雄安新区分散村镇污水处理技术探讨

温雪梅　南国英　崔笑颖　李亚楠?滕非

[摘 要]本文介绍了雄安新区（协调区）分散村镇污水处理背景、国内外研究现状，通过分析生物处理（厌氧、兼氧、好氧）和生态处理（土地处理、人工湿地、稳定塘）技术及其组合工艺的优缺点，筛选出缺氧+生物接触氧化+潜流人工湿地（稳定塘）工艺、缺氧+MBBR+潜流人工湿地（稳定塘）工艺。同时提出了适合于雄安新区分散村镇污水处理的推荐污水处理技术路线，希望能为雄安新区建设提供一定的参考价值。

[关键词]雄安新区；分散村镇污水处理；技术路线

[中图分类号]X703 [文献标识码]A

2017年4月1日，中共中央、国务院下发通知，决定设立河北雄安新区，自此雄安新区成为继深圳经济特区和上海浦东新区后又一国家级新区，这是千年大计、国家大事。然而，雄安新区城市水系统面临多重水约束，对城市水系统构建带来挑战。雄安新区及周边水环境污染严重，其中村镇污水未能有效收集处理是造成水环境质量持续下降的主要原因之一，亟须对分散村镇污水处理设备的运行管理、长效机制进行研究。因地制宜、合理可靠地处理村镇污水是雄安新区现阶段的科技需求。

1 雄安新区分散村镇污水处理现状

雄安新区位于北京、天津、保定腹地，包括雄县、容城、安新 3 县及周边部分区域，共辖 29 个乡镇，人口112.7万人，土地总面积1560km2。雄安新区面临多重水约束，入淀河口、江河下游，蓄泄洪区、地势低，城市内涝风险突出，目前城市水资源较为短缺，水环境普遍受到污染，白洋淀水生态退化， 然而城市污水处理厂普遍采用的生化处理技术却对分散村镇污水处理并不适用，由于城市污水处理规模往往很大（日处理规模数十万吨甚至过百万吨），且其运行费用高、管理维护难度大，显然不适合村镇污水处理。且村镇污水排放量小，日变化系数大，污染物成分简单，固体悬浮物浓度较高。因此迫切需要研发适合雄安新区分散村镇污水处理技术，提出适合雄安新区分散村镇污水处理及利用的技术（设备）。

2 国内外对分散村镇污水处理研究现状

关于分散村镇污水处理的研究国外很早就已经开始，日本从1973年开始对农村生活排水进行集中处理。净化槽的发展经历了单独处理净化槽、合并处理净化槽、高度处理净化槽等几个阶段。目前日本的高度处理净化槽技术已经非常成熟，出水效果可以达到BOD5小于10mg/L、TN 小于10mg/L、TP 小于1mg/L 的水平。约66%的人口使用净化槽技术。美国自1972年颁布国内第一个清洁水法后，开始建设农村生活污水处理设施。德国自2003年成立“分散市镇基础设施系统”项目，采用膜生物反应器净化偏远地区村镇生活污水。丹麦1987年颁布分散式生活污水处理指导守则。澳大利亚也提出“菲尔脱”污水处理生态土地利用系统。

国内是从20世纪80年代开始对分散式污水处理技术进行探索和实践。以太湖流域村镇生活污水处理为示范工程，其处理工艺为厌氧水解+跌水充氧接触氧化+折板潜流式人工湿地组合技术”“塔式蚯蚓生态滤池组合技术”及“厌氧发酵+生态土壤+蔬菜种植组合技术”，在脱氮除磷方面取得了良好的效果。另外上海、江苏、浙江、辽宁等地都陆续出台了相应的农村污水治理规定和标准。

