适宜于小城镇生活污水处理的生态塘组合处理工艺 7页

适宜于小城镇生活污水处理的生态塘组合处理工艺时间：2008-06-16来源：南京市环境保护科学研究院作者：卜现亭资料来源：南京市环境保护科学研究院摘　　要：通过对小城镇战略定位及污水处理重要性和紧迫性的论述，指出我国小城镇污水处理的现状及压力，分析了适宜于小城镇污水处理的生态塘组合处理工艺作为一项高效实用的环保技术的优势和发展趋势，并通过生态塘湿地系统在南京汤泉镇污水处理中的应用实例分析，对构建生态塘系统的关键设计参数及其工艺特点作了重点介绍，为小城镇生态保护与建设污水处理厂提供技术支撑和示范样板。Abstract：关键字：小城镇；污水处理；生态塘；水生植物 1．小城镇的重要战略意义   近年来，随着我国国民经济的不断发展和国家政策的导向，大力加强小城镇的建设和发展已成为今后一段时期城市化发展的目标之一。党的十五届三中全会的报告中指出：“发展小城镇，是带动农村经济和社会发展的一个大战略。”大力推进小城镇建设，是我国广大农村经济和社会快速发展的必然结果，也是进一步调整农村产业结构，推动社会发展，提高农村的城市化和现代化水平的需要，以小城镇为中心的农村市场中心建设是促进农村地区发展的重要潜在力量。小城镇发展在我国区域经济活动和城市化过程中扮演着特殊重要的角色。当前城镇化发展的主要特征之一是农村建制镇数量多，密度大，镇域范围小。根据《2006年村镇建设统计公报》，全国有建制镇19369个，乡16395个，总人口8.89亿，据预测，到2010年全国建制镇达到2.5-3万个[1]。随着社会主义新农村建设的发展，国家在十一五计划中已将“促进城镇化健康发展”作为一项重大任务来实施，小城镇已由原来的大问题，逐步发展成为大战略大前途，有着十分重要的战略意义[2]。2.小城镇污水处理的重要性和紧迫性2.1水环境问题已成为制约小城镇发展的瓶颈\n   近年来，随着小城镇建设的迅猛发展，小城镇建成的面积不断扩大，乡镇企业迅速发展，城镇人口不断集中，城镇污水排放量也不断增加。绝大多数小城镇没有排水和污水处理设施，造成了严重的水环境污染，加剧了我国水资源短缺。据估计，到2010年，我国城市生活污水排放总量为1050亿m3时，其中村镇污水排放量可达270亿m3[3]。然而，国家体改委的调查资料显示，小城镇废水处理率仅为27%，非城关镇的小城镇废水处理率标准大大低于城市和城关镇的水平，如果按照国际通用标准，其废水处理率接近于零[4]。由于过去“重建设，轻环保”的旧观念，小城镇基础设施建设远远落后于小城镇建设的发展。许多小城镇缺乏必要的污水收集系统和污水处理设施，污水乱流，这不仅造成资源浪费和小城镇本身的环境污染日益恶化，严重影响了小城镇居民的生存环境，而且也制约了小城镇的经济发展。因此，必须加快小城镇污水处理设施建设，以确保小城镇的可持续发展。2.2保护流域生态环境的需要随着国家经济的迅速发展，农村地区逐渐富裕起来，我国东部、东南部经济较发达的农村地区自来水管道已入村入户，城镇化进程日益加快。随着人民生活水平的提高，农村地区用水量也随之加大，使得生活污水的排放量也随之骤增。农村生活污水由于氮磷含量较高，是导致河流和湖泊富营养化的主要因素之一。有关资料显示，太湖流域有不同规模的污水处理厂7座，而该流域内的小城镇就达978个。由于污水处理设施建设的滞后，大量没有经过处理的生活污水直接排入农村的小河道，最终进入湖泊等受纳水体。据统计，农村生活源和农业面源占我国太湖主要污染物氨氮排放总量的77%，占总磷排放总量的66%[5]。陈能汪、张路平等人[6]通过对福建省九龙江流域汇水点定点监测分析，发现农村生活污水总氮、氨氮、总磷等各项水质指标浓度均很高，其浓度变化基本反映了居民的生活方式及作息规律；农村生活污水污染人均年排放量为总氮1.562kg/a，总磷0.153kg/a；九龙江全流域年排放量为总氮5920t/a、总磷578t/a，分别占农业非点源污染排放总量的28%，25%；经济发达，人口集中的沿江两岸地区的氮、磷排放负荷较大。