浅谈城市污水处理工艺

摘要：城市污水二级处理一般以好氧生物处理为主，好氧处理可分为活性污泥法和生物膜法两大类。活性污泥法是利用河川自净原理，人工创建的利用活性污泥中的微生物净化污水的处理方法。生物膜法是利用土壤自净原理发展起来的, 通过附着在各种载体上的生物膜来处理污水的好氧生物处理法, 主要包括生物转盘、生物滤池和生物接触氧化法等工艺。中小规模城市污水厂适用的污水处理方法主要有AB 法、SBR法、氧化沟法、A/O法、 A/A/O 法、生物转盘、生物滤池和生物接触氧化法等。

1 污水处理方法
1.1物理处理方法 
    （1）格栅法：可分为人工清理的格栅和机械格栅。 

    （2）筛网法：筛网的去除效果，可相当于初次沉淀池的作用。 
    （3）过滤：是以具有孔隙的粒状滤料层，如石英砂等，截留水中的杂质从而使水获得澄清的工艺过程。  
    （4）离心分离法：它的作用是基于存在于水中的悬浮物和水的密度不同而产生的。主要设备有：离心机、水力旋流器及旋流池等。 
    （5）沉淀池法：主要用于废水进入生物处理设备前的初次沉淀、生理处理后的二次沉淀及污泥处理阶段的污泥浓缩池。 
    （6）气浮法：适用于颗粒直径很小，很难用沉淀法加以去除时，主要有布气气浮法、电气浮法、生物及化学气浮法、溶气气浮法。 转贴于

1.2生物处理方法

生物处理污水就是利用生物（亦即细菌、霉菌或原生动物）的代谢作用来处理污水，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种。好氧生物处理是在污水中含有充分溶解氧的条件下，利用好氧微生物使水中的有机物分解成二氧化碳、氨及水等，一般采用好氧活性污泥法、曝气生物滤池、生物接触氧化法等进行处理。厌氧生物处理是在污水缺氧的条件下，利用厌氧微生物使水中的有机物分解成甲烷、二氧化碳、硫化氢、氮及水等，一般采用水解酸化法、氧化塘等进行处理。
1.3化学处理方法 

污水的化学处理是利用化学反应的作用去除水中的杂质，处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。常用的化学处理方法有化学混凝法，中和法，化学沉淀法和氧化还原法。

废水混凝处理法是通过向废水中投加混凝剂，使其中的胶粒物质发生凝聚或絮凝而分离出来，以净化废水的方法。

废水中和处理法是利用中和方法处理废水，使之净化的方法。其基本原理是，使酸性废水中的H^＋与外加的OH^－，或使碱性废水中的OH^－与外加的H^＋相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除他们的有害作用。反应服从当量定律，采用此法可以处理并回收利用酸性废水和碱性废水，可以调节酸性或碱性废水的PH。

废水化学沉淀处理法是通过向废水中投加可溶性化学药剂，使之与其中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于或难溶于水的化合物沉淀析出，从而使废水净化的方法。投入废水中的化学药剂称为沉淀剂，常用的有石灰、硫化物和钡盐等。

废水氧化处理法是利用强氧化剂氧化分解废水中污染物，以净化废水的方法。强氧化剂能将废水中的有机物逐步降解成为简单的无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水、而易于从水中分离出的物质。

2  城市污水处理的新模式 
2.1生物膜技术

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。主要包括生物转盘、生物滤池和生物接触氧化法等工艺。

生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌氧层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

与传统的活性污泥法相比，生物膜技术应用于城市污水处理具有五大技术优势：

一是投资省。目前国内的城市污水处理厂基础建设投资大，需要大量的机械设备、管网和其他工程设施，投资成本每吨污水处理在1000元左右；而应用生物膜技术投资设备少，占地小，处理每吨污水不到500元，相比节约成本50%以上。

