（市政工程专业论文）小城镇污水强化一级处理试验研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 随着农村经济的持续快速发展和城镇化进程的普遍加快，我国小城镇社会经济发展 迅速，人民生活水平显著提高。但在小城镇的发展过程中，废水污染物排放量急剧增加， 导致小城镇水环境质量显著下降，严重影响了小城镇社会经济的可持续发展。加强小城 镇市政基础设旌建设，加大污水处理力度，防止小城镇水环境恶化己形成共识。因此， 在充分考虑我国小城镇建设过程中经济、社会等实际情况的前提下，努力研究开发适合 我国国情的低投资、低能耗、高效率的小城镇污水处理技术己势在必行。 强化一级处理能以较低的投入削减较大的污染负荷，能大大提高一级处理对污染物 的去除效率。本课题以较低浓度小城镇污水为试验水样，对化学强化一级处理技术的絮 凝剂优选及有关工艺参数优化进行了大量的试验研究；在此基础上，优化化学生物絮凝 强化工艺的运行参数，以期为小城镇的水环境保护提供理论指导和实践参考。 烧杯试验所采用的三种无机絮凝剂对较低浓度小城镇污水都有一定的处理效果。其 中p a c 和p a f c 的处理效果较好，p a f c 尤佳。f e c l 3 、p a c 、p a f c 与p a m 复配试验结果 显示：最佳复配方案为先投加p a f c ，再投加p a m ；优化p a m 的投加量为0 5 m g l 。 小城镇污水化学强化一级处理装置试验研究结果显示：p a f c 投加量为9 0 m g l ，p a m 投加量为o 5m g 儿时，综合效果最优，出水c o d o 、浊度、t p 分别为8 0 2 2 m g l 、8 2 7 n t u 、 0 s 9 m g l ，平均去除率分别达到6 3 7 、9 1 4 、7 2 8 ，出水满足城镇污水处理厂污 染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级标准要求。采用化学强化一级工艺处理小城镇污 水经济效益相当可观，吨水造价一般在1 0 0 0 元左右，运行费用在0 5 元m 3 左右。 小城镇污水化学生物絮凝强化一级处理装置试验研究结果显示：化学生物絮凝强化 是化学絮凝作用和生物絮凝作用的深度集成工艺，污泥回流比和絮凝剂投加量是影响处 理效果的关键参数；优化污泥回流比为2 0 ；絮凝剂投加量为1 0 0 m g l 时会抑制生物活性， 影响处理效果。在p a f c 投：自n s o m g l ，p a m 0 5 m g l ，污泥回流比为2 0 的运行条件下， 处理效果稳定，c o d c r 、浊度、仰平均去除率分别为6 3 4 、8 7 8 、7 6 5 。由于存在 生物助凝作用，化学生物絮凝工艺可以取消p a m 的投加而不影响处理效果，与单纯的化 学强化一级处理工艺相比，该工艺具有絮凝条件好、加药量小、剩余污泥产量少、运行 成本低的优点。 本研究为适应一般小城镇条件的实用水环境污染控制技术基础研究，采用烧杯搅拌 山东建筑大学硕士学位论文 试验与模拟强化一级处理生产工艺装置试验相结合的研究方法，对较低浓度小城镇污水 进行强化一级处理试验研究，研究成果主要包括：优化适合试验水质的絮凝剂品种( 组 合) ；优化化学强化一级处理絮凝剂投加量及混合、絮凝、沉淀条件等工艺参数；优 化化学生物絮凝强化一级处理工艺的污泥回流比、絮凝剂投加量等关键工艺参数；探 讨化学生物强化工艺的生物助凝作用，取消p a m 的投加，进一步减少药剂费用。研究 成果对强化一级处理工艺在小城镇的推广应用具有很好的指导意义。 关键词：小城镇，污水处理，c e p t ，化学生物絮凝，试验研究 山东建筑大学硕士学位论文 s t u d yo ne n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n to fw a s t e w a t e r r e c e i v e df r o ms m a l lt o w n s z h a n gz h e n z h e n ( m u n i c i p a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yw a n gx i n w e na n dw a n gl o n g w i t ht h ef u r t h e ra d v a n c i n go fr u r a le c o n o m ya n do v e r w h e l m i n gd e v e l o p m e n to f t o w n s h i p , s m a l lt o w n s se c o n o m yd e v e l o p sr a p i d l ya n dl i v e sl e v e lo ft h ep e o p l ee n h a n c o r e m a r k a b l y h o w e v e r , t h ed e v e l o p m e n to fs m a l lt o w n sc a u s l 嚣t h ew a s t e w a t e