孟慶強　吳大為 林毅 盧寶光

（廣州市城市排水監(jiān)測站）

　　摘要：城市污水處理廠的關(guān)鍵步驟是優(yōu)選工藝，本文對我國城市污水的情況及污水處理的現(xiàn)狀做了簡要分析，對城市污水處理的諸多工藝進行了分類分析綜述，闡明了當前城市污水處理工藝發(fā)展趨勢及具體應(yīng)用狀觶?⑻岢雋爍鋈斯鄣恪?lt;/P>

　　關(guān)鍵詞：城市污水 處理工藝 

　　我國為水資源比較短缺的國家，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，城市缺水問題日趨嚴重，而城市污水的大量排放，更加重了這一趨勢。污水處理是防治水環(huán)境污染的重要技術(shù)措施之一，污水處理工藝水平的高低將直接影響一個地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量。目前我國城市污水處理工藝普遍采用的是傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝、SBR等，這些成熟而有效的處理工藝，在世界各地被廣泛應(yīng)用。按噸水造價1500-2000元，運行費用0.8-1.4元/噸計算，我國尚未投建的城市污水處理廠需一次性投資1000億元，加上市政管網(wǎng)建設(shè)，投資超過2000億元，年運行費又要250億元。而我國城市污水處理廠建設(shè)的資金，90%來自于各種貸款，每年200億元用于污水廠建設(shè)，每個項目平均還貸期10年，幾年后本息將超過300億元，運行費和本息占我國GDP的1%。在目前城市污水處理，只有社會效益，沒有經(jīng)濟效益的情況下，如此龐大的投資和運行費用，對經(jīng)濟不夠發(fā)達的我國而言無疑是一個沉重負擔(dān)。因此，本文以我國城市污水處理情況為基礎(chǔ)，從排污系統(tǒng)建設(shè)、污水處理要求和效果等方面，對國內(nèi)外城市污水處理工藝作了歸納，為提高我國的城市污水治理水平，最終促進經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供技術(shù)參考。

　　1 我國城市污水處理現(xiàn)狀

　　1.1我國城市污水排放狀況

　　我國是發(fā)展中國家，百業(yè)待興。人口城市化速度很快，物質(zhì)生活加速提高。在此背景下，往往以犧牲環(huán)境作為代價，促進工業(yè)發(fā)展，使三廢排放加劇，使水污染形勢嚴峻。對城市污水進行有效處理具有深遠意義。

　　城市污水為城市下水道收集到的各種污水，通常由生活污水、工業(yè)廢水和城市降水徑流等三部分組成，是一種混合污水。生活污水中有機物污染物約占60%，無機污染物約占40%，此外還含有洗滌劑以及病原微生物和寄生蟲等。工業(yè)廢水的成分有很大差別，但它是城市污水中有毒有害污染物的主要來源。降水徑流是城市降雪或雨形成的。

　　典型的生活污水，其水質(zhì)變化大體有一定范圍，可參見表1-1。

表1-1  我國典型的生活污水水質(zhì)示例

　　注：1. 單位除注明外均為mg/l.

　　    2. 摘自《給水排水手冊》。

　　根據(jù)2002年的估計數(shù)據(jù)，我國城市生活污水排放總量（包括城市工業(yè)廢水）大于500億噸/年，從1999年開始，城市生活污水COD排放量已經(jīng)超過工業(yè)廢水的COD排放量，說明城市水環(huán)境質(zhì)量在進一步下降。許多資料表明，我國城市水資源面臨的重要問題是水體污染和水資源短缺 。長期以來，我國對城市污水處理沒有足夠重視，水污染造成的水資源短缺問題十分突出。目前全國有80%左右的城鎮(zhèn)污水沒有經(jīng)過處理就直接排放，造成1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染嚴重，近50%的城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標準。在水資源一定的情況下，如何控制城市水體污染，提高水資源利用率是一個重要課題。

