污水工艺比选

论中小型城市污水处理厂工艺选择
走进新的千年，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市、很多中小城市，甚至发达地区有的乡镇都开始修建污水处理厂，这是改革开放、经济发展的必然结果，也是保护环境造福人民的具体体现，必将对我国的可持续发展起巨大推动作用。

污水处理需要较大的投资和运营费用，在目前我国还不富裕的条件下，怎样用最少的费用达到治理水污染的目的是各级政府和广大专业人员十分关心的问题。

在污水处理厂的建设中关键的措施是优选工艺，这关系到处理效果能否达到预期目标：关系到基建费用和运行费用是否最省。

归根结底，关系到污水处理厂建设的成败。

笔者根据多年的实践经验，对中小型城市污水处理厂怎样优选工艺的问题进行深讨，谈谈自己的一些看法和体会。

一、城市污水处理厂规模的划分
城市污水处理厂的规模差异很大，小的只有每日几十吨、几百吨，大的可达到每日几十万吨、几百万吨。

根据我国的实际情况，大体上可分为大型、中型和小型污水处理厂：
规模大于10万吨/日的是大型污水厂，它们一般建在大城市，基建投资以亿元计，年运营费用以千万元计，目前全国已建成十多座，最大的是北京高碑店污水处理厂，规模达100万吨/日，在建的还有高于此规模的。

规模小于10万吨/日，大于1万吨/日的是中型污水处理厂，它们一般建于中、小城市和大城市的郊县，基建投资几千万到上亿元，年运营费用几百万到上千万元，目前全国己建成几十座，正建的有上百座，今后一段时间还将大量增加。

规模小于1万吨/日的是小型污水处理厂，它们一般建于更小的城镇，基建投资几百万到上千万，年运营费用几十万到上百万：由于经济条件的限制，目前这类污水厂刚刚在沿海地区经济发达的小城镇出现，今后会越来越多，最终小型污水厂的数量将超过大中型污水厂。

二、城市污水处理厂的主要工艺
城市污水的主要污染物是有机物，因此目前国内外大多采用生物法。

也有采用化学法的，如四川遂宁市的污水就采用化学强化一级处理，但这种工艺的去除率不高，出水达不到国家规定的标准，只适用于某些特定的对出水水质要求不高的地方。

在生物法中，有活性污泥法和生物滤池两大类，生物滤池的处理效率不高，卫生条件较差，我国只有少数几座生物滤池城市污水处理厂，活性污泥法占绝大多数。

活性污泥法有很多种型式，使用最广泛的主要有二:类：一类是传统活性污泥法和它的改进型A/O、A2/O工艺，一类是氧化沟，一类是SBR工艺。

传统活性污泥法是应用最早的工艺，它去除有机物的的效率很高，在处理过程中产生的污泥采用厌氧消化方式进行稳定处理，对消除污水和污泥的污染很有效，而且能耗和运行费用都比较低，因而得到广泛应用。

近二十年来，水体富营养化的危害越来越严重，去除氮、磷列入了污水处理的目标，于是出现了活性污泥法的改进型A/O法和A2/O法。

A/O法有两种，一种是用子除磷的厌氧——好氧工艺，一种是用于脱氮的缺氧——好氧工艺，A2/O法则是既脱氮又除磷的工艺。

氧化沟是活性污泥法的一种变型，它在水力流态上不同于传统活性污泥法，是一种首尾相接的循环流，通常采用延时曝气，在污水净化的同时污泥得到稳定，它不设初沉池和污泥消化池，处理设施大大简化。

氧化沟具有传统活性污泥法的优点，去除有机物的效率很高，也具有脱氮功能，如果在沟前增设厌氧池，还可同时除磷。

氧化沟这种高效、简单的特点，使它在中小型城市污水处理厂中得到广泛应用。

SBR是序批式活性污泥法，它的基本特征是在一个反应池中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥，不仅省去了初沉池和污泥消化池，还省去了二沉池和回流污泥泵房，处理设施比氧化沟还要简单，而且处理效果好，有的SBR工艺还具有很强的脱氮除磷功能。

