关于城镇污水分散处理技术的探讨

蔡磊 中交二航局广州分公司

1.引言

近些年，国家加大了对城镇污水治理的投资力度，如推行城镇管网优化改造和污水处理厂扩容升级等，对汇集到下游的污水进行集中处理，城镇的水污染问题得到了有效控制。而在一些发达国家提出的以分散式处理为主导的城镇治污理念也有许多成功案例，国外的成功经验对我国在城镇治污举措上如何实施精准打击有很大的启示借鉴作用。

2.分散式处理概念

目前,我国城镇主要是以集中处理的方式对污水进行处理，即利用相应设备设施将污水以重力流或压力流方式输送到城市污水厂进行集中处理。污水分散式处理相对于集中式而言，是将污水处理工作前置化，在流经途中针对性地分而治之的一种处理方式，治理达标后即可就近补给水体或回用。

城镇老城区的排水管道错接滥接、合流制溢流污染及雨水面源污染等问题，造成城市污水处理负荷大，水污染严重。我国对现有排水系统改造不能完全做到雨污分流，所以催生了新型合流制排水系统，通过在流经途中设置调蓄池、一体化污水处理设备或人工湿地等，采用分散式处理技术实现就近处理。分散式处理方式具有适应性好，针对性强，投资省，富有弹性的特点，在现阶段的城镇污水处理设计及施工中应用得越来越广泛。

3.工程概况

中山市（中心城区10条河涌）黑臭水体整治提升工程EPC+O（以下简称“本项目工程”）项目。主要对中心城区10条黑臭水体进行整治，整治河涌累计全长共23.8km。

本项目工程是在原有的雨污合流排水体制下对黑臭水体进行整治，采用源头控制与末端控制、点源污染控制与面源污染控制相结合的新型合流制排水系统，主要内容包括：

（1）对之前的污水直排口进行污水截流，沿河新建污水干管以优化市政排水管网的路由；

（2）新增智能截污井，通过信息自动化监测控制系统实现晴天截污，雨天防汛排涝功能；

（3）分别在位于城市中心人口密集及工产业集中的区域增设调蓄池、提升泵站、一体化污水分散处理设备以及在满足条件的水体附近新建人工湿地。

4.分散式处理技术

分散式处理技术和集中式处理技术都采用的是污水处理工艺，技术处理的范围和规模有所不同。分散式处理技术按照工作原理可分为物理技术、化学技术、生物技术。随着污水处理技术不断地发展，一些高新技术也广泛得到运用，诸如：

超临界水氧化是水在高温高压状态下变成特殊流体能完全溶解有机物和可燃气体，并在该状态下发生均相燃烧的一种污水处理技术，有机物快速分解为CO、HO，并释放出大量热能。

电化学是利用电极和离子交换膜，将污水通电电解后对有机物和重金属离子等其他不利成分进行强制氧化还原反应，使有机物分解和重金属析出的一种污水处理技术。

光电催化是半导体（TO）通过光能作用产生电子与空穴分离，然后附着到水分子、有机物及其他物质的表面，利用电子的强还原性和空穴的强氧化性使有机物分解为CO、HO，重金属离子得到电子后被还原析出的一种污水处理技术。

超声空化是超声波进入水介质通过机械振动作用中形成微泡核，同时在超声波的热机制、空化机制作用下，经过膨胀、收缩、崩溃促发有机物分子断链发生氧化还原的一种污水处理技术。

污水分散式处理应综合考虑污水性质、处理规模、地域特点及地方政策等因素，并满足经济适用，稳定可靠，便于运维的要求，选择单一或组合的方式进行处理。

4.1 一体化分散式处理设施

一体化分散式处理设施，由两套独立的两级强化处理系统构成，并列平行布置在调蓄池盖板上，设计总处理规模为雨季12000m/d、旱季6000m/d。该设备是集物理、化学，生物技术一体的智能化污水污泥处理设备。对截流进入调蓄池的污水进行两级强化处理，运用自动化监测手段将处理达标的污水排放到河涌以补给景观用水，处理产生的污泥经浓缩脱水制成泥饼后备以资源化利用。

