西安建筑科技大学  王晓昌  袁宏林

哈尔滨工业大学  赵庆良

      随着我国经济建设和社会发展的加速，污水处理事业得到了长足发展，根据最新的统计年鉴数据，2013年末，我国的城市排水管道总长度已达到46.5万km，城市污水日处理能力达到1.47亿m³。大中城市已在90%以上，县城也达到了78.47%。然而，我国尚有上万个县级以下的城镇，一般统称为小城镇，其污水处理率远低于县城及以上城市的水平，是我国目前和今后一段时间污水处理事业发展的重点。与城市相比，小城镇往往基础设施规划与建设的水平偏低，但由于发展迅猛且不均衡，所以规划编制通常滞后于发展节拍，污水处理建设存在盲目上马、照搬城市污水处理模式等问题，难以适应小城镇的实际需求。另一方面，小城镇污水处理设施建成投入运行后，由于管理机制不完善，缺乏专业维护与管理，往往实际运行效果较差，难以达到预期的水环境改善效果。

      针对上述问题，国家水体污染控制与治理科技重大专项城市主题在“十一五”期间部署了小城镇污水处理技术的研究和示范应用。除地处太湖、巢湖、海河、三峡等重点流域的小城镇外，在吉林、山东、江苏、浙江、湖北、江西等6个省选取了8个示范区域开展研究，涵盖了寒冷地区、多产业型地区、旅游服务型地区、农业型地区、水网地区等多种类型的小城镇，并开展了小城镇污水处理装备化技术开发，取得了良好的示范效果，为我国小城镇污水处理与水环境改善提供了可行技术方案和工程实践经验。

      我国幅员辽阔，各地城镇化发展速度和模式具有差异，因此针对小城镇污水处理和水环境治理技术的研究需要关注各地的特点。抛开各地地理、气候、环境的差别，一般来说，我国的小城镇可按规模或人口集中度分为两大类：

      一是具有相当发展规模的小城镇，因为行政区划的约束，虽然属于镇甚至乡这样的级别，但人口及产业规模已不亚于一些县城，污水处理规模能达到数万m³/d，且排水相对集中，需要采用集中式污水收集与处理的模式。这样的城镇实际上已不再属于真正意义上的小城镇，完全可以借鉴城市污水处理与水环境治理的经验、技术和模式。

      二是真正意义上的小城镇，人口和产业规模相对较小，或比较分散，污水处理规模一般不超过1万m³/d，且处理水的出路相对多样化，不一定需要采用集中式收集和处理的模式。这样的小城镇所需要的污水处理与水环境治理技术就不再雷同于城市，是针对小城镇研究的重点。

1.1  小城镇污水的特点

      小城镇污水主要为生活污水和以农产品为原料的工业废水，其总体特点是以常规污染物（SS、有机物、氮磷）为主。与城市相比，小城镇居民的生活用水量偏低，因此在粪便污染物全部排入下水道的情况下，污染物浓度可能高于一般城市生活污水。然而在水冲厕所尚未完全普及的小城镇，由于部分来源于粪便的污染物不进入下水道，所以生活污水中的污染物浓度又可能偏低。同时在工业废水排放量较高的情况下，排水中的污染物浓度将主要受工业废水的影响。此外，小城镇的排水系统大都无法采用雨污分流，因此排入处理设施的污水量受降雨的影响很大。许多小城镇污水处理厂在雨季时接收大量的雨水，造成污水处理厂超负荷运转，或导致大量污水直接排入受纳水体。

      与城市相比，小城镇的排水系统往往不健全，采用明渠排水的情况较多，容易造成水量水质大幅度波动。SS浓度高、有机物浓度低通常是小城镇排水的特点。小城镇排放的污水随当地生活习惯、经济发展水平和设施完善程度也会有较大的差异。因此，在进行小城镇污水处理设施设计之前，对当地排水水量、水质及其变化规律的调查就尤为重要。

