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三峡小城镇污水处理厂污水处理工艺探讨 * 伍培 1 陈一辉 2 张智 2 刘火安 3 张勤 2 1. 重庆科技学院建筑工程学院， 重庆 401331; 2. 重庆大学城市建设与环境工程学院， 重庆 400045; 3. 重庆科技学院化学化工学院， 重庆 401331 摘要 在调查研究三峡库区重庆段小城镇污水处理现状的基础上， 根据库区水质特征、 水环境保护的特殊要求和库区 地理环境与经济条件特点， 对适用污水处理工艺和技术进行比选， 认为利用地形高差， 采用跌水曝气式生物滤塔 氧 化沟处理工艺适用于库区小城镇污水处理。 关键词 三峡库区; 小城镇; 污水处理; 跌水曝气 DISCUSSION ON APPLICABLE WASTEWATER TREATMENT PROCESSES FOR THE SMALL TOWN SEWAGE IN CHONGQING Wu Pei1Chen Yihui2Zhang Zhi2Liu Huoan3Zhang Qin2 1. School of Architecture Engineering，Chongqing College of Science and Technology，Chongqing 401331，China; 2. School of Urban Construction and Environmental Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045，China; 3. School of Chemistry and Chemical Engineering，Chongqing College of Science and Technology，Chongqing 401331，China AbstractBased on analysis for the current wastewater treatment status of the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing， some applicable wastewater treatment processes and technologies were chosen and compared according to the characteristics of sewage water and the special demands for water environmental protection of the reservoir basin and its geographic or economic features. It was suggested that biological filtration tower with falling waters aeration using terrain elevation － oxidation ditch was suitable to small towns in the reservoir basin. KeywordsThree Goregs Reservoir Basin;small town;sewage treatment;falling water aeration * 国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题 2008ZX07315 － 005 ; 重庆市建设科研项目 城科字 2008 第 77 号 。 0引言 三峡工程第一期蓄水已于 2003 年 6 月完成， 蓄 水后的三峡库区水体稀释自净能力减弱， 干流城市江 段近岸水域纳污能力减小;部分支流河口和库湾受 回水顶托影响， 污染加剧， 成为易出现富营养化的敏 感水域 ［ 1］。因此为保护库区地表水环境质量， 国家 环境保护总局要求三峡库区长江段水体水质标准由 成库前的Ⅲ类水质标准提高至Ⅱ类。 在三峡库区， 很多小城镇位于城乡结合部的次级 河流附近， 生态环境脆弱， 城镇排水体系不健全， 生活 污水、 地表径流污水甚至一部分乡镇工业废水常常混 合排入当地河网， 严重污染了周围的农田甚至生活水 源， 增加了次级河流污染负荷， 最终严重影响到三峡 库区的水质。随着重庆市区生活污染得到基本的控 制， 三峡库区小城镇生活污水对环境的影响将日益突 出。