城市污水处理工艺调研报告

Findings Report 调研报告
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2005．7 环境保护
目前，城市污水主要通过城市污水管网集中排入城市污水处理厂进行深度处理。

因此，作为城市基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，城市污水处理厂工程的建设和运行意义重大。

由于污水处理厂工程的建设和运行不但耗资较大，而且受多种因素的制约和影响，其中，处理工艺方案的选择及优化对确保污水处理厂的运行性能和降低费用最为关键，为此，笔者就这一问题做了调研，主要以山东省内已投入运行的、技术比较先进成熟、处理效果稳定的城市污水处理厂的调研数据为基础，同时参考我国其他地方及国际流行工艺进行分析。

１　工艺概况及运行效果
目前，城市污水处理主要采用了生物活性污泥法。

生物活性污泥法有多种处理工艺，城市二级污水处理厂常用的工艺方法有：普通曝气法、Ａ－Ｂ法（二段曝气法）、Ａ／Ｏ除磷工艺、Ａ／Ｏ脱氮工艺、Ａ２／Ｏ除磷脱氮工艺、氧化沟工艺、序批式反应器（ＳＢＲ）工艺等。

按照构筑物的组成形式，运行性能以及运行操作方式的不同，已有的生物除磷脱氮的工艺可分成几个系列：Ａ／Ｏ系列、氧化沟系列和ＳＢＲ系列等。

随着各个系列不断地发展、改进，形成了目前较典型的工艺：Ａ／Ｏ工艺、ＵＣＴ工艺、改良ＵＣＴ工艺、ＶＩＰ工艺、Ａ２／Ｏ工艺、改良Ａ２／Ｏ、倒置Ａ２／Ｏ工艺、ｏｒｂｅｌ氧化沟工艺、ｃａｒｒｏｕｓｅｌ－２０００氧化沟工艺、ＩＣＥＡＳ工艺、ＣＡＳＴ工艺、百乐克工艺等。

下面就
几个应用比较广泛的处理工艺进行阐述。

１．１　Ａ／Ｏ（Ａ２／Ｏ）工艺
Ａ／Ｏ工艺是Ａｎｏｘｉｃ／Ｏｘｉｃ（兼氧／好氧）或Ａｎｅｒａｂｉｃ／Ｏｘｉｃ（厌氧／好氧）工艺的缩写，是为污水生物除磷脱氮而开发的污水处理技术。

在生物脱氮过程中，由于反硝化菌是异氧性细菌，要有充足的碳源作为生命活动的能源，完成反硝化过程，而污水经过好氧硝化反应后，水中的有机物浓度已经很低，不能满足反硝化的需要，因此，传统的生物除磷脱氮工艺在缺氧单元前投加甲醇，以弥补有机碳源。

目前典型的Ａ／Ｏ工艺是把缺氧单元提前到好氧单元前，利用进水中的有机物作为碳源，称之为前置反硝化流程，通过混合液回流把硝酸盐和亚硝酸盐带入缺氧单元。

在水温、ｐＨ、ＤＯ、碳氮比等参数满足Ａ／Ｏ工艺的条件下，该工艺的脱氮效率（η）取决于污泥回流比（Ｒ）和混和液回流比（ｒ）：
η＝［（ｒ＋Ｒ）／（１＋ｒ＋Ｒ）］×１００％
要取得满意的脱氮率，必须保证足够大的混合液回流比，一般混合液回流比为３００％～４００％时，脱氮效率在８０％左右，因此Ａ／Ｏ工艺不仅有充分的可靠性，又有相当的灵活性。

Ａ／Ｏ工艺是目前国内外采用比较广泛的一种脱氮工艺，国内已有多座污水处理厂采用此工艺，它有比较成熟的设计、施工及运行经验。

青岛市李村河污水处理厂就是采用了Ａ／Ｏ工艺，其日处理能力
城市污水处理工艺调研报告
Research Report on Urban Sewage Disposal Craft
丁　岩（胶南市环境保护局，山东　２６６４００）
摘 要 本文通过对城市污水处理工艺的调研，评述了城市污水处理工艺的定义、流程、实际处理效果及其优点与缺点，并对４种主要城市污水处理工艺的投资方案作了经济指标的分析。

