城镇水污染治理技术及研究进展

冯 坚，阳小成

成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 610059

城镇水污染治理技术及研究进展

冯 坚，阳小成

成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 610059

随着我国城镇的发展的人民生活水平的提高，城镇污水排放量呈快速增长趋势，较低的污水处理率导致城镇水环境趋于恶化，城镇水污染迫切需要治理。本文简述了我国城镇污水处理的现状，对SBR、氧化沟传统污水处理技术和新兴的人工湿地、蚯蚓生态滤池、生物浮岛和人工水草净化技术等几种具有代表性的污水处理新技术的工艺原理、研究进展和应用情况进行了简要介绍，认为它们是我国城镇水污染治理所需要的经济、高效、节能，且运行可靠的污水处理技术。

城镇；水污染；治理技术；研究进展

1 我国城镇污水排放及处理现状

目前，水污染在中国已成为不容忽视的重大环境问题。大量的湖泊、河流被污染，特别是流经城镇的河段污染更加严重。据统计，流经中小城镇的河段有36.2%为Ⅰ～Ⅲ类水质，达到Ⅳ至Ⅴ类水质的河段则有63.8%之多[1]。上述现象源于大量的城镇污水未经处理、净化就直接排放进入天然水体。以2004年为例，我国该年城市污水处理率达到了45.7%，而中小城镇的污水处理率只有11.2%[2]。

改革开放以来，我国城镇化速度进一步加快，随之而来的环境问题亦愈加突出，如城镇生活污水的排放量日益增加，预计我国2010年以后城镇污水排放总量将超过300亿t。我国水污染治理重点已经由大中型城市向广大中小城镇转移，并且在局部城镇由水污染所带来的环境危害也已经初步显现。据日前长江水利委员会发布的信息，2008年长江全流域（涵括长江干、支流沿岸的城市和城镇）污水排放量超过325亿t，相当于长江每秒“喝下”1 028t污水。数据显示出大力发展我国城镇污水处理事业已经刻不容缓。为了尽可能避免再走国内外大城市走过的“先污染、后治理”的老路，必须尽早做好城镇水污染综合治理工作。而从发展的角度来看，能否将城镇水污染治理好，能否发展出高效、低投入的城镇污水处理技术，业已关系到广大人民群众的切身利益，也关系到我国未来的环境状况和可持续发展战略的贯彻、落实。

近年来，中央和各级地方政府加大了节能减排工作的监督执行力度，推动着我国城镇污水处理能力不断提升，使我国城镇污水处理事业进入蓬勃发展时期。据统计，当前我国在建的城镇污水处理厂就有接近2 000座。与之形成对比的是，目前可供选择的城镇污水处理工艺不多，且城镇污水处理厂多是沿袭城市大型污水处理厂所采用的处理工艺。城市污水处理工艺原则上也适用于城镇污水处理。但是，考虑到我国大量的中小城镇眼下面临着城镇规模偏小、专项资金缺乏、管网建设滞后、水量波动大[3]等问题，完全照搬城市污水处理模式不适合我国当前国情。另外，我国城镇污水处理厂面临着技术工艺过时，设备老化等问题。当前我国城镇绝大多数污水处理厂所采用的都是低负荷的传统活性污泥法。这些工艺普遍都有建设和运行费用高，反应时间长、占地面积大等缺点。许多污水处理厂建成后因为缺乏经费而不能正常运行[4]。这在很大程度上制约着城镇污水处理技术的更新、发展。

2 城镇污水处理传统工艺

目前，SBR工艺和氧化沟工艺被认为是城镇污水处理工艺的首选[5-6]。下面就以具有代表意义且应用较为广泛的SBR工艺和氧化沟工艺进行简要介绍。

2.1 SBR工艺

SBR是序列间歇式活性污泥的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。SBR的工艺特征是在一个反应池中完成污水的混合、沉淀、排水、排泥，整个过程由自动控制设备调控，进行间歇循环运行。

