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分类：建筑设计论文发表 时间：2011-07-07 08:43 关注：(1)

西部中小城镇污水处理适用工艺探讨

占宏1，秦川2

摘要：西部中小城镇污水处理工艺选择须充分考虑西部中小城镇自身的特点，不能完全照搬东部地区或大城市污水处理模式。通过对西部中小城镇的污水处理现状、特点及存在的问题进行了分析，在调研、分析国内现有污水处理工艺的基础上，针对西部中小城镇自身特点，探讨了各类技术在西部中小城镇应用的可能性，提出了西部中小城镇污水处理的适用工艺。

关键词：西部中小城镇 污水处理 一体氧化沟 折流式曝气生物滤池 复合式人工湿地

西部大开发10年以来，西部地区的经济文化水平都有了长足的进步，城市人口数量增多、工农业水平等都有较大的提高。这些极大地提高了西部地区中小城镇的城市化水平，城市化进程的加快对西部地区经济社会的快速发展有着巨大的推动作用，但是同时也带来日益严峻的生态环境问题，成为制约西部中小城镇可持续发展的重要因素［1］。

1 西部中小城镇污水处理现状

随着西部中小城镇经济社会发展水平的不断提高和人口规模的快速聚集，城镇污水量与日俱增，但由于受建设资金投入不足的限制，目前西部中小城镇污水处理设施建设仍然严重滞后于城镇经济社会发展要求，水环境污染问题仍然十分严重。

西部中小城镇污水量较小（1000~50000m3/d），水量、水质日变化系数和时变化系数较大，不同地区污水成分差异明显，例如重庆一些小城镇，由于排水系统不健全，多采用明渠排水，致使大量的雨水流入和地下水渗入，降低了污水中的有机物浓度。总的来说，中小城镇污水性质大都相差不大，一般COD＜500mg/L，pH=6.5~7.5，BOD5＜250mg/L，SS＜500mg/L，色度＜100，含有一定量的氮和磷且水质水量的波动较大，可生化性好［2］。

受经济实力、管理水平以及独特的地理气候条件等因素制约，西部地区中小城镇污水处理工艺应具有如下特点：(1) 投资省、运行费用低；(2) 操作管理简单；(3) 抗冲击负荷能力强；(4) 处理效果稳定可靠，具有脱氮除磷功能；(5) 适合西部独特的自然条件，如高原气候或山地气候等［3］。目前，西部中小城镇污水处理厂多采用的是传统活性污泥法［4］。这类污水处理工艺普遍存在基建投资大，运行费用高，占地面积大和维护管理水平要求高等缺点，虽然在国内东部城市有较多成功应用实例，但在西部中小城镇污水处理厂的应用中却出现了诸多问题，导致污水处理厂建设和运行费用高、处理效率低下、日常运行管理难等，甚至出现了污水处理厂“既建不起，更用不起”局面［5］。

2 西部中小城镇污水处理存在问题分析

2.1 初期雨水与污水混合处理产生的问题

西部小城镇环境基础设施建设亟待政策扶持，基础设施技术水平较低，安全保障能力较弱，污水处理设施建设严重滞后、重厂（污水垃圾处理厂）轻网（管网）［6］。

许多城镇排水体制依然采用合流制，或者是管网分流制改造较慢。初期雨水含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质，因此前期雨水的污染程度较高，通常超过了普通的城镇污水的污染程度。一旦暴雨来时，大量初期雨水进入污水处理厂，使进水的水量和水质超过设计标准，其后果是造成污水处理厂出水水质不达标［7］。

2.2 生活污水中掺杂工业废水带来的影响

在西部大开发这十年以来，中小城镇的工业获得了快速的发展。其工业废水通常排入市政排水系统，导致中小城镇污水的水质水量变化大。

由干城镇污水处理工艺一般采用二级生化处理， 而工业废水的水质千差万别，有毒有害的工业废水进入污水处理厂后，将抑制或影响微生物的代谢作用，直接影响污水处理厂的处理效果。此外工业废水排放大多无规律，易对污水处理厂造成冲击负荷，给污水处理厂的正常运行带来难度［8］。

2.3 设计进水水量、水质与实际不符

在西部，中小城镇污水处理厂进水水量不足的现象普遍存在，造成这种现象通常有以下两种原因，一种是污水收集管网建设存在滞后问题，另一种是在设计过程中存在设计超前问题。例如重庆市长寿区污水处理厂，进水设计规模为4×104m3/d，实际运行规模只有3.2×104m3/d［11］；通海县城污水处理厂进水设计规模为1×104m3/d，实际运行规模只有0.7~0.8×104m3/d，延安市污水处理厂，进水设计规模为5×104m3/d，而实际运行规模只有1.3~1.5×104 m3/d左右［9］。

