A Review of Small Wastewater Treatment Processes and Their Application

Abstract:At present，as economical and efficient water pollution controlling measures，small wastewater treatment systems are quitely important and need more concern.This paper focuses on some different processes and also puts forward the authors' viewpoints on application of small wastewater treatment systems.

Keywords:Small wastewater treatment plant，Treatment process，Process selection，Maintenance and management

一、總論

我國《水污染防治法》第19條規(guī)定：“城市污水應當集中處理”。但隨著小城鎮(zhèn)和農村的發(fā)展，小型污水處理也提到議程上來。在歐洲和北美有20-30%的人口利用小型污水處理系統(tǒng)[1]，而我國有80%的人口分布在農村，城市郊區(qū)也有很多城市管網難以延伸到的地方，在人口密度較低的城鎮(zhèn)地區(qū)，下水道使用效率較低的地方，發(fā)展小型污水處理更具現實意義。

1、小型污水處理廠規(guī)模

對于小型污水處理廠規(guī)模的規(guī)模劃分，不同國家和地區(qū)有不同的標準。在歐洲國家一般認為服務于小區(qū)、賓館等日處理能力在100-2000人口當量污水的處理廠為小型污水處理廠[2]。我國和臺灣地區(qū)則認為小型污水處理廠的規(guī)模應在10000人口當量以下或4000m3/d以下。理所當然，服務于單戶家庭、單體建筑物、社區(qū)等分散地區(qū)的污水處理設施應屬于小型污水處理范疇。

2、國內建設小型污水處理廠的必要性

2000年5月29日，建設部、國家環(huán)保總局、科技部聯合頒布了《城市污水處理及污染防治技術政策》提出我國近期污水處理的目標：2010年全國設市城市和建制鎮(zhèn)污水平均處理率不低于50%，設市城市的污水處理率不低于60%，重點城市污水處理率不低于70%，并規(guī)定對不能納入城市污水收集系統(tǒng)的居民區(qū)、旅游景點、度假村、療養(yǎng)院、機場、鐵路車站、經濟開發(fā)區(qū)等分散的人群聚居地排放的污水和獨立工礦區(qū)的工業(yè)廢水應就地處理達標排放。這就為我國的水污染治理工作，也為廣大環(huán)保工作者提出了更高要求。

下水道系統(tǒng)是制約我國污水治理的關鍵。迄至1992年，我國城市排水管網普及率約為60%，發(fā)達國家如英國等早已達到90%以上[3]，并且我國已建成的排水系統(tǒng)多數已超過服務年限，容量嚴重不足。由于城市排水體制不合理，排水管網不配套，排水溝道不完善，許多已建成污水處理廠不能滿負荷運轉。而在我國大部分農村地區(qū)基本沒有下水道系統(tǒng)及污水處理措施。在水污染亟待改善的今天，建設小型污水處理廠，對不能納入城市集中管網的分散污水進行處理，投資省、建設快，不僅可以有效地控制點源污染，還能較容易地實現污水的資源化。

3、小型污水處理廠的特點

小型污水處理廠除了規(guī)模較小外，還具有如下特點：

(1)入流水質、水量變化大，需要設置調節(jié)池減少沖擊負荷的影響；

(2)操作簡單，維護費用低；

(3)處理效果穩(wěn)定，產泥量少，剩余污泥以回歸自然的處理方法為宜；

(4)較易實現自動化運行；

(5)與環(huán)境協(xié)調性好，大多數情況下尾水能就近排放，可作為地面水體的補充水源。

二、小型污水處理廠設計要求

確定小型污水處理廠的處理規(guī)模時，應考慮長期規(guī)劃，設計年限可選用5-10年。根據實際情況可采取分期建設的辦法。

污水廠集水系統(tǒng)應雨污分流，盡量避免雨水匯入形成較大的水力負荷。但設計流量應考慮雨季雨水滲透的影響。

如果集水區(qū)有小型企業(yè)廢水排入，應搞清廢水的組成和排放規(guī)律，廢水中如含有酸堿等有毒物質，應采取有針對性的處理措施。

對于污水排放具有明顯季節(jié)性或時段性的場所，如旅游景點、夏令營等，污水處理構筑物難以連續(xù)運轉，應選用調試容易、運轉靈活的工藝。

三、小型污水處理的常用工藝

1、化糞池

化糞池處理污水已有一百多年的歷史，經過化糞池處理能夠降低懸浮物含量達70-75%和BOD5的30-35%，但仍難以達到污水綜合排放標準的要求。因此還要經集中污水處理廠處理達標后排放。這樣就造成重復建設投資，而且降低了污水處理廠的效率，現在許多城市規(guī)定新建小區(qū)禁止使用化糞池。

