第七节 小城镇污水处理及利用
从保护水资源及维持区域生态平衡的角度出发，污水在排放之前必须考虑污水处理问题。同时，城镇污水中的有毒有害物质往往也是有用的物质。例如，生活污水中含有大量的肥料，工业废水中含有工业生产原料和副产品。因此，在进行污水处理、改善水质的同时，若能回收利用污废水中的有用物质，不仅可以控制环境和水体污染，而且可以化害为利，变废为宝。
一、城镇污水性质及排放标准1.城镇污水性质
根据城镇污水来源和性质的不同，城镇污水主要分为生活污水、工业废水和径流降水三类。（1）生活污水。生活污水是指人们日常生活中用过的水，主要来自住宅、机关、学
校、商店及其他公共建筑和工厂的生活间，如厕所、浴室、厨房、洗衣服等排除的水。生活污水中含有大量的有机物，如蛋白质、动植物脂肪、碳水化合物、尿素和氨氮等，其中粪便污水中更含有寄生虫卵、病菌和病毒等有害物质，因此，这类污水必须经过收集和处理后才可以排入水体、灌溉农田或再利用。
（2）工业废水。工业废水是指在工业生产过程中产生的废水。由于各种工业生产的生产类别、工艺过程，使用的原材料以及生产管理等不尽相同，因此，各种工业废水的性质也就存在很大的差异，且多数有危害性，各工厂的污水情况要具体分析。部分生产污水中有害物质主要来源见表423。
表4 23
生产污水中有害物质的来源
（3）径流污水。径流污水是由降水（雪）淋洗城镇大气污染物和冲洗建筑物、地面、废渣、垃圾而形成的，这类污水具有季节变化和成分复杂的特点。虽然初期雨水径流含有一定的污染物质，但一般不需处理，可以直接排入水体。
2.城镇污水的水质污染指标
污水的污染指标是指衡量水在使用过程中被污染的程度，也称污水的水质指标。污水分析的一些主要指标如下。
（1）有机物。污水中含有大量有机物质，这些有机物进入水体后，在好氧微生物分解作用下，使水中溶解氧浓度大幅度下降，甚至造成缺氧状态，危害水生生物生长，有时甚至造成大批鱼类死亡，水色度变黑，并散发恶臭，造成水体污染和环境恶化。
直接测定污水中各种有机物的含量较为困难，一般采用生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）两个指标，间接概括地表示污水中有机物的浓度，单位采用mg/L。这两个值越高，说明水中有机物越多，污染越严重。
（2）有毒物质。有毒物质指污水中含有各种毒物的成分和数量，单位为mg/L表示。有毒物质对人类、鱼类、农作物有害作用，有的毒性作用明显，容易引起人们的重视。而有的有毒物质则是通过食物在人体内逐渐积累，只有达到一定浓度后才会表现出病症。这些有毒物质也是有用的工业原料，有条件时应尽量加以回收利用。
（3）固体物质。固体物质可以分为悬浮固体和溶解固体两类，单位为mg/L，悬浮固体分为沉降性悬浮物（可分为可沉物和难沉物）和漂浮性悬浮物，会导致淤积堵塞等情况。溶解固体是造成水体浑浊和色度的主要原因，当含盐量很高的污水深入土壤后，会使土壤盐碱化。
（4）pH值。pH值表示污水呈酸性或碱性的标志。生活污水一般呈弱碱性，而工业废水则是多种多样，其中不少呈强酸强碱的。酸碱污水会危害鱼类和农作物，腐蚀管道。
（5）色、臭、热。污水呈现颜色、气味，影响水体的物理状况，降低水体的使用价值。此外，高温度的工业废水排入水体，对水体造成热污染，破坏鱼类的正常生活环境。
3.污水排放标准
污水排放的标准是对排入水体中的污染物或有害因子所做的控制规定，即排放的极限值（包括污染物最高允许排放浓度即最高允许年排放总量），它是控制水体污染、保护环境的重要手段。
水质标准分为水域（根据人类对人体的使用要求制定）水质标准和排水水质标准（根据水体的环境容量和现代技术经济条件制定）。排水水质标准有：《污水综合排放标准》
（GB8978—1996）《污水排入小城镇下水道水质标准》（CJ343—2010）、《城市污水处理厂
污水污泥排放标准》（CJ3025—1993）及各行业污水排放标准等。这些标准都是浓度标准，即规定了企业或设备的排放口的污染物的浓度限制。排放标准中的总量控制标准，即规定了企业或设备的排放口、一个小范围（可能有若干个工厂）的总排污量、一条河流流域的总排污量等提出限制。这种标准可以消除一些企业用清水稀释来降低排放浓度的现象，有利于对水体的环境容量有总体把握。我国一些小城镇已经实施了总量控制标准，取得了较好的效果。