1.2  小城镇水污染治理的需求

      污水处理的目的：一是居民生活环境的改善（例如室内自来水供水和水冲厕所的普及必然带来对污水处理的需求）；二是水环境污染防治和治理。在地表水体丰富的地区（如江南水乡），居民傍水而居，生活污染排放的直接受体就是当地溪流、湖池等地表水体，这是水环境污染的重要原因。在很多小城镇，地下水往往是取水的主要水源，而在取用浅层地下水的情况下，生活污染排放就成为地下水污染的主要来源。因此，判明生活污水或工业废水排放对地表水和地下水的影响，正确评价降低污染负荷的需求，对于小城镇污水系统的科学设计和污水处理技术的合理选择非常重要。

1.3  自然条件的利用

      由于污水排放面广而分散，且规模较小，所以小城镇一般不宜采用传统的城市污水收集，需要结合地形地貌，因地制宜地解决小城镇污水收集问题。类似于城市污水收集的集中式管网模式往往适用于地势平缓，排水相对集中的小城镇；在住户分散且相互之间距离远，或地势高低错落，沟渠、桥路等横穿城镇的情况下，则需根据居住密度、地势坡度、沟渠路桥位置等，将排水区域划分为多块，敷设局部污水管网，进行分散式污水收集与处理；对于距离市区或县城区较近，附近有市政污水管网，地势又较平缓的城镇，也可采用管网截污的污染治理模式，即通过敷设小城镇污水管网，将污水收集后，直接接入附近的市政管网由城市污水处理厂进行处理。

      另一方面，与城市相比小城镇的人口密度可能相对较低，从而自然环境容量相对较大。因此在选择污水处理技术时可以因地制宜地选择土地处理、人工湿地等近自然的处理系统模式，从而在不损害当地自然环境的前提下充分利用自然环境容量，实现低能耗、低成本污水处理。

      针对小城镇水污染控制和水环境改善的需求，水专项城市主题在“十一五”期间研究开发了一系列适合于小型污水处理的技术和装备。表1列出了10项代表性技术的特点和技术实用范围，可分别归类为简易/生态处理技术、厌氧/好氧组合处理技术、膜处理技术、污泥处理技术和雨污调控技术。这些技术的共性特点：一是适用性广泛，二是实现了传统技术的强化，三是投资和运行费用低，四是维护管理简便，为小城镇污水处理提供了新的技术途径。

     

      

       表1列举的小城镇污水处理关键技术中，适合在北方地区推广应用的低温污水水解-好氧强化处理技术，和具有广泛推广应用价值的抗堵型地下升流式A/O土地高效处理技术最具有适合小城镇特殊需求的特征。如图1所示，低温污水水解-好氧强化处理技术将有机物水解作为第一阶段，以增强其生化降解性并提升碳源利用率；第二阶段的好氧反应器中利用优势菌群的抗低温能力，通过强化传质曝气提高充氧效果，复合生物填料强化生化功能；第三阶段通过复配絮凝剂强化过滤效果；整体设施通过简易保温提高抗低温效果。抗堵型地下升流式A/O土地高效处理技术（见图2）则是通过在土地处理系统前预处理，结合系统填料层优化组合、冲洗系统优化布置等措施，解决了传统土地处理系统易堵塞的缺点；通过人工强化加压增氧技术，突破了传统土地处理系统厌氧环境限制；通过顶部耕作层优化利用，实现了土壤层的除臭、保湿、保温和种植等综合功能。上述技术分别在吉林省6个小城镇，山东省10多个乡镇得到推广应用。

      将研发的小城镇污水处理关键技术与传统技术优化组合，在“十一五”期间实施了一批小城镇污水处理示范工程。以下列举几个典型的范例。

3.1  吉林省磐石污水处理工程

      工程采用水解-AICS处理工艺，日均实际处理污水量为7 500 m³/d，于2011年10月建成运行。水解-AICS强化技术能适应寒冷小城镇年际温差变化大、冬季低温的特点，具有良好的脱氮除磷效果。特别是在2012年，在东北地区近40年平均温度最低的年份，出水氨氮、TP、COD等各项指标仍能稳定达到GB 18918-2002一级B标准，污水处理成本为0.45元/m³。

