技術 | 城市污水處理廠的工藝選擇

污水處理廠工藝的選擇，直接關係到一個地區污水處理的效果，關係到整個地區的可持續發展和環境建設。本期將通過對各種污水處理工藝特點的對比，闡述對污水處理工藝的選擇。

建設城市污水處理廠是水資源利用和水污染控制的必然趨勢，是可持續發展要求的必然結果。而污水處理廠工藝的選擇，直接關係到建設費用和運行費用的多少、處理效果的好壞、佔地面積的大小、管理上的方便與否等關鍵問題。因此，在進行污水處理廠設計時，必須做好工藝方案的比較，以確定最佳方案。

處理廠工藝是指在達到所要求的處理程度的前提下，污水處理各單元的有機組合。確定污水處理廠工藝的主要依據是所要達到的處理程度，而處理程度則主要取決於接受處理後污水的水體的自凈能力或處理後污水的出路。因此，各個地區、各個城市的具體情況不同，需求不同，選擇的工藝亦有所不同。根據統計資料，目前世界上使用最多的是活性污泥法，其中又有不同的模式，如傳統活性污泥法、階段曝氣法、曝氣沉澱池、A B法、A O法等。當然，也有採用其它方法的如：生物膜法、物理化學法以及自然處理法、氧化塘等。每種處理工藝方法均有其各自的特點及適應範圍，應根據當地的各種不同條件和要求選擇處理形式。

1、活性污泥法

活性污泥法是水體自凈的人工強化，是使微生物群體在曝氣池內是懸浮狀，並和污水接觸而使之凈化的方法。包括標準活性污泥法、STEP曝氣法、長時間曝氣法、分段式曝氣法、限制曝氣法以及AB法等傳統活性污泥法的改型和AO法、AOO等.近年來開發高效脫氮除磷工藝。目前，活性污泥法佔主導地位，適用於處理生活污水所佔比重較大的城市污水，但隨著如AO法、AOO法、AB法等新工藝的開發，對於工業污水成份比較高的污水的處理效果也有了提高。

1．1、傳統活性污泥法

優點：①不宜採用物理化學方法處理的廢水，BOD去除率可達95％以上。②建設投資額高，但處理的動力費較低。

缺點：所需停留時間長，設備龐大，基建投資大，因而要加各種構築物，使各種構築物容積增大，從而使處理廠面積增大，增加管理人員及管理難度。

發展方向：①為了廢水體系的組分、濃度均勻化，重新估價預處理，重新研究調整槽。②探討選擇活性污泥微生物系的菌種。③活性污泥法的設備中引入儀錶化和擬定管理指標。

1．2、間歇式活性污泥法

近幾年來隨著城市規模的不斷擴展以及城鎮自身的發展，下水道設施已呈現出大城市轉向中小城市、農村小鎮的趨勢，小規模污水處理設施逐步增加，農村小城鎮對於改善生活環境條件的要求越來越迫切了。

小規模污水處理設施與大規模處理設施比較，它的自然條件和社會條件大不相同，因此，必須研究採用適於小規模污水處理設施，用以取代過去的大規模處理方式。小規模污水處理應具備如下特點：① 容易運行管理；② 維修方便；③建設費用低；④出水水質良好。經過國內外一些污水處理廠(如日本千葉縣的大原町污水凈化廠等)的多年實踐證明，間歇式活性污泥法正是一種能滿足這些條件的處理方法。

間歇式活性污泥法是採用一個處理池進行曝氣、沉澱、排出處理水，使設備簡單化、小型化，池內流態分明，運行管理方便，可做到無人運轉，對於流入污水的負荷變動，有緩衝能力，處理性能穩定，不僅能去除有機物質和懸浮固體而且脫氮效果好。間歇式活性污泥法具有代表性的方式，一般設2個曝氣沉澱池，連續進入混合污水，各自錯開半個周期進行運轉，運行一個周期為6h，周而復始，反覆進行。

1．3、AB工藝法

AB工藝法也稱為吸附生物降解法，是七十年代中期首先在德國興起的，是傳統活性污泥法的一種改型，從許多污水廠資料中表明該工藝在處理難降解的工業廢水或較高濃度的城市污水處理方面，它與普通活性污泥法相比，有特殊的凈化機制和多方面的優越性，它把傳統活性污泥法的曝氣池分為兩段——A段和B段，A段在對有機物質吸附、吸收、氧化三種方式中，前兩者起主要作用，而B段主要由後兩者起作用，特別是氧化作用佔主要地位。