表1-2 城市污水處理的基本方法

　　1.2 城市污水處理的基本方法

　　污水處理的任務(wù)就是采用必要的處理方法和處理流程，將廢水中的污染物質(zhì)分離出來，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而使污水得到凈化。按其作用機理可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等幾種。由于水中的污染物多種多樣，通常我們要采用幾種方法組成的處理系統(tǒng)或處理工藝，流程中的每一部分起著不同的作用，使污水達到凈化處理的要求。表1-2為城市污水各種污染物處理的基本方法。

　　城市污水按照處理的任務(wù)和處理的程度，可分為一級、二級、三級處理。

　　城市污水一級處理典型工藝流程如圖1-1所示。

　　 城市污水二級處理典型工藝（活性污泥法）流程如圖1-2所示。

　　一級處理主要是處理水中的漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)，調(diào)整PH，而二級處理主要任務(wù)是去除廢水中的呈膠體狀態(tài)的有機物，BOD去除率可達95%，處理后BOD可降到20-30mg/l。二級處理主要采用的是生物法。三級處理，又稱為廢水高級處理或深度處理，是一種凈化要求較高的處理。應(yīng)根據(jù)不同的要求，選擇不同的處理工藝。

　　2 我國城市污水處理主要工藝概況

　　由于廢水排放量的急劇增加以及對廢水治理要求的日益嚴格，傳統(tǒng)工藝在處理的多功能性、高效穩(wěn)定性和經(jīng)濟合理性方面已經(jīng)難以滿足不斷提高的要求。目前，活性污泥法是世界各國普遍采用的傳統(tǒng)廢水生物處理工藝，在防治水體污染中已經(jīng)并正在繼續(xù)發(fā)揮其良好的作用。世界上大型的城市污水處理大多采用此種處理方法。

　　污水處理的進水水質(zhì)和處理要求是選擇處理工藝的主要因素，而污水處理工藝又是污水處理廠投資和建設(shè)的關(guān)鍵依據(jù)，選擇建設(shè)費用省、運行費用低、處理效果好、占地小、環(huán)境影響小和管理方便的污水處理工藝，可以大大節(jié)省投資和污水處理成本，改變水環(huán)境現(xiàn)狀。

　　2.1我國城市污水處理工藝概況

　　目前，我國城市污水處理廠現(xiàn)有266座，其規(guī)模以及工藝各有不同，其中傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝法、SBR（序批式活性污泥法）是主要方法，這些都是成熟而有效的污水處理工藝。近十幾年來，城市污水處理工藝新工藝新技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用，已在全世界范圍內(nèi)得到了長足的發(fā)展，并出現(xiàn)了許多新型的污水處理新技術(shù)，例如A/O法、SBR法及AB法工藝等。

　　根據(jù)2000年統(tǒng)計，我國的城市污水處理率約為18.4%，處理總量達到大約0.2億噸/天，遠遠低于發(fā)達國家的城市污水處理水平，歐盟國家城市污水的處理率達80%，美國在2000年的城市污水處理率達到90%。

　　2.2我國城市污水處理與污水處理新工藝

　　早期城市污水處理，主要目的是去除BOD、COD和SS，但隨著富營養(yǎng)化問題的出現(xiàn)，還需要一個脫氮除磷的過程。我國從1998年開始實施的污水綜合排放標準（GB8978-1996）對排放污水中的氮、磷提出了更高的要求，因此對新工藝的研究和實驗應(yīng)注意解決這一問題。

　　2.2.1 AB污水生物處理技術(shù)

　　AB工藝是吸附—生物降解（Absorption-Biodegradation）工藝的簡稱。它是80年代初以來發(fā)展最快的城市污水處理工藝。目前，歐洲大約有100座污水處理場采用此種工藝。我國的青島海泊河污水處理廠、廣州獵德污水處理場均采用AB工藝。

　　AB工藝將曝氣池分為高低負荷兩段，各自具有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段（A段）的停留時間約20-40分鐘，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化作用，生物主要為短世代的細菌群落，去除BOD達50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相似，負荷較低，泥齡較長。

