鄭興燦　 張悅
（國家城市給水排水工程技術研究中心）

　　1　我國城市污水處理的發展形勢

　　1.1城市污水處理成為水污染治理的首要任務

　　我國的江、河、湖、庫、近海水域已經普遍受到污染，其中大部分水體嚴重污染。與此同時，近年來，我國內陸水域水體普遍出現藻華暴發現象，近海海域頻繁發生赤潮現象。水質污染和水質富營養化問題不但給生態環境造成了嚴重危害，而且造成十分慘重的經濟損失。
　　造成水體污染和水質富營養化的污染源主要來源于城市污水、工業廢水和農田肥料流失；城鎮是工業、人口、能源和物流高度密集的地方，隨著經濟發展，排放的工業廢水、生活污水及其他污染物逐年增加。城市污水系指納入和將納入城市污水收集系統的生活污水和工業廢水之混合污水，近年來，城市污水中生活污水所占比例呈逐年上升趨勢。隨著2000年底國務院“一控雙達標”工作的完成，城市污水的集中處理將成為水污染治理的首要任務。
　　建立城市污水處理廠對改善城市水環境，保障城市社會經濟發展起著舉足輕重的作用。在歐美、日本等發達國家，已經普遍施行城市污水的集中二級處理、二級強化處理，以及一定程度的三級處理。近年來，我國中央政府、各級地方政府及有關部門對城市污水治理工作十分重視，將其作為當前和今后一段時期基本建設和環境保護領域中重點支持的產業之一，城市污水處理領域出現了前所未有的發展速度。
　　然而，截止到1998年底，盡管我國已經建成城市污水處理廠187座，但二級處理能力僅822萬m³/d，按此計算的城市污水二級處理率僅14.1％。目前，我國城市平均每100萬人有1座污水處理廠，與美國等發達國家每0.5～1萬人有1座污水處理廠相比，差距很大。
　　根據國家有關規劃，到2010年全國設市城市和建制鎮的污水平均處理率不低于50%，設市城市的污水處理率不低于60%，重點城市的污水處理率不低于70%。近年來，國務院相繼制訂了淮河、遼河、海河、太湖、滇池、巢湖等流域的水污染控制總體規劃，各省市也制訂了相應的水污染治理規劃，其中城市污水處理廠的建設與運行是重要的組成部分。根據目前的規劃，我國用于城市污水處理產業的投資需求在1800億元以上，建成后每年的運行費在70億以上。按照國家環保局頒布的《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996），為了滿足出水排放標準，絕大多數城鎮污水處理廠都必須采用二級生化處理或深度二級處理工藝技術。
　　毫無疑問，我國的城市污水處理行業具有很大的市場需求與產業發展前景，但同時存在嚴峻的資金短缺和技術設備國產化開發問題。由于城市污水處理廠建設和運行資金短缺，致使一大批規劃中的城市污水處理廠遲遲不能上馬，已經建設的城市污水處理廠也不能正常運行，預期的水環境目標無法實現。對大部分地區而言，當前首要解決的不僅僅是治理深度的問題，而是治理與否的問題。近年來，我國的城市污水處理廠建設主要通過利用外資，引進國外技術設備，導致工程投資大、債務負擔重，并抑制了國內污水處理技術設備制造產業的發展。
　　由此可見，為了盡快提高我國的城市污水處理率，除了必須繼續開發適合我國國情、切實可行、高效低耗的城市污水處理技術、工藝與設備外，還必須健全和完善城市污水處理綜合性技術支持與服務體系，制定合理可行的產業技術經濟政策，盡快解決城市污水處理收費及價格問題，加大建設城市污水處理廠的投資力度。
　　1.2水質富營養化與氮磷污染去除成為難題
　　流域性水污染是我國水環境的重大問題，跨省、跨地區、跨市水污染糾紛頻繁發生。1995年國務院確定淮河、遼河、海河和太湖、巢湖、滇池為“九五”期間水污染防治的重點流域，并編制了這些流域的水污染防治規劃和實施計劃。近年來，重點流域水污染防治工作取得較大進展，淮河、太湖兩大流域的重點工業污染源已經基本達標排放，主要污染物的排放量削減了大約40％，水質污染得到初步控制，但惡性水污染事故還是常有發生。
　　在出現嚴重有機物污染的同時，我國大部分湖泊和部分河流、近海水體還存在相當嚴重的水質富營養化問題。近年來，時有湖泊藍藻、綠藻等的季節性暴發現象，滇池、巢湖等湖泊富營養化造成的藍藻問題依然存在，甚至湖泊水質達Ⅰ、Ⅱ類標準的千島湖、洱海也每年暴發藻華。部分河流水域如漢江、珠江、葛洲壩水庫等近年來也出現了水質富營養化。1998年3、4月間香港海域和珠江口的赤潮記憶猶新，9月份渤海又發生了3000km²以上的大面積赤潮。水質富營養化問題給生態環境造成嚴重危害，經濟損失也十分慘重。
　　在我國，水體富營養化成為突出的環境問題的另一方面是，由于長期污染，造成水體中營養鹽異常高的背景濃度，使水環境變得非常脆弱，外部條件的微小變化就會使水體營養狀態發生急轉，引起藻華頻頻暴發。在這種情況下，氮磷污染物控制與去除技術、水體富營養化發展態勢預測、富營養化控制技術等方面的研究及相關技術的應用成為水環境污染控制日益緊迫的重要課題。
　　1.3工業廢水治理開始轉向全工藝過程控制
　　為了解決工業廢水污染問題，許多國家的環境決策者提出了排放污染物最小化的概念，即從污染源頭進行減量，變單純的末端治理為以清潔生產為核心的全工藝過程控制。同時發展高效、低耗的處理技術，以保障排放最小化清潔技術的實施。它作為防治工業污染，保護環境，提高工業企業整體素質，實現可持續發展戰略的重大措施，已成為當今世界的歷史潮流。美國的50多年的水污染防治實踐表明：污染最小化技術是一種既經濟又實用的方法。1992年聯合國環境與發展大會將排放最小化清潔生產列入《二十一世紀議程》，并制定計劃在全球推行。
　　在國際組織的支持、幫助下，我國在1994年建立了示范工程，并于1999年在3省市作全面試點。水污染排放最小化清潔集成技術包括先進生產技術、工藝改革、資源綜合利用和污染物末端治理的綜合技術，是綜合預防的環境策略。
　　我國城市污水處理與回用技術經濟水平，總體來說是效率低、成本高，缺乏水資源化處理的高效、低耗工藝及相應的設備，加上水價過低，污水回用率當然低。這就成了制約污水排放最小化清潔集成技術開發應用和低質水利用進程的關鍵因素之一。
