无动力生物处理技术在分散点源污染治理中的应用
摘要：针对分散点源的排放特点，推广应用了无动力式生物净化槽、人工潜流湿地、土壤渗滤系统等技术，介绍了在北京市分散点源污水处理与回用方面取得的成功实践。
关键词：分散点源污染 无动力生物处理技术 中水回用
随着我国社会、经济的迅猛发展，水资源紧张的局面日益严峻。分散点源污染由于点多面广，对饮水安全和水环境污染产生了直接影响。农民生活和生产方式近二十年发生了重大变化，农村生活污水成了当地分散点源污染的主要原因。北京市近年来在实施水源保护、水土保持、京津风沙源治理、新农村建设、小城镇建设等活动中开展了大量的点源治理工作，积累了许多有益的技术和管理经验。
一、分散点源水污染的危害
分散点源水污染排放单位包括村镇、宾馆、饭店、军队、湖库管理机构等等。分散点源污染具有如下特点：
（1）大部分点源人口较少，分布较广，水量、水质不稳定，污水收集管网很难建设和管理，只宜就近单独处理，排放或回用。
（2）分布分散随机，动力系统接入不便，经济力量薄弱，很难有足够、持续的运营管理经费投入。污水处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗或无能耗的工艺。
（3）位置偏远，规模较小，操作管理不便，且缺乏污水处理专业人员，所选工艺应运行管理简单，维护方便。
（4）雨污混流，污染物浓度低，常规生物处理技术启动和稳定运行困难。
因此，分散点源污染治理成本高，管理难度大，加之财政渠道的资金来源不足，导致大量污水未经处理直接排放，造成河湖、水库水体及地下水污染，一方面，危及人民的饮用水安全，另一方面，水体中氮、磷等营养物质的增加使得水体富营养化的程度不断加重，水环境质量持续恶化。
二、开展“三道防线”建设
按照“保护水源、改善环境、防治灾害、促进发展”的总体要求，北京市围绕主要水源地，开展了“三道防线”建设工作。为解决水源保护问题，将小流域划分为“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线，综合应用多种治理措施进行生态环境建设，保护水土资源。
第一道防线：生态修复防线，位于远山中山及人烟稀少地区，土层浅薄，遇暴雨易造成严重的水土流失，并且泥石流、滑坡等自然灾害时有发生。
第二道防线：生态治理防线，位于山麓、坡脚等农业种植区及人类活动频繁地区，生态环境脆弱，水土流失严重，是泥沙的主要来源；同时是村镇及旅游业集中区域，生活污水排放和垃圾堆放量大；因开发建设活动等人为造成的水土流失严重。
第三道防线：生态保护防线，位于河（沟）道两侧及湖库周边，是挖沙、采沙及废弃物投弃的主要区域；同时由于湿地萎缩，水体自然净化能力差。
在三道防线的建设过程中，北京市有计划、分阶段建设了许多分散点源水污染治理工程，确保北京河湖及水源水质安全。
三、主要技术思路
针对分散点源的污水排放特点，贯彻可持续发展、节约能源的理念，笔者在北京市分散点源污水处理中大量推广应用了无动力式生物净化槽、人工潜流湿地、土壤渗滤系统等无动力生物及生态技术。这些技术都主要体现了以下理念：
（1） 以人为本：充分考虑各分散点源的操作管理水平及污水排放特点，推动应用无人值守技术；
（2） 长效机制：使用节能乃至无动力技术，尽量不需要电力接入，追求低运行费用，不需要后期投入；
（3）污水资源化：就地处理，就地回用；
（4） 景观美感：使环保设施与周围的环境生态融为一体，打造新的绿色景观。
1、无动力式生物净化槽技术
无动力式生物净化槽技术是好氧与厌氧结合的一体化结构，核心技术为混合流膨胀床厌氧生物滤池。厌氧生物滤池是在过去几十年中新发展起来的污水生物处理技术，并在厌氧领域得到应用，其典型技术为厌氧滤池（Anaerobic Filter,简称AF），其系统内能保持高污泥浓度，有机负荷高，进而耐冲击负荷能力强，水力停留时间短，占地小而得到广泛应用[1]。笔者通过多年的实践探索，解决了混合流膨胀床厌氧生物滤池在生活污水等低浓度有机废水处理领域启动难、效率低等技术难题，从而实现了有0.4米以上落差的场所真正的无人工动力接入、不用人员操作值守等以人为本的技术特点。
笔者应用实践表明，对城市污水（含雨污混流），厌氧生物滤池COD去除率＞80%，BOD去除率＞85%（水温≥15℃），对氨氮、总氮也有明显的去除效果。基于大部分污染物已被厌氧滤池去除，好氧段的跌水曝气复氧迅速，硝化反应彻底，出水基本达到中水水质标准。设施建设时可与生态护岸组合使用，有条件的场所可加装太阳能曝气、风能曝气或水下曝气机[2，3]。系统仅需要0.4米的水头落差即可运行，适用于绝大多数点源排放场所。系统采用了土地法处理厌氧产生的气体，解决了沼气排放问题。该技术能将高效、低耗、低运行费用的污水处理后作为中水回用，节约利用水资源。
2、人工潜流湿地技术
人工湿地技术,是利用人工水生态系统内多级生物的稀释降解作用来去除或削减水中污染物的方法[4]。目前,我国许多地区已利用该技术处理小城镇污水、污染河道水、村镇污水及面源污水的实例。人工潜流湿地系统适合不同的处理规模,基建费用低廉,处理构筑物由各种天然生态系统或经简单修建而成,没有复杂的机械设备, 易于运行维护与管理。但该技术需要有足够的预处理设施，否则湿地寿命短，环境卫生状况差，冬季出水水质无法保障。