因此， 有必要对重庆市三峡库区小城镇污水的排 放、 处置现状进行调查研究， 并在此基础上开发适用 的污水处理工艺， 使小城镇污水得到有效控制， 从而 保护三峡库区水环境。 1调查范围与方法 1. 1调查范围 为了解三峡库区重庆段城市污水处理厂的运行 情况， 2010 年 5 月课题组对库区沿岸部分城镇污水 处理厂 涪陵排水公司清溪污水处理厂、 涪陵排水公 司南沱污水处理厂、 涪陵排水公司李渡污水处理厂、 涪陵排水公司白涛污水处理厂、 忠县排水公司新生污 水处理厂 的运行情况进行了调查。所调查污水处 理厂 站 等处于三峡库区腹心地带， 对三峡地区的 85 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 污水处理现状具有一定代表性。 1. 2方法 收集整理 5 个具有代表性的污水处理厂的相关 资料， 选取 4 个水质指标 化学需氧量 COD 、 悬浮 物 SS 、 总氮 以 N 计 、 总磷 TP 。为了反映污水 处理厂的运行效果， 收集整理各污水处理厂 2010 年 14 月的进出水数据， 将各项指标的进出水负荷取 平均值， 对照 GB 189182002城镇污水处理厂污染 物排放标准 一级标准 B 标准 表 1 进行分析。 表 1污水处理厂污染物排放标准 mg/L 监测项目 ρ BOD5ρ COD ρ SS ρ TN 以 N 计 ρ TP 排放标准206020201. 5 2结果分析与讨论 2010 年 14 月， 三峡库区重庆段部分城市污水 处理厂进出水的水质均值见表 2。涪陵排水公司清 溪污水处理厂采用改良型奥贝尔氧化沟， 厂区占地面 积3 466 m2， 设计规模2 500 m3/d， 实际处理能力为 800 m3/d， 工程总投资为1 293万元。涪陵排水公司 南沱污水 处 理厂 采 用人 工 快 渗 处 理 工 艺， 总 投 资 359. 87 万元， 处理能力为1 000 m3/d。 涪陵排水公司 李渡污水处理厂和白涛污水处理厂采用的是倒置式 A2/O 工艺。忠县排水公司新生污水处理厂采用 水 解酸化 折流式曝气生物滤池 工艺， 处理能力为 1 000 m3/d。 从表 2 可 以 看 出， 所 调 查 污 水 处 理 厂 的 进 水 ρ COD 、 ρ SS 、 ρ TN 、 ρ TP的 平 均 值 分 别 为 242. 04， 199. 52， 47. 08， 3. 63 mg/L。 将此结果与其他 地区的生活污水水质 ［ 2- 3］进行比较见表 3。 表 2三峡库区重庆段城镇污水处理厂 2010 年 14 月平均进水和出水水质 mg/L 污水处理厂 ρ COD ρ SS ρ TN 以 N 计ρ TP 进水出水进水出水进水出水进水出水 涪陵排水公司清溪污水处理厂235. 9149. 05171. 1814. 5542. 9614. 853. 340. 95 涪陵排水公司南沱污水处理厂209. 6441. 96171. 7315. 5540. 3616. 803. 600. 69 涪陵排水公司李渡污水处理厂210. 5036. 25203. 2516. 5046. 7216. 754. 231. 45 涪陵排水公司白涛污水处理厂312. 7536. 10176. 0015. 7551. 6518. 653. 801. 32 忠县排水公司新生污水处理厂241. 3935. 89275. 4411. 0053. 7322. 823. 191. 36 平均值242. 0439. 85199. 5214. 6747. 0818. 003. 631. 15 表 3涪陵、 忠县部分镇级污水水质与其他 地区污水水质同异性比较mg/L 地区ρ CODρ TNρ TP 涪陵区青溪镇、 南沱镇、 李渡 镇、 白涛镇; 忠县新生镇 242. 0447. 083. 63 番禺市市桥镇［ 3］ 19630. 43. 51 济南市部分小城镇［ 3］ 130 ～ 2902. 26 ～ 3. 91 广东三水白坭镇［ 3］ 186402. 2 三峡库区部分小城镇［ 3］ 350805. 9 湖北省巴东县［ 4］ 2803. 0 武汉黄孝河地区［ 3］ 26525. 842. 55 由表 3 可以看出， 与一般城市和城镇生活污水相 比， 该区域排放污水中的 ρ TN 明显偏高， ρ TP 与 之相差不大， ρ COD 则略低， 呈现出典型的高氮、 中 磷、 低有机物及低碳氮比的特征。这与周健等 ［ 4］对 三峡库区小城镇水质调研及监测结果是基本一致的， 即小城镇用水量较小， 排放的污水具有高氮及低碳氮 比的特征， 该类污水水质特征在三峡库区村镇中具有 一定的代表性。 