城市化地区生活污水处理措施初探

罗锦芳,陈广海

(1.珠海市斗门区水资源和水质监测中心，广东 珠海 519100；2.湛江市高远工程咨询有限公司，广东 湛江 524033)

城市化[1](Urbanization)有两层含义，一是农村城市化，二是城市的城市化或者城市现代化，城市化地区是指在城市化过程中，尚未完全进化转变为城市，人口数量、地域特征、价值观念、或者生产生活方式等停留在农村阶段的城市边缘地区。伴随着城市化地区的进程，在经济相对落后、土地资源紧张的情况下，一系列生态环境问题困扰着区域的发展，尤其是收集难、来源多、成分复杂的生活污水，引起了行业工作者的重视[2]。近年来，在城市化地区生活污水处理方面，美国、日本等发达国家，主要采用生物氧化塘、人工湿地和土地处理系统等技术，其中，生态/生物方法逐步成为学者们研究的热点和重点推荐措施。我国相对起步较晚，很多专家学者也积极借鉴国外的先进理念和先进技术，开展了一系列技术研发工作，包括有[3-9]：沼气池处理技术、土地渗滤处理系统、稳定塘处理系统、人工湿地处理系统、蚯蚓生态滤池污水处理技术、生物膜处理技术和组合工艺技术等，工艺方面取得了一些进展，但在实践过程中，这些技术都存在不同程度的不足或局限：① 城市化地区污水规模小且分散，新建污水处理设施条件受限，效率低、成本较高；② 常规技术虽然有很多案例，但大多存在投资及运行费用高、占地面积大、寿命低和管理困难等问题；③ 水体黑臭问题也较难解决。

因此，开展城市化地区生活污水处理措施的研究与分析，总结生活污水治理现状和存在的主要问题，提出相应的污水处理工艺措施，对城市化地区污水处理具有实际意义。

1 生活污水治理现状

1.1 生活污水治理模式

城市化地区人口密度相对稀疏，经济发展和自然环境差异较大，在开展生活污水治理工作中，应分析各地区的地理环境、人口规模、聚集程度、地形地貌、排放标准等，因地制宜，合理采用污水处理工艺和污水治理模式。目前，城市化地区生活污水的治理有以下3种模式。

1) 接入市政管网模式

对于临近污水处理厂或市政污水管网的地区，应该完善污水收集管网，将区域生活污水送入城镇污水处理厂集中处理。该模式处理生活污水运行成本较低，效果有保障，但建设成本较高，适用于距离城区、建制镇的市政污水处理设施较近，经济实力较强、管网铺设条件交成熟的城市边缘地区污水处理。

2) 集中处理模式

对于污水管网没有覆盖区域，且近期未有计划建设污水管网接入城镇集中污水处理系统的单个村庄或者居住集中的零星村庄，可采用自然处理或常规生物处理等工艺形式，将区域生活污水集中收集后，送入就地建设的污水处理设施。随着目前污水处理设备工艺的不断更新优化，该模式具有建设简单，用地面积小，污水处理工艺成熟，出水水质稳定等优点，已被广泛采用。

3) 分散处理模式

还有部分地区收集的生活污水，采用小型污水处理设备、自然处理等工艺形式，按照片区划分进行单独处理。该模式建设成本较低、周期短、污水处理工艺成熟、后期管养简单、适用性强，能因地制宜建设，但也存在出水规模较小，运行管理成本高等问题，适用于地形复杂，污水管网建设成本高的区域。

1.2 常用的污水处理技术

1.2.1厌氧水解技术

厌氧水解技术是在缺氧的环境下，利用厌氧微生物的水解和产酸作用，降解污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物，以减少后续处理过程的能耗和时间。整个过程一般包括水解反应、发酵酸化、产乙酸反应和产甲烷化等阶段。为了提高悬浮物去除效率和去除速率，可将厌氧过程控制在水解和酸化阶段。