3 分散村镇污水处理技术

考虑到农村经济发展水平以及污水排放特征，分散村镇污水处理主要从收集和处理两方面进行，采用技术主要为生物处理+生态污水处理技术。

3.1 生物处理技术

3.1.1 厌氧处理

厌氧生物处理负荷相对较低，停留时间长，占地面积较大，且散发臭味，但无需动力，建设和运行成本较低，维护和管理较方便，因此在污水量较小、污水类型较简单的农村生活污水处理中应用较为普遍。厌氧滤池为农村生活污水处理中经常采用的结构，填料应采用足够的机械强度、不易堵塞的结构。厌氧处理的缺点是对氮磷无去除效果。

3.1.2 缺氧处理

缺氧处理的目的是通过反硝化反应实现脱氮。脱氮处理的关键是碳氮比充足、有足够的反硝化时间、充分的搅拌、溶解氧的控制在 0.5mg/L 等。小型污水处理设施的缺氧单元可填充填料，以提高处理效果。

3.1.3 好氧处理

好氧生物处理负荷相对较高，停留时间较短，占地面积小，内部结构复杂，需动力曝气，建设和运行成本高，维护和管理水平要求高，因此适合对污水处理效果要求高，有较好的管理条件的地区使用。 好氧生物处理包含多种处理工艺，对农村生活污水处理中常用的好氧处理工艺特点分析如下：

（1）生物转盘法处理：处理效率低、臭味大、冬季易结冰、对保温要求高，不大适合北方气候。对重庆、廣西等地的调研中发现使用中存在一些问题，运行可靠性一般。

（2）接触氧化法：占地面积小、抗冲击负荷能力强、无污泥膨胀、维护管理方便、可不设污泥回流、动力消耗少。

（3）流动床生物膜法：安装方便、抗冲击负荷能力强、维护管理方便、可灵活选择不同的填料填充率、可兼顾今后扩大处理规模需求而无需增大池容和占地。

（4）活性污泥法：工艺简单、污泥负荷低、占地面积大、易发生污泥膨胀等。

（5）曝气生物滤池法：处理效果好、需要定期反冲洗、维护管理要求高、运行成本高。

（6）生物膜反应器（MBR）法：污泥负荷高、无需设沉淀池、占地面积小、出水水质好、膜组件易受污染、需定期清洗及更换膜组件。

通过比对分析，考虑到农村生活污水污染物成分简单、污染物负荷较低，选择好氧处理工艺类型时宜选择运行成本低、维护管理方便、适合北方气候特点的处理工艺。推荐的适合雄安新区气候特点及污染物处理需求的好氧生物处理工艺包括生物接触氧化法、流动床生物膜法（MBBR）、膜生物反应器法（MBR）等。

3.2 生态处理技术

3.2.1 土地处理

土地处理是一种人工强化的污水生态工程处理技术，在人工控制条件下，将污水投配到渗透性能良好的土地上，在污水向下渗透的过程中，通过过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列作用，使污水得到净化。其優点是处理效果较好、投资费用低、无能耗、运行费用很低、维护管理简便。其不足是污染负荷低、占地面积大、设计不当容易堵塞、易污染地下水、北方寒冷地区冬季适用性差。

3.2.2 人工湿地

人工湿地技术，通常按水体流动方式分为三类：表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。

表流人工湿地与潜流湿地工艺相比其优点是投资少、操作费用较低；缺点是负荷小、占地面积较大，冬季北方地区表面会结冰，夏季易滋生蚊蝇，散发臭味。表面流人工湿地对悬浮物、有机质的去除效果较好，但对氮磷的去除率偏低，约为 10%～15%。

水平潜流人工湿地水流在地表以下流动，故具有保温性较好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点，是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统。

垂直潜流人工湿地的污水水流方向和床区呈垂直方向。其水流状况综合了表面流和水平潜流人工湿地的特点，污水被投配到床区表面后，淹没整个表面，随后逐步垂直渗流到底部，由底部的集水系统收集后排放。同表面流相比，垂直潜流湿地的氧传递速率较高、净化效率高、土地需求相对较小，因而变得越来越普遍，但由于布水系统覆盖整个表面，基建费用相对较高，故不如水平潜流湿地应用广泛。