rp o l l u t a n ts h a r p g r o w t ha n dt h ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yr e m a r k a b l ed e t e r i o r a t i o n i th a ss e r i o u s l ya f f e c t e d t h es m a l lt o w n ss o c i a le c o n o m yc o n t i n u e dd e v e l o p m e n t n o w ，t h e r ei sc o m m o nc o n o o r no n t h es t r e n g t h e n i n go ft h em u n i c i p a lc o n s t r u c t i o n ，t r e a t m e n to ft h ew a s t e w a t e r , a n dp r e v e n t i n g f r o mt h ed e t e r i o r a t i o no ft h ew a t e rs o u r c e si ns m a l lt o w n s t h e r e f o r e , i ti su r g e n tt oe x p l o i ta s e r i a lo ft e c h n o l o g i e so nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf e a t u r e db yl o w - i n v e s t m e n t , l o w - c o n s u m p t i o n a n dh i g h e f f i c i e n c yi nr e s p e c tt oc h i n a sn a t i o n a lc o n d i t i o n s e n h a n c e d # m a r yt r e a t m e n tc a nr e m o v em o r ep o l l u t a n t sa tl e s sc o s ta n du p g r a d eg r e a t l y t h er e m o v a le f f l c i e n c i e so ft h ep o l l u t a n t s l o wc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e ro fs m a l lt o w n sw a s u s e da n das e r i e so fe x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e dt od e t e r m i n eo p t i m a lo p e r a t i o np a r a m e t e r so f c e p ta n dc h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c e u l a t i o np r o c e s s t h er e s u l t sc a np r o v i d et h et h e o r y i n s t r u c t i o na n dt h ep r a c t i c er e f e r e n c ef o rs m a l lt o w n s sw a t e re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h et h r e ec o a g u l a n t sa l lh a v ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c et ot r e a tl o wc o n c e n t r a t i o ns m a l l t o w n sw a s t e w a t e r t h ee f f e c to fp a f ci sb e s t u s i n gi n o r g a n i cc o a g u l a n t sa n dp a ma s c o m b i n e dc o a g u l a n t sf o r j a rt e s t s ，t h eo p t i m a lp l a ni sa d o p t i n gp a f cf i r s t l yf o l l o w e db yp a m ， a n do p t i m a ld o s a g eo fp a mi s0 5 m g l t h er e s u l t so ft h ec h e m i c a l l ye n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n ts h o wt h a t ：w h e np