下水道——污水处理的良好场所

陆永生 胡龙兴 (上海大学环境科学与工程系，上海200072)
Lu Yongsheng Hu Longxing (Department of Environmental Sciences and Engineering)

陈玮 (上海鸿程环境工程有限公司，上海200083)
Chen Wei (Shanghai Hongcheng Environmental Engineering Co. Ltd)

　　摘要：从污水在下水道中的流经时间、流动状态、微生物存在情况、其中水质变化规律等说明下水道的污水净化能力，指出污水在下水道中的流经时间、流动状态，具备了类似自然界中水体净化所必需的条件；下水道中水质变化规律虽与河流净化机理及活性污泥反应动力学模式等不尽相同，但变化客观存在，可将其与污水处理厂视作一个整体。
　　关键词： 下水道 流经时间 流动状态 微生物 生物转化

1.前言

　　城市排水系统由排水的汇集、输送、提升、处理和附属设备等所组成^[1]。一般，排水管网系统（下水道）与污水处理厂等各自的功能十分明确。以往人们对下水道的认识，一般只停留在水力学方面，仅仅是污水处理厂的污水供应系统；污水处理过程中污染物的去除和转化效率被认为是取决于污水处理厂的运行管理。然而，事实上污水处理过程涵盖了整个排水系统，污水在漫长的下水道中的输送过程中同样会发生水质变化，而这种水质净化作用，往往被人们忽略，因此，对下水道进行重新认识，将其和污水处理厂视为一个整体，是非常必要的。

2.下水道的污水处理能力

　　下水道的污水处理能力一般可考虑为以下3个方面： 1 污水的流经时间； 2 污水的流动状态； 3 污水及下水道中的微生物存在情况^[2]。
　　2.1 流经时间
　　下水道的铺设长度决定污水的流经时间。以虹口区为例，2000年市政设施统计数据表明：在该区境内的污水总管长度为66246米，管径450～1200mm不等。假定某污水块流经管道的距离为总管长度的1/20，那么，污水从排放口至污水处理厂的流经距离约为3312.3m。根据TJ14-74中关于污水管在设计充满度下的最小设计流速的规定，取0.8m/s估算，污水平均流经时间约1.15h。

表1 流经时间与二级生化处理时间的比较 项目 流经/处理时间（h） 流经时间/处理时间（%） 标准活性污泥法^[3] 6～8 19.2～14.4 A-B法^[3] A：0.5～0.75 B：2.0～4.0 A：230～153 B：57.5～28.8 污水在下水道流经时间 1.15

　　从表1可以看出，与标准活性污泥法及AB法的处理时间比较，污水在下水道中流经时间比较长，意味着将下水道作为污水处理设施利用起来是完全可能的。上海中华造船厂利用污水在长距离的下水管道中相当可观的过水表面积，足够的流经时间，稍加改变建成了下水道式“隔油池”^[4]，监测数据表明：处理前含油浓度100mg/L，经过处理后始终小于10mg/L。
　　2.2 流动状态
　　一般，污水中含有较多的有机物、无机物杂质，但这些物质所占的比例很小，污水中的主要成分是水（约占99%以上），因此，将污水按一般水看待，符合一般水力学的水流运动规律。
　　污水在下水道中流动，流量是变化的，又由于流行水流转弯、交叉、变径、跌水等水流状态的变化，流速也在变化，这和自然河流的流动状态极为相似。正是污水这种流动状态，具备了类似自然界中水体净化所必需的条件。从这一点来看，下水道作为污水处理设施来利用是可行的。
　　2.3 微生物
　　自从A-B法污水处理工艺出现以来，人们对下水管道中水质的生物净化有所认知^[5]。GutekLlnst、Ln schkn等对受到重金属或氯代烃污染的下水道系统中的生物膜曾有过研究，发现这些污染物以吸附的方式粘着在生物膜上。Guteunst报告了有关受到轻微污染的生活污水或受重金属污染的工业废水的下水道中生物膜的细菌、原生动物和后生动物的数据^[6]。但国内外研究下水道中的微生物对有机物质的转化规律还是较少，对影响下水道中污水水质的物理、化学和生物过程缺乏足够的了解和认识，研究下水道中微生物对污水的转化作用以及所需的环境条件更是鲜有报道。
　　人们对下水道中微生物的研究仅仅停留在利用其作为原始菌液方面，经过了筛选驯化后的菌种再利用到污水处理工艺中，而没有将下水道作为污水处理设施来处理，下水道充其量是菌种的富集地。如任源等^[7]采取某农药厂下水道中的污泥进行苯胺分解菌的驯化筛选研究；李湛江等^[8]利用下水道中的污泥筛选分离驯化得到了硝基苯降解菌。
　　但是从以上的研究结果可以看到：下水道中的微生物比较丰富，而且经过筛选、驯化后能应用于污水处理工艺。这也意味着，对下水道结构稍加改造，直接在下水道中利用其污泥中的微生物进行驯化，把下水道作为污水处理的预处理场所成为可能。