由于城市污水收集管网不配套，雨污合流制管网较普遍，致使进入城市污水处理厂的进水BOD、COD偏低，而氮、磷等指标则等于或高于设计值［10］。

2.4 污泥处理和除臭方面的问题

据调查，西部大多中小城市污水处理厂污泥的处理基上均采用机械脱水、泥饼外运的处理方式，同时有的污水处理厂因为污泥脱水机维修费用问题而不对污泥进行污泥［9］。污水生物处理过程中产生的生物污泥一般含有大量的有机物、丰富的氮、磷、钾和微量元素，可以有效利用；这些污泥易腐化、不稳定且含量大量病原物质。若没有进行最终有效处理容易造成二次环境污染［11］。

臭气也是长期困扰西部中小城镇污水处理厂稳定运行的一个难题，西部大多中小城镇污水处理厂没有进行除臭［9］。臭气中主要含有硫化合物、氮化合物、含氧有机物、卤素及其衍生物等有害物质。这些物质不仅会给工作人员的身体健康带来严重影响，而且还会影响厂区周边居民的生活环境［11］。

3 西部中小城市污水处理适用工艺技术研究

通过考察调研目前国内部分污水处理厂各种工艺的实际运行情况，并结合西部中小城镇自身特点，分析各种污水处理工艺在西部运用的可能性。国内现有污水处理技术调研汇总见表1，各种污水处理工艺实际工程运行经济指标比较见表2。从表1可以看出AB法工艺、A2/O技术及Carrousel氧化沟都主要适用于大中城市污水处理，对中小城镇污水处理适用性不强。百乐卡工艺一种具有除磷脱氮功能的多级活性污泥污水处理系统，吸取了氧化塘工艺的低成本和活性污泥工艺的高效率的特点，但是该工艺对技术管理要求较高，需要对工人进行专门技术培训，而且关键设备需要进口。ICEAS工艺、水解—SBR法、UNITANK工艺以及CASS工艺为SBR法的改进型，对于各种城镇污水及工业废水都具有很好的效果，但是该工艺对自动化控制要求较高，需要对技术人员进行专门培训，这就限制了该工艺在西部中小城镇的推广运用。Orbal氧化沟工艺在东西部的中小城镇都有一定运用前景，但是该工艺占地面积较大，而且运行费用较高，对于西部一些山地中小城镇和经济落后的地区很不适用。下面主要介绍一体化氧化沟、折流式曝气生物滤池及人工湿地在西部中小城镇的运用可能性。

名称 工艺特点 适用范围及在西部运用可能性

百乐卡技术 1、负荷低，水力停留时间长，泥龄长；

2、工艺流程简单，处理构筑物少，建设投资低；

3、处理效果好，能保证良好脱氮效果。 中小型污水处理厂，地质条件复杂，易发生地基不均匀沉降地区；在西部运用前景较大，需对工人进行专门技术培训，关键设备需进口。

一体化氧化沟 1、将二沉池和氧化沟合建，占地面积少

2、无污泥回流泵房及有关辅助设施和管道系统。 中小型污水厂，地形复杂情况下修建，结构处理难度相对较大；较适合西部地区中小城市的污水处理。

AB法工艺 1、负荷高、节能、处理效果好；

2、节省总曝气池体积，有利于分期建设，可灵活调节运行工艺流程。 大中型污水处理厂；需要专门的技术管理人员，需要培养足够的适应污水的微生物，A段才正常运作；容易发生设备故障，运用前景一般。

A2/O技术 1、具有去除有机物、脱氮除磷的功能；

2、工艺流程简单，总的水力停留时间少于其它工艺，不易发生污泥膨胀。 大型污水处理厂；在西部的中小城镇应用前景一般。

折流式曝气生物滤池技术 1、占地小，适合于各种地形条件；

2、出水质量高，集生物处理和物理过滤与一体；

3、管理简单，可间断运行，电耗低； 中小城镇污水处理；适合西部中小城镇污水处理建设中所面临的资金不足、技术水平低的现状。

ICEAS处理工艺 1、具备布置和运行方式灵活、处理效果良好；

2、能连续进水，在维修或低流量时，使得单池运行成为可能。 生活污水、来自于肉类加工、饮料、制药、食品加工、造纸和化工厂等行业的污(废)水；由于自控要求较高，限制了操作工人素质较低的地区应用。

