中小型城市污水处理厂工艺选择

中小型城市污水处理厂工艺选择走进新的千年， 我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段， 不仅大城市、很多中小城市，甚至发达地区有的乡镇都开始修建污水处理厂，这是改革开放、经济发展的必然结果，也是保护环境造福人民的具体体现，必将对我国的可持续发展起巨大推动作用。污水处理需要较大的投资和运营费用，在目前我国还不富裕的条件下，怎样用最少的费用达到治理水污染的目的是各级政府和广大专业人员十分关心的问题。 在污水处理厂的建设中关键的措施是优选工艺， 这关系到处理效果能否达到预期目标：关系到基建费用和运行费用是否最省。 归根结底，关系到污水处理厂建设的成败。 笔者根据多年的实践经验， 对中小型城市污水处理厂怎样优选工艺的问题进行深讨，谈谈自己的一些看法和体会。一、城市污水处理厂规模的划分城市污水处理厂的规模差异很大， 小的只有每日几十吨、 几百吨， 大的可达到每日几十万吨、几百万吨。根据我国的实际情况，大体上可分为大型、中型和小型污水处理厂：规模大于 10万吨 / 日的是大型污水厂，它们一般建在大城市，基建投资以亿元计， 年运营费用以千万元计， 目前全国已建成十多座， 最大的是北京高碑店污水处理厂，规模达100万吨/ 日，在建的还有高于此规模的。规模小于 10万吨 / 日， 大于 1万吨 / 日的是中型污水处理厂， 它们一般建于中、 小城市和大城市的郊县， 基建投资几千万到上亿元， 年运营费用几百万到上千万元，目前全国己建成几十座， 正建的有上百座，今后一段时间还将大量增加。规模小于 1 万吨 / 日的是小型污水处理厂，它们一般建于更小的城镇，基建投资几百万到上千万，年运营费用几十万到上百万：由于经济条件的限制，目前这类污水厂刚刚在沿海地区经济发达的小城镇出现， 今后会越来越多， 最终小型污水厂的数量将超过大中型污水厂。二、城市污水处理厂的主要工艺城市污水的主要污染物是有机物， 因此目前国内外大多采用生物法。 也有采用化学法的， 如四川遂宁市的污水就采用化学强化一 级处理，但这种工艺的去除率不高， 出水达不到国家规定的标准， 只适用于某些特定的对出水水质要求不高的地方。在生物法中， 有活性污泥法和生物滤池两大类， 生物滤池的处理效率不高，卫生条件较差， 我国只有少数几座生物滤池城市污水处理厂，活性污泥法占绝大多数。活性污泥法有很多种型式，使用最广泛的主要有二:类：一类是传统活性污泥法和它的改进型A/O 、 A2/O 工艺，一 类是氧化沟，一 类是 SBR 工艺。传统活性污泥法是应用最早的工艺， 它去除有机物的的效率很高， 在处理过程中产生的污泥采用厌氧消化方式进行稳定处理，对消除污水和污泥的污染很有效，而 且 能耗和运行费用都比较低，因而得到广泛应用。近二十 年来，水体富营养化的危害越来越严重，去除氮、磷列入了污水处理的目标，于是出现了活性污泥法的改进型A/O 法和A2/O 法。 A/O 法有两种， 一种是用子除磷的厌氧 好氧工艺， 一 种是用于脱氮的缺氧 好氧工艺，A2/O 法则是既脱氮又除磷的工艺。氧化沟是活性污泥法的 一 种变型， 它在水力流态上不同于传统活性污泥法， 是一种首尾相接的循环流， 通常采用延时曝气， 在污水净化的同时污泥得到稳定， 它不设初沉池和污泥消化池， 处理设施大大简化。 氧化沟具有传统活性污泥法的优点， 去除有机物的效率很高， 也具有脱氮功能， 如果在沟前增设厌氧池，还可同时除磷。氧化沟这种高效、简单的特点，使它在中 小型城 市污水处理厂中得到广泛应用。