　　AB法工藝A段效率很高，并有較強的緩沖能力。B段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對于高濃度的污水處理，AB法具有很好的實用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在污泥處理采用消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。

　　但是AB法工藝污泥產(chǎn)量較高，A段污泥有機物含量極高，污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理將增加一定的投資和費用，另外由于A段去除了較多的BOD，可能造成碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝。對于污水中污染物濃度較低的場合，B段運行較為困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢。

　　此外，AB工藝對運行管理有較高的要求，尤其是污泥厭氧消化和沼氣利用部分，國內(nèi)并沒有成功運行。

　　目前也僅采用A段工藝的做法，效果較好于一級處理，作為一種過渡工藝，在性能價格比上也有較好的優(yōu)勢，例如廣州獵德污水處理廠（一期）。

　　總體而言，AB工藝較適合污水濃度較高、具有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模的城市污水處理廠，有明顯的節(jié)能效果。對于有脫氮要求的城市污水處理，一般不宜采用。

　　值得注意的是，最近奧地利通過對AB工藝的研究，提出了一個實現(xiàn)充分脫氮除磷的AB改進工藝，簡稱ADMONT工藝。它與AB工藝的最大不同，就是ADMONT工藝有兩個污泥循環(huán)，A段和B段均有硝化和反硝化細菌存在，從而實現(xiàn)高效的脫氮效果。

　　AB工藝作為一種高效而且穩(wěn)定的污水處理生物處理技術(shù)，而且AB工藝的A段技術(shù)發(fā)展起來的高負荷生物化學(xué)法，可將投資和運行費用均降低到現(xiàn)有技術(shù)的1/3以下，而且操作管理也不復(fù)雜，綜合考慮，是一種適合我國國情的可選工藝。

　　2.2.2  A/A/O工藝

　　對于有脫氮除磷要求的城市污水處理廠，傳統(tǒng)上往往考慮首選A/A/O工藝。A/A/O工藝根據(jù)活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷過程對環(huán)境條件要求的不同，在不同的池子區(qū)域分別設(shè)置厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)。A/A/O工藝應(yīng)用較為廣泛，歷史較長，A/A/O已經(jīng)積累有一定的設(shè)計和運行經(jīng)驗，通過精心的控制和調(diào)節(jié)，一般可以獲得較好的脫氮除磷效果，出水水質(zhì)較穩(wěn)定，在國內(nèi)外大中型城市污水中常采用。我國的泰安污水處理廠以及廣州大坦沙污水處理廠采用此工藝，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，A/A/O脫氮除磷效果較好。

　　A/A/O也有一定的局限性：需要分別設(shè)置污泥回流系統(tǒng)和內(nèi)回流系統(tǒng)，尤其是內(nèi)回流系統(tǒng)，其設(shè)計回流比往往在200-300%或更大，這將增加投資和運行能耗。而且內(nèi)回流的控制較復(fù)雜，對管理的要求較高。

　　針對上述不足，改良的A/A/O工藝、UCT工藝、倒置的A/A/O工藝及多點進水的A/A/O工藝等不斷出現(xiàn)，在一定程度上或某一方面使運行效果有所改善。

　　盡管這類工藝流程較長，控制復(fù)雜，投資略高，但相對成熟可靠，處理效果穩(wěn)定，一般適用于較大規(guī)模，具有較高運行管理水平的城市污水處理廠。

　　2.2.3 SBR工藝

　　SBR工藝早在20世紀初已有應(yīng)用，由于人工管理的困難和煩瑣未能推廣應(yīng)用。此法集進水、曝氣、沉淀、潷水、閑置功能在一個池子中完成。一般有多個池子構(gòu)成一組，各池工作狀態(tài)輪流變換，單池由撇水器間歇出水，又稱序批式活性污泥法。

