城市污水处理厂的工艺选择

建设城市污水处理厂是水资源利用和水污染控制的必然趋势，是可持续发展要求的必然结果。而污水处理厂工艺的选择，直接关系到建设费用和运行费用的多少、处理效果的好坏、占地面积的大小、管理上的方便与否等关键问题。因此，在进行污水处理厂设计时，必须做好工艺方案的比较，以确定*佳方案。
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处理厂工艺是指在达到所要求的处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合。确定污水处理厂工艺的主要依据是所要达到的处理程度，而处理程度则主要取决于接受处理后污水的水体的自净能力或处理后污水的出路。因此，各个地区、各个城市的具体情况不同，需求不同，选择的工艺亦有所不同。根据统计资料，目前世界上使用*多的是活性污泥法，其中又有不同的模式，如传统活性污泥法、阶段曝气法、曝气沉淀池、A B法、A O法等。当然，也有采用其它方法的如：生物膜法、物理化学法以及自然处理法、氧化塘等。每种处理工艺方法均有其各自的特点及适应范围，应根据当地的各种不同条件和要求选择处理形式。
1 活性污泥法
活性污泥法是水体自净的人工强化，是使微生物群体在曝气池内是悬浮状，并和污水接触而使之净化的方法。包括标准活性污泥法、STEP曝气法、长时间曝气法、分段式曝气法、限制曝气法以及AB法等传统活性污泥法的改型和AO法、AOO等.近年来开发高效脱氮除磷工艺。目前，活性污泥法占主导地位，适用于处理生活污水所占比重较大的城市污水，但随着如AO法、AOO法、AB法等新工艺的开发，对于工业污水成份比较高的污水的处理效果也有了提高。
1．1 传统活性污泥法
优点：①不宜采用物理化学方法处理的废水，BOD去除率可达95％以上。②建设投资额高，但处理的动力费较低。
缺点：所需停留时间长，设备庞大，基建投资大，因而要加各种构筑物，使各种构筑物容积增大，从而使处理厂面积增大，增加管理人员及管理难度。
发展方向：①为了废水体系的组分、浓度均匀化，重新估价预处理，重新研究调整槽。②探讨选择活性污泥微生物系的菌种。③ 活性污泥法的设备中引入仪表化和拟定管理指标。
1．2 间歇式活性污泥法
近几年来随着城市规模的不断扩展以及城镇自身的发展，下水道设施已呈现出大城市转向中小城市、农村小镇的趋势，小规模污水处理设施逐步增加，农村小城镇对于改善生活环境条件的要求越来越迫切了。
小规模污水处理设施与大规模处理设施比较，它的自然条件和社会条件大不相同，因此，必须研究采用适于小规模污水处理设施，用以取代过去的大规模处理方式。小规模污水处理应具备如下特点：① 容易运行管理；② 维修方便；③建设费用低；④出水水质良好。经过国内外一些污水处理厂(如日本千叶县的大原町污水净化厂等)的多年实践证明，间歇式活性污泥法正是一种能满足这些条件的处理方法。
间歇式活性污泥法是采用一个处理池进行曝气、沉淀、排出处理水，使设备简单化、小型化，池内流态分明，运行管理方便，可做到无人运转，对于流入污水的负荷变动，有缓冲能力，处理性能稳定，不仅能去除有机物质和悬浮固体而且脱氮效果好。间歇式活性污泥法具有代表性的方式，一般设2个曝气沉淀池，连续进入混合污水，各自错开半个周期进行运转，运行一个周期为6h，周而复始，反复进行。
1．3 AB工艺法
AB工艺法也称为吸附生物降解法，是七十年代中期首先在德国兴起的，是传统活性污泥法的一种改型，从许多污水厂资料中表明该工艺在处理难降解的工业废水或较高浓度的城市污水处理方面，它与普通活性污泥法相比，有特殊的净化机制和多方面的优越性，它把传统活性污泥法的曝气池分为两段——A段和B段，A段在对有机物质吸附、吸收、氧化三种方式中，前两者起主要作用，而B段主要由后两者起作用，特别是氧化作用占主要地位。