a f ci s 9 0 m 北p a mi s0 5 m g 儿t h er e s u l ti sb e s la n dc o d ，t u r b i d i t y , t pc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n t a r e8 0 2 2 m g 化8 2 7 n t ua n d0 8 9 m g 化w i t hr e m o v a lr a t e sa r e6 3 7 ，9 1 4 a n d7 2 8 ， r e s p e c t i v e l y e f f l u e n tc a n m e e tt h es e c o n dc l a s sd i s c h a r g ea sr e q u i r e db yt o w n s h i ps t a n d a r d m 山东建筑大学硕士学位论文 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) o fw a s t e w a t c rd i s c h a r g e t h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yi sq u i t ec o n s i d e r a b l e a d o p t i n gc h e m i c a l l ye n h a n c e dp r i m a r yp r o c e s st ot r e a ts m a l lt o w n s w ss e w a g e t h ec o n s t r u c t i o n c o s ti sg e n e r a l l y1 0 0 0y u a n m 3a n do p e r a t i n gc o s ti sg e n e r a l l y0 5 y u a n m 3 t h et e s t r e s u l t so ft h e c h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o np r o c e s ss h o wt h a t ： c h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c c u l a t j o ap r o c e s si sac l o s e l yc h e m i c a l - b i o l o g i c a l i n g r a t e dw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp r o c e s s ；r e f l u xr a t i oo fs l u d g ea n dc h e m i c a ld o s a g ea r ee s s e n t i a lp a r a m e t e r st h a tc a n i n f l u e n tp r o c e s s i n ge f f e c t o p t i m a lr e f l u xr a t i oo fs l u d g ei s2 0 w h e np a f ci s 1 0 0 m g l , p a mi s0 s m g lt h er e s u l th a sl o wr e m o v a le f f i c i e n c yb e c a u s eo fs u p p r e s s i o nb i o l o g i c a l a c t i v i t y w h e np a f c i s8 0 m g lp a mi s0 5 m 如a n dr e f l u xr a t i oo fs l u d g ei s2 0 ，t h er e s u l t i ss t e a d y t h er e m o v a lr a t e so fc o d ，t u r b i d i t ya n dt pa r e6 3 4 ，8 7 8 a n d7 6 5 ， r e s p e c t i v e l y p a mw a sc a n c e l l e di nt h ec h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o np r o c e s sb e c a u s eo f t h eb i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o n c o m p a r e dw i t hc h e m i c a l l ye n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n tp r o c e s s , t h ec h e m i c a l - b i o l o g i c mf l o e e u l a t i o np r o c e s ss