小城镇的水环境污染状况相当严重，水资源污染状况与该小城镇所在流域情况大体相当。因此，为了实现对面源污染的有效控制，遏制水环境富营养化趋势，对小城镇生活污水治理己迫在眉睫。   \n如果只注重大中城市污水处理工程的，而忽视数量多、分布广的小城镇的污水治理。其结果必然是达不到区域污染防治的预期目标，必将造成严重后果。2005年，国家环保总局全面启动全国重点流域水污染防治“十一五”规划编制工作．中国环境规划院在《重点流域水污染防治“十一五”规划编制的基本思路》中提出，到2010年，全国设市城市和建制镇污水处理率必须达到60%[7]。因此，小城镇污水处理厂将会越来越多，其数量将超过大中型污水处理厂．小城镇污水治理是继大中城市污水治理之后的一个新的战略目标，有着十分重要的战略意义。3.小城镇污水处理特点及处理工艺技术选择3.1小城镇污水处理的特点（1）人口少，用水量标准较低，污水处理规模小，污水排放量大都在2000～20000m3/d的规模范围内，其中生活污水量占50%以上，产业结构存在区域特定差异、受雨季影响及用水量时变化系数较大等特点，因此在量与质上都不够均匀和稳定。（2）小城镇的生活水平也决定了污水的组成成分，如污水中悬浮物浓度较高，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[8]。（3）经济发展水平偏低，经济承受能力弱，可供选择的适用技术少。（4）维护管理技术人员及运行管理经验严重缺乏等[9]。3.2适宜小城镇污水处理工艺技术要求   针对小城镇污水处理的特点，一般来说小城镇的污水处理工艺技术应能满足以下条件：（1）处理工艺应具有较强的适应冲击负荷的能力。因为小城镇污水量昼夜变化大，加上含有乡镇企业的工业废水，从而水质波动较大。（2\n）要求管理简单、运行稳定、维修方便。这对于小城镇尤为重要，因为小城镇往往技术力量比较薄弱。（3）在工艺技术选择时，不单纯按COD，SS等综合性污染指标作为工艺选择的根据，而必须考虑小城镇污水处理厂进水水质特征和排水的环境安全性。（4）基建投资和运行费用低。   投资省、运行费用省、工艺流程简单、处理效果好、运行管理简便的工艺始终是国内外污水处理界所致力于研究与寻求的方向。对于小城镇污水处理，这样的需求更加突出[10]。4.生态塘组合处理工艺4.1生态塘组成及功能   生态塘是以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生作物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能的推动下，通过生态塘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[11][12]。最后不仅去除污染，而且以水生作物、水产的形式作为资源回收，净化的污水也作为再生水资源予以回收利用，使污水处理与利用结合起来，实现污水的资源化。大型水生植物在水污染治理中可以发挥多种作用：通过自身生长代谢可以大量吸收氮磷等水体中的营养物质，而其中一些种类还可以富集不同类型的重金属或吸收降解某些有机污染物；通过促进微生物的新陈代谢，将水中的大部分可生物降解有机物；通过抑制低等藻类的生长控制富营养化。   目前，生态塘的处理工艺正在向着正规化、系统化、资源化、生态化、美学化的方向发展[13]。筛选、培育高效水生净化植物，组合曝气、水生植物、水产养殖等多个生物处理单元的综合功能，营建生化一体化的水生动植物的复合生态体系，将成为生态塘处理工艺的发展方向[14]。4.2生态塘组合处理系统工艺特点\n（1）运用组合增效的原理在生态塘工艺的基础上发展起来的组合工艺将物理措施与生物措施组合起来，更好的强化了稳定塘原来的优点，改进了其缺点。采用的短时快速好氧降解将有机污质转化为速效养分供湿地植物生长，这一组合既成倍地缩短了生化反应的水力停留时间，同时由于有效地降低了有机负荷，也成倍地减少了生态塘的面积。（2）适合不同的处理规模，基建费用低廉。