从工艺流程来看，AB工艺的主要特征是：①AB工艺不设初沉池，污水经细格栅、沉砂池后直接进入A段曝气池；②设置中间沉淀池，使A段和B段污泥严格分开，单独回流，保持各自的菌群特征；③AB工艺的A段曝气吸附池以高负荷运行，污泥泥龄较短，B段曝气池以低负荷运行；④AB工艺的A段曝气池可以根据污水组分进行兼氧或好氧运行，改善污水的可生化性，这样大大降低B段曝气池的负荷。因此，AB工艺两段曝气池的总容积比传统活性污泥法的曝气池显著减小；⑤由于AB工艺中A、B两段运行条件的差异，而导致两段中微生物群落新陈代谢功能不同，因此A、B两段均设有污泥回流设备，但据专家的研究及一些污水厂实际运行(如我市北中部污水净化责任有限公司)证明，一般情况下仍然比传统活性污泥法节省基建投资和电耗，污水浓度越高，节省投资和电耗就越多，优越性就越明显。
1．4 AO法及AOO法
AO法及AOO法是近年来开发出的生物脱氮除磷新工艺，与传统的化学和生物脱氮除磷相比，它还有效提高了BOD、COD、SS的出水指标。AO法是缺氧、好氧的简称，AOO法是厌氧、缺氧和好氧的简称，脱氮是在缺氧段完成的，除磷则要求有厌氧段。AO法主要是脱氮，AOO法可以同时去除氮、磷。这两种工艺都要求污水充分曝气，使含氮有机物充分硝化，所以必须降低污泥负荷，延长曝气时间和增大鼓风量。根据天津东郊污水处理厂和沈阳市北部污水处理厂的实践，采用A O工艺比传统活生污泥流程的曝气池容积、二沉池容积、回流污泥量、鼓风量和曝气装置数量都增大一倍左右，而且由于该工艺要求比较低的污泥负荷，否则不足以达到污泥好氧稳定，所以AO法将带来基建投资和电耗的大幅度增加。AOO法在缺氧段前面还加有一个厌氧池，以达到对磷的有效去除效果，基建费用与电耗比AO工艺更高点。
2 生物膜法
污水的生物膜处理法是与活性污泥法并列的一种好氧生物处理技术。它是土壤自净的人工强化，是使微生物群体附着在其他物体表面上呈膜状，并让它和污水接触而使之净化的方法。包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等形式。优点：①对水量、水质变动有较强的适应胜；②在低水温条件下，也能够保持一定的净化功能；③宜于固液分离；④ 能够处理低浓度的污水；④动力费用低，产生的污泥量少。缺点：① 负荷低，占地面积大，不适用处理水量较大的污水；②滤料易于堵塞；③产生滤池蝇，影响环境卫生；④生物膜再生管理相对复杂。在我国只有少数几家污水处理厂使用该工艺，我市的殷家堡污水处理厂就是较早采用该工艺的污水处理厂之一，从三十多年的运行管理经验来看，该工艺确实运行费用低，但生物膜易脱落，且不易培养，在一定程度上增加了管理难度。
3 氧化塘
氧化塘是一种构造简单、易于维护管理、污水净化效果良好、节省能源的污水处理法。氧化塘对污水的净化过程和自然水体自净过程很相近，污水在塘内经较长时间的缓慢流动、贮存，通过微生物的代谢活动，使污水中的有机污染物降解，污水得到净化。据统计，目前全世界已有近5 0个国家采用氧化塘处理污水。氧化塘具有一些较为突出的优点：①可以充分利用地形，工程简易，基建投资省；②能够实现污水资源化，使污水净化与利用相结合；③污水处理成本低廉。但氧化塘也具一定的不足之处：① 占地面积大；②污水净化效果不稳定；③污泥应及时清除；④浮油应及时去除。
氧化沟在世界上应用也很广泛，我市北郊污水净化厂在2OO6年也采用了奥贝尔氧化沟工艺，经过一年的试运行，处理效果基本能达到原设计指标，对氮的去除率很高，但对磷的去除效果一般。氧化沟工艺相对普通活性污泥法，提高了混合液污泥浓度(M L s s)，降低了剩余污泥生成量。氧化沟有很多形式：卡鲁塞尔型、三沟式、合建式等等。一般用机械曝气器击动水面而充氧，曝气器有水平轴转刷型的，氧化沟的水深为3m左右，*大水深不超过3．6m。有的氧化沟采用碟式或立轴倒伞曝气器。三沟式氧化沟在在某些污水厂中被应用，如香洲净化厂、深圳污水厂，这种氧化沟不另设二次沉淀池，进出水通过程序定时切换兼有曝气沉淀功能，不需要污泥回流，节省能耗和地建费用，但由于曝气设备利用率低，增加了设备费用。