3.下水道中水质变化

　　3.1 忽略缘由
　　人们提及污水处理时，往往将目光注重于污水处理工艺流程的去除效率；考虑水质变化规律时，也是把污水处理厂的集水池或调节池等中的水质情况视作初始。因此，有关环境影响评价、污水处理工艺流程设计等，所谓的原水水质往往被定义为进入污水处理工程收集调节设施的水质情况，忽略了污水通过下水道输送过程中的水质变化。
　　以前，污水排放源相对分散，城市下水道、污水收集系统等的建设明显滞后，生活小区、工矿企业等采取污水就地就近处理的措施，以此来降低污水对受纳水体的污染负荷，减少环境污染事件的发生。在采取污水就地就近处理措施的过程中，由于污水的输送管道相对来说比较短，污水的发生量存在一定的时变化系数，及产生的污水水质的波动现象，因此在下水道中污水水质的物理、化学、生物过程表现得不明显，其中污水水质的变化规律被人们忽略是在所难免的。
　　1983年，上海市政府对污水治理提出“综合治理，管治并举”的方针，采取分流制和合流制并存，集中和分散相结合的原则，以集中治理为主进行建设。随着污水集中处理设施的建成投入使用，排水体制的不断完善，下水道铺设长度也大幅度增加，污水在下水道中的流经时间延长，流动状态发生变化，水量水质的调节功能有所体现，其水质的变化规律就不容忽视了。
　　3.2.变化规律
　　为了弄清下水道的净化机理，日本应用了河流的净化模式，研究^[2]指出：在落差多，通风好的管道内，若停留时间3h，水温15℃，其溶解性COD可去除24%；模拟实验中，得到了水温29～33℃的条件下COD可去除49～63%，其值为46～61mg/L的结果。
　　Henze等^[9]在研究下水道问题时，将下水道中微生物增殖和有机物降解的概念建立在活性污泥反应动力学基础上。Bjerre等^[10,11]发现：污水在下水道输送过程中，其中的有机物质会发生生物转化，这种转化与水中的生物量、管壁生物膜和管中沉淀物有关；对易生物降解的有机物的去除、转化是与溶解氧浓度密切相关的，其COD降解率接近40%；厌氧条件下会有硫化物产生；利用活性污泥反应动力学可以模拟上述生物转化规律，只不过水解阶段由三个阶段来替代。
　　实际上，不管是河流净化模式还是活性污泥反应动力学模式，都说明下水道中有机物质的生物转化现象是存在的，只是在下水道中有机物质的转化规律及沉淀物对水质的影响等方面存在理论概念上的差异，但这种差异无法抹杀水质变化的客观存在，也不防碍把下水道视作污水处理系统的一部分。

4.结语

　　1 、污水在下水道中的流动状态，具备了类似自然界中水体净化所必需的条件，而且流经时间比较长，意味着将下水道作为污水处理设施利用起来是完全可能的。
　　2 、下水道中的微生物比较丰富，经过筛选、驯化后能应用于污水处理工艺。
　　3 、下水道中水质变化规律，虽与河流净化机理及活性污泥反应动力学模式等不尽相同，但水质变化客观存在，可将其与污水处理厂视作一个整体。

参考文献

1 王继明. 给水排水管道工程. 北京:清华大学出版社,1993,3
2 李左芬译.在下水道进行污水处理的可能性. 市政工程国外动态, 1999(1):18～19
3 于尔捷,张杰. 给水排水快速设计手册2. 北京:中国建筑工业出版社,1999,8
4 柯琪朗.下水道式“隔油池”. 环境污染与防治, 1994,16(3):23～25,12
5 孙力平,马耀平,侯红娟等.下水道中污染物质的转化过程.中国给水排水,2001,17(9):67～69
6 周春生,赵健编译.下水道生物膜和活性污泥中异养细菌的种群密度及酶活性.国外建筑与城乡建设,1995,(3):40～46
7 任源,吴超飞,韦朝海.苯胺分解菌的驯化筛选研究.环境科学研究,1998,11(4):3～5
8 李湛江,韦朝海,任源等.硝基苯降解菌生长特性及其降解活性.环境科学,1999,20(5):20～24
9 Henze,Mogens. Characterization of wastewater for modelling of activated sludge processes. Water Science and Technology, 1992,25(6):1～15
10 Bjerre H. L., Hvitved-Jacobsen T., Schlegel S.,et al. Biological activity of biofilm and sediment in the Emscher River, Germany. Water Science and Technology, 1998,37(1):9～16
11 Bjerre H. L., Hvitved-Jacobsen T., Teichgraber B., et al. Modeling of aerobic wastewater transformations under sewer conditions in the Emscher River, Germany. Water Environment Research,1998,70(6):1151～1160

Sewer -- the Great Stage for Wastewater treatment

Abstract： Studies on purification in sewer pipe were present, including: wastewater resistance time, fluid state, microorganism, and water quality transformation. It was found that the wastewater resistance time and fluid state in sewer pipe were suitable for the model simulations of the nature river. Therefore, The activated-sludge concept or the river purification mechanism for modeling the water quality transformation can be used for the sewer pipe, although they were not quite the same. Thus, the sewer system and the wastewater treatment plant can be regarded as a whole.

Keyword： sewer resistance time fluid state miroorganism biotransformation

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第一作者陆永生，男，1971年生，1994年7月毕业于上海大学，硕士，工程师。