污水处理厂不但是水污染防治最重要的治理工程,也是水环境管理的重要对象和抓手。纵观过去20多年针对污水处理厂的水环境管理政策演变,走过的是一条由出水不断提标,到出水污染物浓度达标排放与区域污染总量控制相结合的道路。
进入十三五,我国水环境管理已经发生了深刻的变革,从法律法规、体制机制和组织保障推动污染物减排,逐步转到以水环境质量改善为核心上来。
针对污水处理厂的环境管理政策也顺应潮流,正处于积极探索实践中,形成了以提高污水处理厂出水排放达标与区域水环境质量达标相结合的考核体系。
以经济发达的太湖流域为例。污水处理厂采用深度净化工艺实现出水超净排放,重点是控制入湖河流排入湖泊的污染物总量,进行源头削减。太湖入湖河流高氮磷负荷是引发太湖富营养化和蓝藻水华暴发的主要因素,以城镇污水处理厂尾水为代表的低污染水氮磷等污染物排进入湖河流,影响区域水环境质量。但是,从工程措施角度,单纯在污水处理厂内部进一步进行深度脱氮除磷,边际成本会大大增加,具有巨大的不经济性。因此,只有走因地制宜、尾水深度净化道路,才能实现区域水环境质量不断提升。
污水处理厂尾水深度净化技术一般包括物理法、化学法和生物法,也包括生态方法,对尾水中氮磷、有机物和重金属等污染物进行深度净化。
采用生态深度净化工艺,必须解决三大问题:一是如何有效削减污水处理厂尾水中总氮和低浓度磷;二是冬天低温条件下人工湿地的稳定运行;三是水生植物的资源化,防止二次污染,实现人工湿地的长效运行。
为攻克上述难关,国家水污染控制重大专项专门设立了《低污染水生态净化技术集成研究与工程示范》课题。作为一项前瞻性科技工程,经过多年深入研究与探索,形成了以下一系列技术储备:
光电人工湿地实现物化-生态耦合脱氮除磷技术。形成光电人工湿地强化净化低污染水的技术体系,着重解决冬季运行效率低问题,有效削减COD、氮磷污染负荷。
添加反硝化菌剂的生物强化的湿地处理技术。筛选低温反硝化细菌,着重解决脱氮能力低问题。
添加改性生物质炭的物化-生态耦合除磷技术。形成低温高效脱氮和物化-生态耦合除磷的低污染水生态净化技术体系。重点解决污水处理厂尾水溶解性磷水生植物吸收利用效率低问题,尾水经生态净化后出水总氮和总磷浓度分别小于8 mg/L 和0.3 mg/L。
漂浮植物表面流-垂直潜流-沉水植物表面流的功能湿地生态净化模块化组装技术。包括反硝化功能湿地水生植物组建技术、功能湿地种源库技术和物化-生态耦合除磷的低污染水生态净化技术。主要针对尾水中含有的悬浮物,经处理,实现尾水氮磷梯度削减。
水生态净化长效运行的管理技术。包括水生植物生产生物质炭技术和生产有机酸技术,水生植物回用于人工湿地,保障人工湿地持续的脱氮除磷能力,着重解决人工湿地水生植物利用难、长期运行效率下降等问题,同时实现人工湿地碳素的循环。人工湿地中水生植物可以直接出售,生产的生物质炭和有机酸也可以出售,实现资源化。
从上述技术的应用实践看,已取得良好的效果。
常州武进太湖湾污水处理厂、漕桥污水处理厂和宜兴官林污水处理厂尾水人工湿地生态净化工程,应用光电人工湿地处理系统,有效去除尾水中的氮磷、COD等污染物,出水氨氮和总磷达到地面水环境质量的Ⅳ类标准。应用低温高效脱氮和物化-生态耦合除磷的低污染水生态净化技术,提高了冬季人工湿地对低污染水脱氮的效率。
宜兴周铁污水处理厂尾水进行表面流人工湿地处理,结合生态沟渠处理技术,在殷村港南岸沿岸带实施人工湿地处理和生态修复工程,进行人工湿地和生态墙建设,提高了人工湿地出水水质。
常州江边污水处理厂尾水人工湿地生态净化工程,采用模块化技术分析不同生态单元的净化能力和对水质特征的响应,应用生态净化的模块化技术和组合运行方法,满足了不同水质的变化特征对净化的需求,有效削减低污染物,形成低污染水深度生态处理技术与设备的模块化技术体系,出水氨氮和总磷达到地表水Ⅲ类水质标准。
综上,通过对污水处理厂尾水深度生态净化技术开展融合创新研究,突破了低污染水与地表水环境质量标准中氮磷浓度差距难于削减的瓶颈,走出了一条符合国情的技术路线,理论和实践已证明能够支撑水环境质量管理的变革。