由于可不设回流污泥装置运行管理简单，且氧化沟具有氧化塘的某些优点，并克服了氧化塘占地面积大，处理效果不稳定等缺点，应用有一定发展。合建式氧化沟是近年来开发出的一系列改型的总称，它们的特点是沉淀池与氧化沟合建，进水和曝气都连续不变，它同时具备了其它氧化沟的优点，达到基建费省，运行费用低，管理又简单方便。但是不论是何形式的氧化沟，都由于受水深不能过大的限制，在部分曝气器是满负荷运行等，致使其发展受到影响。
4 序批式曝气法(SBR法)
序批式曝气法(SBR)是一种古老的工艺，*初是在一个池中间歇进水、间歇曝气，然后沉淀、排水、排泥，处理工序相当简化。如采用延时曝气的SBR法，还可省去污泥消化、沼气贮存利用工序，整个污水厂只需要几个构筑物。目前我国只在一些规模不大的城市污水厂应用，规模为每天10 0(~n3以下，但由于其突出的简易特点，已显示出管理简单、运行稳定等优点，引起人们广泛的重视。该工艺不仅工艺简单，而且对水量水质的变化有很强的适应性，可以省去调节池，不存在污泥膨胀的危险，污泥沉降性好，可以脱氮除磷，出水水质好，占地省，在一定规模下造价省，运行费用低。它的缺点是进水、曝气倒换频繁，且由于排出装置，国内尚未形成该工艺，发展有一定限制，一直未能推广。但仍是两种很有潜势的工艺，逐渐受到重视。
SBR工艺近年来发展很快，已出现多种改型，目前常用的有以下几种型式：①传统间歇进水，间歇曝气，这种型式对水量水质变化适应性强，水量变化很大，水型污水厂*为适用。②连续进水，间歇曝气，对进水不加控制，但必须使其不影响沉淀。③双池串联，连续进水，前池连续曝气，后池间歇曝气，从后池往前池回流混合液以保持污泥浓度。后两种形式均为连续进水，可用于较大型污水处理厂。
5 下水道内部处理
污水中含有微生物和容易同化的有机物，因此，如果污水处于一种需氧状态(存在溶解氧)，则大部分有机物逐渐氧化为二氧化碳或转化成新的细菌细胞。当污水在压力管道中长时间输送时，就中断了大气中氧的供给，所剩余的溶解氧迅速被用光，短时间后特殊的微生物就开始将硫酸盐还原成硫化氢，因而此时的污水就称为腐化污水。当这种污水同空气再次接触时，会释放出硫化氢，并在下水道的管壁上氧化成硫酸盐，从而造成严重的危害与腐蚀。在英国，至少有50种下水道已经成功地采用向下水道内喷入氧气来预防这种腐蚀与损害。但这种氧的氧化作用，部分地受到悬浮污水中的微生物和下水道干管表面生长的生物膜的影响，而且氧的用量大，费用也比其它方法高25倍左右。所以这种技术仅适用于一定的条件，但它们仍可以作为减轻超负荷运转的污水处理厂负荷的一种有效的补充方法。在我国目前尚无使用此项方法的实例，这是由于该方法投资太巨大，我国目前的经济条件还不能达到。但就我站对全市下水道的十数年监测资料，如果能彻底贯彻“谁污染、谁治理”的方针，由各排水大户承担起部分责任，对整个城市的水环境是有不容忽视的益处的。
6 结论
通过以上工艺的比较，我们不难看出，从处理效果上讲，通常活性污泥法的处理效率较高，生物膜法则较低，在活性污泥法中，SBR法、氧化沟法、AB法等处理效率更高。污水的有机物浓度高时，AB法、AO法等工艺比较有利。当有机物浓度低时，氧化沟、SBR法等延时曝气工艺具有明显)的优势。而传统活性污泥法的适应范围很广，有机物浓度高、低都能很好适应，当其他工艺的优点不明显时，传统污泥法往往是*好工艺。当对出水有脱氮除磷的特殊要求时，可根据要求的不同，利用AO法、AOO法等法实现脱氮或除磷或同时脱氮除磷。从投资方面来看，活性污泥法比其它方法要多一些，生物膜法、氧化塘较少，但生物膜法管理上有较严格的要求，而氧化塘卫生条件差，还会污染地下水。从占地面积来讲，传统活性污泥法、氧化塘占地面积较大。目前从世界各国的污水处理看，大型污水厂多用传统活性污泥法，小型污水厂中氧化沟则占很大比例。