生态塘系统没有复杂的机械设备，工程十分简易，整个系统的基建费用只有常规处理方法的1/2或1/3。（3）出水水质稳定，回用领域广。生态塘处理的出水一般可以达到二级排放标准，如果设计了脱氮除磷的功能，出水甚至可以达到三级排放标准。（4）材料来源广，就近可得。生态塘系统不需要任何材料，动植物均为土著种类。（5）运行费用低。生态塘系统无需额外动力，运行费用只有常规工艺的10%～50%。（6）管理十分简单，维护容易。设计良好的小型污水生态塘系统几乎不用管理与维护。生态塘处理系统具有基建投资省，运行费用低，运行管理维护方便，运行稳定可靠等优点，是实现小城镇生态环境综合治理的有效工艺。如小城镇附近有可利用的天然养鱼塘、天然废塘等条件，可考虑采用该处理系统[15]。4.3构建生态塘处理系统的关键技术参数（1）湿地植物的筛选及应用配置   高等水生植物在塘湿地污水处理系统中起着关键性作用。常用的水生植物包括挺水植物、浮叶根生植物、漂浮植物、沉水植物四类，通常选择人工湿地植物时考虑的因素主要包括：生态适应能力、耐污能力强、根系的发达程度、经济价值和景观效果、生态安全性等。高等水生植物的优化配置对于提高污水处理效率有重要的意义，从植物类型、去污特点、群落特性、植物对养分的需求以及景观美学价值等方面合理配置水生植物群落，使得该系统具有更高的氮和磷的去除效率，避免了季节性的功能下降或功能单一。\n（2）提高在低温环境中植物修复效率   对比寒冷季节生长的水生植物品种去除氮磷的效果，进一步提高在低温环境中植物修复效率，从而解决植物修复的周年循环问题，是污染水体植物修复过程中必须解决的重要问题。筛选耐寒水生植物并与喜温水生植物合理搭配，从而建立一个完整的水生植物净化水体的体系，避免因季节的变化导致水体水质出现明显波动。（3）合理优化配置不同工艺组合运行参数   根据全年进水特征，植物生长状况和和单元工艺特性合理分配两段污染物负荷，调节单元工况参数，优化组合两段工艺，达到生物处理段灵活、高效性和生态处理段低耗、稳定性的最佳结合。比如在秋冬季节植物老化枯萎的情况下，通过适当延长好氧段硝化时间，可抵消水温降低对硝化造成的抑制等，进一步保障污水处理系统高效稳定运行。5.生态塘湿地系统应用实例分析      2006年6月建成投产运行的江苏省南京市汤泉镇生活污水处理厂采用的就是塘湿地生态处理系统，其设计处理量为3000m3/d。开发了生物接触氧化-水生植物塘组合工艺，该工艺造价低，运行费用低，维护管理简便，并在汤泉镇生活污水处理厂得到成功应用，根据实际测算，该污水处理系统基建投资为每吨水235元，运行费用为0.16元每吨。江苏省南京市汤泉镇的生活污水塘湿地生态处理系统平面布置见图1，该系统在原有的四个废弃鱼塘的基础上稍加改造而成，主要处理设施由污水调节塘、接触氧化塘、水生植物净化塘串联而成，运用组合增效原理建立以水生植物净化为核心技术辅以人工强化的塘湿地生态净化系统。同时由于根据环境条件和群落特性，合理配置水生植物群落，使得该系统具有更高的氮和磷的去除效率，避免了季节性的功能下降或功能单一。该系统化学耗氧量去除率为87.8%、氨氮去除率为96.2%、总磷去除率为97.9%。表明该生态塘组合系统可以促进废水中植物营养素的循环，构成了一个完整的水生生态系统，是一项低投资、低能耗、低运行费、氮、磷去除率高的治理工程技术，具有较好的经济效益和生态效益，是适合于小城镇的污水处理有效工艺，具有着广阔的应用前景。\n6.结语   我国近年来特别是进入“十一五”以来，把环境保护和生态治理工作作为一项长期的战略任务放在突出重要的位置来抓而在广大的农因而加强农村和小城镇村和小城镇污水处理工作还处在起步阶段，污水处理工作日趋重要和紧迫，污水处理工艺技术的选择是污水处理厂建设的关键，处理工艺技术选择是否得当，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。采用生态塘组合处理工艺适合我国农村和小城镇的自然分布状况和经济发展水平符合当前我国国情，因此具有广阔的应用前景。