SBR工艺流程简单，可省去调节池和二沉池及其污泥回流设备，因而造价相对较低；去除有机物速率快，静止沉淀的效率高，抗冲击负荷能力强，不易污泥膨胀；SBR本身也适合于组合式构造方法，利于污水处理厂的扩建和改造。由于上述技术特点，SBR进一步拓宽了活性污泥法的使用范围，是值得研究推广的城镇污水处理工艺。

SBR近些年来在国内外得到深入的研究与广泛的应用，发展出多种类型的新工艺，如ICEAS、CASS、CAST、MSBR等多种新型SBR反应器。这些新型工艺是在与传统活性污泥法、氧化沟法相互融合的基础上发展出来的[7]。与传统SBR工艺相比较，它们可以实现连续进水、间歇出水和连续进水、连续出水并带回流污泥。但这些工艺也存在缺点，处理单元多，流程长，操作管理复杂，运转费用相对较高，在应用于中小规模污水厂时应该慎重。这些新工艺在我国已有应用的实例，如扬州市污水处理厂采用CAST工艺；深圳盐田污水处理厂采用了MSBR工艺；广西梧州污水处理厂采用的是UNITANK工艺。

2.2 氧化沟工艺

氧化沟又名连续环状反应器，因其构筑物呈封闭状的沟渠而得名，从严格意义上来说氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形。氧化沟工艺属于悬浮生物处理技术，其水力停留时间长，有机负荷低，在机理上类似于延时曝气工艺。

氧化沟经过近50年的实践和发展，在工艺和构造上不断地进行着发展和改进，被评价为处理效果可靠、基建费用低而运行费用又较省的污水处理方法，特别是其封闭循环式的池型尤其适用于污水的脱氮除磷。

目前，国内外应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、三沟式氧化沟、一体式氧化沟。在我国应用较多的是卡鲁塞尔氧化沟和奥贝尔氧化沟，而前者相对更多一些。卡鲁塞尔氧化沟现已发展到第三代[8]，相对之前其脱氮除磷能力更强，运行成本更低。奥贝尔氧化沟在近些年引起了研究者的重视，研究表明其可在高有机负荷情况下正常运行，并且对难降解有机物有很高的去除率。值得注意的是，一体式氧化沟在我国近几年推广较为迅速。该工艺具有处理效率高、流程短、运行稳定、管理操作方便、投资和运行费用低等优点，在城镇污水处理方面有较好的应用前景[9，10]。

3 城镇污水处理新兴工艺

对于经济欠发达地区以及规模相对较小的城镇，迫切需要低建设费用、低运行管理费用、低操作管理需求，同时二次污染物排放少的污水处理技术，即环境友好型的“三低一少”污水处理技术。我国城镇污水处理“三低一少”技术在研究开发和工程运用方面已取得一些重要进展[11]，特别是对人工湿地、蚯蚓生态滤池、生物浮岛和人工水草净化技术等新兴工艺或技术的研究应用越来越受到人们的关注。

3.1 人工湿地生态系统

人工湿地是一种人为建造、干预形成的综合的生态系统，系统将污水有控制地投配到经人工改造的湿地上，利用土壤、植物和微生物等对污水进行处理。它利用自然生态中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化处理[12]。人工湿地具有对有机物去除效果好（BOD5、COD去除率达80%以上[13-14]、氮磷去除能力强（TN和TP的去处率达60%和90%[15]）、工程基建和运行费用低以及对负荷变化适应能力较强等特点。与传统的污水处理工艺比较而言，人工湿地处理技术在经济投资以及环境影响方面都具有很大的优势，因而在我国具有广阔的应用前景。

人工湿地按进水在湿地床的流动状态可分为：表面流湿地、潜流湿地、垂直流湿地。这几种类型的人工湿地在污水处理效果、运行控制等方面存在差异，且以前两种湿地类型的应用居多。目前人工湿地的构建趋向于几种湿地类型的组合或某一类型的交替应用，即复合流人工湿地系统，从而达到比单一结构处理效果更为优越的目的。崔玉波等利用两级逆向垂直潜流人工湿地处理污水，发现TP的去除率达到了97%以上[16]；黄娟等采用三段式潜流湿地的研究发现，由于改善了湿地供氧情况，COD、氨氮和TN的最高去除率分别达到了92%、70%和56%，优于传统水平流湿地[17]。近些年来，人工湿地在我国应用实例较多，如在将人工湿地系统与景观建设结合方面，有成都活水公园这样的典型实例。成都府南河活水公园是世界上第一座集污水净化、城市景观及环境教育于一体的人工湿地活水公园，它的出现极具示范意义，为今后人工湿地的推广、应用提供了新思路。

