厂运行操作的难易程度提出了要求。
这些因素就决定了在中小城镇建设的污水处理厂首先必须经济、高效、节能和简便易行。经济即占地面积少以节省征地费,必要的处理设施少以减少总投资的第一部分费用从而减少总投资;高效即出水在去除有机污染物的同时还能部分地脱氮除磷,防止水体的富营养化;节能即尽量采用经济节能型设备和减少处理设施的数量,如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,以克服我国许多城市建得起污水厂运行不起的弊端;简便即对操作运行人员的水平要求不高以适应中小城镇污水处理厂运行人员特点,同时减少运行人员的数量,这也在一定程度上减少了运行费用。
污水处理工艺的选择是污水处理厂建设的关键,处理工艺选择是否得当,不仅影响处理厂的处理效果,而且还影响整个处理工程的基建投资多少、处理工艺运行的可靠程度、运行费用高低、管理操作的复杂程度。因此,必须结合当地污水的水量、水质以及温度、气候、气象、地理、经济等实际情况选择适宜的处理工艺,使出水符合排放标准。根据中小城镇水质、水量的特点,同时考虑到发展趋势,结合中小城镇的地理环境即“城乡衔接地带”,附近有可利用农田,可进行污水灌溉和污泥用作农肥等便利条件,在污水处理工艺流程的选择上可将污水处理与利用相结合,与保护和改善当地的生态环境和水资源相结合,实现小城镇区域性的生态环境和水资源的良性循环。
3 简易高效的污水处理技术
国家九五攻关项目研制开发的淹没式污水处理技术与设备经济、节能、简易、高效,具有适用于中小城镇的优势。以2 ×104 m3/ d 的污水厂为例,采用的工艺流程见图1。
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该工艺的特点:预处理中的格栅用以去除污水中的大块污物,曝气沉砂浮渣池用以去除颗粒直径> 0. 25mm 的砂粒及其他无机杂粒以及通过鼓泡上浮去除油脂等浮渣,以保证后续处理单元的管道和设备免受沙粒的磨损,改善污泥的流动性能,防止管道堵塞,提高污泥有机组分的含量,以供作有机肥料或土壤改良剂。去除浮渣也有助于防止其后曝气池和二沉池的泡沫产生。
在污水处理流程中,取消初沉池,以保证复合生物反应池有足够量和适当比例的C、N、P 源,使活性污泥和生物膜得以正常增长和同化,否则BOD5 浓度太低,将导致活性污泥的负增长,难以维持生物反应池的正常运行。此外,取消初沉池有助于改善二沉池的污泥沉淀效果和剩余污泥的脱水性能。淹没式生物膜反应池中设置淹没式生物膜缺氧区和好氧区,在生物膜的外至内层中形成好氧、缺氧和厌氧的微环境,有助于污水在其中进行硝化、反硝化和生物除磷等反应,由此能部分地去除总氮和总磷。由于生物膜的食物链和在厌氧、缺氧环境中的酸化、水解等因素,剩余污泥有良好的稳定性和脱水效果,产量也大幅度减少,大约仅为活性污泥法的1/ 5～1/ 3 ,而不必再进行污泥厌氧或好氧消化,故取消了污泥消化池。采用新型曝气机取代鼓风机房,减少设备费用,这样使污水和污泥处理流程大为简化,既节省了基建费,也节省了运行和维护费,并且可以结合实际需要增设FeSO4 投加系统,以进一步去除水中的磷。采用国际上90 年代最先进的竖流式沉淀池,即采用穿孔管及在出水端接可调水位的溢流系统,克服了溢流堰出水不均匀及受风力影响等缺点,水力流态更均匀稳定。对处理流量较小的污水处理厂,采用竖流式沉淀池有利于泥水分离,运行工况良好。它的优点是直径小,沉淀污泥不必借助吸、刮泥机便可自动沿其底部的截头圆锥形集泥斗的斜壁(50°) 滑至最底部,并借助水头静压力11. 8～14. 7 kPa 通过排泥管排入集泥井,又经污泥浓缩池最后排入污泥干化床中。整套工艺流程简短(无初沉池、污水回流系统、鼓风机房及污泥消化池等) ,节省占地、基建及运行费用,管理维护简便,可以实现BOD5 去除率在90 %以上,NH3 - N 去除率在90 %以上,磷的去除率在40 %以上(不投加FeSO4) 或90 %以上(投加FeSO4) ,达到国家二级处理出水的排放标准。
