第2章　城鎮污水處理技術及應用實例

2.1　城鎮污水處理技術國內外研究及應用

針對污水處理，參考Urban Wastewater Treatment Directive 91/271/EEC（http：//wrcplc.co.uk），定義了“生活污水”和“城鎮污水”的概念：生活污水（domestic wastewater）是指來自于居住區和服務業的污水，主要由人類新陳代謝活動和日常生活產生；城鎮污水（urban wastewater）是指生活污水或生活污水與工業廢水或徑流雨水的混合。

國內外研究者經過多年的研究和實踐，通常把生物處理作為污水二級處理的主體工藝。傳統的污水二級處理是污水經一級處理后，再經過具有活性微生物的生物處理，使污水進一步凈化的工藝過程。經過二級處理后的污水一般可以達到農灌水的要求和廢水排放標準，但在一定條件下仍可能造成天然水體的污染（Boger，1992）。

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（H₂O）以及富含有機物的固體產物（生物污泥）；多余的生物污泥在沉淀池中經固液分離從凈化后的污水中去除。

從技術角度分析，不同生物處理技術的核心機理都是建立在活性污泥理論之上，除了脫氮除磷性能或效果存在一定的差異外，在處理效果、出水穩定性等方面都經過了實踐的考驗。具體來說，評價污水生物處理效果的技術指標體系應至少包括普通污染物去除效率（COD、BOD和SS等）、脫氮除磷效果、運行穩定性、自控要求和二次污染（通常指污泥處理）等指標，此外還應結合經濟指標（能耗、運行費用和占地面積等）進行評價。

污水生物二級處理工藝按BOD的去除率可分為兩類，其中一類是不完全的二級處理。這種工藝可以去除75%左右的BOD（包括一級處理），出水的BOD可在60mg/L以下，主要采用高負荷生物濾池等設施。另一類是完全的二級處理。這種工藝可以去除85%～95%的BOD（包括一級處理），出水的BOD可在20mg/L以下，主要采用活性污泥法。采用活性污泥法效果較好時，出水BOD可在10mg/L以下，懸浮物可在15mg/L以下。

城鎮污水處理工藝的選擇應本著針對性強、技術成熟、投資合理、運行安全可靠、管理簡單、維護量低和運行費用省等原則。工藝的選擇一般具體遵循以下原則。a.按城市污水處理及污染防治技術政策推薦，處理能力大于20×10⁴m³/d的污水處理設施，一般采用常規活性污泥法。也可采用其他成熟技術；處理能力在（10～20）×10⁴m³/d的污水處理設施，可選用常規活性污泥法、氧化溝法、SBR法和AB法等成熟工藝；處理能力小于10×10⁴m³/d的污水處理設施，可選用氧化溝法、SBR法、水解好氧法、AB法和生物濾池法等技術，也可選用常規活性污泥法。b.按城市污水處理及污染防治技術政策要求，在對氮、磷污染物有控制要求的地區，應采用具有較強脫氮除磷功能的二級強化處理工藝。處理能力在10×10⁴m³/d以上的污水處理設施，一般選用A/O、A²/O法等技術，也可審慎選用其他的同效技術；處理能力在10×10⁴m³/d以下的污水處理設施，除采用A/O法、A²/O法外，也可選用具有脫氮除磷效果的氧化溝法、SBR法、水解好氧法和生物濾池法等（付立凱，2012）。c.按城市污水處理及污染防治技術政策許可，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。城市污水二級處理出水不能滿足水環境要求時，在有條件的地區，可利用荒地和閑地等可利用的條件，采用土地處理系統和穩定塘等自然凈化技術進一步處理。

目前，國內外研究者對城鎮污水處理工藝的選擇和優化研究著重考慮水量的不均勻性、排放要求、管理者素質、投資和運行費用以及占地、排放標準等因素。小城鎮污水廠用地地價便宜，臭味對周圍環境影響小，可以減少這方面投資。依據小城鎮特點，設置水量調節系統是必要的，這樣便于后續處理系統的正常運行。污水中的污染物分為懸浮物、膠體、溶解性有機物、氮和磷等，針對去除對象，需設置格柵和沉砂預處理單元去除漂浮物和砂子，后續的處理方法有物化、物化—生化和生化法，都能使出水達到排放要求。一般情況下，物化和物化—生化的一次性投資較低，運行費用高，產泥量大，污泥不便利用；生物處理較簡單，產泥量少，污泥便于農用。生化法應用最多，由于排放標準對氮、磷都有要求，所采用工藝要有脫氮除磷功能，常采用的組合工藝有厭氧+氧化溝、厭氧、缺氧和A²/O等，在經濟發達或管理水平較高的地區可以采用改進型SBR工藝，也可實現污水的脫氮除磷要求（李成江，2009）。