针对目前国内普遍采用的城市污水处理工艺及其实际运行中存在的问题提出了合理化建议与解决对策。

关键词 污水 处理工艺 投资分析
调研报告 Findings Report
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为８万ｔ，自１９９８年运行以来，污水处理效果良好。

李村河污水处理厂进水成分中工业废水占了７０％以上，进水ＣＯＤ７００～３０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５　４００～１４００　ｍｇ／Ｌ、ＳＳ４５０～２０００　ｍｇ／Ｌ、ＴＫＮ５０～１００　ｍｇ／Ｌ、ＴＰ７～３５ｍｇ／Ｌ；处理后出水水质达到ＢＯＤ５６～１５ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ４５～９０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ２～３０ｍｇ／Ｌ、ＮＨ３－Ｎ１．０～１０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ０．２～３．０　ｍｇ／Ｌ（平均值０．７５　ｍｇ／Ｌ）。

从２００１—２００２年运行情况看，其ＣＯＤ去除率分别达到９１．
９％和９５．１６％，ＮＨ３－Ｎ去除率也达到了８２．６％和　７５．１％，具体情况见表１。

从青岛市李村河污水处理厂２００２年度运行年报表看，其出水各项指标远远低于国家标准《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８—１９９６）中的二级标准［注：自２００３年７月１日执行国家新标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８—２００２）］，从而证明了Ａ／Ｏ工艺运行稳定、工艺成熟等特点。

Ａ／Ｏ工艺特点：（１）工艺成熟、流程简单、运行稳定；（２）前置反硝化，脱氮效率较高，出水水质好；（３）连续进水、出水，水头损失低，自控系统简单，运行操作简便；（４）生物池设计灵活，占地面积较小，充氧效率高；（５）微孔鼓风曝气，能耗省；（６）污泥回流需用泵提升；（７）抗冲击负荷的能力不如ＳＢＲ工艺和氧化沟工艺；（８）Ａ／Ｏ工艺
设备数量多，维护管理要求较高，对操作管理人员的专业素质要求较高。

为了达到同时除磷脱氮的目
的，在Ａ／Ｏ工艺基础上形成了Ａ２／Ｏ工艺，其工艺示意图见图２。

Ａ２／
Ｏ工艺就是在Ａ／Ｏ脱氮工艺的缺氧池前增设了一厌氧区，沉淀池的回流污泥和进水首先进入厌氧区进行磷的厌氧释放，然后再进入缺氧区。

好氧区具有硝化功能，好氧区的混合液回流到缺氧区，使之反
硝化脱氮。

目前，青岛市团岛污水处理厂采用了Ａ２／Ｏ工艺进行污水处理，其设计日处理能力为１０万ｔ，其进水水质指标为：ｐＨ ６～９；ＣＯＤ≤９００ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５≤４５０ｍｇ／Ｌ；ＴＰ≤１０ｍｇ／　Ｌ；ＳＳ≤６５０ｍｇ／　Ｌ；ＮＨ３－Ｎ≤８０ｍｇ／　Ｌ。

该厂自１９９９年投入运行以来，运行稳定，处理效果明显，出水水质指标远远低于国家二级排放标准。

从表２中可以看出，青岛市团岛污水处理厂在２００１—２００２年度运行中，各项指标良好，ＣＯＤ、ＢＯＤ５和ＳＳ的去除率均达到了９０％以上，ＮＨ３－Ｎ的去除率也保持了８０％以上。

Ａ２／Ｏ工艺特点：除具有Ａ／Ｏ工艺的基本特点外，Ａ２／Ｏ工艺还具有同时除磷的目的，处理深度大于Ａ／Ｏ工艺，但Ａ２／Ｏ工艺前期投资大，除磷效果不稳定。

图１ Ａ／Ｏ脱氮工艺示意图
图２ Ａ２
／Ｏ工艺示意图
表１　李村河处理厂２００１—２００２年度运行统计表
＊以上数据为年平均值，单位：ｍｇ／Ｌ
表２ 团岛处理厂２００１—２００２年度运行统计表
＊
以上数据为年平均值，单位：ｍｇ／　Ｌ
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１．２　百乐克（ＢＩＯＬＡＫ）工艺
百乐克（ＢＩＯＬＡＫ）污水处理系统（又称悬挂链曝气工艺）是一种高效的生化处理系统，采用低负荷活性污泥工艺，通过生化方法有效降解ＣＯＤ及ＢＯＤ５，并且能够通过波浪式氧化工艺对氮、磷进行高效去除。