SBR工艺对自控要求高，过去自控设备不过关，这种工艺无法推广，近年来自控技术和仪表应用于污水处理已经过关，
我国昆明第三、第四污水厂采用SBR工艺已成功运行数年，因而SBR工艺得到
大力推广，成为业内人士十分关注的一种工艺。

三、大型城市污水处理厂的优选工艺
大型城市污水处理厂的优选工2是传统活性污泥法及其改进型A/O法，A2/O法，目前世界上绝大多数国家（包括汉!i)的大型污水厂较多采用，我国的北京高碑店污水厂、天津纪庄子污水厂和东郊污水厂、沈阳市北部污水厂、郑州市污水厂、杭州市四堡污水厂、成都市三瓦窑污水厂等都是这种工艺。

普遍采用的原因是因为这种工艺对大型污水厂具有难以替代的优点：
1、传统活性污泥法、A/O、A2/O法与氧化沟和SBR工艺相比最大优
势是能耗较低，运营费用较低，规模越大。

这种优势越明显，对于大型污水厂来说，年运营费很可观，每方污水处理费用节省一点，一年就节省很多，比如规模为40万吨/日的污水厂，每方污水节省处理费1分钱，一年就节省146万元。

该工艺的能耗和运营费低的原因是：（1)设置初沉池，利用物理法以最小的能耗和费用去除污水中相当一部分有机物和悬浮物，降低二级处理的负荷，显著节省能耗。

（2)污泥采用厌氧消化，它比氧化沟和SBR工艺的同步好氧消化显著节省能耗，是一种公认的节能工艺。

该工艺的基建投资一般情况下比氧化沟和SBR工艺高，但随着规模的增大，氧化沟和SBR的基建费成倍增加，而常规活性污泥法的投资则以较小的
比例增加，两者的差距越来越小，当污水厂达到一定规模后，常规活性污泥法的投资比氧化沟与SBR还省。

因此，随着污水厂规模的增大，常规活性污泥法的
优势就越大。

2、常规活性污泥法、A/O、A2/O的主要缺点是处理单元多，操作管理复杂，特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理，消化过程产生的沼气是可燃易爆气体更要求安全操作，这些都增加了管理的难度。

但由于大型污水厂背靠大城市，技术力量强，管理水平较高，能满足这种要求，因而常规活性污泥法的缺点不会成为限制使用的因素。

根据我国目前的实际情况，城市污水处理处于起动阶段，法规和要
求都不够健全，对污泥的稳定化要求没有明确的规定，同时由于排水管网系统不够完善，大多数城市的污水水质不高，加之污泥厌氧消化的管理和沼气的利用还缺乏成熟的经验，这些因素都降低了包含污泥厌氧消化工序的常规活性污泥法、A/O法和A2/O法的经济性。

因此，对于规模0-20万吨/日的城市污水处理厂，有时可能采用SBR和氧化沟工艺更为经济，在这种情况下，有必要对各种工艺进行详细的技术经济比较，以确定最佳工艺。

四、中、小型城市污水处理厂的优选工艺
中、小型城市污水处理厂的优选工艺是氧化沟和SBR，它们的共同特点是：
1、去除有机物效率高，有的还能脱氮、除磷或既脱氮又除磷，而且处理设施十分简单，管理非常方便，是目前国际上公认的高效、简化的污水处理工艺，也是世界各国中小型城市污水处厂的优选工艺。

2、在10万吨/日规模以下，氧化沟和SBR的基建费用明显低于常规活性污泥法、A/O、A2/O法，对于规模为5-10万吨/日的污水厂，氧化沟与SBR 的基建费用通常要低10-15%,规模越大两者差距越大，这对缺少资金建污水厂的中小城市很有吸引力。

即使在10万吨/日规模以下，氧化沟和SBR的电耗和年运营费用仍高于常规活性污泥法，但如果与基建费用起来比较，基建费加上20年的运营费总计还是比常规活性污泥法低些，规模越小，低得越多，规模越大，差距越小，当规模为10万吨/日时，两类工艺的总费用大致相当，因此，对于中小型污水厂氧化沟与SBR在经济上是有利的。