3.2.3 稳定塘

稳定塘是经过人工适当修整，设有围堤和防渗层的污水池塘。通过自然净化原理，依靠水生生态系统的物理和生物作用，对塘中污水进行自然处理。稳定塘特点是结构简单、建设费用低、维护管理简单、处理效果受气候影响大、污染负荷较高时会产生臭气和滋生蚊虫。

通过对现有农村生活污水处理设施处理工艺的研究、对比，推荐的适合辽宁北方气候特点及污染物处理需求的好氧生物处理工艺包括生物接触氧化法、流动床生物膜法（MBBR）、膜生物反应器法（MBR）等。 推荐工艺与雄安新区当前的经济、技术发展水平相适应，能够满足现阶段流域水污染控制需求，适合北方的寒冷天气、维护管理方便、符合雄安新区广大农村的实际特点。

4 推荐污水处理技术路线

4.1 缺氧+好氧+生态处理技术路线

4.1.1 缺氧+生物接触氧化+人工湿地（稳定塘）工艺

该工艺适用范围广、处理效果稳定、维护管理方面，适用于小型污水处理装置。

4.1.2 缺氧+MBBR+人工湿地（稳定塘）工艺

该工艺可以通过调整填料的填充率，适应不同的污染负荷，对水质、水量变化适应能力强；无需设置填料支架等，节约建设投资，特别适用于扩建、提标改造工程。

4.2 预处理+厌氧+生态处理技术路线

有农田灌溉等回用需求的地区，宜采用预处理+厌氧+生态处理的技术路线，去除的主要目标污染物为 COD、SS 等。N、P 为农田可利用的营养物质，可资源化利用，处理费用相对较低。因地制宜地选择农村生活污水的处理模式，优先考虑稳定塘、人工湿地等结构简单、造价低、运行费用少并能满足灌溉等污水回用需求的工艺技术。挖潜当地的砂料、石材、植物、坑塘、洼地等自然资源，建造人工湿地、稳定塘等生态处理设施，减少运行费用。充分考虑农村经济基础薄弱，环保技术人员和运行管理专业人员不足的现实情况，设施尽量简单，维护管理方便，运行低成本。

4.2.1 厌氧滤池+跌水曝气+潜流人工湿地工艺

该工艺无需机械曝气、运行费用低、维护管理方便。有条件情况下，平时利用地势进行充氧曝气，冬季停用跌水曝气，生态设施利用地埋管路进水。

4.2.2 三格化粪池+跌水曝气+人工湿地工艺

该工艺利用污水收集系统中的三格化粪池去除 COD、SS，投资省、运行费用低、维护管理方便。有条件情况下，平时利用地势进行充氧曝气，冬季停用跌水曝气，生态设施利用地埋管路进水。但不适用于进水浓度较高的工程。

4.2.3 兼氧MBR工艺

该工艺处理效果好，出水能够满足回用水标准，可实现无人值守下的稳定运行，但需要定期进行药洗，每5年左右需要对膜组件进行更换，成本高。

通过对现有农村生活污水处理设施处理工艺的研究、对比，筛选出缺氧+好氧+生态处理技术路线和预处理+厌氧+生态处理技术路线。推荐技术路线与雄安新区当前的经济、技术发展水平相适应，充分实现低成本、高标准、高目标的建设需求，符合雄安新区广大农村的实际特点。

5 结语

鉴于雄安新区分散村镇污水实际情况，考虑到当地经济、技术发展水平，因地制宜地选择农村生活污水处理模式，通过生物处理（厌氧、缺氧、好氧）和生态处理（土地处理、人工湿地、稳定塘）等工艺技术的优缺点进行比选，筛选出物接触氧化法、流动床生物膜法（MBBR）、膜生物反应器法（MBR）等工艺技术，并提出了适用于雄安新区分散村镇污水处理的技术路线。

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