　　國內外實踐證明順利推行污水排放最小化清潔生產以達到節能、降耗、減污和提高生產效率的目的，必須建立排放最小化清潔生產實施機制，對企業施加壓力和給予誘導的激勵政策。
　　1.4單獨分散處理轉為城市污水集中處理
　　雖然發達國家的水污染控制對象已經轉向微量有毒有機物，致力于受污染水體水質功能的全面恢復，但廣大發展中國家的水污染控制對象仍然主要是有機污染物以及氮磷營養物，遏制水污染和水質富營養化不斷加劇的趨勢仍然是艱巨的任務。因此，今后相當長的一段時期內，加強水污染源的末端治理依然是我國水污染控制的最主要途徑。國內外的實踐表明，在絕大多數情況下，采取城市污水與工業廢水集中處理的方式具有非常明顯的技術經濟優勢。
　　因此，城市市區公共污水收集系統服務范圍內的工商業污水要從城市水污染防治的總體效益出發，打破行業和隸屬關系的制約；要根據污染源的分布、污染物的種類，以及區域水環境的特點，解決好以污染源源頭治理、輔以局部予處理為主的點源處理與污染集中控制的結合。
　　遠離城市市政排水管網的獨立工礦區或幾個企業距離較近、污染物性質相近的產業污廢水，在技術可行、經濟合理的條件下，也可集中處理，或與生活污水一并處理、處置或利用，達標就近排放。
　　在工商業實施節水減污、清潔生產、污水清污分流，市政管網雨污分流，接納的污水濃度合理提高的基礎上，要發展和應用高效、節能、投資省、占地少、運營成本低的污水處理工藝技術和裝備。
　　1.5小城鎮污水處理不容忽視
　　目前我國擁有各種規模和性質的小城鎮近48000多個，其中建制鎮19200多個，吸納2億多居民，隨著鄉鎮企業的迅速發展和村鎮人口的不斷集中，小城鎮的污水排放量不斷增加，但絕大多數沒有有效的污水處理設施。由于缺乏必要的污水收集和處理設施，不僅造成小城鎮本身的環境污染日益嚴重，而且成為區域性水環境的重要污染源。例如，太湖流域現有各種規模的城市為7座，而小型城鎮高達978個，小城鎮的污水治理成為太湖水污染防治的關鍵。
　　對于我國大量的小城鎮，產生的污水量一般小于2萬m³/d，通常在2000～5000m³/d之間，屬于小型污水處理廠范圍。由于受經濟發展水平偏低、處理要求偏高、可供選擇的經濟適用技術很少和運營管理經驗嚴重缺乏等多方面的問題，與大中型城市污水處理廠相比，小城鎮小型污水處理廠的設計、建設和運營更加困難，小城鎮污水治理將成為今后我國水污染控制的重點和難點之一，與此相對應，小城鎮污水治理技術與設備的研究開發也是當前需要加速解決的問題。
　　投資省、運行費用低、工藝流程簡單、處理效果好、運行管理簡便的工藝及成套設備始終是國內外污水處理界所致力于研究與尋求的方向。對于小城鎮污水，這樣的需求更加突出。
　　1.6由工藝技術開發轉向工藝、設備、工程、政策和經濟的綜合集成
　　在城市污水處理技術發展方面，一個重大的轉變是，我國已經開始從單純的工藝技術研究開發轉向工藝、設備、工程、政策和經濟的綜合集成與產業化。
　　在過去，我國的污水處理技術研究長期以單項優勢為主，且偏重于工藝性能的研究，且缺乏對不同處理系統綜合研究，缺乏足夠的系統性、完整性，也缺乏綜合性的比較研究和技術經濟評價體系，缺乏全面和綜合比較能力，在很長的一段時間內國外的新技術和新產品就不斷沖擊國內市場，國產產品總是無法在市場上占有一席之地，決策失誤相當頻繁。最近幾年，以技術設備的集成性、成套性和高效實用為基礎，與工程建設和運營管理密切結合的技術決策和質量保證體系的建立得到了高度重視。
　　當代污水處理已經形成向高科技和設備集成化發展的趨勢。在發達國家，水處理工藝的創新往往和配套設備的開發融為一體，一種新工藝的問世通常伴隨著專利設備的產生，工藝的先進性通過集成化的設備來體現，并由設備的市場獲得主要經濟效益。在國際市場上，具有工藝技術優勢和設備開發集成能力的工程公司，已經成為承擔水工業工程項目的主體，并且在我國也有非常成功的業績。
　　但多年來，我國對設備的開發相對滯后，進口設備占據了主要市場。由于我國城市污水處理相關設備制造企業分散且規模小，生產設備的總體質量差，成套能力弱，尤其是工藝技術與專用設備的開發和功能要求相脫節，不能依據各種水質水量變化特性實現處理工藝與相應設備的緊密結合、同步發展和整體化，從而在適用性、穩定性和可靠性等方面不能滿足城市污水處理廠的建設和運行需要。這一狀況已經引起國務院主要領導和業內人士的重視，污水處理設備國產化工作正大力度地向前推進。在今后的科技攻關和技術進步中，工藝研究和設備開發必將密切結合，在推廣應用先進工藝技術的同時推出高質量的成套設備，為污水處理工程建設和技術改造提供全面的技術支持。
　　隨著國家城市污水處理產業政策的調整，污水處理收費制度的推行，以及工程建設程序的國際接軌，招投標制度的全面實行，污水處理及成套工藝設備產業發展所需的市場條件和競爭機制正在逐步現成。
　　1.7城市污水處理水質控制指標不斷增加并越來越嚴
　　水環境污染和水質富營養化問題的尖銳化以及公眾環境意識的增強，迫使越來越多的國家和地區制定嚴格的污水處理和排放標準，涉及的水質控制指標、內容和數值不斷改進，越來越嚴，使技術與經濟壓力明顯加大。
　　1998年1月開始實施的國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)，對城鎮二級污水處理廠的排放水質不僅有更加明確和詳細的規定，而且對其中幾項指標的要求更加嚴格，除了原來的二級排放標準外，新增了更加嚴格的一級標準，磷酸鹽和氨氮排放標準的適用范圍擴大到所有排污單位，此外，還增加了色度、pH值等20多個新項目。這不僅意味著新建污水處理廠所采用的工藝流程不但要具有很高的SS、BOD₅、COD去除能力，而且要具有去除營養物、色度和某些特殊有機物的能力，同時意味著許多現有污水處理廠將面臨著處理工藝的改造、運行方式的改變和出水水質的改善問題。因此，迫切需要通過綜合性的研究開發，推廣應用一批能滿足新的排放要求、處理效果好、基建和運行費用低的污水處理新技術、新工藝和更新改造技術，解決城鎮污水處理廠出水COD、SS、色度和氮磷等污染物指標的達標排放問題，為新標準的全面推行以及保護有限的水資源創造先行條件。