从表 2 可以看出， 各污水处理厂对 COD、 SS 的 去除效果较好， 而对氮磷的去除效果较差。忠县排 水公司新生污水处理厂的总氮平均排放浓度未达 标。涪陵排水公司清溪污水处理厂、 涪陵排水公司 南沱污水处理厂、 涪陵排水公司李渡污水处理厂、 涪陵排水公司白涛污水处理厂、 忠县排水公司新生 污水处理厂的 TN 去除率分别为 65. 4 、 58. 0 、 64. 4 、 64. 0 、 57. 5 ; 以 上 五 个 污 水 处 理 厂 TP 去除率分别为 72 、 80 、 66 、 65 、 57 。从脱 氮除磷的效果来看， 各污水处理厂的脱氮除磷效果 并不理想。因此， 对该类城镇污水采用现有的常规 脱氮工艺难以达标， 探寻适用于三峡库区的污水处 理技术显得十分必要。 95 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 3重庆市三峡库区适用污水处理工艺与技术探讨 3. 1确定污水处理适用工艺与技术的原则 三峡库区小城镇污水水质特殊， 具有高氮及低碳 氮比特征。同时库区流域宽广， 地表起伏大， 库区沿 岸形成以小城镇为中心的城乡穿插的城市格局， 特殊 的地理环境使建设传统的排水工程 污水收集系统 和污水处理厂不仅造价昂贵， 而且难以实施。因此， 有必要针对库区污水水质特点， 水环境保护的特殊要 求和库区地理环境与经济条件特点， 进行适用污水处 理工艺和技术的比选。 三峡大坝的建成使三峡库区水力学条件发生变 化， 水体自净能力下降， 为保护库区地表水水环境质 量， 未来库区城镇污水处理要求达到较高的标准， 尤 其是对水中 N、 P 的标准将大大提高， 这意味具体的 污水处理工艺、 技术除具有去除有机物的功能外， 还 必须有较好的除磷脱氮功能。这是库区特殊的水环 境对污水处理工艺、 技术提出的要求。 库区小城镇受地形限制， 往往被分割成多个排水 区域， 污水大部分都分散排放， 使得库区城镇很难采 用区域处理的模式， 只能因地制宜， 根据不同的具体 条件选择最适用的工艺与技术。库区小城镇大多数 为山区或丘陵地区， 地形高差大， 可采用跌水曝气生 物处理法， 同时， 库区小城镇大多数属于经济不发达 地区， 受经济发展水平的限制， 需采用的污水处理技 术和工艺应具有基建费用低， 易于分期建设， 且运行 费用比目前常用的普通活性污泥法节省; 此外， 库区 普遍缺乏污水处理专业技术人才， 为保证建成后的污 水处理厂能够正常运转， 势必要求所采用的污水处理 技术和工艺流程短、 运行管理简便。 3. 2三峡库区适用的工艺与技术探讨 3. 2. 1跌水曝气技术 跌水曝气技术， 可因地制宜设计， 将山地丘陵的 劣势化为优势， 利用高差跌水充氧， 从而减少土石方 的开挖和混合液曝气所需电能的消耗。姜湘山等 人 ［ 5］采用跌水曝气来改进填料排水系统， 在处理屠 宰废水中取得很好的效果， 且比常规方法节省工程造 价达 60 。司马卫平 ［ 6］对跌水复氧进行数学模拟， 得出进水经过1. 5 m 高的跌水， 其复氧量 在 2. 2 ～ 3. 3 mg/L。 因此利用地形高差跌水曝气充氧技术在一 些经济较落后又有可资利用地形的小城镇的污水处 理中将具有一定优势。 3. 2. 2氧化沟工艺 氧化沟工艺采用环形水流设计， 处理流程简单， 操作管理方便， 出水水质良好， 运行可靠性和稳定性 高， 能承受水量、 水质的冲击负荷， 并具有一定的除磷 脱氮能力 ［ 7］， 可缓解水体富营养化的进程。基建费 用明显低于常规活性污泥法。 按 6 的年利率将重庆大学邓荣森 2005 年对国 内 24 座运行 1 年以上的污水处理厂调查结果进行折 算， 得出各工艺类型投资及占地指标比较见表 4［ 8］。 表 4各工艺类型投资及占地指标比较 工艺类型数量 处理规模 / 万 t d － 1 2005 年平均吨 水投资 /元 2010 年平均吨 水投资 /元 平均吨水占 地面积 /m2 氧化沟131. 0 ～ 15. 0888. 21 188. 40. 88 A2/O33. 0 ～ 10. 01 520. 02 033. 81. 29 SBR312. 0 ～ 20. 01 349. 01 805. 00. 81 其他* 515. 0 ～ 40. 01 491. 01 995. 01. 01 所调查工艺241. 0 ～ 40. 01 116. 51 493. 91. 02 注* 包含传统活性污泥法 1 个， 水解 好氧工艺 2 个， A /O 工艺 1 个， BIOLAKE 工艺 1 个。 