生活污水厌氧生物法从20世纪80年代开始研发应用，至今各式微动力、低能耗的一体化污水处理装置已得到广泛应用，但该技术存在一定缺陷，如生物处理效率和氮磷去除率不高，微生物种群易受冲击死亡等。

1.2.2人工湿地技术

人工湿地[10]是20世纪60年代发展起来的一种污水处理技术，主体由土壤和按一定级别充填的填料等组成，并在床表面种植水生植物而构成一个独特的生态系统。按污水在湿地床中流动的方式不同，人工湿地分为3种类型：表面流湿地、水平潜流湿地和垂直潜流湿地。

人工湿地对污水的处理综合了物理、化学和生物3种作用，处理污水途径的主要表现如下。首先是植物发达的根系，直接吸收污水中的氮磷营养成分；其次是植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，进而通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用，去除污水中的氮磷营养盐；同时，填料表面和植物根系形成了大量的生物膜，通过生物膜的吸收、同化及异化作用去除污水中的有机污染物；最后，湿地床填料的定期更换或栽种植物的收割，使污染物从系统中直接去除。

1.2.3生态沟技术

生态沟是一种利用水生植物、微生物和沟渠沉积物组成的微观系统，对污水中的氮、磷和有机物进行截留和吸收，使污水营养盐浓度在流动的过程中逐步递减的水处理技术。该技术对污水处理的过程包括沉积作用、过滤作用、吸附作用、生物降解、硝化和反硝化作用，通过前段设置格栅和初沉池对污水进行预处理，然后在生态沟内放置填料，使微生物在上面挂膜，水面上采用无土栽培技术种植蔬菜或花草，充分吸收水中的营养物质。

生态沟内填料是该技术除污效果的关键，通常情况下，在生态沟内堆填的砂石料粒径由上而下逐渐增大，上部放置细小颗粒的沙子，下部放置大颗粒的沙石，表面种植吸附性植物，将自然渗滤功能和吸收相结合，可以减少污泥的处理成本。此外，在生态沟底部敷设HDPE防渗膜，既可以有效的将系统与地下水或外部土壤隔绝，又能满足污水处理系统功能上的要求，应用性较强。

1.2.4稳定塘技术

稳定塘[11]是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。该技术以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，在水中养殖一些水禽类生物，构建包含生产者、消费者、分解者的简单生态系统，通过塘中生态食物链能量的转化，将污水中有机污染物进行降解和转化。

该技术具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中有机物和病原体，无需污泥处理等优点。对于有可开发利用的水塘、沟渠，可以通过种植水生植物和可控制藻类，能同时实现水环境净化和城市化地区美化的效果。但该技术面临占地面积过大、见效时间较长等局限性。

1.2.5生物接触氧化技术

生物接触氧化是一种好氧生物膜法，由浸没在污水中的填料和曝气系统构成的污水处理方法。该技术通过在氧化池内设置填料和曝气设施，驯化富集菌胶团、丝状菌和真菌等微生物的生物膜，利用微生物新陈代谢的作用下，去除污水中有机污染物。其中，生物膜生长到一定厚度后，微生物由于厌氧而进行厌氧代谢，在曝气冲刷下造成生物膜脱落，并促进生物膜的生长，由此维持运行净化。因生物接触氧化池具有较高的容积负荷，对水质水量的骤变抗冲击能力强，所以该工艺不仅适用于城市化地区污水处理，也广泛用于城市污水处理厂、工业废水处理及饮用水生物预处理。

2 生活污水治理存在的问题

2.1 缺乏科学合理的整体规划

城市化地区规划工作相对滞后，自开展城市化地区生活污水治理以来，一直缺乏统一的排水规划标准，部分地区简单参照城镇排水规划模式，但由于人口、地域等方面的不同，造成规划范围不合理、规划目标不明确、规划设施与城市化地区实际的情况差别较大等问题，导致在实际的工作中不能真正指导城市化地区污水处理设施的建设和管理。