無動力污水處理裝置作為一種改良型的化糞池，正在許多南方城市中推廣使用。該裝置無需動力，運轉靈活[4]。但土建費用較高，運行過程中不能適應水質、水量的波動，也難以保證出水水質，在日本已禁止使用。

2、穩(wěn)定塘

用穩(wěn)定塘處理污水已有一百多年的歷史，但直到二戰(zhàn)后才得以廣泛應用。歐美國家中穩(wěn)定塘特別應用于小型污水處理，美國1983年穩(wěn)定塘數目就達7000座以上，其中90%建在人口少于5000的小城鎮(zhèn)。1986年穩(wěn)定塘被列入我國“七五”攻關課題，穩(wěn)定塘在我國迅速發(fā)展起來[5]。

利用穩(wěn)定塘處理污水可以充分利用地形，基建和維護費用低，并能實現污水的資源化，但占地面積大，處理效果易受氣候影響。我國北方土地多，但氣候寒冷不適合使用；而南方土地資源寶貴，又不利于使用。這使得穩(wěn)定塘在我國一直難以普及。

3、污水的土地處理

污水的土地處理系統(tǒng)有慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地、地下滲濾等形式，經常同氧化塘結合在一起使用。我國在“七五”期間對污水土地處理進行了深入的研究，并編寫了污水土地處理手冊。土地處理系統(tǒng)在我國的應用有沈陽西部城市污水慢速滲濾土地處理系統(tǒng)、北京市昌平縣污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)、天津城市污水濕地處理系統(tǒng)等[6]。

污水灌溉在我國已有很長的歷史，但隨著污水成分的日益復雜和有毒物質的出現，污水灌溉利用的空間越來越小。

人工濕地污水處理技術對小型污水處理具有獨到的優(yōu)越性，可充分利用自然條件，結構簡單，造價和運行費用僅為傳統(tǒng)工藝的1/10-1/2[7]。我國從南向北分布著大量的自然濕地，將這些濕地經過適當的人工處理，發(fā)展人工濕地技術，具有廣闊的空間。

污水土地處理投資省，可以實現污水的資源化。在我國廣大的農村地區(qū)和小城鎮(zhèn)地區(qū)，要將污水土地處理和利用結合起來。

4、活性污泥法

由于小型污水處理廠的水量、水質變化較大，活性污泥法對沖擊負荷又特別敏感，因此規(guī)模太小的污水廠不宜采用活性污泥處理工藝。瑞士東部地區(qū)的127個小型污水處理廠中（<1000人口當量），只有8個利用了活性污泥工藝[8]。挪威環(huán)境污染控制局1987年對現有的小型污水處理廠調查后認為，活性污泥法經常會因沖擊負荷引起污泥流失，運行難以控制。因此建議采用生物膜法處理小型污水，如選用活性污泥法，需要設置單獨的污泥池[9]。

氧化溝和SBR作為活性污泥法的發(fā)展，對小型污水來說難以控制，也很少應用。延時曝氣工藝水力停留時間長，處理成本高。由于經濟發(fā)展水平的限制，在我國也不宜推廣使用。

5、生物膜法

生物濾池在小型污水處理應用不是很多，在我國關于曝氣生物濾池、蚯蚓生物濾池[10]的研究很多，但實際工程應用較少。

生物轉盤技術始于德國，在西方國家得以廣泛應用。瑞士規(guī)模小于1000人口當量的小型污水處理廠近50%采用了生物轉盤技術，英格蘭西北部的29個小型污水處理廠中，有21個利用了生物轉盤[11]。生物轉盤在我國已有應用，濟南市南郊賓館污水處理及回用工程利用了三級和四級轉盤并聯，運轉良好。

新型合成材料的出現，促進了以此作為填料的生物接觸氧化的發(fā)展。生物接觸氧化技術是我國小型污水處理的主要工藝。東莞市珠江花園小區(qū)污水治理工程、鹽城市毓龍小區(qū)污水治理工程、山西省洛安礦物局五陽煤礦工人新村生活污水治理工程以及北京西客站建筑中水工程都利用了生物接觸氧化技術[12]。