二、城镇污水处理与利用的基本方法
污水处理内容通常包括：固液分离、有机物和氧化物的氧化、酸碱中和、去除有害物质、回收有用物质等。相应的污水处理和利用的方法可以归纳为物理法、生物法、化学法三类。
污水处理按处理程度划分，通常可分为一级、二级和三级处理。一级处理主要是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经常采用物理处理法。经过一级处理的污水，BOD一般可去除20%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理；二级处理的主要任务是大幅度去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质，BOD一般可去除80%～90%，使有机污染物达到排放标准；三级处理进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。一级处理和二级处理是处理城镇污水时经常采用的方法，所以又称为常规处理法。一般城镇污水在经过常规处理后基本上都可达到国家规定的污水排放标准。三级处理适用于对排放标准要求特别严格的水体，而且往往以污水回用为目的，因此属于深度处理。
1.物理处理法
物理处理法是利用物理作用分离和去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，在处理过程中，污染物的化学性质不发生变化。物理处理方法主要如下。
（1）重力分离法（沉淀）。利用污水中的悬浮物和水比重不同的原理，借重力沉降（或上浮）作用，使其从水中分离出来。沉淀处理设备有沉砂池、沉淀池及隔油池等。
（2）离心分离法。利用悬浮固体和废水质量不同造成的离心力不同，让含有悬浮固体或乳化油的废水在设备中高速旋转，结果质量大的悬浮固体被抛甩到废水外侧，使悬浮体与废水分别通过不同排出口得以分离。旋流分离器有压力式和重力式两种。
（3）筛滤截留法。利用筛滤介质截流污水中的悬浮物。筛滤介质有钢条、筛网、砂、布、塑料、微孔管等。属于筛滤处理的设备有格栅、微滤机、砂滤池、真空滤机、压滤机等。
（4）气浮法。此法是将空气打入污水中，并使其以微小气泡的形式由水中析出，污水中比重近于水的微小颗粒状的污染物质（如乳化油等）黏附到空气泡上，并随气泡上升至水面，形成泡沫浮渣而去除。
（5）反渗透法。用一种特殊的半渗透膜，在一定的压力下，将水分子压过去，而溶解在水中的污染物质则被膜所截流，污水被浓缩，而被压透过膜的水就是处理过的水。
典型的物理处理流程一般为：先经过格栅截流粗大污物，再进入沉砂池沉下砂砾等较重固体物质，然后进入沉淀池去除大部分悬浮固体。出水可用于灌溉或排入水体，沉砂池下的沙粒可用于填坑。沉淀池中的污泥被消化池发酵后可用做农肥，发酵中产生的沼气可用作气体燃料。
2.化学处理法
污水的化学处理法，就是通过投加化学物质，利用化学反应作用来分离、回收污水中的污染物，或使其转化为无害的物质。一般采用的方法如下。
（1）混凝法。水中呈胶体状态的污染物质，通常带有负电荷，若向水中投加带有相反电荷的电解质（即混凝剂），可使污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，失去稳定性，并凝聚成大颗粒而下沉。这种方法用于处理含油废水、染色废水、洗毛废水等。这种方法既可以独立使用也可以和其他方法配合，做预处理、中间处理、深度处理工艺等。
（2）中和法。用于处理酸性废水或碱性废水。向废水中投入相反性的化学物质，使废水变成中性。对碱性废水可吹入含有CO2的烟道气进行中和。
（3）氧化还原法。废水中呈溶解状态的有机或无机污染物，在投加氧化剂或还原剂后，发生氧化或还原作用，使其转变为无害的物质。常用的氧化剂还有空气、纯氧、漂白粉、氯气、臭氧等，氧化法多用于处理含酚、氰废水。常用的还原剂有铁屑、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠等，还原法多用于处理含铬、含汞废水。