　　2　城市污水處理的科學決策問題

　　隨著我國的社會和經濟的高速發展，環境問題日益突出，尤其是城市水環境的惡化，加劇了水資源的短缺，影響著人民群眾的身心健康，已經成為城市可持續發展的嚴重制約因素。近年來，國家和地方政府非常重視污水處理事業，正以前所未有的速度推進城市污水處理工程的建設，有數百座污水處理廠正在工程設計和建設中，預計到2010年，我國要新建城市污水處理廠1000余座，污水廠的投資將達1800億元。
　　在這一進程中，城市污水處理工程方案的優化選擇，將是污水處理工程界面臨的首要問題。其中，污水處理工藝方案的優化選擇是確保處理廠運行性能、降低費用的關鍵，通常需要根據確定的標準和一般原則，從整體優化的觀念出發，結合設計規模、污水水質特性以及當地的實際條件和要求，選擇切實可行且經濟合理的處理工藝方案，經全面技術經濟比較后優選出最佳的總體工藝方案和實施方式。所要遵循的一般原則包括：處理效果穩定可靠；工藝控制調節靈活；工程實施切實可行；運行維護管理方便；投資運行費用節省；整體工藝協調優化。
　　因此，非常有必要開展城市污水處理科學決策支持系統的研究，并逐步解決城市污水處理的通用性、基礎性技術問題，為城市污水處理工程的規劃設計和運行管理提供合理、可靠的依據，盡量避免規劃設計和運行管理中存在的某些不合理性和技術失誤，及時識別假冒偽劣技術和產品。另一方面，目前我國城市污水處理新興工藝層出不窮，并以國外引入的工藝技術為主導潮流，每一種工藝及其實施方式都有一個實用性、適用性、經濟性、可靠性問題。熟悉了解國內外這些工藝的基本原理、單元構成及其實施方式，對其利弊進行客觀辨證的分析，因地制宜地合理選擇適用工藝技術及其實施方式，對我國城市污水處理工程的設計、建設和運行都具有重要的意義。