　　該工藝將傳統(tǒng)的曝氣池、沉淀池有空間上的分布改為時間上的分布，形成一體化的集約建筑物，并有利于實現(xiàn)緊湊的模塊布置，最大的優(yōu)點是節(jié)省用地。

　　經(jīng)SBR工藝改良而來的工藝，目前應(yīng)用較多。如CASS工藝，它是近年來國際公認的城市生活污水的先進工藝。其主要原理是：把SBR工藝的反應(yīng)池長度方向分為兩部分，前部分為生物選擇區(qū)，也稱預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)，在主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的撇水裝置，曝氣、沉淀等在同一池子內(nèi)循環(huán)進行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)。北京航天城污水處理就是應(yīng)用該方法，在上海、昆明等地也有應(yīng)用。另外，最近還有CAST、CASP等方法，它們均是采用間歇進水間歇曝氣，最近張家界污水處理廠經(jīng)過論證，采用了CAST工藝，作為城市污水處理的工藝，而舍棄了奧貝爾工藝。

　　而經(jīng)SBR工藝改良的ICEAS和IDAL、IDEA、DAT-IAT工藝均采用連續(xù)進水間歇曝氣。ICEAS工藝前置缺氧生物器用以促進微生物繁殖、菌膠團形成并抑制絲狀菌的生長。該工藝也可由兩部分組成，前一部分為預(yù)反應(yīng)，也稱為進水曝氣區(qū)；后一部分為主反應(yīng)區(qū)，這里與SBR工藝的流程相似，我國昆明第三污水處理廠就是采用此種工藝。

　　另外美國污水處理有MSBR工藝，在我國還沒有應(yīng)用。

　　SBR類工藝對自動化控制要求很高，并需要大量的電控閥門和機械撇水器，稍有故障將不能運行，而且關(guān)鍵設(shè)備需引進。由于一池多用，相關(guān)設(shè)備在一段時間內(nèi)要閑置，曝氣頭的數(shù)量和鼓風(fēng)機功率要增大。另外撇水水位深度通常有1.2-2米，出水的水位必須按最低撇水水位進行，水利能耗增加。對于中小規(guī)模、可以引進關(guān)鍵設(shè)備、具備一定管理水平的城市污水處理廠，改良的SBR工藝不失為一種優(yōu)選工藝。

　　2.2.4氧化溝工藝

　　氧化溝以其流程簡單、管理方便和處理效果好等優(yōu)點，正在我國不少城市污水處理工程中應(yīng)用。它是一種不經(jīng)初次沉淀的活性污泥處理過程，采用環(huán)型平流模式，污泥負荷設(shè)計能力為0.05-0.075kg/(kg.d)，泥齡為20-30天。

　　氧化溝工藝有許多改良工藝；如卡魯塞爾（CARROUSEL）氧化溝，是一種單溝式環(huán)型氧化溝，在氧化溝的頂端設(shè)有垂直表面曝氣器，兼有供氧和推流攪拌作用。污水在溝道內(nèi)轉(zhuǎn)折巡回流動，處于完全混合形態(tài)，有機物不斷氧化得以去除。該氧化溝一般設(shè)有獨立的沉淀池和污泥回流系統(tǒng)?？斎麪栄趸瘻暇邆湟话阊趸瘻系墓餐瑑?yōu)點，工藝流程簡單，抗沖擊負荷能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定；其獨特之處：單臺曝氣設(shè)備功率大，數(shù)量較少，投資節(jié)省，維護點相對較少，更易于維護。目前我國的中山、淮南、黃巖等城市污水處理采用此種工藝。

　　該工藝的不足之處為：由于表曝氣器數(shù)量較少，溝內(nèi)混合液自由流程較長，導(dǎo)致沉淀，影響運行效果。這種方法難以避免供氧和攪拌的矛盾，尤其在進水水質(zhì)較低的情況下。對于大中容積的氧化溝，水深不宜超過3.5米，否則會增加投資和運行成本，單溝氧化溝平均溶解氧在2mg/l左右，單點供氧強度過高，耗能較高。