4.1.1 一体化处理设施工艺流程

污水进入调蓄池后经过格栅拦截去除较大颗粒杂质。调蓄池内设智能喷射器，当调蓄池处于低水位时可进行冲洗，当调蓄池处于高水位时可进行搅拌防止池底污泥板结。调蓄池内污水经提升泵压入一级强化处理池进行初次处理后，从位于一级池内顶部的溢流孔重力流入二级生化处理池底部的进水口，再次进行强化处理。在雨天时节的雨水及一级强化池内的上清液通过自动化监测控制系统，对达标水可从超越管排入河涌以补给景观用水。处理过程中产生的活性污泥一部分回流，过量污泥通过污泥泵输送到污泥间制成泥饼，备以资源化利用。具体的工艺流程如图1。

图1 一体化分散处理设施工艺流程

4.1.2 一体化设施处理技术

一级进水强化处理设备主要由设备池体、快混搅拌机、提升搅拌机、中心传动刮泥机等部分组成。

在一级强化池内污水进口处添加化学药剂（PAC、PA M按比例掺配），通过提升搅拌机和快混搅拌机的同时作用能加快絮凝沉淀。在蜂窝斜管填料的初沉池中，斜管填料不仅具有层流状态好的特点能使沉淀颗粒不受紊流影响，还能为微生物提供附着载体，形成生物膜后可降解有机物。池底内部设置有中心传动刮泥机，池体外部设有活性污泥回流管以补充附着在斜管填料上意外脱落流失的生物群，多余的活性污泥经刮除后通过污泥泵输送到污泥间中进行浓缩处理。

二级强化处理采用的是C A F生化处理工艺，主要设备由设备池体、曝气系统、加药（NaCO）系统、生物填料等部分组成。

CAF生化处理工艺属于“生物膜法”污水处理技术的一种，利用生物膜反应器能对氨氮及磷、油脂和重金属元素的去除有很好的作用。在二级强化池内，在生物滤池中的上部空间悬挂布置组合式的雪花状生物填料，能为微生物附着提供良好的载体以形成生物膜，池体下部设置有空穴气浮机的曝气装置。工艺流程是将进入二级强化池内的污水通过有空穴气浮机的曝气段，形成螺旋上升的微气泡群，污水与附着在生物填料上的微生物在填料棱切割气泡的作用下充分接触氧化。曝气作用能激活微生物活性利于有机物的好氧分解和污水脱氮的硝化反应。间歇曝气作用能在生物填料上由内到外形成厌氧菌、兼性菌及好氧菌的微生物膜。在曝气间歇期，可实现厌氧、兼性微生物在厌氧和缺氧状态下的有机物分解和污水脱氮反硝化。加入NaCO化学药剂提供了有氧状态下的氨氮亚硝化反应的碳源，并能通过调节池内碱度和控制曝气时间，以平衡抑制池内硝酸菌的生成，保证生物膜反应器停留在亚硝化状态，从而实现氨氮亚硝化状态下的短程反硝化反应，可提高除氨氮的效率。

CAF生化处理技术特点是操作简单、自动化程度高、效率高去除率强、配套完整占地小，可省去二沉池的设置，节省了投资。

4.1.3 一体化处理设施运行效果

一体化分散式处理设施经两级处理后，水质检测结果如表1所示。

表1 一体化分散式处理设施污水指标检验

污水各项指标满足设计要求的城市污水排放一级A标准。一体化分散处理设施的应用对集中式处理的污水厂减轻了运行负荷，节约了处理成本，实现了污水回用补给河涌水体。尤其是使用在城市中心污水集中区域，经济效益会更好。