城鎮污水處理方面，各國針對自身的特點和標準，都有自己推薦的處理工藝。日本在1977年實行農村污水處理計劃，成立農村污水處理協會，負責研究適合農村污水處理的設備。其設計了JARUS模式的15種污水處理裝置，處理工藝主要是生物膜法和活性污泥法，具有體積小、成本低和操作簡單的特點。到1996年年底，已建成2000座農村小型污水廠，處理后的中水用于農業灌溉，污泥用作農田肥料。德國也很重視污水處理，到1992年，全德國的污水接管率達到92.2%；在相對集中的城鎮采用集中處理；農村則采用分散小型污水處理設施，主要以發酵池為主，外加生物濾池、生物接觸池和穩定塘等。韓國農村居民多分散居住，采用小型、簡易的污水處理系統，工藝為濕地污水處理系統，其缺點是占地大，受充分供氧、氣溫和植物生長季節的影響等。歐洲、北美、新西蘭等農村也推薦采用該工藝。澳大利亞主要采用“過濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統”，該系統處理后的中水能滿足作物養分的要求（李貴兵等，2009）。

為了保護水環境，“十一五”期間，我國已把城市給排水列為基本建設領域重點支持產業，并提出了2005年50萬以上人口的城市污水處理率應達到60%以上；2010年所有設市城市的污水處理率應不低于60%；直轄市、省會城市、計劃單列市以及重點風景旅游城市的污水處理率不低于70%的總體目標。根據《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，到2015年，全國所有設市城市和縣城具有污水集中處理能力，城市污水處理率提高到85%。縣級市處理率達到70%，縣城污水處理率平均達到70%，建制鎮污水處理率平均達到30%。

根據城鎮污水處理的基本特點，其污水處理工藝選擇主要考慮以下因素：a.出水水質穩定、可靠，抗沖擊負荷和調節能力強；b.基建、運行費用低，盡量采用經濟節約型工藝及設備；c.操作、管理簡便，以適應村鎮從業人員較低的技術水平和管理水平。以貴州省為例，主要采用A²/O、接觸氧化法、IBR（interval batch reactor，間批式活性污泥法）等，其中以接觸氧化法為主（黃秋波，2011；唐忠德，2010）。

在總結多年實踐經驗的基礎上，近年來，研究者圍繞各個工藝的限制因素，根據各個時期的理論、技術和材料等進展，進行了長期不懈的研究和開發工作。目前，在以下研究領域進展迅速。

①高效反應器的發展：生物膜反應器和活性污泥工藝的處理負荷在1.0～2.0kgBOD/（m³·d），而以三相內循環流化床反應器為代表的移動床反應器的負荷可以達到5～10kgBOD/（m³·d）。所以，對生活污水的處理從反應器發展趨勢角度是從生物膜反應器、活性污泥工藝向高效的移動床和流化床發展。

②沉淀與反應、反應與分離等技術的融合趨勢：對生物反應和沉淀功能的組合，導致三溝式氧化溝、SBR反應器和UNITANK等新工藝的開發和應用，特別是集接觸氧化反應和過濾為一體的曝氣生物濾池，以及利用高科技形成反應和分離的膜生物反應器，充分代表了這一發展趨勢。

③固定床和懸浮生長系統融合的趨勢：20世紀80年代初，我國和日本同時開發了接觸氧化工藝，但是接觸氧化沒有解決填料使用壽命、放大和堵塞一系列問題，同時，填料費用的增加抵消了池容投資的節約。這導致移動床和流化床反應器的開發，這種反應器生物外在形態上是懸浮狀態，而生長方式是生物膜生長。這是固定床生物膜技術與懸浮生長系統更高一個層次的技術融合。

④充氧性能的提高：直到20世紀70年代末仍然采用簡單的穿孔管曝氣，這一時期的技術進展表現為我國對于射流曝氣的開發和掌握，到20世紀80年代初國內第一個大型城市污水處理廠引進中剛玉盤的微孔曝氣，20世紀90年代，開發橡膠材料的可變孔微孔曝氣裝置，體現了這一領域的進展（唐植成，2013）。