3、氧化沟与SBR工艺通常都不设初沉池和污泥消化池，整个处理单元比常规活性污泥法少-半多，操作管理大大简化，这对于技术力量相对较弱，管理水平相对较低的中小型污水处理厂很合适。

4、氧化沟和SBR工艺的设备基本上实现了国产化，可以用人民币在国内采购，不需用外汇到国外去购买，国产设备在质量上能满足工艺要求，但价格比国外设备便宜好几倍，而且也省去了申请外汇进口设备的种种麻烦。

5、氧化沟和SBR工艺的抗冲击负荷能力比常规活性污泥法好得多，这对于水质、水量变化剧烈的中小型污水厂很有利。

由于上述种种原因，氧化沟和SBR在国内外发展都很快。

美国环保局（EPA)把污水处理厂的建设费用或运营费用比常规活性污泥法节省15%以上的工艺列为革新替代技术，由联邦政府给予财政资助，SBR和氧化沟因此得以大力推广，已经建成的污水厂各有几百座，欧洲的氧化沟污水厂己有上千座，澳大利亚近十多年建成SBR污水厂近600座。

在国内，氧化沟和SBR已成为中小型污水处理厂的首选工艺。

五、氧化沟工艺的主要分类和特点
氧化沟工艺大体上可以分为四类：
1、多沟交替式氧化沟，其特点是合建式，没有单独的二沉池，采用转刷曝气。

有单沟、双沟和三沟式，最典型的是邯郸三沟式氧化沟。

这种氧化沟具有SBR的特点，也可算是SBR的一种类型。

其脱氮除磷效果不稳定，如果要求脱氮除磷，需增加一些设施。

2、卡鲁塞尔氧化沟，为分建式，有单独的二沉池，采用表曝机曝气，沟深大于多沟交替式氧化沟，长沙水质净化二厂就是这种工艺，其脱氮除磷效果也不够理想，如果要求脱氮除磷，也需增加一些设施。

3、奥贝尔氧化沟，亦为分建式，有单独二沉池，采用转碟曝气，沟深也较大，现在四川、北京、山东、浙江等地都在采用，其脱氮效果很好，但除磷效率不够高，要求除磷时还需采取一些措施。

4、一体化氧化沟，为合建式，沉淀池就建在氧化沟内，己在四川成都市新都污水厂和山东高密市污水厂应用。

连续进出水，是合建式又不用倒换功能，从理论上讲最经济最合理，但在一些具体技术问题上还不十分成熟，因此影响了它的推广使用。

六、SBR工艺的主要分类和特点
SBR工艺主要有以下几种类型：
1、传统式SBR工艺，其所有操作都是间歇的、周期性的。

四川巴中污水厂就是这种工艺。

它的脱氮除磷效果不够稳定，如耍求脱氮除磷，需做一些改进。

2、ICEAS工艺，即间歇式循环延时曝气活性污泥法。

它用隔墙将反应池分为两部分，前面预反应区，后面为主反应区，采用连续进水，间歇曝气、沉淀、排水、排泥。

己用在昆明第三、第四污水厂。

它可以脱氮除磷，但效果不够理想。

3、DAT—IAT工艺，即连续曝气和间歇曝气相结合的工艺。

反应池中部用隔墙分为两部分，前边的DAT连续曝气，后边的IAT间歇曝气、沉淀、排水、排泥，己用于天津开发区污水处理，它的脱氮除磷功能一般，需增加设施才能提高脱氮除磷效率。