城市化地区污水治理中的管网建设、设施选址与村居规划息息相关，按村居现状建成的设施存在与规划不符而报废的可能性，造成投资浪费。其次，对城市化地区环境治理未能形成共治的局面。城市化地区生活污水治理工作尚未列入新城市化地区建设工作的应有内容，城市化地区相关建设工作未能与城市化地区生活污水治理工作有效结合开展，影响城市化地区生活污水治理成效。

2.2 投资和运行经费短缺

城市化地区污水工程建设投资与后期运营管理维护缺乏可靠的资金来源，这是制约城市化地区生活污水治理核心问题之一。城市化地区地域广阔、经济发展不平衡，大部分乡镇政府收入较少，靠自筹资金建设污水治理工程难度较大。对已建成设施，部分地区配套维管资金不足或者未能及时落实到位，导致部分设施日常管理维护不到位，或出现验收与运行管理移交的脱节，有的设施采用有动力设备，用电量较多，如没有足够资金，不排除为了节省资金，不开设备或不进行日常维护的可能，甚至导致个别设施报废。

2.3 村民环保意识差

城市化地区生活污水治理总体上是以政府主导为主，处于政府推动、群众被动参与的阶段。各级政府的重视程度、宣传声势和扶持力度均有差异，从而使得基层群众的认识程度、治理效果的推进力度和工作主动性和责任心等方面存在不足。相对城市而言，在城市化地区环境保护的宣传教育相对薄弱，城市化地区村民对环境保护与治理的意识不强，长期形成的生活习惯很难一下扭转。部分村民甚至因个人的利益而阻挠施工，导致城市化地区污水治理工作停滞不前。因此，城市化地区生活污水治理一定要取得村民的理解与支持，需加大惠民方面宣传工作力度。

2.4 工艺选择不合理

不同的污水处理工艺，其建设投资、出水水质、运行成本和管理维护要求差别很大，一些城市化地区污水处理工艺选择时没有充分考虑城市化地区的实际情况及经济、运行管理水平，使得工艺完成后难于正常运转。对于城市化地区污水处理而言，工艺选择并非越新颖越好，也不是出水水质质量要求越高越好，而是应与当地水环境保护要求和用水需求相结合，选择适用当地的工艺才是好的。选择合适的工艺技术是城市化地区污水处理设施成功运行的关键，工艺可以参考借鉴，但是不能完全抄袭。

因此，城市化地区生活污水治理技术工艺的选择要量力而行，充分考虑城市化地区财力物力薄弱、管理水平底下、居民意识不足等实际情况，结合生活污水水质水量等具体特点和排放标准，以及工程运维要求等，综合选用成熟可靠，又适合城市化地区特点和实际的污水处理适用技术。

2.5 维护运行管理水平较低

目前，由于各地区主管部门不统一，水利、生态环境、住建、农业农村等部门均涉及生活污水处理业务，相关工作的职能部门部门为临时机构，而且专业技术人员和管理人员不足，具体工作人员负责事务繁杂、岗位变动频繁，导致城市化地区基层专业技术人员、管理人员长期短缺。

机构设置不稳定、人员配备不齐全，且相应工作人员的专业技术水平不能满足污水处理工程的建设和运行管理。尤其是乡镇级政府派出机构中，基层水务建设与管理机构的严重缺失，影响了城市化地区生活治水的长治久安工作。例如，广州市很多城市化地区污水处理设施都是村民自己管理，人员专业素质整体偏低，管理体制也不健全，运行管理经验不足，造成部分污水处理设施不能正常运行，严重影响生活污水处理效果。

3 生活污水治理主要工艺措施

城市化地区水体污染严重，水质较差、水环境恶化、水生态退化，大量生活污水无序排放，迫切需要具有处理效率高、运行成本低、不产生二次污染等特点的生活污水治理技术。结合生活污水处理技术的发展与应用情况，本文推荐以下几种适用于城市化地区的生活污水处理组合工艺。