（4）离子交换法。常用的离子交换剂有无机离子交换剂（沸石）和有机离子交换树脂。离子交换法在工业废水处理中应用广泛。
（5）吸附法。将污水通过固体吸附剂，使废水中的溶解性有机污染物吸附到吸附剂上，常用的吸附剂为活性炭、硅藻土、焦炭等。此法可吸附废水中的酚、汞、铬、氰等有毒物质。此法还有脱色、脱臭等作用，用于深度处理。
（6）电渗析法。污水通过阴、阳离子交换就可以得到分离，达到浓缩和处理的目的。此法用于酸性废水回收，含氰废水处理等。
属于化学处理技术的还有电解法、化学沉淀法、气提法、吹脱法和萃取法等。3.生物处理法
污水的生物处理法，就是利用微生物新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使污水得以净化，生物处理方法如下。
（1）活性污泥法。这是目前使用很广泛的一种生物处理法。将空气连续鼓入曝气池的污水中，经过一段时间，水中即形成繁殖有大量好氧性微生物的絮凝体———活性污泥。活性污泥能吸附水中的有机物。生活在活性污泥上的微生物以有机物为食料，获得能量并不断生长增殖，有机物被去除，污水得以净化。从曝气池流出的含有大量活性污泥的污水———混合液，经沉淀分离，水被净化排放，沉淀分离后的污泥作为种泥，部分地回流曝气池。活性污泥法自出现以来，经过多年演变，出现了多种活性污泥的变法，但其原理和工艺过程没有根本性的改变。
（2）生态塘处理法。生态塘处理是以太阳能为初始能源，利用在塘中种植水生植物，进行水产、水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能的推动下，通过生态系统中的多条食物链将污水中的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除污染物，并以水生植物、水产和水禽的形式进行资源回收，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化。同时处理后的污水可灌溉农田、改良土壤，或经进一步处理后回用于某些工业用水，具有很好的环境效益和经济效益。
生态塘污水处理系统具有基建投资省，运行费用低，管理维护方便，运行稳定可靠等诸多优点。但占地大，容易受自然条件影响。它们或单独使用，或与其他处理设施组合应用。
（3）人工湿地处理系统。它由一些浮水、挺水及沉水植物和微生物、动物与处于水饱和状态的基质层所组成。不仅起到污水净化的作用，而且通过营造湿地环境，形成独特的自然人工景观，与小城镇绿化与生态建设相结合。人工湿地污水处理系统的优势在于生长于其中的植物和与其相适应的微生物，污水从生长有植物的介质中流过，通过机制过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高度净化。同时，植物生长还有对污染物的吸收和同化作用，并且通过根茎叶向水体与基质层供养，使周围的多种微生物在厌氧、兼氧、好氧等复杂状态下消化降解污染物。
（4）生物膜法。使污水连续流经固体填料（碎石、炉渣或塑料蜂窝），在填料上就能够形成污泥状的生物膜，生物膜上繁殖着大量的微生物，能够起与活性污泥同样的净化作用，吸附和降解水中的有机污染物，从填料上脱落下来的衰死生物膜随污水流入沉淀池，经沉淀池澄清净化。生物膜法可处理各类构筑物，如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化以及生物流化床等。
（5）厌氧生物处理法。利用兼性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物。主要用于处理高浓度、难降解的有机工业废水及有机污泥。主要构筑物是消化池，近年来开发了厌氧滤池、厌氧转盘、上流式厌氧污泥床、厌氧流化床等高效反应装置。该法能耗低且能产生能量，污泥产量少。
三、污水处理方案的选择
污水处理耗资大，运行管理费用较高，对环境卫生影响大。在规划设计中，必须慎重选择城镇污水处理方案，首先应明确以下几个问题。
1.工业废水的处理问题