4.2 人工湿地

本项目工程在市中心的河涌水质较差的区段为提升水质共设置8块人工湿地，分别布置在现有废弃池塘和附近空地处。采用的是垂直流人工湿地，包括进水区、处理区以及出水区三个部分，湿地池采用模块化人工湿地，湿地四周和底部设置防水层，湿地池内放置不同的填料，湿地处理池上方种植草坪和树木。河涌水被提升的河水通过灌溉渠道引入人工湿地后，水流在垂直下渗和穿越植被的过程中，利用水生态和微生物群通过复杂的物理、生物、化学作用对河水进行深度处理，净化完成的水补给景观水体。

人工湿地生态系统可持续去除氮磷，不仅可以节省投资，减少运行成本，同时保证了整个处理系统的运行稳定，使出水COD、TN、TP等全面达标。湿地设计最大处理流量为300m/d，表面水力负荷2m/d，有机负荷28g/(m·d)，水力停留时间0.5d。人工湿地设计进水水质应经预处理后按不高于一级排放A标准考虑，设计出水水质要求达到地表水环境质量标准的Ⅲ～Ⅴ类水标准。

4.2.1 人工湿地处理技术

人工湿地可通过基质、水体，湿地植物和微生物之间一系列复杂的物理、化学和生物作用，通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物转化等途径实现对污水中的SS、有机物和氮磷等污染物的去除。

基质层为水生植物提供了生长环境，也是微生物生长附着的载体。基质层采用砂土和砾石，粒径从上到下逐渐增大，水在粒料类基质层中从上到下能形成渗透通道，同时反滤作用防止了土壤和填料的流失。在基质的填料缝隙为微生物生长提供了场所，按水流循环周期能形成好氧菌，兼性菌，厌氧菌的微生物群落，为有机物，氮磷，重金属等不利成分的吸附和去除提供了保证条件。

湿地植物构成一个过滤带能很好地去除水中悬浮物质，也是微生物生长的良好载体。

水体层由水生植物，鱼、虾、蟹，微生物群落等动物构成了庞大的湿地生态系统，能持续有效降解有机物，吸附重金属元素和脱氮除磷。

水生植物的作用是人工湿地去除污染物的主要机理，其作用包括：

（1）对微生物生长提供了载体形成生物膜；

（2）水生植物的光合作用能把氧气输送到根部由远及近可形成厌氧菌、兼性菌及好氧菌，能对有机物和氮磷等营养化合物进行分解和合成代谢；

（3）水生植物在气候比较寒冷的时候有保温作用，缓解了湿地处理率下降的问题。

4.2.2 人工湿地运行效果

人工湿地技术对预处理的进水水质进行处理后，水质检测结果如表2所示。

表2 人工湿地分散式处理污水指标检验

污水各项指标满足设计到达设计要求的Ⅳ类水体水质标准。人工湿地分散处理技术对河涌的水质提升效果明显，在水生态平衡良性循环的发展下水质会持续提升。该技术不需要化学药剂和能源的辅助，具有投资省，运行费低，方便可靠，节能减排的特点，还能将治污工程与周围环境融合成城市绿色风景线，发挥出了很好的经济社会效益。

5.结束语

调蓄池的设置可根据气候变化对合流体制下的城市污水进行自动调节，一体化分散处理设备的应用大大减轻了污水处理厂的运行负荷，缓解了城市管网内的污水居高不下的现状，并实现了水资源利用。人工湿地技术可促进河涌水体良性循环健康发展，智能截污井通过智慧水务监测系统可发挥防涝减灾，污染物减轻的功能效益。

综上所述，分散式处理方法对现有排水体制下的污水整治和水环境提升有很高的整合度和适应性，通过信息化和集约化的运维管理大大降低了运营成本，社会经济效益显著。当然还要根据社会发展需求、城市规划设计、生活水平状况，通过加强数据统计，搜集经验资料，深度优化设计方案，合理确定经济技术指标，科学拟定工艺组合形式，准确评价项目综合效益，才能保证我国水环境治理的技术水平全面发展。