SBR 是序批式活性污泥法，它的基本特征是在一 个反应池中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥，不仅省去了初沉池和污泥消化池，还省去了二沉池和回流污泥泵房，处理设施比氧化 沟还要简单，而且处理效果好，有的SBR 工艺还具有很强的脱氮除磷功能。 SBR 工艺对自控要求 高，过去自控设备不过关，这种工艺无法推广，近年来自控技术和仪表应用于污水处理已经过关，我国昆明第三、第四污水厂采用 SBR 工艺已成功运行数年，因而SBR 工艺得到大力推广，成为业 内人士十分关注的一种工艺。三、大型城市污水处理厂的优选工艺大型城市污水处理厂的优选工 2 是传统活性污泥法及其改进型A/O 法，A2/O 法，目前世界上 绝大多数国家（包括汉 !i） 的大型污水厂较多采用，我国的北京高碑店污水厂、天津纪庄子污水厂和东郊污水厂、沈阳市北部污水厂、郑州市污水厂、杭州市四堡污水厂、成都市三瓦窑污水厂等都是这种工艺。普遍采用的原因是因为这种工艺对大型污水厂具有难以替代的优点：1、传统活性污泥法、 A/O 、 A2/O 法与氧化沟和 SBR 工艺相比最大优势是能耗较低，运营费 用较低，规模越大。这种优势越明显，对于大型污水厂来说，年运营费很可观，每方污水处理费 用节省一点，一年就节省很多，比如规模为 40 万吨 / 日的污水厂， 每方污水节省处理费 1 分钱， 一 年就节省 146万元。该工艺的能耗和运营费低的原因是：（1）设置初沉池，利用物理法以最小的能耗和费用去除污水中相当一部分有机物和悬浮物，降低二级处理的负荷，显著节省能耗。（2）污泥采用厌氧消化，它比氧化沟和SBR工艺的同步好氧消化显著节省能耗，是一种公认的节能工艺。该工艺的基建投资一般情况下比氧化沟和 SBR 工艺高，但随着规模的增大，氧化沟和SBR 的 基建 费成倍 增加，而常规活性污泥法的投资则以较小的比例增加， 两者的差距越来越小， 当污水厂达到一定规模后， 常规活性污泥法的投资比氧化沟与SBR 还省。因此，随着污水厂规模的增大，常规活性污泥法的优势就越大。2、常规活性污泥法、A/O 、 A2/O 的主要缺点是处理单元多，操作管理复杂，特别是污泥厌氧 消化要求高水平的管理，消化过程产生的沼气是可燃易爆气体更要求安全操作，这些都增加了管 理的难度。但由于大型污水厂背靠大城市，技术力量强，管理水平较高，能满足这种要求，因而常规活性污泥法的缺点不会成为限制使用的因素。根据我国目前的实际情况，城市污水处理处于起动阶段，法规和要求都不够健全，对污泥的 稳定化要求没有明确的规定， 同时由于排水管网系统不够完善， 大多数城市的污水水质不高， 加之污泥厌氧消化的管理和沼气的利用还缺乏成熟的经验，这些因素都降低了包含污泥厌氧消化工 序的常规活性污泥法、 A/O 法和A2/O 法的经济性。因此，对于规模 0-20 万吨 / 日的城市污水处理 厂，有时可能采用 SBR 和氧化沟工艺更为经济，在这种情况下，有必要对各种工艺进行详细的技术经济比较，以确定最佳工艺。四、中、小型城市污水处理厂的优选工艺中、小型城市污水处理厂的优选工艺是氧化沟和SBR ，它们的共同特点是：1、去除有机物效率高，有的还能脱氮、除磷或既脱氮又除磷，而且处理设施十分简单， 管理非常方便， 是目前国际上公认的高效、 简化的污水处理工艺，也是世界各国中小型城市污水处厂的优选工艺。2、在10万吨 / 日规模以下，氧化沟和 SBR 的基建费用明显低于常规活性污泥法、 A/O 、 A2/O 法，对于规模为 5-10万吨 / 日的污水厂，氧化沟与SBR的基建费用通常要低10-15%,规模越大 两者差距越大， 这对缺少资金建污水厂的中小城市很有吸引力。