百乐克曝气头悬挂在浮动链上，浮动链被松弛固定在曝气池两侧，每条浮链可在池中的一定区域中运动。

在曝气链的运动过程中，自身的自然摆动就可以达到很好的混合效果，节省了混合所需的能耗。

百乐克工艺实际是由多级Ａ／Ｏ工艺组成，只是曝气设备和方式不同，其工艺示意见图３。

百乐克（ＢＩＯＬＡＫ）工艺广泛适用于市政废水和工业废水的处理。

目前，全世界约有６００多座百乐克（ＢＩＯＬＡＫ）污水处理厂在运行，其中，尤以德国技术最为先进。

在我国建成比较早的百乐克工艺城市污水处理厂就是招远污水处理厂，其处理规模为２万ｔ／ｄ，自１９９８年运行以来，处理效果较好，其进水水质为：ＣＯＤＣｒ １１８３ｍｇ／Ｌ；　ＢＯＤ５ ７５２　ｍｇ／Ｌ；ＳＳ１７２　ｍｇ／Ｌ；磷酸盐 １５．７　ｍｇ／Ｌ；ＮＨ３－Ｎ ４２．９５　ｍｇ／Ｌ。

处理后水质为：ＣＯＤＣｒ　４１ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５　２２　ｍｇ／Ｌ；ＳＳ　２　ｍｇ／Ｌ；磷酸盐　１．１２　ｍｇ／Ｌ；ＮＨ３－Ｎ １４．０３　ｍｇ／Ｌ。

在青岛地区建成运行的黄岛镰湾河水质净化厂也采用了德国百乐克工艺。

百乐克工艺特点：（１）技术先进，处理效果好，出水稳定；（２）有效的曝气系统、节省了动力消耗；（３）采用多级Ａ／Ｏ系统，脱氮效果好；（４）设置了生物脱磷区；（５）相对投资较低；（６）简单有效的污泥处置；（７）操作简单、维修方便；（８）土地利用紧凑；（９）曝气时间相对较长。

１．３　ＣＡＳＳ工艺
ＣＡＳＳ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｓｌｕｄｇｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）工艺是序批式活性污泥ＳＢＲ（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ　Ｂａｔｃｈ　Ｒｅａｃｔｏｒ）的改良技术，又称循环式活性污泥系统。

与其他系统相比，ＣＡＳＳ工艺具有操作简便、灵活和可靠的特点，它主要由生物选择器和可调容积式反应器两部分组成，在同一构筑物内完成生物降解、除磷脱氮、固液分离过程。

该工艺充分利用了微生物生长
的选择机理，减少了丝状菌的产生，同时提高了除磷脱氮的效率，从而可提高出水水质而不增加运行费用。

ＣＡＳＳ工艺流程见图４。

图４　ＣＡＳＳ工艺流程框图
目前，北京吴家村污水处理厂采用了ＣＡＳＳ工
艺，从运行情况看，处理效果各项指标均能达到国家二级排放标准。

ＣＡＳＳ工艺特点：（１）处理效果好，出水水质稳定；（２）耐冲击负荷大，可除磷脱氮；（３）操作弹性大；（４）可抑制污泥膨胀，固液分离效率高；（５）自控设备质量要求高，操作人员素质要求高；（６）国内运行经验不多。

１．４　氧化沟工艺
氧化沟（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｄｉｔｃｈ）又名氧化渠，因其构筑物成封闭的沟渠而得名。

氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形，５０年代始于荷兰，现广泛应用于世界各地。

早期的氧化沟占地面积大，仅用于小型污水处理厂，随着对氧化沟工艺的深入认识和不断改进，氧化沟工艺正以基建费用低、运行管理简单、处理效果好、耐冲击负荷大、可除磷脱氮等优点，逐渐向大中型污水处理厂发展。