h o w st h ec h a r a c t e r i s t i co fg o o df l o c c u l a t i o n c o n d i t i o n ，l i t t l ec h e m i c a ld o s a g e ，f e ws u r p l u ss l u d g eo u t p u t , l o wo p e r a t i o nc o s t t h i sr e s e a r c hi sab a s er e s e a r c ho fw a t e re n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc o n t r o lt h a tc a na d a p t g e n e r a ls m a l lt o w n s sc o n d i t i o n a d o p te n h a n c e dp r i m a r yp r o c e s st ot r e a tl o wc o n c e n t r a t i o n w a s t e w a t c ro fs m a l lt o w n sw i t ht h em e t h o do fc o m b i n i n gj a rt e s tw i t hd e v i c et e s t t h e r e s e a r c ha c h i e v e m e n t sm a i n l yi n c l u d e ：as e r i e so fj a re x p e r i m e n t st od e t e r m i n eo p t i m a l c h e m i c a ls p e c i e s ( c o a g u l a n t c o m b i n a t i o n ) ；o p t i m i z ec h e m i c a ld o s a g ea n do p e r a t i o n p a r a m e t e r so fc e p ta b o u tt h ec o n d i t i o no fm i x i n g , f l o c c u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n ； o p t i m i z er e f l u xr a t i oo fs l u d g ea n dc h e m i c a ld o s a g eo fc h e m i c a l b i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o n p r o c e s s ； d e t e r m i n et h ee f f e c to fb i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o n ，r e d u c ef l o c c u l a n tc o s tb e c a u s eo f c a n c e l i n gp a m t h i ss t u d yg i v e ss o m eg u i d a n c ef o rt h ea p p l y i n ga n ds p r e a d i n go fc e p ti n s m a l lt o w n s k e yw o r d s ：s m a l lt o w n s ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t , c e p t , c h e m i c a l - b i o l o g i c a l f l o c e u l a t i o n ，e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是长人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明本人承担本声明的法律责任 学位论文作者签名：耋真暮日期型 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名：丞奠堑日期型亟i 导师签爱猫日u 弘 山东建筑大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 小城镇概况 1 1 1 小城镇概念的界定 一般来说，小城镇就是介于城市和乡村之间的城市特征相对较为突出、乡村特征相 对弱一些的人类居住区，其兼具城乡二元特征，它是把城市和乡村两个不同的区域有机 地联系成为一个整体的纽带【“。各类研究人员在讨论小城镇时都侧重于自身的角度，导 致小城镇概念上的多义性和模糊性。当前，学术界比较流行的主要有以下几种倾向： ( 1 ) 认为小城镇是设立行政建制的镇，不包括县级镇和集镇。 ( 2 ) 认为建制镇的主体是实行镇管村，它们基本上是由传统的集镇发展而来的，因 此与集镇并无明显的界限，所以小城镇应该包括集镇，而不应该包括县级镇。 ( 3 ) 认为小城镇是指介于城市与农村居民点之间的过渡型居民点，包括建制镇( 含 县城镇) 和集镇【2 l 。 ( 4 ) 认为小城镇是一种区别于城市和村庄的早已客观存在的聚落，关键是如何选取 发展的重点，无需人为划分1 3 】。 综合以上几种观点，结合本课题的特点，确定本文中的“小城镇”专指建制镇，即 指行政建制“镇”或“乡”的“镇区”部分，且小城镇的涵盖范围可视工作需要上下适 当延伸。 1 1 2 小城镇的发展状况 中国是世界上拥有小城镇最多的国家之一，发展和建设小城镇既符合我国国情，又 是实现农村现代化的必由之路。据资料显示1 4 1 ，2 0 0 0 年第五次全国人口普查表明，我国 市镇人口的比重为3 6 0 9 ，而1 9 9 8 年世界平均城市化水平为4 7 ，1 9 9 5 年发达国家和 地区为7 5 ，发展中国家为3 8 ，最不发达国家为2 2 。可见，我国的城镇化水平还相 当低，其中基础设施建设的落后状况己成为影响入口、产量、资本等要素向城镇聚集的 严重障碍。 改革开放以来我国的城镇化水平加快，其中建制镇已从2 0 世纪7 0 年代的2 8 0 0 多个， 增加到2 0 0 2 年底的2 0 5 万多个，另外还有4 万多个集镇。预计到2 0 1 0 年，全国设市城 市将达1 2 0 0 个左右，建制镇2 5 - 3 万个左右。全国城镇人口达6 8 亿，城市化水平约为 山东建筑大学硕士学位论文 4 5 。其中小城镇人口所占比例达6 5 1 5 1 。表1 1 显示了2 0 世纪9 0 年代中国建制镇和人 口城镇化发展变化情况。 据山东省统计局发布的消息，山东省的小城镇建设已进入了一个新的快速发展时期。 截止到2 0 0 4 年底，全省共有小城镇1 4 7 9 个。其中，城关镇1 0 4 个，其他建制镇1 3 7 5 个，占全部乡镇总数的8 3 。全省小城镇人口已达1 4 2 6 7 万人，占全部乡镇人口的1 8 3 。 其中镇区人口1 0 万以上的有6 个，5 1 0 万的有2 5 个，3 万的有3 9 个，l 旬万的有 3 3 5 个，1 万以下的1 0 7 4 个。镇区人口一万以上的小城镇个数已达4 0 5 个，占2 7 4 1 6 。 表1 12 0 世纪9 0 年代中国建制镇、人口城镇化发展情况1 4 】 1 2 小城镇的特点 1 2 1 小城镇的经济特点 可持续的经济发展应是一种技术进步、提高效益、节约资源的集约发展模式，这种 模式与传统的高消耗、高投入的掠夺式外延发展模式乃根本对立【刁。然而，目前我国多 数小城镇传统的生产方式( 企业规模偏小、类型层次偏低、生产技术水平较落后、设备 陈旧) 仍然占主导地位，这不仅限制了小城镇的发展规模，而且对生态环境造成巨大压 力。 在小城镇的经济结构中，第一产业比重较大，为农业经济服务的特征明显；第二产 业、第三产业占总产值的比例较小。小城镇政府财力相对较弱，且小城镇在各个方面与 大中城市相比竞争力较弱，资金引进比较困难，因此投资巨大、运行管理费用高的污水 集中处理技术会对小城镇政府和人民增加很大的负担。 1 2 2 小城镇的社会特点 2 山东建筑大学硕士学位论文 1 2 2 1 小城镇人口 小城镇一般是由非农业人口组成的社会实体，镇区人口数多为1 0 0 0 - 5 0 0 0 人，某些 大城镇或重镇可达1 旬万人，但一般也不超过5 万人。由于小城镇与周围农村之间存在 着相当数量的摆动人口、通勤人口( 如亦工亦农人口、走读生等) ，使人口构成呈现比较 复杂的特点。 1 2 2 2 基础设旌 通过对我国小城镇基础设施建设的研究表明，我国小城镇基础设施落后，且发展很 不平衡【8 l 。根据对四川、重庆、湖北、福建、浙江、广东、山东、河南、天津等省市的 小城镇有关调查研究，发现这些小城镇道路缺乏铺装，给水普及率不到4 5 ，排水管网 面积普及率估约4 0 - 缶0 ，多数小城镇没有排水系统的总体规划。东部沿海地区也尚有 不少小城镇没有系统排污管道。中西部经济发展一般地区和欠发达地区许多小城镇尚只 有明渠或简单排水渠道，更没有系统排污管渠。 对于污水处理设施，只有东部经济基础和发展条件优越地区的少数小城镇开始建设 小型污水处理厂，但处理能力较低，绝大多数小城镇基本上没有污水处理厂，不少小城 镇污水未经处理就近排入环境水体，严重污染水环境。 此外，小城镇的邮电发展要比大中城市慢的多；能源、环保、文教、卫生、体育等 方面的落后状况则更为严重。 1 2 3 小城镇的环境特点 小城镇可持续发展的目标应是经济、社会、环境三方面同步协调发展。但在现实中 多数小城镇往往基于眼前利益或短期目标，将经济发展置于优先地位，而对环境的改善 力不从心。目前，水资源严重污染等生态环境问题已成为小城镇可持续发展的主要障碍 因素1 9 1 。具体表现为1 2 】，工业布局不合理，污染遍地开花，面源污染问题日益严重，环 境质量持续下降和退化，一些城镇的整体质量已明显低于大中城市，个别城镇甚至已无 环境容量可言。 1 2 4 小城镇污水特点 各种类型小城镇排放的污水一般由居民日常生活、小型餐饮服务、小型轻工业和手 工业生产以及公共卫生服务设施排放的污水组成。由于小城镇的面积较小，而且小城镇 的人口少、居民生活规律相近，导致小城镇污水的日变化系数较大；同时，小城镇的人 3 山东建筑大学硕士学位论文 口具有不稳定性和流动性。