4、CAST工艺，即循环式活性污泥法，它的反应池用隔墙分为选择区和主反应区，进水、曝气、沉淀、排水、排泥都是间歇周期性运行。

它的脱氮除磷效果好，防止污泥膨胀的性能好，目前深圳、天津和云南的一些污水处理厂都采培此种工艺。

5、UNITANK,它是三个矩形池并联，按照类似三沟式氧化沟的周期运行模式工作，但把转刷改为鼓风曝气，可加大池深，把出水可调堰改为固定堰，简化了排水。

上海石洞口污水处理厂就是采用这种工艺。

其功能和三沟式氧化沟类似。

七、氧化沟和SBR的比较
氧化沟和SBR有很多共同特点，也有各自的特点和适用性，在选定方案时需要仔细分析。

1、从基建投资看
SBR工艺是合排式，一般情况下征地费和土建费较氧化沟低，而设备费较氧化沟高，总造价的高低则要视具体情況决定。

（1）地价高，对氧化沟不利。

（2）进水BOD浓度高，反应容积与沉淀容积的比值高，对氧化沟有利，BOD浓度低，反应容积与沉淀容积的比值低，对SBR有利。

2、从运营费用看
SBR通常用鼓风曝气，氧化沟通常用机械曝气，一般说来，在供氧量相同的情况下，鼓风曝气比机械曝气省电；第二方面，SBR是合建式不用污泥回流（有的少量回流），氧化沟是分建式要大量回流，电耗较大；第三方面，SBR是变水位运行，增大进水提升泵站的扬程。

综合考虑，通常氧化沟的电耗要比SBR大些，运营费要高些。

3、氧化沟是连续运行，不要求自动控制，只是在要求节能时用自动控制，SBR是周期间歇运行，各个工序转换频繁，需要自动控制。

4、SBR为静态沉淀，氧化沟为动态沉淀，因而SBR的沉淀效率更高，出水水质更好。

5、在要求脱氮除磷时要选择脱氮除磷效能高的工艺，其中有SBR工艺，也有氧化沟工艺。

我国中小城市污水处理关键适用技术
城市化是现代化的一个标志，中小城市是沟通大城市与小城镇及其周边地区的桥梁, 大城市和小城镇的发展都离不开中小城市。

我国中小城市划分是指根据管理工作的需要，按市区（不包括市辖县）的非农业人口总数多少对城市规模进行划分。

在我国城市规模的分类为：城市人口在20万人以下的为小城市，20 ~ 50万人为中等城市。

全国中小城市众多，仅小城市占全国城市总数的60%以上，全国中小城市建设好了，国家的整体面貌就会发生根本变化；反之，如果只是少数几个大城市发展，众多的中小城市还很落后，那我们的国家谈不上现代化，也很难跻人世界市场，参与国际竞争。

所以，要十分重视中小城市的建设与发展。

全国400个中小城市，每年排放废水100亿立方米左右，水污染十分严重。

发展中小城市是中国未来城市化的重点和方向。

中小城市的健康发展，是促进区域经济社会发展、保障人民健康和国家走向持续发展的重要环节。

目前中小城市的水污染不仅加剧了水资源的短缺，而且造成流域内居民发病率上升。

在我国中小城市中，建设城市污水处理厂是水污染防治的骨干工程。

建设城市污水处理厂是纳人流域、区域水质管理规划并纳入社会经济发展规划的重要内容。

为贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国水污染防治法》，使全国水环境状况基本上同国民经济的发展和人民生活水平的提髙相适应，必须尽快扭转我国城市水环境污染的局面。

因此，污水处理设施的建设和运行是我国中小城市当前水污染控制的重点。

中国在中小城市污水处理方面尚缺乏适用技术和设备制造技术：鸫乏管理经验。

建立中国中小城市污水管理体制和方法，掌握一批在中小城市具再代丧性的污染呢的治理技术和城市污水处理技术，可以大大推动我国污水处理设备产业的发展和促进中小城市持续发展。

1我国中小城市城市污水处理适用技术和工艺
国务院环境保护委员会《关于防治水污染技术政策的规定》中指出：积极开发和研究高效、低能耗和能源部分自给的人工生物处理等城市污水处理技术和工艺流程，以节约投资、降低维护费和运行费。

建设部、国家环保总局和科技部新近联合颁布的《城市污水处理及污染防治技术政策（城建[2000] 124号)》对我国城市污水的治理从处理工艺到具体的措施都作出了规定。