水解—SBR法 1、对水质水量变化的适应性强，运行稳定

2、需要的机械和设备较少，占地小；

3、自控运行、管理简便，工艺的自动化程度要求较高。 中小城镇污水处理，及高浓度污水处理；在西部应用前景非常大，需要对工作人员进行专门培训。

Carrousel氧化沟 1、分建，有单独的二沉池，占地面积偏大；

2、采用表曝机曝气，设备投资略高。 大中型污水处理厂；适合于低气温和地势平坦地区，中等以上扬规模城市。

人工湿地法 1、运行费用低，出水水质好；

2、环境效益明显，景观效果好，占地较大。 适用于中小规模的污水处理厂，在西部中小城镇运用前景较广。

Orbal氧化沟 1、工艺流程简单，抗冲击负荷能力强，出水水质稳定，易于维护管理；

2、具有较好的脱氮功能和节能性能。 占地面积较大，要有足够的建筑用地，适用于中小城市污水处理厂；在西部中小城镇有一定运用性。

UNITANK工艺 1、可不设二沉池及污泥回流设施，反应池布设可采用单元组合的形式，节省土建和占地面积；

2、自动化程度高，需要全自动的实时监控和调控系统。 用于即将规划新建扩建和持续改进运行的污水处理厂；复杂的控制系统和对自控的依赖性制约了其在西部地区的应用。

CASS工艺 1、系统组成简单，运行灵活；

2、出水水质好，污泥产量低；

3、建设费用低，占地面积少。 适合于含有较多任务业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理；在西部有一定运用，但需对工人进行专门的技术培训。

处理工艺 工程实例 规模(m3/d) 投资费用（万元） 处理成本(元/m3)

百乐卡技术 山东省招远市污水处理厂 20000 1400 0.30～0.40

一体氧化沟 河南省邢台市南小汪污水处理厂 6000 280.35 0.26

AB法 山东省泰安市污水处理厂 50000 8000 0.37

A2/O工艺 山东省青岛市团岛污水处理厂 100000 32000 0.60～0.80

折流式曝气生物滤池 重庆市忠县新生镇污水处理厂 800 130 0.20

水解—SBR法 江苏省金坛市第二污水处理厂 20000 6661.44 0.30

ICEAS处理工艺 昆明第三污水处理厂 150000 13000 0.42

Carrousel氧化沟 银河纸业制浆废水处理工程 50000 4500 0.65

人工湿地法 深圳市石岩河人工湿地工程 15000 858 0.19

Orbal氧化沟 燕山石化公司牛口峪废水处理工程 24000 9251.89 1.05

UNITANK工艺 诸暨污水处理厂扩建工程 20000 1400 0.24

CASS工艺 金湖污水处理厂 20000 3150 0.80

 

3.1 一体氧化沟工艺及其应用

一体化氧化沟又称合建式氧化沟，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独的二沉池。这种氧化沟开发于美国，后来发展迅速，出现了多种形式的一体化氧化沟［12］。其特点如下：(1) 工艺流程简短，构筑物和设备少，不设初沉池和二沉池，工程投资省；(2) 处理效果稳定可靠，硝化和脱氮作用明显，并有一定的除磷效果；(3) 剩余污泥量少，无需消化，易脱水［13］。

一体化氧化沟自20世纪90年代被引入我国污水处理行业，已经取得了广泛的运用，例如邢台南小汪污水处理厂、四川省新都污水处理厂等。表3为一体化氧化沟在实际工程运行中处理效果［14～16］。四川省新都县污水处理厂处理规模为10000m3/d，工程总投资761万元(含征地费)，每吨水投资761元，每吨水电耗为0.25kW·h左右、占地为0.4m2［14］。邢台南小汪污水处理厂处理规模为6000m3/d，工程总体费用为280.35万元，总装机容量197KW，运行费用0.256元/吨［13］。从上述数据可以看出，一体化氧化沟技术是一种投资省、占地少、能耗低、处理效果好、管理简便污水处理新技术，非常适合西部中小城镇污水处理。