因此，小城镇污水的水量具有变化幅度大的特点，水量的不 均匀性比大中城市要大1 1 0 l 。小城镇水质水量的主要影响因素有：地理位置及气候条件； 经济发展水平；城镇类型及排水系统完善程度【1 1 l 。部分中小城镇的污水水质情况见 表1 2 1 1 2 1 。有些小城镇的排水系统是雨污合流系统，而且年久失修，这样的系统在雨季 或在地下水位高的时候，大量雨水和地下水进入，造成污水浓度很低；有些小城镇污水 水质为中浓度，此类污水可生化性较好，碳源充裕，有利于污水的脱氮除磷；有些经济 发展水平较低的小城镇，工业废水含量较少，卫生器具不完善，用水量少，此类城镇污 水主要为生活污水。 总体来讲，小城镇规模小，分布散，经济实力薄弱，基础设施不完善，污水的水质 水量变化幅度较大。因此，小城镇的污水处理应区别于大、中城市，不能一刀切，应根 据不同地域、不同经济发展水平采取具有针对性的政策，探索经济合理的建设模式。 表1 2 部分中小城镇的污水水质特征 中小城镇 s s ( m g l )b o d s ( m g l )c o d ( r a g l )t n ( m g l )t p ( m g l ) 大庆成风庄 7 8 1 - 1 6 8 54 6 3 - 8 9 41 1 2 1 5 62 3 玉瑚6 4 5 3 黑龙 绥化城关镇1 1 8 2 一1 2 3 48 6 2 1 0 2 12 0 r 7 3 ，2 3 5 62 5 7 3 2 55 1 鸸4 江 安达城关镇 1 0 3 扣1 8 5 31 1 2 6 1 3 6 52 3 4 每0 1 1 83 5 d 4 8 75 6 1 9 1 广饶城关镇 1 5 8 6 艺9 0 38 6 3 1 2 5 11 8 3 1 码1 3 23 6 8 3 9 63 2 6 8 山东 东营西城 5 6 舢培9 53 6 和7 4 58 3 5 - 1 5 4 32 6 5 0 1 4 3 9 - 7 2 胶州城关镇 2 6 8 5 - 3 8 9 5 2 2 3 4 0 5 6 74 5 8 3 6 9 3 15 0 3 晓44 9 - 1 0 5 番禺石桥镇6 1 4 - - 1 4 2 64 3 2 胡0 18 9 4 1 3 5 22 8 4 - - 3 8 33 8 0 8 广州 佛山镇安 5 5 4 - - 9 6 53 8 乒7 3 27 8 5 1 4 6 82 7 5 - 3 2 34 5 - 7 2 1 3 我国小城镇水环境污染现状与趋势 1 3 1 我国小城镇水污染现状 陈长太等人【1 3 1 将我国目前小城镇水污染状况总结为局部相当突出、类型十分复杂、 潜在危险很大。局部相当突出是指一些环境容量小、人口密度高、工业相对集中的小城 镇水污染不亚于大中城市或工业区：类型十分复杂是指小城镇不同经济结构产生不同程 度和种类的水污染问题：潜在危险很大是指小城镇水污染问题深入农村，发展迅速，不易 控制。重点来说，我国小城镇水污染问题目前主要体现在三个方面： 4 山东建筑大学硕士学位论文 ( 1 ) 生活污水 随着我国改革的不断深入，人民群众生活水平的不断提高和城镇化进程的迅猛发展， 城镇居民生产、生活有机污水的排放量也在逐年增加。据国家统计局2 0 0 0 年环境统计数 据，我国当年生活污水排放总量为2 2 0 9 亿吨【1 4 1 。同样据国家统计局2 0 0 0 年水利统计公 报，当年农村每人每天生活用水量为城市每人每天生活用水量3 9 2 1 ，小城镇生活污水 排放量已占当年全国生活污水排放总量的4 2 6 1 ，规模已相当大。然而由于当地的经济 状况、环保意识、人群素质等原因，再加上基础设施不完善，污水处理设施的建造远远 滞后于新增的污水量，9 5 左右的居民生活污水和粪便废水未经处理就直接排入收纳水 体，对当地水源和周围环境造成严重污染。 ( 2 ) 乡镇企业废水 小城镇乡镇企业发展星罗密布，由于这些企业生产技术落后、设备陈旧、无工业用 水定额、工业废水的排放量大量增加，使得乡镇企业废水对小城镇污水的排放量和污染 总量影响颇为重要。据1 9 9 7 年由国家环保总局、农业部、财政部和国家统计局联合公布 的全国乡镇企业污染源调查公报显示，1 9 9 5 年全国乡镇企业废水排放量为5 9 1 亿吨， 占当年全国工业废水排放总量的2 1 ；废水中c o d ( 化学需氧量) 排放量为6 1 1 3 万吨， 占当年全国c o d 排放总量的4 4 3 。但由于这些小企业环保意识淡薄、技术力量薄弱、 资金短缺，从而使小城镇废水未达标准就排放，给水环境保护带来极大威胁。 ( 3 ) 污水氮磷含量高 城乡居民生活水平的提高，刺激着小城镇畜禽养殖业的发展。但几乎所有的畜禽养 殖场都没有投资建造畜禽粪便及废水处理设施，导致大量含高浓度氮磷的禽畜排泄物未 经处理就直接排入水体，污染了小城镇的水环境，加剧了水体的富营养化。同时由于洗 涤剂用量增大和农施化肥大量流失，也使得小城镇污水中氮磷浓度增高。有关农村面源 污染邻近河流湖泊引起富营养化问题的新闻报道屡见不鲜。