结合我国的特点，中小城市城市污水处理适用技术和工艺的重要特点是“高效低耗”，髙效低耗城市污水处理技术和工艺，目前并无一明确的数值界定，其特征必定会随不同的时间随技术的进步以及不同的应用条件而有所不同。

从我国目前技术水平和经济水平的情况来看，适合我国中小城市使用的这类技术或工艺应具备以下特征：
.吨水投资应该控制在1000元以下（不包括征地和特殊的地基处理费用）。

.吨水直接运行费（主要包括工艺能耗、药剂费和人工费）应该控制在0.30元以下 (如考虑脱氮除磷吨水直接运行费应该控制在0.40元以下），其中对一般城市污水吨水处理能耗在0.20kWh左右。

.尽量减少操作管理人员数量，操作管理人员数量为现有污水厂人员的1/3- 1/2。

从当前污水处理工艺和技术研究、开发和应用的情况看，在采用国内工艺设备、日处理规模小于10万吨的前提下，下面所列是技术可行且适合我国中小城市的髙效低耗城市污水处理技术和工艺：
.强化一级处理技术
.污水生态工程处理技术
.污水物理化学处理技术
.厌氧及不完全厌氧处理技术
.髙负荷生物化学污水处理工艺
.髙负荷生物滤池/固体接触和生物曝气滤池生物附着生长技术处理城
市污水工艺
.现有城市污水处理的革新工艺
2我国中小城市城市污水处理关键技术
2.1用于二级处理的一级处理强化技术
作为城市污水厂二级生物处理的前置处理——级处理，其功能为去除污水中的漂浮物和悬浮物。

由于一级处理投资少，动力消耗低，不但可去除一部分有机物，而且对后续二级生物处理影响较大。

采用强化一级处理技术，可以降低城市二级污水处理厂的投资。

二级处理的一级处理强化技术分为两类：一类侧重于物化机理，一类侧重于微生物的絮凝吸附原理。

化学强化一级处理工艺对TP、SS、B0D和重金属等的处理效果较好，
耐冲击负荷的能力也较强。

系统的基建投资、占地面积小于活性污泥法（包括
A/O、A2/0等工艺），而且运行管理灵活简便、处理过程稳定可靠、近期投资
环境效益好。

同时采用高效絮凝剂技术，具有投资低廉（为生化法的1/5-1/10)，运行费用低的优点。

微生物絮凝剂强化一级处理，由于微生物絮凝剂絮凝效果好、投加量小、适用面广、无二次污染、絮体易于分离等优点，因而在废水脱色、油水分离、污泥脱水、畜牧场废水处理、瓦厂废水处理等方面已有广泛应用，效果显著。

生物絮凝吸附法强化一级处理工艺，是利用微生物的絮凝吸附作用强化一级处理，与二级生物处理的本质区别在于二级生物处理主要利用生物氧化作用，将有机物矿化；而生物法强化一级处理则主要利用微生物的絮凝吸附作用快速去除污染物质，同时伴有少量的生物氧化。

这就决定了它必然要比二级生物处理产生更多的污泥，但由于不投加任何药剂，其产泥量比物化处理产泥量少。

用于二级处理的一级处理强化技术的关键技术如下：
.无机絮凝剂与其它种类的絮凝剂复配使用的最佳协同作用效果；
.高效、廉价絮凝剂的优选；
.微生物絮凝剂在城市污水处理中的应用研究；
.生物絮凝吸附的工艺条件控制；
.冬季低温条件下的运行参数选择：
.一级处理工艺设备的优化选型。

2.2曝气生物滤池工艺
曝气生物滤地工艺的主要特点如下：
占地面积小，基建投资省。

曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投资。

出水水质高。

由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低, 一般不超过10mg/L。

氧的传输效率很髙，曝气釐小，供氧动力消耗低。

曝气生物滤池中，氧的利用效率可达20% — 30%,曝气量明显低于一般生物处理法。

抗冲击负荷能力强，耐低温。

曝气生物滤池可在正常负荷2—3倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小。

易挂膜，启动快。

曝气生物滤池在水温10-15摄氏度时，2—3周即可完成挂膜过程。

此外，曝气生物滤地采用模块化结构，便于后期改、扩建。

曝气生物滤他在应用中尚需解决的关键技术如下：
.滤地填料的比选；
.曝气生物滤地和曝气系统的规范设计；
.曝气生物滤池处理我国典型城市污水的水力负荷、容积负荷；
.生物膜活性的研究；
.生物氧化、脱氮和截留SS的特性；
.曝气生物滤地反冲洗的基本要求和控制参数。