四、二次沉淀池

活性污泥法和生物膜法一般都需要設置二次沉淀池，對污水和污泥（或脫落生物膜）進行固液分離。

二次沉淀池的形狀多以圓形為主，其次是矩形。小規(guī)模污水處理廠如果沒有設置沉砂池和初沉池，一般采用周邊驅動或中心驅動刮泥的圓形或正方形沉淀池。

一般污水處理廠的二次沉淀池應設置兩池以上，小型污水處理廠可設置一池，但應另設置污水貯存設施，以便貯存沉淀池設備檢修時不能處理的污水。

五、污水除磷脫氮

治理三湖三河為主的水體污染，控制水體富營養(yǎng)化已成為我國水污染控制的重要目標。我國《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準規(guī)定氨氮15mg/L，磷酸鹽0.5 mg/L，在水源保護區(qū)等重點區(qū)域，污水處理應增加除磷脫氮措施。

除磷脫氮有化學法和生物法兩種。混凝除磷較適合小型污水處理廠，通常使用的混凝劑有鋁鹽、鐵鹽和石灰。用石灰除磷時在混凝沉淀與再碳酸化之間設置氨氣吹脫裝置可以除氨。生物除磷脫氮最常用的是A2/O工藝。許多專業(yè)人員在A2/O工藝的基礎上，提出了許多改進工藝。有關研究表明倒置A2/O工藝比常規(guī)A2/O工藝可以取得更好的脫氮除磷效果[13]。

目前小型污水脫氮在工藝上已經能做到，因為投資的限制除磷還難以實現。

六、污泥處理

小型污水處理廠在運行過程中產生污泥的數量約占處理水量的0.5%-2.5%左右。若小型污水處理廠處理水量以1000m3/d估計，則每天產生的污泥量為幾方到幾十立方。盡管污泥量較少，但為保證污水廠正常運轉，必須對污泥進行妥善處理和處置。我國是一個農業(yè)大國，經濟基礎較為薄弱，污泥的最終出路應回歸自然，用于農業(yè)、林業(yè)、綠化等，而小型污水處理更有條件實現這一目標。

一般小型污水處理廠都設置重力濃縮池。經濃縮后的污泥集中到附近大型污水處理廠或污泥塘處理。

孤立而偏僻的小型污水處理廠，其污泥應就近處理，常用的處理方法有：

1、污泥干化床

適用于氣候適宜，冬季不結冰的地區(qū)。干化后的污泥用作農肥或填埋。

2、污泥塘

污泥經長時間靜置沉淀后，上清夜回流至初級處理構筑物，沉積污泥定期清掘后堆肥或填埋。

3、脫水車

污泥吸入脫水車進行混凝和脫水，泥餅由脫水車運走。這種脫水車在瑞典和挪威的小型污水處理廠較常見[14]。

七、小型污水處理廠的應用和維護管理

解決我國的水污染問題要堅持集中處理為主，集中和分散相結合的道路。在建設大中型污水處理廠的同時，也要重視小型污水處理廠的建設，因地制宜選擇小型污水處理工藝。

1、適用地區(qū)

小型污水處理廠對于城市新建小區(qū)、獨立社區(qū)、水源保護區(qū)、漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)、名勝風景區(qū)、小鄉(xiāng)鎮(zhèn)、中小企事業(yè)等分散地區(qū)都可適用。有條件的地方不僅要滿足治污要求，還要考慮回用可能。

2、工藝選用

小型污水處理的不同工藝各有優(yōu)缺點。各個國家分別有不同的主導工藝，但容易控制和管理的工藝如生物轉盤、接觸氧化等，以及經濟實用工藝如穩(wěn)定塘、土地處理等應用較普遍。

在我國已建成的小型污水處理廠中，以生物接觸氧化技術為主。隨著污水處理技術的發(fā)展，各種新的工藝設備層出不窮。筆者認為究竟采用何種工藝要以當地實際條件進行經濟技術比較，不能千篇一律。特別是在我國廣大農村地區(qū)，由于資金和技術水平限制，應充分利用當地條件發(fā)展穩(wěn)定塘和土地處理等系統(tǒng)，將污水處理和利用結合起來，實現污水的資源化。

3、維護管理

小型污水處理廠規(guī)模較小，設備容易實現定型化生產。在設計時應盡量采用自動化設備，減少人員操作。國外如日本、英國等國家，大多對小型污水處理裝置實行自動控制和監(jiān)測，只需要定期派人到現場進行必要的養(yǎng)護工作，極大的降低了人力需求和維護管理費用。因此要做好自動化處理裝置的研制和開發(fā)，實現小型污水處理廠自動化運行和專業(yè)化管理。

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