3.2 蚯蚓生态滤池

蚯蚓生态滤池是利用在滤床中建立的人工生态系统，对污水中的污染物质通过蚯蚓和其他微生物的协同作用进行处理和转化。以蚯蚓为代表的微型生物在该系统扮演着“清道夫”的角色，这些微型生物对污水污染物质进行吞噬、分解，从而达到对污水净化的目的[18]。该工艺可以高效、低能耗地去除污水中的污染物质（CODCr去除率83%～88%，BOD5去除率高达91%～96%，SS去除率可达85%～92%[19]），几乎没有剩余污泥排放，是一种绿色环保的污水处理工艺。

蚯蚓生态滤池以其显著特点得到科研工作者的关注。杨键等[20]将蚯蚓生物滤池与活性污泥法的处理工艺环境影响和技术经济指标进行了比较，指出蚯蚓生物滤池优于活性污泥法。蚯蚓生态滤池已在我国成功地进行了中型试验和生产性规模的应用，并且出现了一些与其他工艺结合的改进型工艺。比如：由南京大学自主研发出塔式蚯蚓生态滤池，试验出水水质指标可以达到《GB8978-1996国家污水排放标准》要求[21]，该工艺在江苏的几个技术示范点取得良好的应用效果，预计很快会在江苏得到大面积推广；同济大学研发的厌氧水解—高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池组合工艺对上海城市合流污水进行处理试验，系统稳定运行了约1年，出水各项指标均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准的要求[22]。

3.3 生物浮岛技术

如前所述，流经城镇的河段以及其它水体普遍受到污染，水体富营养程度严重，加剧了周边生态环境的恶化，也给城镇水污染治理工作带来困难。目前国内外已出现多种净化富营养化水体的处理技术，如生物浮岛技术、人工水草净化技术。

生物浮岛也称人工浮岛技术，这种技术模仿植物自然生长规律，在水面上设置浮体，将一些喜水植物种植于浮体上，利用植物的根部吸附和吸收作用，将水中的氮、磷等污染成分去除，从而达到净化水质的效果，同时又可营造水上景观[23]。生物浮岛技术对富营养化的河流、湖泊有明显净化作用，可削减富营养化水体中50%左右的COD值，对水体中的TN、TP去除效果好，并且可以为水生生物的自然恢复、生存和繁衍营造良好的水环境条件[24]。生物浮岛技术具有投入费用低、治理效果好、对周围环境影响小、应用灵活方便、适应范围广等特点。生物浮岛技术因其独特优势和可操作性，为治理城镇水污染提供了一条有效途径。

3.4 人工水草净化技术

人工水草是美国研制成功的一种有着水草形状的人造聚合物[25]，它比天然水草表面积大得多。人工水草铺设在富营养化水体中，形成一个高比表面的生物附着环境，在促使各种有益微生物生长的同时能抑制有害微生物生长，使不同等级的水生动植物在此环境下形成食物链。最终水中的有机物通过这个食物链被吸收转化为无害物质或被综合利用，使水体得到净化。据已有数据，人工水草净化技术对水体中的TN、TP的去除率为20%～40%，叶绿素可降低50%左右，水体透明度增加0.5m～1.2m。该技术为纯生态方法，具有投入费用低，易操作，且效果持久等特点，使其成为治理富营养化水体的有效手段。目前，我国广州、中山、湖州等地已有人工水草净化技术的应用实例。

4 结论

我国城镇迫切需要经济、高效、节能、技术先进而可靠的水污染治理工艺和技术。虽然我国的城镇污水处理工艺研究已取得了长足进步，但对一些工艺的净水机理、反应动力学原理了解还不够深入，新技术、新工艺的创新水平不够理想，这些不足需要在以后的研究工作中加以完善。SBR工艺和氧化沟工艺通过在我国多年的研究与应用，被证明是行之有效的水污染控制技术，将继续在我国城镇水污染治理工作中发挥重要作用。