通常大型的集中的工业或工业区采用独立的污水处理系统外，对于多数的、分散的、中小型工业企业的废水，大多采用与生活污水一并处理、排放方式，由城建部门设置统一的污水处理厂，采用综合治理方案。这种方案建设费用和运行费用较低，处理效果一般比分散处理好。但有些工业废水含有特殊的污染物质，有些工业废水所含污染物质浓度很高。为了保证污水处理厂的正常运行，必须限制某些工业企业废水的排放，要求在厂内经过预处理，达到规定标准后才能排入污水管网，输入污水处理厂。因此，各工业企业排放废水时必须取得当地市政部门的同意。
2.预防为主，综合治理
规划中要求各工业企业尽量压缩废水量和降低水中污染物质的浓度。通过采用改革生产工艺，回收利用废水中有用物质以及进行废水循环使用、循序利用等措施，减少废水及污染物的排放量。
工厂之间应研究协作共同处理废水的可能。一个工厂废水中可能成为另外的工厂的原料，就能变废为宝，发展循环经济。另外，这个厂的废水与另一个厂的废水混合后，可达到易于处理或减少有害物质浓度降低其危害性，如酸碱废水中和等。
3.合理决定污水处理程度
污水处理程度划分为一级、二级、三级三个等级。处理程度的决定，取决于下列因素：（1）环境保护的要求：包括受纳水体的用途、卫生、航运、渔业、体育等部门的意
见，提出对污水排放标准的要求。
（2）经污水处理厂处理后的出水供灌溉农田或养殖的可能性，以及所能接受的污水量。（3）当地的具体情况：包括污水管网的现状，自然条件，小城镇性质及工业发展规
模、速度、污水量、污水水质情况等。
（4）经济条件。如果投入不足，可以先进行一级处理，以后再建二级处理，做出分期建设安排。
四、污水处理厂厂址选择及布置
污水处理厂是污水排水工程的重要组成部分，恰当地选择污水处理厂的位置对小城镇规划的总体布局、小城镇环境保护、污水的利用和出路、污水管网系统的布局、污水处理厂的投资和运行管理都有重要影响。污水处理厂需经过多方案技术经济比较才能最终确定。
（一）污水处理厂厂址选择
在选择污水处理厂厂址时，一般应考虑以下几项原则：
（1）尽量不占或少占农田。若处理后的污水（泥）用于农业，厂址的位置应便于农业灌溉和污泥运输。
（2）厂址应结合污水管道系统布置及出水口位置统一考虑。污水处理厂宜设在地势低处，以便于污水自流排放，沿途尽量不设或少设提升泵站。同时，污水处理厂通常设在水体附近，以利于处理后的污水就近排入水体，减少排放渠道的长度。
（3）厂址必须位于集中给水水源的下游，并应设在城镇、工厂厂区及居住区的下游和夏季主导风向的下风向。为保证卫生要求，厂址应与工业区、居住区保持约300m以上的防护范围，但也不宜太远，以免提高造价。
（4）厂址应有良好的交通和水电条件，最好具有双电源，以便于污水处理厂能正常运行。厂址应选在地质条件好的地方，以便于施工，同时不应设在雨季易受水淹的低洼处。同时，靠近水体的处理厂应考虑不受洪水威胁，以保证在汛期能正常运行。
（5）厂址选择应根据城镇总体发展规划考虑远期发展的可能性，为扩建留有余地。应根据城镇对中水回用的需要，制定大中小规模及近远期相结合的污水处理厂布局规划，在合适的地点建设适当规模的污水处理厂，既有利于污水再生回用，又减轻了小城镇排水管网系统的负担，且易于实现分期建设。
（二）污水厂面积要求及布置1.面积要求
污水处理厂面积与污水量及处理方法有关，可以参照表424所示。
表4 24
小城镇污水处理厂面积
单位：m2·d·m-3
注 1.一级处理工艺流程大致为：泵房、沉砂、沉淀及污泥浓缩、干化处理等。
2.二级处理（一）工艺流程大体为：泵房、沉砂、初次沉淀、曝气、二次沉淀及污泥浓缩、干化处理等。
3.二级处理（二）工艺流程大体为泵房、沉砂、初次沉淀、曝气、二次沉淀、消毒及污泥提升、浓缩、消化、
脱水及沼气利用等。
2.平面布置
污水处理厂平面布置包括：各处理单元构筑物；连通各处理构筑物之间的管、渠及其他管线；辅助性建筑物；道路、绿地、电力、照明线路等。进行污水处理厂平面布置时应考虑以下原则：
（1）各处理构筑物与辅助建筑的位置应结合污水处理工艺流程，根据安全、运行方便与节能的原则确定。相互有关的构筑物应尽可能靠近，以减少连接管渠长度及水头损失，并考虑运转时操作方便。