從工藝流程來看，AB工藝的主要特徵是：①AB工藝不設初沉池，污水經細格柵、沉砂池後直接進入A段曝氣池；②設置中間沉澱池，使A段和B段污泥嚴格分開，單獨迴流，保持各自的菌群特徵；③AB工藝的A段曝氣吸附池以高負荷運行，污泥泥齡較短，B段曝氣池以低負荷運行；④AB工藝的A段曝氣池可以根據污水組分進行兼氧或好氧運行，改善污水的可生化性，這樣大大降低B段曝氣池的負荷。因此，AB工藝兩段曝氣池的總容積比傳統活性污泥法的曝氣池顯著減小；⑤由於AB工藝中A、B兩段運行條件的差異，而導致兩段中微生物群落新陳代謝功能不同，因此A、B兩段均設有污泥迴流設備，但據專家的研究及一些污水廠實際運行(如我市北中部污水凈化責任有限公司)證明，一般情況下仍然比傳統活性污泥法節省基建投資和電耗，污水濃度越高，節省投資和電耗就越多，優越性就越明顯。

1．4、AO法及AOO法

AO法及AOO法是近年來開發出的生物脫氮除磷新工藝，與傳統的化學和生物脫氮除磷相比，它還有效提高了BOD、COD、SS的出水指標。AO法是缺氧、好氧的簡稱，AOO法是厭氧、缺氧和好氧的簡稱，脫氮是在缺氧段完成的，除磷則要求有厭氧段。AO法主要是脫氮，AOO法可以同時去除氮、磷。這兩種工藝都要求污水充分曝氣，使含氮有機物充分硝化，所以必須降低污泥負荷，延長曝氣時間和增大鼓風量。根據天津東郊污水處理廠和瀋陽市北部污水處理廠的實踐，採用A O工藝比傳統活生污泥流程的曝氣池容積、二沉池容積、迴流污泥量、鼓風量和曝氣裝置數量都增大一倍左右，而且由於該工藝要求比較低的污泥負荷，否則不足以達到污泥好氧穩定，所以AO法將帶來基建投資和電耗的大幅度增加。AOO法在缺氧段前面還加有一個厭氧池，以達到對磷的有效去除效果，基建費用與電耗比AO工藝更高點。

2、生物膜法

污水的生物膜處理法是與活性污泥法並列的一種好氧生物處理技術。它是土壤自凈的人工強化，是使微生物群體附著在其他物體表面上呈膜狀，並讓它和污水接觸而使之凈化的方法。包括生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化法等形式。

優點：①對水量、水質變動有較強的適應勝；②在低水溫條件下，也能夠保持一定的凈化功能；③宜於固液分離；④ 能夠處理低濃度的污水；④動力費用低，產生的污泥量少。

缺點：①負荷低，佔地面積大，不適用處理水量較大的污水；②濾料易於堵塞；③產生濾池蠅，影響環境衛生；④生物膜再生管理相對複雜。

在我國只有少數幾家污水處理廠使用該工藝，我市的殷家堡污水處理廠就是較早採用該工藝的污水處理廠之一，從三十多年的運行管理經驗來看，該工藝確實運行費用低，但生物膜易脫落，且不易培養，在一定程度上增加了管理難度。

3、氧化塘

氧化塘是一種構造簡單、易於維護管理、污水凈化效果良好、節省能源的污水處理法。氧化塘對污水的凈化過程和自然水體自凈過程很相近，污水在塘內經較長時間的緩慢流動、貯存，通過微生物的代謝活動，使污水中的有機污染物降解，污水得到凈化。據統計，目前全世界已有近50個國家採用氧化塘處理污水。氧化塘具有一些較為突出的優點：①可以充分利用地形，工程簡易，基建投資省；②能夠實現污水資源化，使污水凈化與利用相結合；③污水處理成本低廉。但氧化塘也具一定的不足之處：①佔地面積大；②污水凈化效果不穩定；③污泥應及時清除；④浮油應及時去除。

氧化溝在世界上應用也很廣泛，我市北郊污水凈化廠在2OO6年也採用了奧貝爾氧化溝工藝，經過一年的試運行，處理效果基本能達到原設計指標，對氮的去除率很高，但對磷的去除效果一般。氧化溝工藝相對普通活性污泥法，提高了混合液污泥濃度(M L s s)，降低了剩餘污泥生成量。氧化溝有很多形式：卡魯塞爾型、三溝式、合建式等等。一般用機械曝氣器擊動水面而充氧，曝氣器有水平軸轉刷型的，氧化溝的水深為3m左右，最大水深不超過3．6m。有的氧化溝採用碟式或立軸倒傘曝氣器。三溝式氧化溝在在某些污水廠中被應用，如香洲凈化廠、深圳污水廠，這種氧化溝不另設二次沉澱池，進出水通過程序定時切換兼有曝氣沉澱功能，不需要污泥迴流，節省能耗和地建費用，但由於曝氣設備利用率低，增加了設備費用。