　　3　我國城市污水處理的技術決策要素

　　3.1城市污水處理系統的規劃
　　城市排水及其污水處理設施已經成為社會經濟可持續發展必不可缺的基礎設施，城市排水及其污水處理設施的規劃建設應納入國民經濟和社會發展規劃。城市污水處理系統的規劃建設具有明確的目標，主要包括水源保護目標、水環境質量控制目標和污水綜合利用目標3個方面。因此，首先必須根據城市水文、地理、社會、經濟和污水匯集狀況及發展趨勢，在流域（子流域或區域）總體發展規劃的指導下，制定出以城市為中心的區域水質水量管理計劃，統一考慮水在工業、農業、城鎮、地表地下的輸送和分配以及污水的綜合利用；并劃定水質分區范圍（區段和功能），全面規劃分區內的水資源開發利用、水系保護和污水的綜合治理，合理確定各項水資源和水污染治理設施的位置、規劃、數量和功能要求，為城市污水處理設施的建設提供規劃設計依據。隨后在水質水量管理計劃的基礎上根據《城市建設總體規劃》、《城市社會經濟發展總體規劃》、《城市環境保護總體規劃》和《城市供水專項規劃》等，制定出《城市排水專項規劃》（污水處理設施建設規劃）。
　　城市排水及其污水處理的統一規劃，應根據城市水域及接納水體功能區的要求和水環境容量，體現排漬、減污、分流、凈化、再用功能的協調發展，綜合考慮經濟發展、水質目標、污水治理目標、污水產生量、需水用水排水平衡等因素，控制水質和區域水污染防治建設規劃，合理確定雨污水收集輸送、污水凈化和綜合利用設施的設置。并根據分匯水區、按系統分期配套建設。
　　城市污水處理設施的設計建設，應依據城市總體規劃和水環境規劃、水資源綜合利用規劃以及城市排水專業規劃的要求，做到規劃先行，合理確定污水處理設施的布局和設計規模，并優先安排城市污水收集系統的建設。
　　城市污水處理廠的規劃設計，要根據污染物排放總量控制目標，城市地理地質環境、受納水體功能與交換能力、污水排放量和污水利用等因素，選擇廠址，確定建設規模、處理程度和工藝流程，力求布點合理、位置適當、規模適度。
　　城市污水的處理方式應根據本地區的經濟發展水平和自然環境條件及地理位置等因素，合理選擇。城市污水處理應考慮與污水資源化目標相結合，積極發展污水再生利用和污泥綜合利用技術。規劃和設計方案的制定必須有環境影響評價和技術經濟評價作為依據。
　　3.2城市污水的收集與輸送系統
　　作為城市基礎設施和城市水環境污染控制的主體設施，城市排水管網和污水處理廠納入城市建設總體規劃之后，應保證其實施能與城市經濟和城市建設同步發展。目前，我國大多數城市的污水處理基礎設施建設欠帳嚴重，必須加快污水處理基礎設施的規劃與建設。
　　城市污水收集與輸送系統的建設和正常運行是城市污水得到有效處理處置的必要前提。污水管網的完善對污水處理廠設計規模和設計水質的確定至關重要，目前我國大多數城市污水管網不配套，造成污水處理廠建設規模和水質難以合理確定，投入運行后實際值與設計值往往相差較大。在我國已經建成的城市污水處理廠中，有相當大一部分進水流量沒有達到設計規模、水質濃度偏低，其主要原因就是配套管網的建設沒有跟上，導致污水處理廠沒有發揮應有的投資效益和環境效益，有的甚至導致污水處理設備喪失功效。因此，近中期內的關鍵任務就是盡快普及和健全城市排水（雨、污水）管網系統，以便有效地減輕城市及周圍水體的污染，同時為城市污水的集中處理打下必備的基礎。
　　城市排水管網的體制選擇應根據當地具體條件，經過綜合權衡和詳細的費用-效益分析后確定。我國城市污水處理技術政策中規定，在城市排水規劃中應明確排水體制和退水出路。對于新城區，應優先考慮采用完全分流制；對于改造難度很大的舊城區合流制排水系統，可維持合流制排水系統，合理確定截留倍數；在降雨量很少的城市，可根據實際情況采用合流制；在經濟發達的城市或受納水體環境要求較高時，可考慮將初期雨水納入城市污水收集系統。
　　就我國的現實情況而言，城市污水管網的設計建設可采用下列技術原則：
　　（1）大型及以上城市新建區應采用分流制，如果降雨量不是很少，舊城區合流制應逐步改造成分流制，這種體制雖然費用高昂，但十分必要。原因之一是大城市總污水量、總雨水量及其污染負荷大，加上雨水的全面凈化處理尚未提到議事日程，因此雨、污合流時雨季的溢流將造成沖擊性的污染負荷，嚴重破壞水體質量。原因之二，分流制有助于實現工業廢水的清、污分流，清潔或達標廢水可直接入雨水管排走，從而相應地降低污水排放量和污水處理廠建設規模。原因之三，對于降水量不大、暴雨強度較低的城市，雨水管網設計時設計重現期取值可適當降低以降低造價。原因之四，大城市經濟狀況較好，有實行分流制的經濟能力。
　　（2）如果降雨量不是很少，中型城市從規劃或遠期考慮宜全面采用分流制，近中期可考慮分流制與合流制并存，具體選擇應根據城市總體規劃和實際情況經技術經濟比較后加以確定，近期應加強合流制系統截流管的建設，為城市污水處理廠的建設和運行打下基礎。目前我國相當一部分中等城市未建立完整的排水管網系統，規劃上應充分考慮遠期分流、近中期合流的工程設施建設相銜接問題。在管材選擇上宜一次到位，選擇壽命長、性能好的產品。
　　（3）小型城市因匯水面積小、污染物總量不太大，加上經濟實力普遍較弱，許多城市未建有效的排水管網，為了盡快改善水污染狀況，在雨水量不是很大的地區可采用合流制排水系統，在建設材料上不一定非得全部采用鋼筋混凝土之類較昂貴的管材，在考慮較高性能管材的同時，也可考慮采用價格較低的材料和施工手段，如石砌、磚砌暗溝、缸瓦管、明溝、明渠等作為過渡性的補充措施。
　　（4）目前大多數縣城和鄉鎮幾乎沒有按規劃設計程序建造的排水管網，多數為明溝暗渠排水或地表漫流；有必要規劃建設規范的排水管網系統。作為近期改善環境的補充（應急）手段，目前可采取兩種手段收集污水，其一是采取簡易建造技術建設包括管道、暗溝、明溝在內的較完善的簡易排水系統；其二是建設截流暗渠或明渠將地表污水和徑流匯集起來。匯集的旱流污水可送簡易污水處理設施處理后外排，匯集的雨季混合水以水塘等方式儲存凈化。
　　城市排水管網的總體布置應與污水處理設施、最終排放利用設施的設置相結合，使總體費用降低，得到總體優化的方案。為了節省建造費用和發揮在城區以外選點的優勢，城市排水規劃宜考慮將所有污水集中到一個污水廠，但對于大城市或呈分散布設的城區，則常常需要設置多個排水系統和相應的污水處理廠。
　　3.3工業廢水的接納與預處理
　　根據我國污水處理相關技術政策，全國設市城市和建制鎮均應規劃建設城市污水集中處理設施。達標排放的工業廢水應納入城市污水收集系統和生活污水合并處理。對不能納入城市污水收集系統的居民區、旅游風景點、度假村、療養院、機場、鐵路車站、經濟開發小區等分散的人群聚居地排放的污水和獨立工礦區的工業廢水，應進行就地處理達標排放。
　　城市生活污水與工業廢水合并處理，從技術上、經濟上、管理上都是合理可行的。但隨著現代工業，尤其是污染密集型工業的發展，工業廢水不僅量大而且濃度高、成分復雜，這些廢水可能含有大量難降解有毒有害有機物和重金屬，對城市污水處理廠的正常運行有很不利的影響，可造成污水廠運行困難、甚至完全失效。
　　為了避免工業廢水對污水廠正常運行的破壞，根據國內外的實踐經驗，有必要通過實行城市排水許可制度，嚴格按照有關標準（參見表1）監督檢測排入城市污水收集系統的污水水質和水量，對排入城市污水收集系統的工業廢水的重金屬、有毒有害物質含量進行嚴格的控制，確保城市污水處理設施安全有效運行。必要時，要求排污企業對排入城市污水收集系統的工業廢水進行合理的廠內頂處理，使其達到國家和行業規定的排放標準。預處理的目的是去除廢水中對生物處理具有毒害作用的物質或生物處理難去除的物質，而不是完全處理。實踐經驗表明，一般情況下只要對能引起問題的為數不多的水污染源進行適當的預處理，就能解決上述問題。