（2）各处理构筑物布置应结合厂址的地形、气候及地质条件，力求减小土方量，避开不良地基。（3）污水与污泥的流向充分利用原有地形，尽量采用重力流。
（4）联系各处理构筑物的管渠布置应使各处理系统自成系统，以保证各处理单元能够独立运行。（5）厂区内应加强绿化，绿化面积不宜小于全厂总面积的30%。
（6）考虑扩建的可能性，留有适当的扩建余地。3.高程布置
污水处理厂高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高、各构筑物之间连接管渠的标高、各部分水位标高。当地形有利时，厂内有自然坡度时，应充分利用，合理布置，以减少填挖土方量，甚至不用提升泵站。
五、中水利用与污泥处理处置1.中水利用
中水系统是指将污水或生活污水经一定处理后用作城镇杂用，或工业的废水回用系统。在水资源日益匮乏的情况下，中水将主要运用到以下方向上：市政用水（包括冲洗厕所用水、绿化用水、浇洒道路、消防用水、小城镇景观用水），灌溉用水、养殖用水、工业用水、地下水方面等。
城镇中水系统是利用城镇污水处理厂深度处理水作为中水，供给具有中水系统的建筑物或住宅区，需要敷设独立的中水管道系统。目前，中水系统主要运用在一个建筑物或几个建筑物建成的区域内，居住小区的中水系统有广泛的发展前景，适用于新建居住区、商业区、开发区等。
中水系统中的中水处理设施既是污水处理厂，又是给水净化厂，而其出水系统是中水系统。进行中水系统规划应注意以下几个问题：
（1）应根据城镇用水量和水源情况综合考虑。缺水地区应在规划时明确建立中水系统的必要性，水量平衡、水源规划、处理、管网布置都应在总体规划中有所反映，作为具体规划设计的依据。
（2）总体规划中明确建立的中水系统，应在给排水工程系统的详细规划中，结合实际情况，对一些具体问题进行技术经济分析后予以确定。
（3）中水系统管网的布置要求与给水排水管网相似。管网应保持独立性，禁止与自来水系统混接。对已建地区，因地下管线繁多，中水管道的敷设应尽量避开管线交叉，敷设专用管线。
（4）中水系统比之于污水厂的回用处理显得分散，投资和处理费用高，回用面小，难于管理。原则上使建筑中水系统向小区或城镇中水系统方向发展，要求在整个规划范围内统筹考虑，增加回用规模，降低成本。
2.污泥处理
污水处理过程中同时要产生大量的污泥，其数量约占处理水量的0.3%～0.5%左右（以含水率为97%计）。这些污泥集聚了污水中的污染物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；也含有有用物质如植物营养素（氮、磷、钾）等。不经处理，任意堆放或排泄，会对周围环境造成二次污染。为满足环境卫生方面要求和综合利用的需要，必须对污泥进行处理。
污泥处理与利用的基本流程如图423所示。
图423 污泥处理与利用基本流程
污泥浓缩的目的是初步降低污泥含水率，去除污泥颗粒间的空隙水，减少污泥体积，以利于后续处理与利用。经过浓缩处理后，其含水率可由原来的99%以上降低到97%左右。
污泥消化分为厌氧消化和好氧消化两种，一般所说污泥化是指污泥厌氧消化。污泥厌氧消化可以有效改善污泥的卫生条件，稳定污泥性质，减少污泥体积，改善脱水性能，并产生沼气，使污泥资源化。
污泥经浓缩或消化处理后，含水率仍在96%左右，体积很大，不便于运输和使用。为了将流态污泥转变为湿污泥，使污泥含水率降至60%～80%，需要对污泥进行干化、脱水处理。常用的处理方法包括自然干化和机械脱水两种。在进行干化后，体积仍然比较大，为了便于利用与处理，可以进一步进行干燥处理或焚烧。污泥经过干燥后，含水量可降至20%左右，体积大大减小，便于运输或进行最终处理。经过焚烧处理后，可使污泥完全脱水干化，并杀灭其中的病原微生物，但由于有机物被完全破坏，已经没有肥分价值，可用于填地或筑路材料使用。污泥焚烧费用昂贵，且易产生大气污染问题，只有在使用其他处置方法有困难或不能使用时才考虑采用。根据《城镇污水处理厂污泥处置分类》（GB/T 23484—2009），污泥的最终处置与利用途径包括以下几种，如表425所示。
表4 25
城镇污水处理厂污泥处置分类
管道水力计算图（图424和图425）。
图424 钢筋混凝土非满流水力计算图
图425 钢筋混凝土满流水力计算图