由於可不設迴流污泥裝置運行管理簡單，且氧化溝具有氧化塘的某些優點，並克服了氧化塘佔地面積大，處理效果不穩定等缺點，應用有一定發展。合建式氧化溝是近年來開發出的一系列改型的總稱，它們的特點是沉澱池與氧化溝合建，進水和曝氣都連續不變，它同時具備了其它氧化溝的優點，達到基建費省，運行費用低，管理又簡單方便。但是不論是何形式的氧化溝，都由於受水深不能過大的限制，在部分曝氣器是滿負荷運行等，致使其發展受到影響。

4、序批式曝氣法(SBR法)

序批式曝氣法(SBR)是一種古老的工藝，最初是在一個池中間歇進水、間歇曝氣，然後沉澱、排水、排泥，處理工序相當簡化。如採用延時曝氣的SBR法，還可省去污泥消化、沼氣貯存利用工序，整個污水廠只需要幾個構築物。目前我國只在一些規模不大的城市污水廠應用，規模為每天10 0(~n3以下，但由於其突出的簡易特點，已顯示出管理簡單、運行穩定等優點，引起人們廣泛的重視。該工藝不僅工藝簡單，而且對水量水質的變化有很強的適應性，可以省去調節池，不存在污泥膨脹的危險，污泥沉降性好，可以脫氮除磷，出水水質好，佔地省，在一定規模下造價省，運行費用低。它的缺點是進水、曝氣倒換頻繁，且由於排出裝置，國內尚未形成該工藝，發展有一定限制，一直未能推廣。但仍是兩種很有潛勢的工藝，逐漸受到重視。

SBR工藝近年來發展很快，已出現多種改型，目前常用的有以下幾種型式：①傳統間歇進水，間歇曝氣，這種型式對水量水質變化適應性強，水量變化很大，水型污水廠最為適用。②連續進水，間歇曝氣，對進水不加控制，但必須使其不影響沉澱。③雙池串聯，連續進水，前池連續曝氣，後池間歇曝氣，從後池往前池迴流混合液以保持污泥濃度。後兩種形式均為連續進水，可用於較大型污水處理廠。

5、下水道內部處理

污水中含有微生物和容易同化的有機物，因此，如果污水處於一種需氧狀態(存在溶解氧)，則大部分有機物逐漸氧化為二氧化碳或轉化成新的細菌細胞。當污水在壓力管道中長時間輸送時，就中斷了大氣中氧的供給，所剩餘的溶解氧迅速被用光，短時間後特殊的微生物就開始將硫酸鹽還原成硫化氫，因而此時的污水就稱為腐化污水。當這種污水同空氣再次接觸時，會釋放出硫化氫，並在下水道的管壁上氧化成硫酸鹽，從而造成嚴重的危害與腐蝕。在英國，至少有50種下水道已經成功地採用向下水道內噴入氧氣來預防這種腐蝕與損害。但這種氧的氧化作用，部分地受到懸浮污水中的微生物和下水道干管表面生長的生物膜的影響，而且氧的用量大，費用也比其它方法高25倍左右。所以這種技術僅適用於一定的條件，但它們仍可以作為減輕超負荷運轉的污水處理廠負荷的一種有效的補充方法。在我國目前尚無使用此項方法的實例，這是由於該方法投資太巨大，我國目前的經濟條件還不能達到。但就我站對全市下水道的十數年監測資料，如果能徹底貫徹「誰污染、誰治理」的方針，由各排水大戶承擔起部分責任，對整個城市的水環境是有不容忽視的益處的。

6、結論

通過以上工藝的比較，我們不難看出，從處理效果上講，通常活性污泥法的處理效率較高，生物膜法則較低，在活性污泥法中，SBR法、氧化溝法、AB法等處理效率更高。污水的有機物濃度高時，AB法、AO法等工藝比較有利。當有機物濃度低時，氧化溝、SBR法等延時曝氣工藝具有明顯)的優勢。而傳統活性污泥法的適應範圍很廣，有機物濃度高、低都能很好適應，當其他工藝的優點不明顯時，傳統污泥法往往是最好工藝。當對出水有脫氮除磷的特殊要求時，可根據要求的不同，利用AO法、AOO法等法實現脫氮或除磷或同時脫氮除磷。從投資方面來看，活性污泥法比其它方法要多一些，生物膜法、氧化塘較少，但生物膜法管理上有較嚴格的要求，而氧化塘衛生條件差，還會污染地下水。從佔地面積來講，傳統活性污泥法、氧化塘佔地面積較大。目前從世界各國的污水處理看，大型污水廠多用傳統活性污泥法，小型污水廠中氧化溝則占很大比例。

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