二是运行费用低。据测算，目前国内城市污水处理厂的直接运行成本，一般在每天处理每吨污水0.5~0.8元之间；而应用生物膜技术处理污水每天每吨只需0.2元左右。

三是淤泥少，没有“二次污染”。采用传统的活性淤泥法处理城市污水，常由于大量淤泥的堆放造成对环境的“二次污染”；而相同条件下制成生物膜的微生物菌一旦把污水净化后，便会由于缺乏“营养”而自动消亡，不会造成“二次污染”。

四是效率高。生物膜表面积大，微生物菌密度高，每克制剂的微生物菌含量达50~200亿个，大大高于淤泥中的自然微生物活性成份，同时还可以多次投放，方便快捷，处理效果明显优于传统的活性污泥法。采用生物膜技术，不仅能够有效治理湖泊的富营养化，而且有助于修复和强化湖泊生态功能，提高水体自净能力。

五是适合城市生活小区等小规模、有机负荷不高的污水处理。应用生物膜技术投资省，运行费用低，并可节省管网建设成本，处理城市生活小区等城市污水具有活性污泥法不可比拟的优势。

2.2 吸附-生物降解工艺（AB法）

AB工艺是吸附-生物降解工艺的简称，是在常规活性污泥法和两段活性污泥法基础上发展起来的一种新型的污水处理技术。该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段A段停留时间约20－40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD达50％以上。B段与常规活性污泥相似，负荷较低，泥龄较长。

AB工艺的优点是具有优良的污染物去除效果，较强的抗冲击负荷能力，良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。

AB工艺的缺点有：1、A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作，使A段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。2、当对除磷脱氮要求很高时，A段不宜按AB法的原来去处有机物的分配比去除BOD55%~60%，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮。3、污泥产率高，A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。

2.3 SBR法

SBR法是序列间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。它是采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。

其优点有：1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。

2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。

3、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。

4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。

5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。

6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。

7、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。

8、适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。

9、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。

该系统的缺点是自动化控制要求高；排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高；后处理设备要求大；滗水深度一般为1~2m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程；由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。

2.4 氧化沟法

氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化，最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。

 尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题。主要是：

1、当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀。

2、当进水中带有大量油脂时，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。

3、当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮。

4、导致有较多的大肠杆菌散发到空气中。

5、对于BOD较小的水质完全没有处理能力。

2.5 A/O工艺

A/O工艺是将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水的无害化处理。

该工艺的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。其主要优点是：效率高，流程简单，投资省，操作费用低，降解效率高，容积负荷高，耐负荷冲击能力强。

目前，在城市污水处理中，活性污泥法是被最广泛使用的方法之一，但其所产生的腥臭污泥问题仍然令人头痛。可尝试用污泥进行垃圾场填埋、作有机肥料等。 
    住宅小区生活污水处理站，为防止污染，保护水环境，起到了积极的作用。尽管城市污水处理的发展趋势，是集中处理取代分散处理，但小型生活污水处理站，在我国的一些中小型城市，还将存在相当长的时期，所以，其技术开发和设备研制应予以高度重视。 

3 中小规模城市污水厂处理工艺流程选择的探讨
3. 1　根据进水有机物负荷选择处理工艺进水BOD5 负荷较高(如> 250m g/L ) 或生化性能较差时, 可以采用AB 法或水解- 生物接触氧化法、水解- SBR 法等; 进水BOD5 负荷较低时可以采用SBR 法或常规活性污泥法等。

3. 2　根据处理级别选择处理工艺二级处理工艺可选用氧化沟法、SBR 法、水解好氧法、AB 法和生物滤池法等成熟工艺技术, 也可选用常规活性污泥法; 二级强化处理要求除磷脱氮, 工艺流程除可以选用AO 法、A 2O 法外, 也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、CA SS 法和水解- 接触氧化法等; 在投资有限的非重点流域县城, 可以先建设一级强化处理厂, 采用水解工艺、生物絮凝吸附(即AB 法的A 段) 和混凝沉淀等物化强化一级处理, 待资金等条件成熟后再续建后续生物处理工艺, 形成水解好氧法、AB 法等完整工艺。