目前，国内外对运用各种生态工程技术治理污染水体的研究较多，并且取得了较好的效果。但在实际的水污染治理工作中采用的生态技术手段还比较单一，推广应用的范围也比较小。人工湿地与蚯蚓生态滤池等技术在我国兴起的时间还比较短，在应用与推广中还有一些问题需要考虑和解决。如，目前人工湿地与蚯蚓生态滤池进行的多是中试和生产性实验，规模较小，今后主要的问题是工艺参数的设定，运行参数的采集，以及各地的适应性试验。

展望未来，环境友好型和可持续发展型的污水处理工艺将是今后国内外研究发展的重点。其中，人工湿地生态系统和生物浮岛等技术正是在这一理念下发展起来的绿色、环保污水处理工艺的典范，他们特别适合经济欠发达或污水处理规模较小的城镇优先考虑采用。可以预见，人工湿地、蚯蚓生态滤池等新兴技术与其他工艺相结合，形成优势互补的综合污水处理系统是今后的发展方向。

[1]刘东，周先桃，杨世奎.我国城镇污水处理技术评述[J].西南民族学院学报，2002，28(3)：303-306.

[2]郑兴灿.城镇污水处理与再生利用[J].水科技，2007，11：42-43.

[3]周益昕.小城镇污水处理技术与设施建设运行管理.水科技[J]，2006，24：60-61.

[4]辛青，黄种买，陆其林.我国中小城镇污水处理适用工艺综述[J].节能环保技术，2004，9：23-25.

[5]周雹，谭振江.中、小型城市污水处理厂的优选工艺[J].中国给水排水，2000，16(10)：21-24.

[6]齐崎，吴赳赳.浅论我国小城镇污水处理工艺选择.建设论坛，2007，7：38-41.

[7]沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术理论与应用[M].中国环境科学出版社，1999：515-518.

[8]陈学群，俞爱媚，等.Carrousel氧化沟技术演变规律的探究[J].给水排水，2002，28 (2)：19-21.

[9]杨星宇，孟凡丽.新一代一体化氧化沟处理城镇污水技术研究[J].环保科技，2008，4(14)：42-46.

[10]张维.新一代一体化氧化沟工艺脱氮除磷机理及特点[J].环保科技，2007，13(4)：7-9.

[11]俞廷康，杨健.城镇污水最佳适用技术新进展[J].环境污染治理技术与设备，2000，1(5)：54-60.

[12]沈耀良.新型废水处理技术-人工湿地[J].污染防治技术，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，张绍修，肖再亮.人工湿地在污水处理中的应用[J].西南给排水，2008，30(2)：7-10.

[16]崔玉波，余丹，朱宝英.两级逆向垂直潜流人工湿地去除营养物的性能研究[J].中国给水排水，2007，23(15)：8-12.

[17]黄娟，王世和，鄢璐.三段式潜流湿地污水净化效果[J].水处理技术，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]杨健，施鼎方.城镇污水处理绿色技术及其进展[J].环境污染与防治，2001，23(2)：107-110.

[20]杨键，杨健，娄山杰.一种新型环境友好污水处理工艺-蚯蚓生态滤池[J].中国资源综合利用，2008，26(1)：16-19.

[21]上海城市水环境质量改善技术与综合示范项目组.厌氧水解-高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池组合处理工艺研究报告.北京：中华人民共和国科学技术部，国家高技术研究发展863计划专项(编号：2003AA601020)，2005.

[22]国家环境保护局科技司.城市污水土地处理技术指南[M].北京：中国环境科学出版社，1997.

[23]井艳文，胡秀琳，许志兰，等.利用生物浮岛技术进行水体修复研究与示范[J].北京水利，2003(6)：20-22.

[24]陈荷生，宋祥甫，邹国燕.用生态浮床技术治理污染水体[J].中国水利，2005(5)：50-53.

[25]林武，陈敏，罗建中，等.生态工程技术治理污染水体的研究进展[J].广东化工，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