目前，应用到城市污水处理的氧化沟系列主要有卡鲁塞尔（Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ）型、奥贝尔（Ｏｒｂｅｌ）型、双沟（Ｄ型）、三沟（Ｔ型）氧化沟。

奥贝尔（Ｏｒｂｅｌ）氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法起初是由南非的休斯曼构想南非国家水研究所研究和发展的，该技术转让给美国的Ｅｎｖｉｒｅｘ公司后得到不断改进及推广应用。

随着高性能曝气转刷和转碟的开发应用，奥贝尔（Ｏｒｂｅｌ）型氧化沟的应用更加广泛，一度成为我国城市污水处理的首选工艺。

例如北京燕山石化总公司引进美国技术，
图３ 百乐克工艺示意图
调研报告 Findings Report
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建成了日处理能力６万ｔ的奥贝尔氧化沟污水处理厂，用于处理石化废水及生活污水，几年的运行实践表明，该工艺处理效果很好。

该工艺流程见图５。

青岛市莱西污水处理厂就是采用了奥贝尔氧化沟工艺，从几年来的运行情
况来看，处理效果很好。

下面是莱西污水处理厂的
各项数据指标。

图５　奥贝尔（Ｏｒｂｅｌ）氧化沟工艺流程图
设计能力１０万ｔ／ｄ，进水水质现状：ＣＯＤ≤１０００ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５　３５０ｍｇ／Ｌ左右；ＳＳ＞５００ｍｇ／Ｌ；ＴＰ１５ｍｇ／Ｌ左右；ｐＨ　８左右。

经过处理后，出水水质现状是：ＣＯＤ＜３０ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５ １５ｍｇ／Ｌ左右；ＳＳ＜２０ｍｇ／Ｌ；ＮＨ３－Ｎ＜０．５ｍｇ／Ｌ；ＴＰ＜０．５ｍｇ／Ｌ。

奥贝尔氧化沟工艺特点：（１）工艺成熟，流程简单，运行稳定；（２）处理效果好，出水水质好；（３）抗冲击能力强，耐高流量、高浓度的冲击负荷，对难降解有机物去除率高，出水水质稳定；（４）供氧量调节灵活；（５）能耗大；（６）剩余污泥量小；（７）脱氮能力较强，生物除磷相对较弱。

２　工艺投资经济分析
在投资建设城市污水处理厂时，建设方既要考虑工艺的合理性，又要考虑所选工艺的运行费用和投资费用。

尤其目前国内所流行的ＢＯＴ建设方式和托管运营方式，政府不得不考虑其经济利益。

下面将所述的４种工艺方案做投资估算，分析其各项经济指标。

以下是某设计单位为某市城市污水处理厂做的各种工艺经济分析：
设计规模６万ｍ３／ｄ，进水水质为：ＢＯＤ５≤３５０ｍｇ／Ｌ；ＣＯＤ≤９００ｍｇ／Ｌ；ＳＳ≤５５０ｍｇ／Ｌ；ＮＨ３－Ｎ≤４５ｍｇ／Ｌ；ＴＮ≤７０ｍｇ／Ｌ；ＴＰ≤４ｍｇ／Ｌ。

出水标准要求：以上指标达到国家二级排放标准。

从表３中各工艺方案的技术经济数据可以看出，百乐克工艺、Ａ／Ｏ工艺、ＣＡＳＳ工艺和氧化沟工艺的运行成本（元／ｔ污水）分别为０．３８、０．５０、０．４０和０．５５，其中百乐克工艺的运行成本较低，氧化沟工艺的运行成本较高；４种方案的年运行直接成本（万元）分别为８３２．２、１０８０、８６４和１１８８，同样百乐克工艺和ＣＡＳＳ工艺年运行成本较低，Ａ／Ｏ工艺和氧化沟工艺较高；从工程总投资来看，Ａ／Ｏ工艺投资较大，百乐克工艺和ＣＡＳＳ工艺投资较小。