从国家环保总局2 0 0 5 年6 月发布的地表水水质报告中显示，我国七大水系1 9 4 条河流均有不同程度富营养化，2 9 个重点湖库的主要污染指标都是总氮和总磷，同时在接受监测的8 个大型淡水湖泊的主 要污染指标中也包括总氮和总磷。所以说，小城镇污水已成为邻近水域富营养化的一个 重要污染源。 1 3 2 我国小城镇水污染发展趋势 将来，我国的小城镇人口会大量增加。因为，如果按2 0 1 0 年中国城市化率达到5 0 5 山东建筑大学硕士学位论文 估算，将会有4 亿农村剩余劳动力需要转移，如果建设大中城市，需要1 0 0 万人口4 0 0 个或5 0 万人口的中等城市8 0 0 个，这显然是难以达到的。因此，从中国国情出发，发展 小城镇是我国城市化过程的必由之路，是具有中国特色城市化道路的战略性选择m 】。随 着这一趋势的发展和人民生活水平的提高，今后小城镇生活污水排放量必然是不断增加 的。大量污水如不经过有效处理而直接排放，不仅会严重污染水环境，也会加剧我国水 资源的短缺。 一 随着小城镇经济的不断发展，乡镇企业的数量会增多，规模也会壮大。所排废水若 不经过有效处理，则会对小城镇的水环境造成极大的威胁。此外，随着小城镇居民生活 水平提高，洗涤剂用量也相应增加，使得生活污水中总磷浓度增副1 6 1 。小城镇畜禽养殖 业也会在人们生活需要提高的刺激作用下继续发展，大量的禽畜排泄物将会继续使生活 污水中氮磷浓度增高。我国在1 9 9 8 年时，全国畜禽粪便产量己经是当年全国工业固体废 物产量的3 - - 4 倍，而粪便的还田率只有3 0 ，大多未经处理就排入就近水体【切。所以禽 畜排泄物对污水的影响不能忽视。 1 4 小城镇污水处理存在问题及对策 ( 1 ) 存在问题 我国城市化发展战略是严格控制大城市发展规模，积极发展中小城市，加快发展小 城镇。小城镇在我国经济可持续发展中的作用越来越大，因此小城镇污水处理也成了关 注的焦点。由城镇污水导致的水污染是严重的，要求治理的力度之大是空前的。预计到 2 0 0 8 年，我国要兴建中小城市污水处理厂千余座，投资近1 8 0 0 亿，还有近万座小城镇 也迫切等待建设污水处理厂，防治水环境污染l 堋。目前，我国已建成并投入运行的城镇 污水处理厂中8 0 属于二级生物处理工艺，普遍采用的工艺包括普通活性污泥法、氧化 沟法、s b r ( 间歇式活性污泥) 法、a b 法等，与美国、德国等发达国家所采用的技术与 工艺几乎在同一水平上，投资费用十分高昂。从基建和运行费用等方面分析，根据已建、 在建污水厂的实际情况，吨水造价一般在1 5 ( n - 2 0 0 0 元之间，运行费用在0 8 - 1 4 元m 3 之间【1 9 - 2 0 。而我国的小城镇经济基础薄弱，政府财力不足，国家对县及以下的建制镇污 水处理设施建设扶持又较少。使得我国小城镇污水处理出现“建的起，用不起”甚至“既 建不起，更用不起”的局面。此外，小城镇从业人员的技术水平和管理水平较低，这在 一定程度上对污水处理厂运行操作的难易程度提出了要求。针对我国国情及小城镇污水 的特殊性，必须考虑开发适合我国现阶段经济发展水平的小城镇污水处理新工艺。 6 山东建筑大学硕士学位论文 ( 2 ) 对策 针对小城镇污水的特点和实际情况，决定了在小城镇建设的污水工艺应具有经济、 高效、节能和简便易行的特点【2 1 1 。近年来，污水强化一级处理技术已经成为一个新的研 究热点，引起了国内外污水处理界的关注。在相同的基建投资情况下，级污水处理厂 处理污水量可达二级处理的3 4 倍，s s 去除总量约为二级处理的2 倍，生化需氧量 b o d s 去除总量约为二级处理的1 5 倍，从污染总量控制目标来看，建设一级污水处理厂 比建设二级处理厂更经济。但是，仅采用一级处理工艺，其对悬浮固体的去除率仅为 4 0 - 6 0 ，c o d c r 的去除率仅为5 0 ，b 0 0 5 的去除率为2 0 - 3 0 ，难以有效控制水污 染 2 2 1 。相比较而言，强化一级处理可以在较少提高基建和运行成本的条件下，显著地提 高污染物的去除。对于低浓度的小城镇污水，经过强化一级处理工艺可以实现直接达标 排放；部分小城镇有条件迸行深海排放或对水质要求不高时，可直接运行强化一级处理； 经济欠发达的部分小城镇，可考虑近期内采用强化一级处理，经济条件成熟后再缓建二 级处理工艺。强化一级处理工艺在基建投资、运行维护费用、占地面积、电耗及人力等 方面均远低于传统的二级生化处理工艺，而且运行管理简单方便、处理稳定、见效快、 环境效益好，它不仅能在短时间内，以较少投资和较低运行费用使城镇污水得到有效治 理，同时也可以缓减国内区域性水环境污染加剧的趋势。因此，它对于解决当前我国各 地政府由于资金不足而无法有效治理区域性水体污染的困难局面，缓解当前我国期待解 决的水环境污染问题，实现经济和环境的可持续发展战略具有重要的现实意义。 1 5 强化一级处理工艺简介 城镇污水中的污染物质按颗粒大小可以分为溶解态、胶体态、超胶体态和固体悬浮 态，粒径范围从小于0 0 0 1pm 到大于1 0 0 pm ，不同粒径的颗粒污染物表现为不同的物 理化学及生物特性，因此，污水中的各项污染物指标与其中的颗粒物分布有密切的关系。 不同尺寸的颗粒污染物在污水中表现为不同的动力学特征i z 3 - 2 4 l ，而其动力学特征往往又 决定了其在污水处理各构筑物中的去除率。