表1 污水排入城市下水道水質標準（CJ 3082-1999） 序號 項目名稱 單位 最高允許濃度 序號 項目名稱 單位 最高允許濃度 1 pH值 6.0～9.0 19 總鉛 mg/L 1.0 2 懸浮物 mg/L 150(400) 20 總銅 mg/L 2.0 3 易沉固體 mg/L·15min 10 21 總鋅 mg/L 5.0 4 油脂 mg/L 100 22 總鎳 mg/L 1.0 5 礦物油類 mg/L 20.0 23 總錳 mg/L 2.0(5.0) 6 苯系物 mg/L 2.5 24 總鐵 mg/L 10.0 7 氰化物 mg/L 0.5 25 總銻 mg/L 1.0 8 硫化物 mg/L 1.0 26 六價鉻 mg/L 0.5 9 揮發性酚 mg/L 1.0 27 總鉻 mg/L 1.5 10 溫度 ℃ 35 28 總硒 mg/L 2.0 11 生化需氧量(BOD₅) mg/L 100(300) 29 總砷 mg/L 0.5 12 化學需氧量(COD_cr) mg/L 150(500) 30 硫酸鹽 mg/L 600 13 溶解性固體 mg/L 2000 31 硝基苯類 mg/L 5.0 14 有機磷 mg/L 0.5 32 陰離子表面活性劑(LAS) mg/L 10.0(20.0) 15 苯胺 mg/L 5.0 33 氨氮 mg/L 25.0(35.0) 16 氟化物 mg/L 20.0 34 磷酸鹽(以P計) mg/L 1.0(8.0) 17 總汞 mg/L 0.05 35 色度 倍 80 18 總鎘 mg/L 0.1 注：括號內數值適用于有城市污水處理廠的城市下水道系統

　　3.4城市污水處理程度的確定
　　根據城市污水處理技術政策，設市城市和重點流域及水資源保護區的建制鎮，必須建設二級污水處理設施，可分期分批實施。受納水體為封閉或半封閉水體時，為防治富營養化，城市污水應進行二級強化處理，增強除磷脫氮的效果。非重點流域和非水源保護區的建制鎮，根據當地經濟條件和水污染控制要求，可先行一級強化處理，分期實現二級處理。
　　3.4.1污水處理的水質對象及方法
　　按污水處理的水質凈化對象分類，城市污水（生物）處理技術經歷了3個發展階段。在發展的早期，人們認識到有機污染物對環境生態的危害，從而把有機物即碳源生化需氧量（BOD₅）和懸浮固體（SS）的去除作為污水處理的主要水質目標。到60～70年代，隨著二級生物處理技術在工業化國家的普及，人們發現僅僅去除BOD₅和SS還是不夠的。氨氮的存在依然導致水體的黑臭或溶解氧濃度過低，這一問題的出現使二級生物處理技術從單純的有機物去除發展到有機物和氨氮的聯合去除，即污水的硝化處理。到70～80年代，由于水質富營養化問題的日益嚴重，污水氮磷去除的實際需要使二級（生物）處理技術進入了具有除磷脫氮功能的深度二級（生物）處理階段。而采用物理、化學方法對傳統二級生物處理出水進行除磷除氮處理及去除有毒有害有機化合物的處理過程通常被稱作三級處理或深度處理。
　　因此，可以認為城市污水處理廠的主要處理對象包括COD、BOD₅、SS和氮、磷營養物質。根據這些污染物的無機或有機屬性，溶解態和非溶解態，按去除對象和設備歸類，城市污水處理方法主要包括：
　　·去除粗大顆粒懸（漂）浮物：格柵和篩網；
　　·去除大顆粒沉淀物：沉砂池；
　　·脫除油脂和類似的漂浮物：除油池、浮選池，帶隔油設備的沉淀池或沉砂池；·去除細微懸浮物：沉淀池、浮選池、化學絮凝沉淀、砂濾池；
　　·去除溶解、半溶解和極細微的有機物以及特殊的無機物：各種生物處理設施、物理處理設施或化學處理設施。
　　上述處理設備和設施還可按機械法、化學法和生化法歸類。一般情況下，生化處理部分是城市污水處理工藝的核心，也是工藝方案選擇的主要對象。在不同地區和不同環境條件下，水體環境的功能劃分及確定的水體水質標準往往差異甚大，因而污水處理的目標及相應的處理程度也就不同。
　　3.4.2水質目標和水質標準
　　城市污水和污泥經過有效處理之后，其排放、利用和處置的去向往往因地而異，因此必須根據當地的具體情況，依據國家和地方的有關水質標準和接納水體的等級劃分（水質目標），合理確定城市污水處理廠的污水處理程度和水質指標。
　　最主要的標準為《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）和《地表水環境質量標準》（GHZB 1－1999）（見表2、表3）。
　　1．《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）
　　該標準是GB8978－88的修訂，對城鎮污水二級處理廠的主要出水指標規定如表2所示。除了保留原來的二級標準外，該標準新增了更加嚴格的一級標準（BOD₅≤20 mg/L，SS≤20 mg/L，COD≤60 mg/L，磷酸鹽≤0.5 mg/L，氨氮≤15 mg/L）。國外城市污水二級生物處理廠一般按BOD₅和SS兩項指標控制，不考慮COD。對于工業廢水處理或污水二級化學處理來說，把COD列為考核指標是合理而且必要的。但對于城市污水生物處理來說，一般情況下由于不具備特殊或強化的COD去除能力，處理廠的出水COD基本上取決于進水的水質特性，標準中確定的COD≤60 mg/L（一級標準）和COD≤120 mg/L（二級標準）似乎缺乏足夠的技術依據。與GB8978－88相比，GB8978－1996確定的磷酸鹽排放標準非常嚴格，而且擴大到所有排污單位。
　　根據GB8978－1996確定的排放標準，今后絕大多數城市污水處理廠都要考慮除磷處理，大部分城市污水處理廠要考慮硝化處理或脫氮處理。

表2 污水綜合排放標準（GB8978-1996）（摘錄） 序號 污染物 適用范圍 一級標準 二級標準 三級標準 3 SS
（mg/L） 城鎮二級污水處理廠 20 30 / 其他排污單位 70 200 400 4

BOD₅
（mg/L） 甘蔗制唐、苧麻脫膠、濕法纖維板工業 30 100 600 甜菜制唐、酒精、味精、皮革、化纖漿粕工業 30 150 600 城鎮二級污水處理廠 20 30 / 其他排污單位 30 60 300 5 COD
（mg/L） 甜菜制唐、焦化、合成脂肪酸、濕法纖維板、染料、洗毛、有機磷農藥工業 100 200 1000 酒精、味精、醫藥原料藥、生物制藥、苧麻脫膠、皮革、化纖漿粕工業 100 300 1000 石油化工工業（包括石油煉制） 100 150 500 城鎮二級污水處理廠 60 120 / 其他排污單位 100 150 500 11 氨氮
（mg/L） 醫藥原料藥、染料、石油化工工業 15 50 / 其他排污單位 15 25 / 13 磷酸鹽
(以P計) 一切排污單位 0.5 1.0 /

　　排入GB3838III類水域（劃定的保護區和游泳區除外）和排入GB3097中的二類海域）的污水，執行一級標準。
　　排入GB3838中IV、V類水域和排入GB3097中三類海域的污水，執行二級標準。
　　排入設置二級污水處理廠的城鎮排水系統的污水，執行三級標準