　　奧貝爾（ORBEL）氧化溝，又稱為三溝同心式氧化溝，也稱0-1-2工藝，由三個相對獨立的同心橢圓型溝道組成，污水有外溝倒進入溝內(nèi)，然后依次進入中間溝道和內(nèi)溝道，最后經(jīng)中心島流出，到二次沉淀池。三個環(huán)型溝相對獨立，溶解氧分別控制雜0、1、2mg/l，其中外溝道容積達50%以上，處于低溶解氧狀態(tài)，大部分有機物和氨氮在外溝道氧化和去除，內(nèi)溝道體積約占10-20%。維持較高的溶解氧。大部分氧化和硝化反應(yīng)在外溝道發(fā)生，且具有較高的反硝化率，外溝道的脈沖曝氣而后大區(qū)域缺氧的環(huán)境下，可以較高程度的實現(xiàn)“同時硝化反硝化”的效果，在不設(shè)回流的條件下，也具有較高的脫氮效率。

　　奧貝爾氧化溝作為一種多級串聯(lián)的反應(yīng)器，有利于降解生化難降解的有機物，一般可以獲得較好的出水水質(zhì)和穩(wěn)定的出水效果。在實際運用中，它具有很高的靈活性和適應(yīng)性，可適用于雨污合流系統(tǒng)，其曝氣轉(zhuǎn)碟具有較高的充氧能力和動力效率，優(yōu)化控制方便，并可提高水深節(jié)省用地。

　　由于上述特點，目前，我國有20余座城市污水處理廠采用了奧貝爾工藝，其中北京大興、山東幾個城市的處理水量較大。

　　但是奧貝爾氧化溝同樣存在著不足之處：圓形或橢圓形溝型，平面布置相對困難；需要獨立的沉淀池，占地較大。中心島消耗一定的面積，增加了無效占地，而且維護點也較多，我國張家界污水處理廠沒有選擇此種工藝，就是基于這種考慮。

　　一體化氧化溝工藝，就是將二沉池建立在氧化溝中的構(gòu)筑物。我國推出的一體氧化溝，主要包括側(cè)溝式和中心島式兩種類型，其特點：集曝氣、沉淀和污泥回流功能為一體，不設(shè)單獨的沉淀池。主要優(yōu)點節(jié)省占地面積。

　　其他氧化溝工藝類型還有DE型氧化溝、轉(zhuǎn)刷曝氣型氧化溝、交替工作型氧化溝等，我國西安北石橋污水處理廠采用的為DE型氧化溝工藝。另外兩種在國外應(yīng)用較多。

　　2.2.5 UNITANK工藝

　　UNITANK的工藝思想、池子布置和運行方式與三溝史氧化溝類似，但在池體溝型、曝氣方法、出水方式等方面有所不同。UNITANK工藝一般由一矩形池子組成，內(nèi)分三格，三格在水力上是相通的。池子外側(cè)兩格，即第一和第三格交替作為曝氣池和沉淀池，第二格始終作為曝氣池。在每一格子設(shè)置曝氣裝置，可以為表面曝氣設(shè)備，也可以是鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)。在第一和第三格中需設(shè)置周邊水堰（如傳統(tǒng)二沉池）。

　　UNITANK工藝采用矩形池，運行過程中，有兩個池曝氣階段時，邊池處于沉淀狀態(tài)，因此，不用沉淀池，而且沉淀池定時轉(zhuǎn)換為曝氣池也可省去污泥回流設(shè)施，可以節(jié)省大量投資和運行費用，同時節(jié)省占地，微孔曝氣也具有節(jié)能效果，我國澳門第二座污水處理廠采用的就是UNITANK工藝，運行效果良好，另外上海石銅口污水處理廠、石家莊開發(fā)區(qū)污水處理廠也采用此工藝，目前正在建設(shè)中。