表3 一体化氧化沟实际运行效果比较 mg/L

工程名称 COD BOD SS NH3-N TN TP

新都污水 厂 进 197.4 73.2 123.1 20 23.4 5.8

出 33.6 15.4 13.1 1.5 6.9 2.3

中原油田污水厂 进 252.6 47.7 162 30.4 — —

出 34.3 13.3 57 7.6 — —

安阳工业区污水 厂 进 1229 484 372.5 — — —

出 94.27 95.5 93.7 — — —

4.2 曝气生物滤池及其应用

曝气生物滤池(BAF)与普通活性污泥法相比，具有单位体积生物量高、所需池容小、无需二沉池、能够防止污泥膨胀等优点,逐渐受到各国污水处理专家的重视,并得到推广和应用［17、18］。重庆大学龙腾锐等人在原有上向流和下向流曝气生物滤池的基础上开发出新型折流式曝气生物滤池［19、20］。

折流式曝气生物滤池是一种一体化的多级串联组合式曝气生物滤池工艺。它一般由1级厌/缺氧生物滤池和1~2级好氧曝气生物滤池组成，每一级都有各自的主要功能。厌/缺氧生物滤池的主要功能是厌氧水解和反硝化；第1级好氧生物滤池主要是降低COD和BOD浓度；第2级好氧生物滤池完成氨氮的硝化，并通过设置独特的除磷填料，降低废水中的磷浓度［21］。下图1为折流式曝气生物滤池剖面图。

重庆忠县新生镇污水处理厂和奉节县公平镇污水处理工程都采用了该工艺。新生镇污水处理厂位于重庆市忠县县城以西，濒临长江北岸。该污水厂设计处理规模为800立方米/日，工程总投资175.86万元(含征地费)，单位运行成本0.31元/吨，进水水质按普通城镇生活污水，并结合当地实际情况，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)中一级B标准［21］。奉节县公平镇污水处理厂设计处理规模为3000立方米/日，工程总投资782.54万元(含征地费)，单位运行成本0.31元/吨，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)中一级B标准［22］。综上所述折流式曝气生物滤池是一种新型的高效生物反应器，占地面积小，布置灵活，运行成本低管理简单，适合西部中小城镇污水处理。目前，该工艺作为重庆市镇乡污水处理推荐实用技术广泛运用。

4.4 复合式人工湿地工艺及其应用

目前，人工湿地污水处理系统已经在我国得到了迅速的发展。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、运转费用低、维护技术水平低和能耗低等特点。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 %［23］。重庆大学翟俊等人通过对现有潜流湿地和垂直流湿地进行改良，开发了一种新型人复合型人工湿地：折流湿地+侧向潜流湿地床污水处理系统。

折流湿地由多级垂直流湿地组成，湿地底部用混凝土密封，并在每一湿地内设置有竖向的挡流墙，污水以上下折流的方式在湿地中推流穿行。侧向潜流湿地由多级梯度向下的水平潜流湿地床、自然复氧区交替组成；每一侧向潜流湿地床内设置有平行交错的分隔板，将床内空间分隔成S形的水流沟道，在沟道中放置砾石填料并栽种水生植物。该工艺具有以下特点：(1) 与普通湿地相比，占地减小50%左右；(2) 强化自然复氧和生物作用，提高处理效率；(3) 维护简单、投资省、运行费用低［24］。

四川省凉山州泸沽湖镇污水处理厂、重庆市九龙坡区贝迪颐园污水处理厂及武隆县仙女山污水处理厂都采用了折流湿地+侧向潜流湿地处理工艺。下表4为上述3个污水厂出水水质情况。

表4 复合式人工湿地污水厂出水水质表［24］mg/L

工程名称 COD SS NH3-N TN TP

泸沽湖污水厂 21 3.2 2.2 — 0.45

贝迪颐园污水厂 25.8 7.2 5.3 — 0.88

仙女山污水厂厂 27.5 1.6 6.2 11.6 0.67

从表4可以看出，该工艺出水良好，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)中一级B标准。该工艺投资运行运费也较低，以泸沽湖污水处理厂为例，污水处理规模近期(2010年)为1000m3/d，远期(2020年)为2000m3/d，工程总投资273.32万元(含征地费) ，单位运行成本0.21元/吨［25］，工艺流程见图2。