表3 地表水環境質量標準基本項目標準值（GHZB 1－1999）（摘錄） 序號 參 數 Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅲ類 Ⅳ類 Ⅴ類 9 硝酸鹽(以N計)mg/L 10以下 10 20 20 25 10 亞硝酸鹽(以N計)mg/L 0.06 0.1 0.15 1.0 1.0 11 非離子氨,mg/L 0.02 0.02 0.02 0.2 0.2 12 凱氏氮,mg/L 0.5 0.5(漁0.05) 1(漁0.05) 2 2 13 總磷(以P計)mg/L 0.02
(湖庫0.002) 0.1
(湖庫0.002) 0.1
(湖庫0.002) 0.2
(湖庫0.002) 0.2
(湖庫0.002) 16 COD,mg/L 15以下 15 20 30 40 17 BOD,mg/L 3以下 3 4 6 10

　　I類：主要適用于源頭水、國家自然保護區。
　　II類：主要適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區、珍貴魚類保護區、魚蝦產卵場等。
　　III類：主要適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區、一般魚類保護區及游泳區。
　　IV類：主要適用于一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區。
　　V類：主要適用于農業業用水區及一般景觀要求水域。
　　2．《地表水環境質量標準》（GHZB 1－1999）。該標準對與城市污水處理廠出水有關的主要指標作了相應規定（見表3）。一般要通過數學模型對環境容量作出預測后，才能求算出允許的排放總量，從而確定處理程度和工藝流程。
　　3.5城市污水處理工藝選擇的主要原則
　　城市污水處理廠的設計和建設包括污水處理程度和規模的確定、廠址選擇、污水及污泥處理工藝選擇、總平面布置、工藝流程確定、處理構筑物等方面的內容。
　　在處理程度或允許的出水排放總量確定以后，就可以據此列出所有能夠滿足要求的工藝流程(方案)。選擇可行的幾種處理工藝方案，通過全面技術經濟比較后確定處理工藝流程和設計參數。
　　城市污水處理工藝方案的選擇一般應體現以下總體要求：滿足要求，因地制宜，技術可行，經濟合理。也就是說，在保證處理效果、運行穩定，滿足處理要求（排放水體或回用）的前提下，使基建造價和運行費用最為經濟節省，運行管理簡單，控制調節方便，占地和能耗最小，污泥量少。同時要求具有良好的安全、衛生、景觀和其它環境條件。
　　3.5.1滿足處理功能與效率要求
　　城市污水處理廠工藝方案應確保高效穩定的處理效果，城市污水處理設施出水應達到國家或地方規定的水污染物排放控制的要求。對城市污水處理設施出水水質有特殊要求的，須進行深度處理。這是污水處理最重要的目標，也是污水處理廠產品的基本質量要求。而排放標準的確定主要取決于處理出水的最終處置方式，如果排入水體，則取決于接納水體的功能質量要求和水體的環境容量，如果回用，則取決于回用水用戶對水質的要求。
　　3.5.2規模與工藝標準因地制宜
　　污水處理廠工藝方案的確定必須充分考慮當地的社會經濟和資源環境條件。要實事求是的確定城市污水處理工程的規模、水質標準、技術標準、工藝流程以及管網系統布局等問題；處理規模大小對處理工藝的影響很大，城市污水處理設施建設應按照遠期規劃確定最終規模，以現狀水量為主要依據確定近期規模。污水處理廠的實際設計規模應根據污水收集量和分期建設、水質目標確定，污水收集量取決于管網完善程度和匯水區內的生活、工業污水產生與允許納入量，以及管網入滲或滲漏水量等因素。
　　在決定處理工藝方案時，要因地制宜，結合當地條件和特點，有所側重，尤其是排放與利用的相結合，不同處理工藝的組合。例如在一個處理廠內，一部份采用強化一級處理加排海（江）工程；一部份采用二級處理后用于農田灌概；還有一部份采用深度處理后回用于工業。要根據當地財力情況，充分考慮處理工藝的分期、分級實施。比如說，可以先采用一級處理或強化一級處理，以后再建二級處理，或一部份采用一級處理，另一部份采用二級處理（國內外均有先例）。污泥處理應根據污泥的出路（農用、填埋、排海等），確定是否需要進行消化處理。
　　3.5.3技術成熟可靠切實可行
　　根據城市污水處理技術政策，城市污水處理設施建設，應采用成熟可靠的技術。根據污水處理設施的建設規模和對污染物排放控制的特殊要求，可積極穩妥地選用污水處理新技術。
　　因此，必須合理把握工藝先進性和成熟性（可靠性）的辨證關系。一方面，應當重視技術經濟指標的先進性，同時必須充分考慮適合中國的國情和工程的性質。城市污水處理工程不同于一般點源治理項目，它作為城市基礎設施工程，具有規模大、投資高的特點，且是百年大計，應該確保百分之百的成功。工藝的選擇必須注重成熟性和可靠性。因此，強調技術的合理，而不是簡單地提倡技術先進。必須把技術的風險降到最小程度。在最近頒布的城市污水處理的技術政策中規定“對在國內首次應用的新工藝，必須經過中試和生產性試驗，提供可靠設計參數后再進行應用。”也是強調了可靠性原則。
　　3.5.4經濟合理效益顯著
　　節省工程投資與運行費用是城市污水處理廠建設與運行的重要前提。合理確定處理標準，選擇簡捷緊湊的處理工藝，盡可能地減少占地，力求降低地基處理和土建造價。同時，必須充分考慮節省電耗和藥耗，把運行費用減至最低。對于我國現有的經濟承受能力來說，這一點尤為重要。較高的性能價格比經濟指標同樣是先進性的重要體現。
　　因此，城市污水處理工藝應根據處理規模、水質特性、受納水體的環境功能及當地的實際情況和要求，經全面技術經濟比較后優選確定。工藝選擇的主要技術經濟指標包括：處理單位水量投資、削減單位污染物投資、處理單位水量電耗和成本、削減單位污染物電耗和成本、占地面積、運行性能可靠性、管理維護難易程度、總體環境效益等。
　　3.6城市污水處理工藝選擇的水質因素
　　進水水質水量特性和出水水質標準的確定是污水處理工藝選擇的關鍵環節，也是我國當前污水處理工程設計中存在的薄弱環節。
　　污水管網的完善，對污水處理廠設計規模和設計水質的確定至關重要，目前我國大多數城市管網不配套（尤其是淮河流域），造成污水廠規模和水質難以確定，投入運行后實際值與設計值往往相差較大，效能難以充分發揮。這個問題必須加以解決。
　　對于污水處理工藝方案及其設計參數的確定，進行必要的水質水量特性分析測定和動態工藝試驗研究是國際通行的做法，有些發達國家甚至開展連續多年的全面水質水量特性測定和中試研究。在國內，由于體制和資金來源等方面的問題，在污水處理工藝方案的確定過程中雖然不太可能開展大規模的前期試驗研究，但進行水質特性分析與短期動態工藝試驗的條件還是具備的，不應該忽視。
　　因此，污水處理技術政策中要求，應切合實際地確定污水進水水質，優化工藝設計參數。必須對污水的現狀水質特性、污染物構成進行詳細調查或測定，作出合理的分析預測。在水質構成復雜或特殊時，應進行污水處理工藝的動態試驗，必要時應開展中試研究。積極審慎地采用高效經濟的新工藝，對在國內首次應用的新工藝，必須經過中試和生產性試驗，提供可靠設計參數后再進行應用。
　　一般城市污水主要污染物是易降解有機物，所以目前絕大多數城市污水處理廠都采用好氧生物處理法。如果污水中工業廢水比重很大，難降解有機物含量高，污水可處理性差，就應考慮增加厭氧處理改善可處理性的可能性，或采用物化法處理。
　　污水的有機物濃度對工藝選擇有很大關系。當進水有機物濃度高時，AB法、厭氧酸化/好氧法比較有利。AB法中的A段只需較小的池容和電耗就可去除較多的有機物，節省了基建費和電耗，污水有機物濃度越高，節省的費用就越多。厭氧處理要比好氧處理顯著節能，但只有在濃度較高時才顯示出優越性。當有機物濃度低時，氧化溝、SBR等延時曝氣工藝具有明顯的優勢。
　　在要求除磷脫氮的場合須選用穩定可靠的生物除磷脫氮工藝。
　　3.7城市污水處理廠污泥的處理處置
　　在我國的城市水污染治理中，污水廠污泥處理處置費用約占工程投資和運行費的24%～45%（發達國家如美國及歐洲國家已占污水處理廠總投資的50%～70%）。污水處理廠污泥處理處置高昂的投資及其運行費用，一方面使得目前國內大部分污水廠未對污泥進行穩定處理或處理工藝的配套設施不完善，另一方面也使得建有完善污泥處理設施的污水廠常因其運行費用較高而基本停用。隨著我國城市污水處理設施的普及，處理率的提高和處理程度的深化，污泥的產生量將有較大的增長，預計到2010年，我國城市污水處理廠的濕污泥年產量將達2000余萬t，污泥的處理處置已成為迫在眉睫的難題。而通過技術改進和革新，降低污水處理廠的污泥產生量；研究開發先進的污泥處理工藝，提高污泥處理系統的效率，降低污泥處理成本；研制出技術先進、經濟高效的國產污泥處理成套設備，改變目前大量使用進口設備，導致污泥處理投資費用高居不下的狀況；積極進行污泥資源化研究等是解決當前及今后我國城市污水污泥處理處置問題的有效途徑。
　　根據我國污水處理技術政策，（1）城市污水處理產生的污泥，應采用厭氧、好氧和堆肥等方法進行穩定化處理。也可采用衛生填埋方法予以妥善處置。（2）處理能力在10萬m³/d以上的污水二級處理設施產生的污泥，宜采取厭氧消化工藝進行處理，產生的沼氣應綜合利用。（3）處理能力在10萬m³/d以下的污水處理設施產生的污泥，可進行堆肥處理和綜合利用。（4）采用延時曝氣技術的污水處理設施，污泥需達到穩定化。采用物化一級強化處理的污水處理設施，產生的污泥須進行妥善的處理和處置。（5）經過處理后的污泥，達到穩定化和無害化要求的，可農田利用；不能農田利用的污泥，應按有關標準和要求進行衛生填埋處置。
　　3.8城市污水處理廠出水的再生利用
　　在我國，花費大量投資建設了城市污水處理廠，但經過處理后的再生水并沒有得到充分利用，有的地區甚至還將處理后的再生水與未經處理的污水混入一起同流合污，有的地區沒有將再生水合理回用卻直接排入大海造成淡水資源的浪費。因此，在城市污水處理決策中應充分考慮污水的再生利用。
　　城市污水處理廠出水可用作農業用水、市政雜用水、工業冷卻用水、工業生產用水、地下水補充等；另一方面，城市污水處理廠出水也可看作是水文循環的組成部分，將合乎質量要求的出水排放到河流水體中，使河流水體能維持或變成供下游使用的原水源，不僅經濟可行，而且可減少風險并發揮河流水體自凈能力。
　　在我國的城市污水處理技術政策中，提倡各類規模的污水處理設施按照經濟合理和衛生安全的原則，實行污水再生利用。發展再生水在農業灌溉、綠地澆灌、城市雜用、生態恢復和工業冷卻等方面的利用。城市污水再生利用，應根據用戶需求和用途，合理確定用水的水量和水質。污水再生利用，可選用混凝、過濾、消毒或自然凈化等深度處理技術。
　　3.9城市污水處理廠二次污染防治
　　城市污水處理設施建設，必須充分重視防治二次污染，妥善采用各種有效防治措施。在污水處理設施的前期建設階段的環境影響評價工作中，應進行充分論證。為保證公共衛生安全，防治傳染性疾病傳播，城市污水處理設施應設置消毒設施。在環境衛生條件有特殊要求的地區，應防治惡嗅污染。城市污水處理設施的機械設備應采用有效的噪聲防治措施，并符合有關噪聲控制要求。城市污水處理廠設計要充分考慮安全防護設施的設置，確保運行管理人員的健康與安全。城市污水處理廠經過穩定化處理后的污泥，用于農田時不得含有超標的重金屬和其它有毒有害物質。衛生填埋處置時嚴格防治污染地下水。