3、土壤渗滤系统
土壤渗滤系统是经过预处理，将污水投配在土地上，通过“土壤—微生物—植物”系统，进行一系列物理、化学及生化作用，使污水得到净化的处理工艺。污水土地处理成本低廉，基建投资省，运行费用低；运行简便，易于操作管理且节省能源。
在土地渗滤系统中，投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向深层扩散。污水中的污染物质在扩散过程中被土壤阻留、吸附、微生物降解、植物吸收等一系列作用被去除。由于土地渗滤系统负荷低、停留时间长，水质净化效果非常好，而且稳定。该系统适宜于小规模的生活污水处理，尤其是独户或几户居民的污水处理，推广利用前景较为广阔。
土地渗滤系统具有以下明显的优点：
1）工艺流程简单，运行可靠，管理方便。土地渗滤系统对预处理水平要求低，化粪池出水即可，而且不产生一般生物处理中所需要处置的污泥。
2）处理效果稳定。出水水质可以达到排放和回用水质标准，不会对地下水造成危害。
根据不同的排放和回用要求，以上技术可以组合使用。
四、无动力式污水处理技术工程实践
北京市各级水务部门近年来大规模开展了分散点源污水治理与回用工作，取得了丰硕成果。笔者积极参与了门头沟、延庆、昌平、房山等区县的无动力技术推广应用工作，建设了近百座治污设施，并不断总结、改进和完善。有的污水站已运行五年以上，处理效果非常稳定，没有使用电力、药剂等，没有经过排泥等任何维护措施。
2003年底，北京市白河堡水库管理处采用无动力式生物净化槽设备建设了污水处理及回用工程，处理规模25吨/天，污水处理后排入灌溉水池，用于绿化、灌溉等。
从监测结果来看，仅厌氧段COD去除率已达70%以上，厌氧段出水水质已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB/18918-2002）二级标准。
整个工艺流程COD去除率大于90%，最终排水指标达到《城市杂用水水质标准》（GB/T 18920-2002）规定的中水回用条件，符合《北京市水污染排放标准》（DB11/ 307-2005）一级限制B级标准。
2007年10月北京市门头沟区淤白村采用无动力式生物净化槽设备建设了污水处理工程，对生活污水收集、处理并达标排放。部分监测数据见表2。
从系统监测结果看，整个工艺流程COD、SS去除率达80％以上，BOD5、COD、SS排水已达到符合《北京市水污染排放标准》（DB11/ 307-2005）一级限制B级标准。
到目前为止，两系统均没有使用任何电力和药剂，没有剩余污泥排放，没有进行任何操作和维护措施，无专人值守，即使冬季水温下降及发生停水现象，系统仍能保持稳定的处理效果。
五、无动力式生物净化槽技术应用分析
目前生活污水处理使用较多的工艺为活性污泥法( 好氧法) ,但其存在占地大、能耗高、运行管理复杂等弊端。而目前大部分地点分散、污水量小的生活污水点源位置偏远,动力介入不便, 难以保证好氧法的能耗需求； 同时点源污染规模较小, 不便设立专业人员值守和操作管理。采用厌氧和好氧串联的无动力式生物净化槽一体化构筑物, 则具有很大的优势：
(1) 充分借助地势, 在污染物集中排放的渠道上选取相对于受纳水体具有落差优势的地点建设此设施,使得构筑物中不用泵、电机等动力设备, 实现无动力要求、无运行费用压力、免值守维护。
(2) 常规的好氧反应因供氧管理、水质水量变化等系统容易失常现象, 且需建设管理用房和冬季取暖设施。而本工艺中主要以厌氧为主，厌氧技术不需要外来能源，抗冲击负荷能力强，运行管理便利。
(3) 厌氧和好氧处理串联的流程, 具有节约投资、节省能耗、污泥产量少、进水水质好、能够脱氮除磷、运行稳定等一系列的优点。
(4) 分散排污口雨污混流, 污染物浓度低, 常规生物处理技术启动和稳定运行困难, 此工艺核心技术为厌氧，当系统停止进水一段时间后，容易自动恢复。
(5) 一般厌氧设备产生的沼气需设沼气收集处理装置, 该系统设备均为密封单元, 水处理过程中产生的有味、难闻气体采用土地吸附处理, 保证系统运行安全, 无空气二次污染。
(6) 若出水回用时需要消毒处理, 可灵活安装自动式投药系统。
在开展社会主义新农村建设污水治理中, 该技术广泛应用于城乡地区的基础设施建设, 因其无动力消耗、无运行和维护费用、无需人员值守且治理效果显著的优势, 有效解决了当地的水污染治理和中水回用问题，节约了大量的财政支出。现已完成标准化、成套化开发，经过两次升级换代，在北京市、天津等地大批量投入使用，取得了很好的经济效益、环境效益和社会效益, 受到广大用户的普遍赞誉，该技术已被有关部门列为发展循环经济重点产业化技术和火炬计划推广项目。
六、结语
无动力式污水处理技术科学地将生物技术和生态技术用于分散点源污水处理场合，具有工艺简单、投资及运行费用少、处理效果好、无人值守、中水可回用等诸多优势, 体现了以人为本、环境友好的治污理念，是我国实现清洁小流域、保护水资源、污水资源化的适宜技术手段。
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