该工艺一般适用于有荒地、地形坡度较大的小城镇，以及利用城镇周边非建设用地，适用于规模为100~2000立方米/日。

目前，复合型人工湿地技术作为重庆市镇乡污水处理推荐实用技术，正在长寿区云集镇、葛兰镇以、九龙坡区花卉园污水厂以及江津区夏坝镇及贾嗣镇建设施工。

4 结论

目前，我国西部大多中小城镇污水厂都沿用大城市污水处理工艺，一味地照搬大城市或是东部发达地区污水处理工艺只会带来适得其反的结果，对于西部中小城镇污水处理厂而言，高效、低投入、低运行成本的污水处理工艺才是有效的。一体氧化沟、折流式曝气生物滤池及复合式人工湿地具有投资省、运行费用低、操作管理简单、处理效果稳定等特征，适合我国西部小城镇经济发展落后、管理水平低、自然气候条件独特等特点，是值得在我国西部小城镇进行大力推广的污水处理技术。

参考文献：

朱广黔. 西部中小城市基础设施现状及原因分析[J]. 科技资讯, 2008,12 : 212-214.

朱静平,王成端. 适于中小城镇污水处理工艺的流程研究[J]. 西南工学院学报, 2002,17(2) : 46-51.

翟俊,何强,肖海文,魏武强. 我国西部小城镇给水与污水处理技术需求分析[J]. 中国给水排水, 2007,23(4) : 11-14.

何强,吴正松,彭述娟,陈讯. 西部小城镇污水处理经济适用技术分析[J]. 三峡环境与生态, 2008,1(1) : 52-55.

龙腾锐,翟俊. 西部城镇污水处理技术政策[J]. 建设科技, 2008,1(1) : 43.

中国环境网, 2007. 西部小城镇环境基础设施建设亟待政策扶持. 2007.01.16. http://www.cenews.com.cn/historynews/06_07/200712/t20071229_35165.html

张志军,陈锐. 城市排水系统运行安全性分析[J]. 水工业市场, 2007,1 : 20-23.

伊铁男,周晶,巩世民. 工业废水对城市污水处理厂设计及运行的影响[J]. 黑龙江环境通报, 2001,25(4) : 31-32.

侯继燕,贾韬,黄慎勇. 我国西部地区污水处理设施现状及问题探讨[J]. 给水排水, 2006,34(2) : 52-55.

水世界网. 深圳市大通水务有限公司,城市污水处理厂运营常见问题分析.http://www.chinacitywater.org/xslw/czgps/szgps/74867.shtml

尹军, 谭学军. 污水污泥处理处置与资源化利用[M]. 北京:化学工业出版社,2005.

李圭白, 张杰. 水质工程学[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2005.

赵建国,郭有才. 一体氧化沟在邢台小黄河南小汪污水处理厂的应用[J]. 邢台职业技术学院学报, 2003,20(1): 49-51.

邓荣森,肖海文,王涛,李伟民. 四川省城市污水处理示范工程—体化氧化沟[J]. 给水排水, 2001,27(4) :1-4.

张国辉,宋小云,乔齐,赵荣峰. 一体化氧化沟工艺在中原油田污水处理厂的应用[J]. 工业水处理, 2006,26(2) :69-71.

张爱华. 一体化氧化沟技术应用实例[J]. 工业水处理, 2000,6 :19-20.

Francisco Osotio,Emesto Hontoria. Wastewater treatment with a double-layer submerged biological aerated filter, using waste materials as biofilm support [J]. J Environ Manage, 2002, 65(1) :79-84.

Pujol R,Lemmel H, Gousailles. A keypoint of nitrification in an upflow biofiltration reactor[J]. Water Sci Technol, 1998, 38(3) :43-49.

Pujol R. Process improvements for upflow submerged biofilters[J]. Water 21, 2000, 32(1) :25-29.

张涵,龙腾锐,严子春等. 新型折流曝气生物滤池处理城市污水[J]. 中国给水排水, 2005,21(4) :40-44.

陈垚,翟俊,龙腾锐. 折流式曝气生物滤池处理小城镇污水的工艺设计[J]. 中国给水排水, 2007,23(8) :38-41.

翟俊,何强,陈垚,肖海文. 重庆奉节公平镇污水处理示范项目工艺设计[J]. 给水排水, 2007,33(8) :23-26.

刘智晓,崔福义,丁雷,左金龙,等. 中小城镇高效低耗污水处理工艺的选择[J]. 给水排水, 2006,32(4) : 32-37.

Zhai Jun, Xiao Haiwen, He Qiang. Experiment study on a new type of hybrid constructed wetland and its application in south China. In:12th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control, 2010, October 4-8.

翟俊,何强,肖海文. 凉山州泸沽湖镇污水处理厂工程设计[J]. 中国给水排水, 2006,22(2) :39-42.