無動力生物處理技術在分散點源污染治理中的應用
摘要：針對分散點源的排放特點，推廣應用了無動力式生物凈化槽、人工潛流濕地、土壤滲濾系統等技術，介紹了在北京市分散點源污水處理與回用方面取得的成功實踐。
關鍵詞：分散點源污染 無動力生物處理技術 中水回用
隨著我國社會、經濟的迅猛發展，水資源緊張的局面日益嚴峻。分散點源污染由于點多面廣，對飲水安全和水環境污染產生了直接影響。農民生活和生產方式近二十年發生了重大變化，農村生活污水成了當地分散點源污染的主要原因。北京市近年來在實施水源保護、水土保持、京津風沙源治理、新農村建設、小城鎮建設等活動中開展了大量的點源治理工作，積累了許多有益的技術和管理經驗。
一、分散點源水污染的危害
分散點源水污染排放單位包括村鎮、賓館、飯店、軍隊、湖庫管理機構等等。分散點源污染具有如下特點：
（1）大部分點源人口較少，分布較廣，水量、水質不穩定，污水收集管網很難建設和管理，只宜就近單獨處理，排放或回用。
（2）分布分散隨機，動力系統接入不便，經濟力量薄弱，很難有足夠、持續的運營管理經費投入。污水處理應充分考慮造價低、運行費用少、低能耗或無能耗的工藝。
（3）位置偏遠，規模較小，操作管理不便，且缺乏污水處理專業人員，所選工藝應運行管理簡單，維護方便。
（4）雨污混流，污染物濃度低，常規生物處理技術啟動和穩定運行困難。
因此，分散點源污染治理成本高，管理難度大，加之財政渠道的資金來源不足，導致大量污水未經處理直接排放，造成河湖、水庫水體及地下水污染，一方面，危及人民的飲用水安全，另一方面，水體中氮、磷等營養物質的增加使得水體富營養化的程度不斷加重，水環境質量持續惡化。
二、開展“三道防線”建設
按照“保護水源、改善環境、防治災害、促進發展”的總體要求，北京市圍繞主要水源地，開展了“三道防線”建設工作。為解決水源保護問題，將小流域劃分為“生態修復、生態治理、生態保護”三道防線，綜合應用多種治理措施進行生態環境建設，保護水土資源。
第一道防線：生態修復防線，位于遠山中山及人煙稀少地區，土層淺薄，遇暴雨易造成嚴重的水土流失，并且泥石流、滑坡等自然災害時有發生。
第二道防線：生態治理防線，位于山麓、坡腳等農業種植區及人類活動頻繁地區，生態環境脆弱，水土流失嚴重，是泥沙的主要來源；同時是村鎮及旅游業集中區域，生活污水排放和垃圾堆放量大；因開發建設活動等人為造成的水土流失嚴重。
第三道防線：生態保護防線，位于河（溝）道兩側及湖庫周邊，是挖沙、采沙及廢棄物投棄的主要區域；同時由于濕地萎縮，水體自然凈化能力差。
在三道防線的建設過程中，北京市有計劃、分階段建設了許多分散點源水污染治理工程，確保北京河湖及水源水質安全。
三、主要技術思路
針對分散點源的污水排放特點，貫徹可持續發展、節約能源的理念，筆者在北京市分散點源污水處理中大量推廣應用了無動力式生物凈化槽、人工潛流濕地、土壤滲濾系統等無動力生物及生態技術。這些技術都主要體現了以下理念：
（1） 以人為本：充分考慮各分散點源的操作管理水平及污水排放特點，推動應用無人值守技術；
（2） 長效機制：使用節能乃至無動力技術，盡量不需要電力接入，追求低運行費用，不需要后期投入；
（3）污水資源化：就地處理，就地回用；
（4） 景觀美感：使環保設施與周圍的環境生態融為一體，打造新的綠色景觀。
1、無動力式生物凈化槽技術
無動力式生物凈化槽技術是好氧與厭氧結合的一體化結構，核心技術為混合流膨脹床厭氧生物濾池。厭氧生物濾池是在過去幾十年中新發展起來的污水生物處理技術，并在厭氧領域得到應用，其典型技術為厭氧濾池（Anaerobic Filter,簡稱AF），其系統內能保持高污泥濃度，有機負荷高，進而耐沖擊負荷能力強，水力停留時間短，占地小而得到廣泛應用[1]。筆者通過多年的實踐探索，解決了混合流膨脹床厭氧生物濾池在生活污水等低濃度有機廢水處理領域啟動難、效率低等技術難題，從而實現了有0.4米以上落差的場所真正的無人工動力接入、不用人員操作值守等以人為本的技術特點。
筆者應用實踐表明，對城市污水（含雨污混流），厭氧生物濾池COD去除率＞80%，BOD去除率＞85%（水溫≥15℃），對氨氮、總氮也有明顯的去除效果。基于大部分污染物已被厭氧濾池去除，好氧段的跌水曝氣復氧迅速，硝化反應徹底，出水基本達到中水水質標準。設施建設時可與生態護岸組合使用，有條件的場所可加裝太陽能曝氣、風能曝氣或水下曝氣機[2，3]。系統僅需要0.4米的水頭落差即可運行，適用于絕大多數點源排放場所。系統采用了土地法處理厭氧產生的氣體，解決了沼氣排放問題。該技術能將高效、低耗、低運行費用的污水處理后作為中水回用，節約利用水資源。
2、人工潛流濕地技術
人工濕地技術,是利用人工水生態系統內多級生物的稀釋降解作用來去除或削減水中污染物的方法[4]。目前,我國許多地區已利用該技術處理小城鎮污水、污染河道水、村鎮污水及面源污水的實例。人工潛流濕地系統適合不同的處理規模,基建費用低廉,處理構筑物由各種天然生態系統或經簡單修建而成,沒有復雜的機械設備, 易于運行維護與管理。但該技術需要有足夠的預處理設施，否則濕地壽命短，環境衛生狀況差，冬季出水水質無法保障。