2.3革新的氧化沟工艺
现代氧化沟工艺具有运行灵活、处理效果好、脱氮效果好、污泥稳定程度髙等工艺特点。

如交替式氧化沟工艺通过将2—3条既联系又相对独立的单沟组合起来，通过改变氧化沟和操作方式，设置了相对独立的缺氧区与好氧区，形成A/0和A2/O)工艺环境，不仅可达到去除BOD、SS的目的，而且可达到生物脱氮除磷的目的。

从目前国内氧化沟的应用来看，其突出的工艺优点是基建费用低，操作简单，运行稳定，易于维护管理，剩余污泥量少而且稳定，处理效果稳定可靠，出水水质好。

在应用中，氧化沟工艺需进一步的完善关键技术如下：
.革新的氧化沟工艺脱氮、脱磷特性；
.大型氧化沟水力流态特征：
.革新的曝气系统设计；
.影响脱碳、脱氮、脱磷的关键工艺参数；
.革新的氧化沟配套系统的合理设计。

2.4革新的SBR工艺
SBR法从问世以来，已经发展为城市污水处理的实用技术之一。

其变种也有十几种之多，如UNITANK工艺、TCBS工艺、MSBR工艺等。

革新的SBR 工艺在城市污水应用中的重点是尽可能降低基建和运行费用，简化操作过程，捉髙系统的可靠性和灵活性。

革新的SBR工艺城市污水处理中的关键技术如下：
.为达到同时硝化反硝化的目的，准确控制溶解氧的设计；
.合理的滗水体积确定；
.典型污水水质脱碳、脱氮、脱磷的关键工艺参数；
.高效连续流SBR工艺的设计；
.革新的SBR工艺配套系统的合理设计。

2.5污水生态工程处理技术
这类技术的最大特点是，运行维护费用低廉、运行可靠、简易且节省能源和实现污水资源化。

城市污水生态工程处理技术，包括氧化塘系统和土地处理系统。

近年来我国一些中小城市修建的污水氧化塘运行结果表明，设计施工和运行维护良好的氧化塘系统，其出水水质（SS、BOD、C0D等）接近或达到常规二级处理出水水质，如辅之以必要的强化措施，完全可以达到《污水综合排放标准
（GB8978- 1996)》的规定。

对于水生植物塘、养鱼塘等生物或生态净化塘，其脱氮除磷和去除细菌能力等都高于二级处理，达到部分三级处理的效果，而塘系统的基建费单价仅为常规二级处理厂基建单价的1/5-1/3，运行维护费为常规二级处理的1/2。

当前城市污水生态工程处理技术的重点与技术包括：采用多种人工强化措施提高氧化塘的去污效率，如利用风能向塘内充氧，人工养殖水生动、植物，在塘内挂膜增大微生物栖息场所，布设人工软性、硬性填料等，对系统进行改善、组合，使之具备高效、快速和多功能的特点。

采用光催化降解法，提髙处理效率。

在水中加人一定的光敏半导体材料，利用太阳能净化污水。

城市污水生态工程处理技术的关键技术如下：
.城市污水生态工程处理技术的设计路线；
.城市污水生态工程数学模型、工艺参数的优化。

各处理单元的优化和组合，最优处理单元的设计。

如何选取最佳的工艺组合形式，充分发挥单元构筑物的容积效应。

在最小占地面积、最低工程造价情况下，达到城市污水出水水质标准的要求；
.城市污水生态工程处理工艺的关键结合点的联接；
.城市污水生态工程处理工艺生态调控点的特征和不同工况下的控制。