　　4　城市污水處理工藝的主要類型與特點

　　4.1引言
　　工藝技術路線的選擇是城市污水處理技術決策的核心部分，所有建設單位都希望能找到適合當地環境條件、處理效果好確實能解決污染問題、運行管理簡單、投資和運行費用最低的技術路線。遺憾的是，這樣的工藝總是難以找到，目標與現實往往相差甚遠。要想達到預定的目標總是要付出代價的，對城市污水處理而言，目前能得到的所有處理技術，包括最便宜的技術，其投資和運行費用均相當可觀。就目前的體制和經濟發展水平來說，資金問題最難解決，因此首要的任務是解決資金渠道問題，技術選擇的任務則是從實際情況出發從已有的經過驗證的所有技術中優選出效果好盡可能便宜的技術路線，本簡介的目的在于提供相關依據和方法，并對各種工藝的技術經濟性能、適用條件作簡要的介紹。
　　4.2污水處理廠的工藝組成與處理等級
　　4.2.1城市污水處理工藝流程
　　典型的城市污水處理工藝流程主要包括機械處理、生化處理（水線）、污泥處理等工段。由機械處理和生化處理構成的系統屬于二級處理系統，其BOD₅和SS去除率可達到90%～98%。處理效果介于一級和二級處理之間的一般稱為強化一級處理、一級半處理或不完全二級處理，主要有高負荷生物處理法和化學法兩大類，BOD₅去除率45%～75%。具有生物除磷脫氮功能的二級處理系統通常稱為深度二級處理。為了去除特定的物質，在二級處理之后設置的處理系統屬三級處理，例如化學除磷，絮凝過濾，活性炭吸附等。
　　4.2.2機械處理工段
　　機械（一級）處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過物理法實現固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機械（一級）處理是所有污水處理工藝流程必備工段（盡管有時有些工藝流程省去初沉池），城市污水一級處理BOD₅和SS的典型去除率分別為25%和50%。在生物除磷脫氮型污水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機物的去除；在原污水水質特性不利于除磷脫氮的情況下，初沉池的設置與否以及設置方式需要根據水質特性和后續工藝加以仔細分析和考慮，以保證和改善除磷脫氮等后續工藝的進水水質。
　　4.2.3污水生化處理
　　污水生化處理屬于二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的，其工藝構成多種多樣，可分成活性污泥法、生物膜法、生物穩定塘法和土地處理法等四大類。目前大多數城市污水處理廠都采用活性污泥法。生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機污染物轉變成無害的氣體產物（CO₂）、液體產物（水）以及富含有機物的固體產物（微生物群體或稱生物污泥）；多余的生物污泥在沉淀池中經沉淀法固液分離，從凈化后的污水中除去。
　　由此可見，污水處理工藝的作用僅僅是通過生物降解轉化作用和固液分離，在使污水得到凈化的同時將污染物富集到污泥中，包括一級處理工段產生的初沉污泥、二級處理工段產生的剩余活性污泥以及三級處理產生的化學污泥。由于這些污泥含有大量的有機物和病原體，而且極易腐敗發臭，很容易造成二次污染，消除污染的任務尚未完成。污泥必須經過一定的減容、減量和穩定化無害化處理并妥善處置。污泥處理處置的成功與否對污水廠有重要的影響，必須重視。如果污泥不進行處理，污泥將不得不隨處理后的出水排放，污水廠的凈化效果也就會被抵消掉。
　　各種機械處理、生物處理和污泥處理處置技術設備的選擇與不同組合，以及構筑物的設計構成了各種各樣的污水處理廠工藝和工程方案。設計人員的職責在于根據具體條件和處理水質目標把各種可能性靈活地結合起來，以便形成在經濟上合算又具有實用價值的總體處理工藝流程，避免在幾種局部性的定型處理法中簡單比選。有關城市污水處理廠的主要工藝類型及工程方案的選擇在后續部分將作進一步的討論。
　　4.3活性污泥法污水處理工藝的組成
　　活性污泥法的工藝及其實施方式的組成包括4個要素，即：
　　·處理系統的泥齡（或污泥負荷）
　　·電子受體的供給方式（即厭氧、缺氧和好氧狀態）及其分布
　　·整個反應池內的流態組成及分布
　　·各種設備和構筑物，尤其是曝氣設備。
　　泥齡和電子受體的供給方式是活性污泥法污水處理工藝的核心，直接關系到出水水質、反應池容積和污泥產生量。反應池內的流態對處理系統的運行特性和性能具有相當大的影響。各種設備和構筑物是實現工藝思想和設定目標的具體手段。不同泥齡、不同流態和不同曝氣設備的組合構成了各種各樣的活性污泥法變型工藝。
　　根據泥齡（污泥負荷）的不同，活性污泥法可分成3類，高負荷系統（泥齡0.5～2d），以去除BOD₅和SS為目標，BOD₅去除率在40%～75%之間；中負荷常規活性污泥系統（泥齡3～7d），常規系統以去除BOD₅和SS為目標，加厭氧區可以高效除磷；中低負荷活性污泥硝化系統（泥齡7～15d）和低負荷系統（泥齡15d以上），以BOD₅、SS和氮磷為去除目標。一般來說，泥齡越長，污泥的穩定化程度越高，延時曝氣系統污泥負荷很低（泥齡25d以上），污泥可基本上得到穩定。
　　值得特別注意的是，泥齡和污泥負荷雖然相關，卻有本質的差別。對應特定的處理目標和水質要求，往往需要相同的泥齡。在不同的水質條件環境下或不同的工藝方案中，由于生物反應池進水組成特性的不同，相同泥齡所產生的污泥量和污泥組成差別很大，對應的污泥負荷也就存在明顯差別，以MLSS作為污泥量計量基礎時尤為明顯。這就意味著在生物除磷脫氮系統或泥齡較長的系統中，采用污泥負荷概念進行工藝設計往往缺乏合理性，更不用說工藝的優化。在本章的后續部分將對這個問題作進一步的討論。
　　曝氣池的流態可分成3種基本類型，推流式、完全混合式和循環流，循環流實際上是推流和完全混合的特殊組合方式。流態的分布與所選擇的曝氣混合設備類型和布置方式密切相關。曝氣混合設備起供氧及混合作用，以滿足活性污泥代謝作用的耗氧需求并保持活性污泥處于懸浮狀態。曝氣設備主要包括擴散曝氣、機械曝氣和純氧曝氣3種類型，擴散曝氣屬底部曝氣，其流態趨向于推流；而機械曝氣多數屬于表面曝氣，其流態趨向于完全混合和循環流。
　　這4個要素在時間、空間和實施方式上的不同組合形式構成了各種各樣的污水處理技術（流程）方案（參見表4）。

表4 幾種典型污水處理技術的工藝構成與實施方式 污水處理技術
商業性名稱 主要去除目標
（工藝類型） 典型泥齡
（d） 電子受體
供給方式 反應池流態組成及分布 典型曝氣設備 固液分離 常規活性污泥法 有機物 3～6 好氧 推流 底部鼓風曝氣 二沉池 完全混合性污泥法 有機物 3～6 好氧 完全混合 表面機械曝氣 二沉池 AB工藝 A段 有機物 0.5～1 好氧或兼氧 推流 底部鼓風曝氣 沉淀池 B段 有機物（及氮） 3～6
（10～15） 好氧或缺氧/好氧 推流或循環流 鼓風或機械曝氣 二沉池 常規A/O 有機物及磷 3～6 厭氧/好氧空間交替 推流 底部鼓風曝氣 二沉池 常規A/A/O 有機物及氮磷 10～15 厭氧/缺氧/好氧空間交替,內回流 推流為主,局部完全混合 底部鼓風曝氣 二沉池 改良A/A/O 有機物及氮磷 10～15 缺氧/厭氧/缺氧/好氧空間交替,
內回流，進水分流 推流為主,局部完全混合 底部鼓風曝氣 二沉池 倒置A/A/O 有機物及氮磷 7～12 缺氧/厭氧/好氧空間交替,進水分流 推流為主,局部完全混合 底部鼓風曝氣 二沉池 UCT系列 有機物及氮磷 10～20 厭氧/缺氧/缺氧/好氧空間交替,
2個內回流 完全混合池串聯 機械或鼓風曝氣 二沉池 CARROSEL氧化溝 有機物及氮 10～15 缺氧/好氧空間交替 循環流 機械曝氣 二沉池 ORBAL 有機物及氮 10～15 缺氧/好氧空間交替 循環流串聯 機械曝氣 二沉池 三溝氧化溝 有機物及氮 10～15 缺氧/好氧空間交替 循環流串聯交替 機械曝氣 反應/沉淀 UNITANK 有機物及氮 5～15 好氧(或缺氧/好氧)時間交替 循環流串聯交替 鼓風或機械曝氣 反應/沉淀 SBR 有機物及氮磷 10～15 厭氧/缺氧/好氧時間交替 完全混合 鼓風曝氣 反應/沉淀 CASS 有機物及氮磷 10～15 厭氧/缺氧/好氧空間及時間交替 完全混合 鼓風曝氣 反應/沉淀 厭氧池+氧化溝 有機物及氮磷 10～15 厭氧+缺氧/好氧 完全混合與循環流的串聯交替 機械曝氣 二沉池

　　4.4一級與一級強化處理工藝
　　一級處理和一級強化處理，主要作為消減污染物總量的措施，一般應用于下列場合：
　　通過一級處理或一級強化處理，較大幅度地消減污染物總量后排入大江、大河或海洋，以合理利用環境容量；
　　作為城市污水處理廠分期分段建設的手段，以便根據經濟實力，經濟有效地逐步實現環境治理目標。
　　處理工藝的選擇應依據城市污水處理設施建設的規劃設計要求、建設規模和可利用的水環境容量。可選用常規一級處理、化學強化一級處理、AB法前段工藝、水解好氧法前段工藝、高負荷活性污泥法等技術。污泥一般采用濃縮后厭氧消化處理，或直接濃縮脫水處理。
　　4.5二級及二級強化處理工藝
　　城市污水處理廠工藝流程包括一級處理部分、二級處理部分和污泥處理部分。這3部分的工藝選擇是相互關聯的。
　　在一級處理中，一般情況下，粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池是所有污水處理廠的必備單元。在污水生物除磷系統中一般不采用曝氣沉砂池。初沉池的設置與否則取決于：
　　（1）進水SS濃度及其構成；
　　（2）后續二級處理工藝；
　　（3）污泥處理工藝。
　　如果污泥采用厭氧消化方式處理，一般考慮設置初沉池，但后續生物處理工藝對進水濃度及水質構成比例關系有要求時（例如除磷脫氮工藝），應考慮設置初沉池的不利影響。如果污泥采用延時曝氣法穩定處理，一般不設置初沉池，但進水SS濃度較高且含高比例無機物時，宜設置初沉池，以消除無機懸浮物對后續工藝的不利影響，初沉污泥可直接濃縮脫水或經過好氧消化后濃縮脫水。
　　對于大型污水處理廠，污泥一般采用厭氧消化穩定處理；對于中小型污水處理廠污泥可采用好氧消化處理，一般為延時曝氣同池好氧穩定。
　　污水生物處理工藝的選擇主要取決于出水水質要求，沒有除磷脫氮要求時（即二級處理），大中型污水處理廠一般可采用中等泥齡的常規活性污泥法或AB法等兩段法處理工藝，污泥采用厭氧消化；對部分中型污水處理廠和大多數小型污水處理廠，污泥通常采用延時曝氣好氧消化方式，由于泥齡較長，有必要考慮一定程度的氮磷去除，以提高環境效益，并降低能耗。部分小型污水處理廠還可以采用生物膜法處理。
　　有較高的除磷脫氮要求時（二級強化處理），除大型污水處理廠外，可以不考慮污泥厭氧消化，而是結合生物脫氮所需的較長泥齡進行好氧穩定；脫氮一般采用硝化/反硝化原理，除磷一般采用生物除磷，必要時增加化學除磷。處理工藝及其實施方式主要取決于進出水水質和處理規模。
　　根據已有資料，我國城市污水水質濃度特點與處理廠出水水質標準如表5所示。