与相同规模的传统二级处理系统(活性污泥法)相比,处理1 ×104 m3/ d 污水,其基建费仅500～600万元(是常规活性污泥法污水处理厂基建投资的40 %～50 %) ,运行费单价为0. 1～0. 15 元/ m3 (比常规活性污泥法节省40 %～50 %) 。
4 因地制宜的生态环境综合治理技术
作为城乡结合的“城乡衔接地带”,小城镇的污水回用是实现小城镇区域生态环境治理的有效措施之一。小城镇的污水中50 %以上是生活污水,工业废水也以农产品加工的废水为主,水中基本上不含重金属和有毒有害物质,但氮、磷含量较高,是植物和农作物发育所必须的养分,如能有效地利用与回用,则能产生巨大经济效益和环境效益。小城镇生态环境综合治理推荐工艺流程见图2。
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这套处理与利用结合的系统,首先利用格栅和沉砂池进行预处理,去除大块的污染物和无机杂质。之后进入高效兼性塘,这是一种底部带有污泥厌氧发酵孔的新型塘,水中悬浮有机污染物沉于塘底的发酵坑中,形成厌氧污泥,当原水自下而上流经厌氧污泥坑时,形成UASB 式的厌氧处理,厌氧的中间产物进入上部的好氧区进行好氧降解。新型兼性塘的BOD5和COD 去除率分别在70 %～80 %和60 %～70 % ,出水进入曝气养鱼塘,水中剩余的有机物和营养物促进了浮游生物的生长,放养适量的鱼类可有效控制水中的藻类和浮游动物。在水生植物塘中,水中悬浮物沉淀而形成的底泥可作为水生植物生长的肥料,出水即可用作农业灌溉用水,也可用作景观用水。在这系列塘系统中,以太阳能为初始能源,通过在塘内形成人工生态系统,在太阳能的推动下,通过生态系中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化,将进入塘中的有机物和营养物进行降解和转化,最后不仅去除污染,而且以水产(水生作物) 资源形式进行回收,使污水处理与利用结合起来,实现了污水的资源化。由于没有污水、污泥的回流系统,使运行维护管理十分简便,节省了能源和运行维护费用,是实现小城镇生态环境综合治理的有效工艺。该工艺的出水水质优良: S S ≤20 mg/ L 、BOD5 ≤10 mg/ L 、COD ≤50 mg/ L 、TN ≤10 mg/ L 、NH3 - N ≤2 mg/ L 、T P ≤2 mg/ L 、细菌≤2 ×103MPN ,再经农田灌溉后(污水经过土壤的过滤、吸附和生物化学作用) ,又能进一步净化,渗滤水水质可达到: S S ≤5 mg/ L 、BOD5 ≤5 mg/ L 、COD ≤30 mg/L 、TN ≤10 mg/ L 、NH3 - N ≤1 mg/ L 、T P ≤0. 1mg/ L 、细菌≤2 ×103 MPN。渗入地下的处理水又补充了地下水,有助于缓解中小城镇在经济发展初期对地下水的过度开采而造成的水资源短缺[4 ] 。
参考文献:
[1 ] 李爱贞. 建设生态示范区促进区域可持续发展[J ] . 城市环境与城市生态,2000 ,13 (4) :20 - 22.
[2 ] 王宝贞,李高奇,王琳,等. 淹没式生物膜法污水处理厂的设计及运行[J ] . 中国给水排水,2000 ,16 (3) : 16 -19.
[3 ] 王宝贞,王琳,时双喜. 延时曝气淹没式生物膜法同时去除有机物和氮的工艺研究[J ] . 哈尔滨建筑大学学报,1996 ,29 (5) :5 - 10.
[4 ] 王宝贞,王琳,杨鲁豫,等. 生态塘—简易高效的污水处理技术设计应
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