3. 3　根据回用要求选择处理工艺严重缺水地区要求污水回用率较高, 应选择 BOD5 和SS 去除率高的污水处理工艺, 例如采用氧化沟或SBR 工艺, 使BOD5 和SS 均达到20m g.L 以下甚至更低, 则回用处理只需要直接过滤就可以达到生活杂用水标准, 整个污水处理及回用厂流程非常简捷、经济。如果出水将在相当长的时期内用于农灌, 解决缺水问题, 则处理目标可以以去除有机物为主, 适当保留肥效。

3. 4　根据气候条件选择处理工艺冰冻期长的寒冷地区应选用水下曝气装置, 而不宜采用表面曝气; 生物处理设施需建在室内时, 应采用占地面积小的工艺, 如UN ITAN K 等; 水解池对水温变化有较好的适应性, 在低水温条件下运行稳定, 北方寒冷地区可选择水解池作为预处理; 较温暖的地区可选择各种氧化沟和SBR 法。

3. 5　根据占地面积选择处理工艺地价贵、用地紧张的地区可采用SBR 工艺(尤其是UN TAN K) ; 在有条件的地区可利用荒地、闲地等可利用的条件, 采用各种类型的土地处理和稳定塘(稳定塘旧称氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。其净化过程与自然水体的自净过程过程相似。通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水。主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点，)等自然净化技术, 但在北方寒冷地区不宜采用。用水解池作为稳定塘的预处理, 可以改善污水的生化性能, 减小稳定塘的面积。

3. 6　根据基建投资选择处理工艺为了节省投资, 应尽量采用国内成熟的, 设备国产化率较高的工艺。基建投资较小的处理工艺有水解- SBR 法、 SBR 法及其变型、水解- 活性污泥法等。用水解池作预处理可以提高对有机物的去除率, 并改善后续二级处理构筑物污水的生化性能, 可使总的停留时间比常规法少30%。采用水解- 好氧处理工艺高效节能, 其出水水质优于常规活性污泥法。氧化沟法在用于以去除碳源污染物为目的二级处理时, 与各种活性污泥法相比, 优势不明显, 但用于还须去除氮磷的二级强化处理时, 则投资和运行费用明显降低。

3. 7　根据运行费用选择处理工艺节省运行费用的途径有降低电耗、减少污泥量、减少操作管理人员等。电耗较低的流程有自然净化、氧化沟、生物滤池、水解好氧法等, 污泥量较少的有氧化沟和SBR 等, 自动化程度高、管理简单的流程有SBR 等。综合比较, 在基建费相当的条件下, 运行费用较低的处理方法有氧化沟、SBR、水解好氧法等。 4. 8　污泥处理中小规模城市污水处理厂产生的污泥可进行堆肥处理和综合利用, 采用延时曝气的氧化沟法、SBR 法等技术的污水处理设施, 污泥需达到稳定化。 4. 9　可以推广应用的新工艺在尽量采用成熟可靠工艺流程的同时, 也要研究开发适用于北方地区中小污水厂的新工艺, 或审慎采用国内外新开发的高效经济的先进工艺技术。城市污水处理新工艺应向简单、高效、经济的方向发展, 各类构筑物从工艺和结构上都应向合建一体化发展。目前可以重点考虑应用和推广使用的流程有一体化氧化沟技术、CA SS 、UN ITAN K 和膜法等。

5　结束语

    城市污水处理工艺应根据污水水质特性、排放水质要求, 以及当地的用地、气候、经济等实际情况, 经全面的技术经济比较后优选确定。处理水量在10 万m 3 以下的城市污水处理厂可以优先考虑的处理工艺有水解- SBR 法、SBR 法、氧化沟法、AB 法、水解-接触氧化法、A/O 法等, 如果条件适宜也可采用稳定塘等自然净化工艺。

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