　　該工藝也存在不足之處：從工藝原理來看，該工藝實際上是一個無污泥回流的連續(xù)流活性污泥系統(tǒng)，污水從第一格向第三格流動時，大量污泥會被帶入第三格，第一和第二格中的活性污泥將減少。作為污水處理的主體部分，污泥濃度降低意味著處理效果會下降，而第三格可能會出現(xiàn)污泥泥面上升，出水水質(zhì)將變差。當有峰值流量時，這種缺陷更為突出。

　　而且UNITANK工藝中，當?shù)谝缓偷谌褡鳛槌恋沓貢r，其池子構(gòu)造并不專門為二沉池功能設(shè)計，系統(tǒng)并不在一個良好的水力條件下進行，污泥容易流出系統(tǒng)。在設(shè)備方面，該系統(tǒng)完全依賴于自動控制運行，對管理維護的要求較高，與三溝式氧化溝類似，存在設(shè)備閑置問題。但是由于該工藝和SBR工藝類似，可以將生物處理和沉淀系統(tǒng)合為一體，布置緊湊，節(jié)省占地。在用地緊缺或室內(nèi)布置時，適宜該工藝。

表2-1 國內(nèi)幾種常用污水處理方法效果比較

　　2.2.6 曝氣生物濾池工藝（BIOLOGICAL AERATED FILTERS）

　　采用上流式過濾流程的曝氣生物濾池工藝，其生物濾床完全淹沒在水中，污水自過濾床底引入，直達填料區(qū)，填料由低密度的聚苯乙烯小珠組成，直徑約為3mm。為達到生物氧化有機物和氨氮的目的，濾池需要進行曝氣。生物曝氣過濾工藝主要用于生物處理出水的進一步硝化，去除生物處理出水中殘余的氨氮，目前已有城市污水處理廠采用此工藝，作為生物處理段對原污水進行生化處理和硝化、反硝化的實例，這種工藝占地面積約為常規(guī)工藝的1/10，優(yōu)點很明顯。我國大連已經(jīng)率先采用此種工藝，并在調(diào)試運行中，根據(jù)調(diào)查，國內(nèi)不少城市污水處理準備采用這一新興工藝。

　　雖然BAF工藝優(yōu)點明顯，但也有可以預(yù)見的不足：要添加藥劑去除懸浮固體，防止懸浮顆粒堵塞后續(xù)的生物曝氣濾池，因此產(chǎn)生了大量化學(xué)污泥沉淀，處置難度較大。為使生物膜獲取足夠的氧氣，溶解氧一般維持在4mg/l，甚至要達到8-9mg/l，這樣會增加能耗。其抗水力和有機沖擊，尤其氨氮沖擊能力較低，出水水質(zhì)波動較大。運行中還容易堵塞生物濾頭，運行過程需密切注意。

　　曝氣生物濾池工藝雖然有節(jié)省占地的顯著優(yōu)勢，但運行管理難度較大，完全依賴自動化，投資和運行費用可能不會低，需要慎重。

　　另外屬于生物膜工藝的高負荷生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、活性生物濾池（ABF）、USAB等技術(shù)，也是比較新穎的污水處理工藝，應(yīng)當因地制宜，合理選擇。

　　3結(jié)語

　　大量實驗研究、已經(jīng)應(yīng)用的國外污水處理工程、國內(nèi)試點的工程表明，厭氧及兼氧處理技術(shù)應(yīng)該是我國城市污水處理的最佳實用工藝，它以厭氧或兼氧細菌為主體來分解污水中的有機物污染物，投資省、運行費用低，污泥產(chǎn)量低和操作管理方便等優(yōu)點，由于近幾十年來厭氧技術(shù)的進步，城市污水采用厭氧或兼氧工藝越來越引起人們的關(guān)注。應(yīng)盡早開發(fā)厭氧或其他三低（低投資、低費用、低管理水平）工藝，選擇適合我國國情的城市污水處理工藝，滿足我國“十五”對城市污水處理率的要求，和目前我國加入WTO后和世界接軌的新形勢。