3.1 厌氧水解池+人工湿地工艺

该组合工艺通过构建微生物、动植物共生的自然强化生态系统来净化污水，表面种植绿色植物，污水经过植物的吸收、微生物降解、组合自然填料过滤以及离子交换等复合作用，使出水水质最终达标排放，其工艺流程为：进水→厌氧水解池→人工湿地→出水(见图1所示)。即通过建设管网收集居民生活污水，输送到污水处理站，首先进入格栅井去除水中较大杂质及漂浮物后进入厌氧水解池。通过厌氧微生物的代谢作用，使污水中的难降解有机物分解为易降解的小分子有机物，提高废水的可生化性，有利于后续的人工湿地处理。经过厌氧水解池的水经水泵提升至人工生态湿地处理单元，人工湿地内所有植物的选定均是按照生活污水中所含元素来选定。该技术动力损耗较少，维护管理方便，适用于村场集中且有水塘、洼地可建设人工湿地的村庄。工艺运行参数：厌氧水解池水力停留时间大于6 h，污泥清理周期为1 a；人工湿地水力负荷为0.25～0.50 m3/(m2·d)。

图1 厌氧水解池+人工湿地工艺流程示意

3.2 生物接触氧化+沉淀池工艺

该组合工艺以生物接触氧化池为核心，其工艺流程为：进水→生物接触氧化→沉淀池→出水(见图2所示)。即收集的生活污水进入氧化池后，通过好氧生物膜上的好氧微生物作用，去除水中的污染物质。由于接触氧化池填料表面积大，生物膜在池内呈立体结构，处理能力稳定性较强。该技术具有占地少、水质骤变抗冲击强等优点，适用于居民集中、建设用地少，且无闲置水塘、沟渠和洼地利用的村居。但该处理工艺建设及运行成本偏高，选用前需充分论证。

图2 生物接触氧化+沉淀池工艺流程示意

3.3 厌氧水解池+稳定塘工艺

该组合工艺采用生物、生态结合技术来提高污水处理水平，其工艺流程为：生活污水→厌氧水解池→稳定塘→出水(见图3所示)。即生活污水进入厌氧水解池，截流大部分有机物，并在厌氧水解作用下，被分解成小分子有机物和稳定的沉渣。厌氧水解池出水进入稳定塘利用水生植物的生长，吸收氮磷，降低有机物含量。该技术适用范围较广，适用于拥有自然池塘或闲置洼地的农村，可根据村庄自身情况，因势而建，能耗较低。

图3 厌氧水解池+稳定塘工艺流程示意

3.4 厌氧水解池+生态沟

该组合工艺也是一种采用生物、生态结合技术来提高污水处理水平的技术，其工艺流程为：生活污水→厌氧水解池→生态沟→出水(见图4所示)。即生活污水进入厌氧水解池后，大部分有机物被截流，并在厌氧水解作用下，被分解成小分子有机物和稳定的沉渣，其主要作用是脱氮除磷。厌氧水解池出水进入生态沟后，依靠水生、陆生植物吸收氮磷，降低有机物含量。该技术可因地制宜，据势而建，利用沟渠改建生态沟。

图4 厌氧水解池+生态沟工艺流程示意

4 结语

城市化地区生活污水处理技术应根据城市化地区的实际情况进行选择，充分考虑当地城市化地区的经济情况、污水的收集排放情况以及技术工艺本身的运行管理。例如，对于分散式城市化地区生活污水宜使用生活污水净化沼气池进行单独处理；对于集中式城市化地区生活污水宜使用土地渗滤处理系统、人工湿地、稳定塘、生物滤池等技术，这些技术都是适合城市化地区、经济有效的污水处理技术。为取得更好的处理效果，也可以根据当地情况选择两种或多种工艺联用技术，用组合工艺技术处理城市化地区生活污水，将成为今后城市化地区生活污水的主要研究发展方向。