３　工艺存在的问题
虽然所述各工艺的技术比较成熟，处理效果也不错，但都或多或少存在着问题，都还须在实际运行中得到解决和完善。

３．１　Ａ／Ｏ工艺
（１）污泥回流需用泵提升；
（２）设备数量较多，操作维护难，投资较大；（３）生物池和二沉池单独设置，占地面积较大；（４）抗冲击负荷的能力不如ＣＡＳＳ工艺和氧化沟工艺。

３．２　百乐克工艺
（１）曝气时间相对较长；（２）污泥处置不如Ａ／Ｏ工艺。

３．３　ＣＡＳＳ工艺
（１）自控设备质量要求高；
（２）工程投资较大，设备利用率较低；（３）水头损失比连续流工艺大；（４）国内运行经验不多。

３．４　氧化沟工艺
（１）池深较浅，占地面积较大；（２）动力消耗较大，运行费用较高；（３）设备维护工作量较大。

从目前国际及国内所采用的污水处理工艺情况来看，各种工艺并不是短时所能改进和完善的，也更不是在实验室内所能完成的，理论上的论证与实践是有差距的，因此，各种处理工艺
（下转第５６页）
表３ 各工艺方案经济指标比较表
循环经济 Circular Economy
56Environmental Protection 2005．7
施工流程。

与源头排放控制相结合，实现高利用、低消耗、低排放的循环经济。

建筑废物再循环利用，应当是在尽量减少不必要的建筑材料浪费的基础之上。

通过生产技术的改进，减少废弃物的生成，是实施再循环利用策略的一个基本前提。

清洁生产与再循环利用相结合，才能达到真正的环境友好，体现环境效益。

（３）理顺再循环体系的各个环节，使循环体系各环节有效运转，循环的物质流畅通。

各环节的基础建设问题应得到保障。

只有循环有效率地运转，才能充分体现其经济效益与环境效益。

（４）在较为成熟的条件下，国家和地方政府可就建筑废物的再循环利用制定相应的法规政策，对建筑废物再循环利用加以促进。

（上接第４８页）需要在实际运行中不断改进和完善，才能提高工艺先进性，从而减少工程投资费用和运行费用，并提高废水处理技术水平。

４　结　论
（１）目前，国际上及国内所采用的城市污水处理工艺，不论从技术上还是从实际运行效果看，都是比较成熟的。

运行稳定、出水水质好等是它们共有的特点。

随着曝气设备技术的发展，特别是生物技术领域的高速发展，将来必将产生更好的工艺。

（２）所有城市污水处理工艺的基本原理是一样的，我国污水处理技术与国外先进技术的差距在于设计方案和实际建设之间的技术参数没有处理好，造成设计与实际运行的某些脱节；另一个差距在于关键设备上，国产质量较差，例如曝气系统等。

（３）国内污水处理厂运行管理水平不高，技术改造能力不强。

这是一个普遍性的问题，这与各污水处理厂的职工技术素质普遍不高有着密切的关系。

他们有待进行技术、技能的培训，否则会影响运行成本，甚至会造成工作失误。

５　几点建议
在对城市污水处理工艺的调研过程中，发现了许多问题，现结合我国城市污水处理工艺现状，提出以下几点建议。

（１）目前，我国各大市政工程设计院和部分环保公司都有各自的工艺设计经验，虽然都比较成熟，但与国际上相比水平差距仍很大，特别是同德国、南非等国相比差距更大，因此应该坚持“走出去，请进来”的经营方针，采用合作、股份等方式，把先进工艺、技术引进来，提高我国的城市污水处理技术和运行管理水平，促进我国环境和经济的协调发展。

（２）要科学、因地制宜地规划城市污水处理厂的建设，放弃建设超大型城市污水处理厂的传统观念，因为它要有庞大的城市管网来支持，这无疑增加了地方的财政负担。

建设区域（片）性的、地下的小型城市污水处理厂是未来的趋势。

（３）要大力发展中水回用技术，提高水资源的利用率。

（４）要提高污泥资源的再生利用率，变废为宝，改变目前我国国内城市污水处理厂污泥利用率极低的现状。

（５）努力提高城市污水处理厂运行管理水平和技术改造能力。

各地污水处理厂应不断加大技术改造工作力度，加强职工，特别是一线职工，定期或不定期的技术培训工作，提高他们的技术、技能水平，从而降低运行成本。

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