针对城镇污水中的颗粒污染物分布特征，自 从2 0 世纪5 0 年代开始，相关领域的专家进行了大量的研究显荆2 5 谰：在城镇污水中， 大约2 5 的有机物呈现为溶解态( 粒径 1 0 0 mm ) 。传统的污水 二级处理工艺中，一级处理基本采用自然沉淀，主要去除粒径大于5 0 am 的污染物，胶 7 山东建筑大学硕士学位论文 体态和溶解态的污染物在二级生物反应池中转化为颗粒态的微生物细胞，然后依靠重力 沉淀实现胶体态和溶解态污染物的去除。但普及二级处理设施，由于基建投资费用较高， 在短时间内难以实现，对于已经投入运行的二级生物处理工艺，由于运行费用较高，管 理操作复杂，其利用效率不高。以自然沉淀为主的污水一级处理工艺仅对悬浮态和部分 超胶体态污染物有所去除，有机物去除率约为4 0 ，通常其出水中有机物、氮、磷含量 较高，难以有效地控制水污染。强化一级处理几乎可以完全去除悬浮态和超胶体态的污 染物，并可部分去除胶体态甚至溶解态的污染物，化学强化一级处理的去除效果当然应 该比常规一级处理更高。因此，可以考虑在传统一级处理的基础上，通过投加絮凝剂， 提高系统对超胶体态、胶体态、以及部分溶解态污染物去除。 强化一级处理工艺在城镇污水中的应用可以追溯到1 9 世纪，1 9 1 4 年以前，污水处 理普遍采用物理化学处理方法，s s 和b o d 5 的去除依靠投加大量的化学药剂来实现，不 仅运行费用较高，而且污泥产量较大，容易造成二次污染。1 9 世纪3 0 年代后，物理化 学方法逐渐被生物法所取代，活性污泥法成为应用最为广泛的技术之一。进入2 0 世纪 6 0 年代后，随着常规二级生物处理技术在工业化国家的普及，人们发现仅仅去除s s 、 b o d 5 还是不够的，氮、磷的存在导致水体的黑臭和水质的富营养化问题，污水中有毒 重金属在食物链中的富集放大问题，这些都是生物处理法难以单独解决的课题，强化一 级处理又重新得到重视。目前，强化一级处理工艺的研究主要有三种：化学强化一级处 理工艺、生物絮凝强化一级工艺和化学生物絮凝强化一级工艺。 1 5 1 化学强化一级处理工艺 化学强化一级处理工艺是在传统的污水一级处理基础上，通过投加一定量的化学絮 凝剂，以提高悬浮态和胶体态污染物质的去除，具体技术就是将与作用机理相适应数量 的化学絮凝剂投入污水中，经过充分混合、反应，使污水中呈微小悬浮颗粒和胶体颗粒 互相产生凝聚作用，成为较大颗粒，生成易于沉淀的絮凝体，经沉淀加以去除，其工艺 流程如图1 - 1 所示。一般来说，水体污染物颗粒是带负电荷的，电荷间的静电斥力是使 颗粒物在水中稳定存在的主要因素，因而，高效能的絮凝剂必须带有较高的正电荷才能 有效的使水体颗粒物脱稳从而发挥高效的絮凝性能，化学絮凝剂的正确选择是采用化学 强化一级处理的关键环节。 8 山东建筑大学硕士学位论文 出水 i o 一剩余污泥 图1 - 1 化学强化一级处理工艺流程图 ( 1 ) 化学强化一级处理工艺的理论基础 人们对絮凝作用机理进行了大量的研究，先后提出了许多理论及模式。随着对胶体 化学和物理化学研究的不断深入，絮凝机理也在不断地丰富和发展。纵观近五十年来絮 凝理论的发展，主要经历了三个重要阶段； 2 0 世纪6 0 年代以前，主要以物理化学理论为基础，如根据经典胶体化学的 g o u y - g h a p m a n 扩散双电层模型建立的d l v o 理论、以及由s m o l u c h o w s k i 提出并由c a m p 和s t e m 加以实用化的絮凝动力学理论。即絮凝速度梯度理论【2 7 】。这些理论强调压缩双 电层的扩散层，以降低或消除势能峰值的凝聚作用机理以及层流速度梯度决定着颗粒间 的碰撞絮凝作用，该机理认为在胶体溶液中投加反离子电解质，使双电层作用减弱，从 而使滑动面上；电位降低，降低或消除了排斥能峰，使胶粒脱稳发生凝聚。根据压缩双 电层理论提出s c h u l a e h a r d y 法则：使胶体脱稳的能力取决于与胶体电荷反向离子的价 数，即絮凝值是价值的函数而非类别的函数【丛1 。但这些理论均是基于电荷为常数、吸附 层及扩散层处于平衡状态时的胶体作用情形。近年来有一些学者对吸附层之间的静电作 用特性进行数学描述例，定量模拟了非平衡态扩散层之间的相互作用力；也有人发现， 对于带负电荷的胶体粒子，投加阳离子电解质可能产生负面效剁刈。尽管这些理论和机 理在阐述憎水胶体的稳定性和相互絮凝作用方而均得到了一定的实验验证，但还不能全 面解释水处理中的一切絮凝现象。 6 0 年代后，进一步加强对微观物理化学的研究，提出了电性中和、吸附架桥、网捕 作用机理以及微涡旋混凝动力学理论，强调了凝聚过程中的化学作用，尤其是化学吸附 作用以及水流紊流微旋涡对絮凝颗粒碰撞后相结合的影响。 8 0 年代之后，随着界面电位计量体系和表面络合模式( s c ) 的发展，许多研究者开 始在絮凝中引入表面络合概念及定量计算方法，提出了“表面覆盖絮凝模式”。在s c 理 论中，吸附被认为是在表面吸附点和吸附质之间的化学反应，它有两种模式，其吸附模 9 山东建筑大学硕士学位论文 式用来描述反应过程的化学计量，静电模式用来描述双电层的结构及反应的静电力作用 情况，但s c 模式不能用来解释聚电解质的宏观特性p 1 1 。因而研究者提出“s f