3.2  山东省河头店镇污水处理工程

      工程设计处理能力500 m³/d，采用复合型生物处理技术与地下升流式生物处理工艺，工程地上建构筑物占地面积约1.2亩(1亩≈666.67 m²)，地下耕作层部分约2.8亩，处理系统由预处理、生物过滤沉淀、耕作层下土地处理设施构成，2010年7月建成投产运行，处理水质稳定达到GB 18918-2002一级B标准。建设费用低于0.23万元/m³，处理费用低于0.30元/m³。

3.3  江苏省锦溪镇污水处理工程

      工程服务于锦溪镇陆泾村330户村民，来水包括厨房、洗涤和沐浴排水及化粪池污水，处理水量100 m³/d，采用生物生态协同处理工艺，化粪池来水经格栅、低氧预处理池处理，污水水质稳定后进入生物生态处理系统，2010年1月建成投入运行，处理出水主要指标优于GB 18918-2002一级B标准，尾水回用于灌溉农田。

3.4  浙江省藻溪镇污水处理工程

      工程位于临安市藻溪镇闽坞村，一期处理能力为1 000 m³/d，处理工艺采用厌氧-缺氧-好氧膜生物反应器（A²/O-MBR）工艺，于2012年7月完成建设安装，并投入使用。工程所采用的超滤膜分离装置的膜通量高，跨膜压差低，单位水量电耗低于0.4 kW·h/m³，单位水量建设投资低于2 500元/m³，预示着采用低压膜的MBR工艺在小城镇具有良好的推广应用前景。

      随着我国水污染治理的工作重点从大中城市向小城镇乃至村镇的下移，小城镇污水处理技术的研发与应用日趋重要。小城镇通常具有污染源分散、规模小、随机性强等特点，适宜的污水处理系统属于分散式系统模式。在一些发达国家，分散式污水处理是集中式污水处理的重要补充，例如日本，全国的污水处理率已接近100%，但集中式污水处理仅占70%，其余都由分散式系统（如净化槽系统）来补充。然而，在这些国家分散式污水处理并不意味着污水处理设施的分散式管理，而是针对分散式污水处理的特点建立了完整的管理体系，实现了从相关立法、技术标准与规格、技术与产品认证，到建设、安装、运行管理、质量保障的规范化管理，使分散式系统与集中式系统一样，达到污染控制与治理的目标。

      在“十一五”期间，“水专项”城市主题在以分散式污水处理为特征的小城镇污水处理技术方面进行了针对性技术开发和应用实践，建设的一系列示范工程为遍布全国的小城镇，乃至更小规模的村落提供了可借鉴、可复制的良好范例。但是，目前暴露出来的一个问题就是，示范工程建成后的长期运行管理问题尚未得到妥善解决。因此，今后若干年间需要下大力气解决的不仅仅是技术的研发，而应注重以下4个方面的问题：①统筹城乡排水规划，以分散式污水处理系统作为集中式污水处理系统的重要补充，纳入城乡水系统集成规划中，应用于城市污水管网未覆盖区域、小城镇和乡村的水污染治理规划。②研究城乡分散式污水处理标准化建设运行与集约化管理技术，编制城乡分散式污水处理工艺技术和设备标准、建设标准和管理规范等相关标准、规范，完善国家相应法律标准体系。③建立城乡分散式污水处理设施生产和销售许可制度，企业和技术人员的技术资质认证制度，建立专业监测与质保机构，形成城乡分散式污水处理政府认证体系，构建工程建设专业化、运行维护规范化、工程服务网络化的工程质量保障体系。④完善城乡分散式污水处理费差异化、阶梯化收费和补偿机制，建立政府财政投入和激励机制，加大城乡分散式污水处理设施建设资金投入。

      通过技术、制度、政策、投资各方面的努力，我国小城镇污水处理事业必将在未来不太长时间内得到迅猛发展。