即使在 10万吨 / 日规模以下，氧化沟和 SBR 的电耗和年运营费用仍高于常规活性污泥法，但如果与基建费用起来比较，基建费加上20 年的运营费总计还是比常规活性污泥法低些，规模越小，低得越多，规模越大，差距越小，当规模为 1 0 万吨 / 日时，两类工艺的总费用大致相当，因此， 对于中小型污水厂氧化沟与SBR 在经济上是有利的。3、 氧化沟与 SBR 工艺通常都不设初沉池和污泥消化池， 整个处理单元比常规活性污泥法少-半多，操作管理大大简化，这对于技术力量相对较弱，管理水平相对较低的中小型污水处理厂很合适。4、 氧化沟和 SBR 工艺的设备基本上实现了国产化， 可以用人民币在国内采购，不需用外汇 到国外去购买，国产设备在质量上能满足工艺要求，但价格比国外设备便宜好几倍，而且也省去了申请外汇进口设备的种种麻烦。5、氧化沟和 SBR 工艺的抗冲击负荷能力比常规活性污泥法好得多，这对于水质、水量变化 剧烈的中小型污水厂很有利。由于上述种种原因，氧化沟和 SBR 在国内外发展都很快。美国环保局（ EPA） 把污水处理厂 的建设费用或运营费用比常规活性污泥法节省15%以上的工艺列为革新替代技术，由联邦政府给予财政资助， SBR 和氧化沟因此得以大力推广，已经建成的污水厂各有几百座，欧洲的氧化沟污水厂己有上千座，澳大利亚近十多年建成SBR污水厂近600座。在国内，氧化沟和SBR已成为中 小 型污水处理厂的首选工艺。五、氧化沟工艺的主要分类和特点氧化沟工艺大体上可以分为四类：1、多沟交替式氧化沟，其特点是合建式，没有单独的二沉池，采用转刷曝气。有单沟、双沟 和三沟式，最典型的是邯郸三沟式氧化沟。这种氧化沟具有 SBR 的特点，也可算是SBR 的一种类 型。其脱氮除磷效果不稳定，如果要求脱氮除磷，需增加一些设施。2、卡鲁塞尔氧化沟，为分建式，有单独的二沉池，采用表曝机曝气，沟深大于多沟交替式氧化沟，长沙水质净化二厂就是这种工艺，其脱氮除磷效果也不够理想，如果要求脱氮除磷，也需增加 一 些设施。3、奥贝尔氧化沟，亦为分建式，有单独二沉池，采用转碟曝气，沟深也较大，现在四川、北京、山东、浙江等地都在采用，其脱氮效果很好，但除磷效率不够高，要求除磷时还需采取一些措施。4、 一 体化氧化沟，为合建式，沉淀池就建在氧化沟内，己在四川成都市新都污水厂和山东高 密市污水厂应用。连续进出水，是合建式又不 用倒换功能， 从理论上讲最经济最合理， 但在一些具体技术问题上还不十分成熟， 因此影响了它的推广使用。六、SBR工艺的主要分类和特点SBR 工艺主要有以下几种类型：1、传统式SBR 工艺，其所有操作都是间歇的、周期性的。四川巴中污水厂就是这种工艺。它的脱氮除磷效果不 够稳定，如耍求脱氮除磷，需做一些改进。2、 ICEAS 工艺，即间歇式循环延时曝气活性污泥法。它用隔墙将反应池分为两部分，前面预反应区，后面为主反应区，采用连续进水，间歇曝气、沉淀、排水、排泥。己用在昆明第三、第四污水厂。它可以脱氮除磷，但效果不够理想。3、 DAT IAT 工艺，即连续曝气和间歇曝气相结合的工艺。反应池中部用隔墙分为两部分，前边的DAT连续曝气，后边的IAT间歇曝气、沉淀、排水、排泥，己用于天津开发区污水处理，它的脱氮除磷功能一般，需增加设施才能提高脱氮除磷效率。4、 CAST 工艺， 即循环式活性污泥法， 它的反应池用隔墙分为选择区和主反应区，进水、曝气、沉淀、排水、排泥都是间歇周期性运行。它的脱氮除磷效果好， 防止污泥膨胀的性能好， 目前深圳、 天津和云南的一些污水处理厂都采培此种工艺。5、 UNITANK ,它是三个矩形池并联，按照类似三沟式氧化沟的周期运行模式工作，但把转刷改为鼓风曝气，可加大池深，把出水可调堰改为固定堰，简化了排水。上海石洞口污水处理厂就是采用这种工艺。其功能和三沟式氧化沟类似。七、氧化沟和SBR勺比较氧化沟和SBRF很多共同特点，也有各自的特