表5 城市污水典型水質濃度和處理出水水質標準（單位：mg/L） COD BOD₅ SS TN NH₃-N T-P 高濃度污水 1000 400 600 100 50 12 中等濃度污水 450 200 250 40 25 6 低濃度污水 250 120 150 25 15 4 超低濃度污水 150 60 100 15 10 2 二級排放標準 ≤120 ≤30 ≤30 ≤25 ≤1.0 一級排放標準 ≤60 ≤20 ≤20 ≤15 ≤0.5

　　對于中等以上濃度污水，達到一級排放標準所需的處理功能為：生物除磷+化學除磷+硝化/反硝化，達到二級排放標準所需的處理功能為：生物（或化學）除磷+硝化/反硝化。對于低濃度污水，單獨生物除磷效果較差，所需的處理功能為：生物除磷+化學除磷，一般不需要硝化處理。對于除磷功能需求不大的水質情況，也建議按生物除磷方式設計，厭氧池可以起到選擇器的作用，有效控制污泥膨脹，改進污泥沉降性能。
　　生物除磷效果的好壞主要取決于厭氧池進水的 快速生物降解有機物/TP有效比值，該有效比值取決于厭氧池進流（進水及回流污泥）的快速生物降解有機物濃度、磷濃度、硝酸鹽濃度和溶解氧濃度。因此，水質特性的分析確定對工藝設計有很大的影響，硝酸鹽的控制是工藝設計的關鍵。
　　對于大部分城市污水，就滿足排放標準來說，所需要的處理程度為具有除磷和部分硝化功能的城市污水二級處理。由于硝化作用主要受硝化菌比增長速率、泥齡和溫度控制，活性污泥中的硝化分成不硝化、部分硝化和完全硝化三種情況，其中部分硝化屬于不可控制的高度不穩定過程，因此活性污泥系統中硝化作用只能按完全硝化或不硝化這兩種方式設計，不能按部分硝化的方式設計。
　　當處理系統按硝化設計時，從生物除磷角度及降低能耗角度考慮，處理系統都必須具備反硝化能力，但反硝化程度應根據具體情況確定。出水總氮和總磷有要求時，根據總氮及除磷要求綜合考慮反硝化程度。出水總氮無要求但出水總磷控制較嚴時，可根據除磷要求考慮反硝化程度，主要目的是消除回流污泥硝酸鹽對生物除磷的不利影響。
　　污水除磷包括生物除磷和化學除磷，生物除磷出水濃度可以達到1 mg/L，化學除磷出水濃度可以達到0.5 mg/L。對于二級排放標準，可以采用生物除磷為主，必要時增加化學除磷；對于一級排放標準，可以采用生物除磷與化學除磷相結合的方式，以降低化學藥劑的消耗量。
　　4.6自然凈化處理工藝
　　在嚴格進行環境影響評價、滿足國家有關標準要求和水體自凈能力要求的條件下，可審慎采用城市污水排入大江或深海的處置方法。在有條件的地區，可利用荒地、閑地等可利用的條件，采用各種類型的土地處理和穩定塘等自然凈化技術。城市污水二級處理出水不能滿足水環境要求時，在條件許可的情況下，可采用土地處理系統和穩定塘等自然凈化技術進一步處理。采用土地處理技術，應嚴格防止地下水污染。
　　4.7污泥處理處置工藝
　　4.7.1污泥濃縮
　　常見的污泥濃縮技術及其性能簡述如下：
　　（1）工藝過程重力濃縮：在沉淀池中通過形成高濃度污泥層完成；費用低，在一定的性能范圍內簡單有效；但對污水處理工段的性能可能產生不利影響，有效性受物理因素的限制，運行操作靈活性不高；一般適用于初沉污泥、化學性污泥和生物膜污泥的濃縮。
　　（2）單獨的重力濃縮：在獨立的重力濃縮池中完成；簡單有效，有助于提高污水工段的性能；但投資費用較高，停留時間較長時可能產生臭味，而且不是所有污泥都有效；但用于生物除磷剩余污泥濃縮時，會出現磷的大量釋放，其上清液需要采用石灰法進行除磷處理；適用于初沉污泥、化學污泥和生物膜污泥。
　　（3）空氣氣浮：操作簡便，使用高分子可提高處理能力和固體回收率；有一定臭味，動力費用高，對污泥沉降性能（SVI）敏感；適用于剩余污泥產量不大的活性污泥法處理系統，尤其是生物除磷系統的剩余污泥。
　　（4）離心濃縮：自成系統，效果好，操作簡便；但投資較高，動力費用較高，且需要較高水平的維護；適用于大中型污水廠，生物和化學污泥。
　　（5）帶式重力濃縮機：投資低，運行費適中，效果好，對各種性能的污泥適應性強；受高分子影響，濕度大，需要仔細操作；適用于各種生物污泥。
　　4.7.2污泥脫水
　　污泥脫水技術及其性能簡介如下：
　　（1）帶式壓濾機：設備簡單，投資適中，操作簡易，開關容易，可間歇運行；非封閉系統，具有臭味、濕度大、控制難問題，需要仔細操作；適用于各種規模污水處理廠及各種污泥。
　　（2）離心脫水機：自成系統，運行時不需過多監視，干度較好；但需要特別維護，一般不適于間歇運行；適用于能連續運行的大中型污水廠，大量固體的處理。
　　（3）板框壓濾：含固率高；運行費高、間歇批次運行，維護量較大，運行操作較困難，適用于小量污泥處理或干度要求高的情況。
　　（4）污泥干化床：費用低；占地面積大，衛生條件差；適用于小型污水廠消化污泥。
　　（5）污泥塘：費用低，操作簡單；占地大，有臭味；適用于中小型污水廠或生物塘。
　　4.7.3污泥穩定
　　污泥穩定技術和性能分述如下：
　　（1）厭氧消化：已有豐富經驗，能耗低，可以通過沼氣利用回收能源，操作簡易，致病菌破壞率高，具有一定的貯泥作用；投資較高，沒有減容作用；適用于大中型污水廠，污泥利用和填埋。
　　（2）好氧消化：有兩種方式，單獨好氧消化或延時曝氣同池好氧穩定；有豐富實踐經驗，投資較低，操作簡易，設備簡單，能存貯污泥；運行費用較高，致病菌破壞率較低，沒有減容效果；適用于中小型污水廠，污泥利用。
　　（3）堆肥：致病菌破壞率很高，產品可在城區及鄉村應用；費用較高，存在臭味和灰塵問題，材料處理量大；適用于重金屬和有毒有害有機物含量很低的污泥。
　　（4）焚燒：僅殘留灰分，減容減量明顯；投資高，設備復雜，運行費用高，運行管理難度較大；適用于所有類型污水處理廠。
　　（5）堿性穩定：易實施，投資費用低；運行費用較高，運行操作較困難，污泥不能長期在處理廠內存儲；適用于暫時性和過渡性應用。