从表 4 可以看出 采用氧化沟工艺的污水处理厂 的吨水电耗平均为0. 30 kWh/m3， 采用 A2/O 工艺的 污水处理厂的吨水电耗平均为0. 34 kWh/m3， 采用 SBR 工 艺 的 污 水 处 理 厂 的 吨 水 电 耗 平 均 为 0. 31 kWh/m3。 可见， 相比所调查的其他污水处理工 艺， 氧化沟污水处理工艺具有明显的投资省、 占地少、 运行电耗低的优势。 氧化沟工艺是库区小城镇污水处理厂的首选工 艺之一， 首先其基建费用明显低于常规活性污泥法、 A/O、 A2/O 法， 而处理效果可与之相媲美， 对缺少资 金建设的库区小城镇很有吸引力; 其次， 这种工艺通 常都不设初沉池和污泥消化池， 整个处理单元比常规 活性污泥法少一半多， 运行管理简单方便， 适于技术 力量薄弱、 管理水平较低的库区小城镇; 而且， 就工艺 本身的特点而言， 氧化沟抗冲击负荷能力很强， 这对 水质、 水量变化剧烈的小城镇污水处理厂比较有利。 3. 2. 3塔式生物滤池 针对三峡库区小城镇污水水质水量的特点及目 前除磷脱氮反应器存在的问题， 通过对生物膜法的技 术集成优化研究开发出 1 种新型滤塔 跌水曝气 式生物滤塔。它是在滤塔内设置多个滤料层， 每个滤 料层上下交错设置挡板， 以便污水在滤料层内折流。 各个滤料层之间在空间上存在一定的高度差。污水 流过滤料层时随着生物膜上微生物对污水中有机物 的降解， 污水中的溶解氧浓度逐渐降低， 达到缺氧状 06 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 态， 随后其流向下一滤料层， 通过跌水曝气达到好氧 状态。生物膜上的微生物一直处于缺氧和好氧交替 的环境中。反应器中的 DO 浓度不仅能满足有机物 氧化及硝化反应的需要， 保证硝化反应充分; 同时， DO 浓度又不致于过高， 能在微生物絮体内产生 DO 浓度梯度， 形成缺氧微环境， 并且使系统中有机底物 不致于过度消耗而影响反硝化细菌和除磷细菌对碳 源的需求。因此其特别适合具有高氮及低碳氮比特 征的污水脱氮除磷。 跌水曝气式生物滤塔的有关研究也表明， 这种构 筑物不但占地面积小， 结构简单， 耐冲击负荷 ［ 9］， 而 且产泥量低 ［ 10］。资料显示塔式生物滤池去除1 kg BOD 所产生的污泥体积是普通活性污泥法的 1 /9 左 右。同时由于其不需要专门的供氧设备而运行费用 较低， 跌水曝气式生物滤塔对资金缺乏的小城镇建设 污水处理厂很有优势。 4结束语 三峡库区小城镇污水治理不仅是小城镇自身发 展的需求， 同时也是库区流域生态环境保护的需要。 应根据小城镇污水的特性、 收集方式、 排放水体状况、 设计用地等实际情况进行充分的论证和可行性研究， 选择合适的处理工艺。最大可能地确保处理效果， 并 节约投资和运行费用， 以利于三峡库区的水环境保护 和库区小城镇经济的可持续发展。利用山地城镇的 地形高差， 采用跌水曝气式生物滤塔 氧化沟处理 法， 适用于三峡库区小城镇污水治理。 参考文献 ［1 ］ 王德蕊. 三峡水库135 m蓄水后大宁河回水段水体富营养化研 究［D］ . 重庆 西南大学， 2005. ［2 ］ 方芳， 王磊， 郭劲松， 等. 三峡库区典型临江村镇污水的水质水 量特征分析［J］ . 农业环境科学学报， 2009， 28 8 1661- 1668. ［3 ］ 丁德才. 三峡库区小城镇污水处理工艺的比较研究［D］ . 武汉 武汉科技大学， 2008. ［4 ］ 周健， 李志刚， 龙腾锐， 等. 一体化多级生物膜反应器处理高氮 小城镇污水脱氮试验研究［J］ . 环境科学学报， 2007， 27 11 1804- 1807. ［5 ］ 邓荣森， 王左良， 王涛. 跌水曝气系统在污水处理工艺上的运用 前景探讨［J］ . 重庆建筑大学学报， 2007， 29 1 78- 84. ［6 ］ 司马卫平. 新型人工湿地污水处理系统复氧效果研究［J］ . 环 境保护科学， 2009， 35 3 11- 13. ［7 ］ 龙腾锐， 易洁， 林于廉， 等. 垃圾渗滤液处理难点及其对策研究 ［J］ . 土木建筑与环境工程， 2009， 31 1 114- 119. ［8 ］ 邓荣森. 氧化沟污水处理理论与技术［M］ . 北京 化学工程出版 社， 2006. ［9 ］ Manuel S，Lucia C S，Maria J V. 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