3、土壤滲濾系統
土壤滲濾系統是經過預處理，將污水投配在土地上，通過“土壤—微生物—植物”系統，進行一系列物理、化學及生化作用，使污水得到凈化的處理工藝。污水土地處理成本低廉，基建投資省，運行費用低；運行簡便，易于操作管理且節省能源。
在土地滲濾系統中，投配污水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層，在土壤毛管作用下向深層擴散。污水中的污染物質在擴散過程中被土壤阻留、吸附、微生物降解、植物吸收等一系列作用被去除。由于土地滲濾系統負荷低、停留時間長，水質凈化效果非常好，而且穩定。該系統適宜于小規模的生活污水處理，尤其是獨戶或幾戶居民的污水處理，推廣利用前景較為廣闊。
土地滲濾系統具有以下明顯的優點：
1）工藝流程簡單，運行可靠，管理方便。土地滲濾系統對預處理水平要求低，化糞池出水即可，而且不產生一般生物處理中所需要處置的污泥。
2）處理效果穩定。出水水質可以達到排放和回用水質標準，不會對地下水造成危害。
根據不同的排放和回用要求，以上技術可以組合使用。
四、無動力式污水處理技術工程實踐
北京市各級水務部門近年來大規模開展了分散點源污水治理與回用工作，取得了豐碩成果。筆者積極參與了門頭溝、延慶、昌平、房山等區縣的無動力技術推廣應用工作，建設了近百座治污設施，并不斷總結、改進和完善。有的污水站已運行五年以上，處理效果非常穩定，沒有使用電力、藥劑等，沒有經過排泥等任何維護措施。
2003年底，北京市白河堡水庫管理處采用無動力式生物凈化槽設備建設了污水處理及回用工程，處理規模25噸/天，污水處理后排入灌溉水池，用于綠化、灌溉等。
從監測結果來看，僅厭氧段COD去除率已達70%以上，厭氧段出水水質已達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB/18918-2002）二級標準。
整個工藝流程COD去除率大于90%，最終排水指標達到《城市雜用水水質標準》（GB/T 18920-2002）規定的中水回用條件，符合《北京市水污染排放標準》（DB11/ 307-2005）一級限制B級標準。
2007年10月北京市門頭溝區淤白村采用無動力式生物凈化槽設備建設了污水處理工程，對生活污水收集、處理并達標排放。部分監測數據見表2。
從系統監測結果看，整個工藝流程COD、SS去除率達80％以上，BOD5、COD、SS排水已達到符合《北京市水污染排放標準》（DB11/ 307-2005）一級限制B級標準。
到目前為止，兩系統均沒有使用任何電力和藥劑，沒有剩余污泥排放，沒有進行任何操作和維護措施，無專人值守，即使冬季水溫下降及發生停水現象，系統仍能保持穩定的處理效果。
五、無動力式生物凈化槽技術應用分析
目前生活污水處理使用較多的工藝為活性污泥法( 好氧法) ,但其存在占地大、能耗高、運行管理復雜等弊端。而目前大部分地點分散、污水量小的生活污水點源位置偏遠,動力介入不便, 難以保證好氧法的能耗需求； 同時點源污染規模較小, 不便設立專業人員值守和操作管理。采用厭氧和好氧串聯的無動力式生物凈化槽一體化構筑物, 則具有很大的優勢：
(1) 充分借助地勢, 在污染物集中排放的渠道上選取相對于受納水體具有落差優勢的地點建設此設施,使得構筑物中不用泵、電機等動力設備, 實現無動力要求、無運行費用壓力、免值守維護。
(2) 常規的好氧反應因供氧管理、水質水量變化等系統容易失常現象, 且需建設管理用房和冬季取暖設施。而本工藝中主要以厭氧為主，厭氧技術不需要外來能源，抗沖擊負荷能力強，運行管理便利。
(3) 厭氧和好氧處理串聯的流程, 具有節約投資、節省能耗、污泥產量少、進水水質好、能夠脫氮除磷、運行穩定等一系列的優點。
(4) 分散排污口雨污混流, 污染物濃度低, 常規生物處理技術啟動和穩定運行困難, 此工藝核心技術為厭氧，當系統停止進水一段時間后，容易自動恢復。
(5) 一般厭氧設備產生的沼氣需設沼氣收集處理裝置, 該系統設備均為密封單元, 水處理過程中產生的有味、難聞氣體采用土地吸附處理, 保證系統運行安全, 無空氣二次污染。
(6) 若出水回用時需要消毒處理, 可靈活安裝自動式投藥系統。
在開展社會主義新農村建設污水治理中, 該技術廣泛應用于城鄉地區的基礎設施建設, 因其無動力消耗、無運行和維護費用、無需人員值守且治理效果顯著的優勢, 有效解決了當地的水污染治理和中水回用問題，節約了大量的財政支出。現已完成標準化、成套化開發，經過兩次升級換代，在北京市、天津等地大批量投入使用，取得了很好的經濟效益、環境效益和社會效益, 受到廣大用戶的普遍贊譽，該技術已被有關部門列為發展循環經濟重點產業化技術和火炬計劃推廣項目。
六、結語
無動力式污水處理技術科學地將生物技術和生態技術用于分散點源污水處理場合，具有工藝簡單、投資及運行費用少、處理效果好、無人值守、中水可回用等諸多優勢, 體現了以人為本、環境友好的治污理念，是我國實現清潔小流域、保護水資源、污水資源化的適宜技術手段。
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