城镇生活污水处理技术研究进展.pdf

基金项目: 中国科学院/ 引进国外杰出人才0百人计划项目; 沈阳市科技发展项目( 2001221 -03 -07)城镇生活污水处理技术 研究进展*博士研究生 张凯松 研究员、 博导 周启星 中国工程院院士 孙铁珩 ( 中国科学院沈阳应用生态研究所, 中国科学院陆地生态过程 重点实验室, 沈阳 110015)摘 要: 随着城市化的发展和人民生活水平的提高, 城镇生活污水排放数量大, 呈逐年增长趋势, 且污水成分日趋复杂, 是导致水体环境恶化的重要污染源, 城镇生活污水迫切需要治理, 本文在对实施城镇生活污水处理难点进行概述的基础上, 就近年来采用生物法、 膜分离技术和强化一级处理工艺处理城镇生活污水的研究进展、 优势和局限性进行了较为系统的分析, 探讨了城镇生活污水处理技术的发展方向关键词: 城镇生活污水 污水处理技术 研究进展 污水资源化Advances in Treatment Technology of Urban Domestic WastewaterPh. D ZHANG Kaisong Professor ZHOU Qixing Member of The CAE SUN Tieheng (Key Laboratory of Terrestrial Ecology Process, Institute of Applied Ecology,Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110015)Abstract: With thedevelopment of urbanization and the improvement of people. s living levels, thereis more and more urban wastewater which is discharged into the environment at a high increasinglyrate. The composition of domestic wastewater is also becoming increasingly complicated. As an im-portant pollution source of aquatic environment deterioration, Municipal eff luent is to be treated ur-gently . Based on the summarization of dif f iculties in implementing urban domestic wastewater, re-cent advances, advantages and limitations of wastewater treatment technology including the biologi-2003 年 10月世界科技研究与发展 院士论坛www . globesci. comVol. 25 No. 5 第 5 页cal treatment, membrane separation and the intensif ied primary treatment were systematically ana -lyzed. In addition, the developing directions of the techniques in treating municipal wastewater werediscussed.Key words: urban domestic wastewater, wastewater treatment technology, research progress, wastew-ater resourcessness长期以来, 人们一直认为水是/ 取之不尽、 用之不竭0的资源。

但近半个世纪以来的事实表明, 随着 人类对水资源的利用范围不断扩大、 强度不断增加, 对水的需求量在许多国家和地区已大大超出水资源的产出, 水资源危机频频告急[1]! 甚至在那些水资 源比较丰富的国家和地区, 由于在开发、 利用水的同 时也污染了水资源[ 2], 也出现了水质型水资源缺乏的问题我国是世界上人口最多的国家, 随着城市 人口的骤增、 乡村的城镇化和人民生活水平的提高, 人均需水量和总需水量不断增加, 城市污水总排放量也随之相应逐渐增加[ 3]这一点, 90 年代以来尤 为明显1997 年, 我国市政污水排放量为 189 亿m3, 其中 COD 含量为 684 亿吨1999 年, 我国城市 生活污水污染负荷首次超过了工业废水污染负荷, 我国水污染控制的重点已经从工业点源为主的控制, 逐渐转变到以城市生活污水为主的控制据估 计, 到 2010 年, 我国城市生活污水排放总量为 1050 亿 m3, 其中村镇污水排放量可达 270 亿 m3然而,我国目前城市生活污水处理率尚未达到 10%[4,5] 根据国民经济和社会发展 2010 年远景规划, 到2010 年, 城市生活污水处理率要达到 50%[4~ 6]。

按 照这一要求, 大量城市生活污水有待处理因此, 急 需发展, 研制更为经济、 更为高效或更为普遍适用的城镇生活污水处理技术1 实施好城镇生活污水处理的难 点家庭生活设施使用对产生的废水是生活污水的主要来源[7]科学技术的进步和生活方式的多样化, 人们对水的需求呈多样化趋势, 越来越多的不同成分的日常消费品大量使用, 使生活污水组成成分复杂化, 有些地区, 生活污水中还容纳一定数量和浓 度的工业污水, 成分更加复杂[ 1, 5]与工业废水相比, 生活污水中污染物的浓度较低在我国的南方 地区, 下水道污水因雨水稀释, 浓度更低Butler 等( 1995) 的研究表明[ 7], 不同生活设施对生活污水的质量和数量影响是不相同的厕所卫生废水对生活污水组成成分影响程度最大, 特别是氨盐含量高, 排放时间集中在晚上, 占夜间排放量的 60% ~ 90%;厨房洗碗废水中正磷酸盐比例高, 排放高峰期出现在 6~ 7am 和 6~ 10pm居民的生活习惯和作息时间因地区、 季节和民族习惯而异, 家庭生活设施的使用情况与当地经济条件、 居民生活水平、 年龄结构和消费群体等密切相关综合各方面的资料表明, 实施城镇生活污水处理的难点主要是: 1) 城镇生活污水成分日益复杂, 各污染成分浓度较低, 波动性很大, 难以正确评估生活 污水的污染负荷及其昼夜、 季节性变化, 影响到城镇生活污水处理方法的正确选择、 处理工艺与污染物去除方案的合理设计、 出水水质的准确估计以及污水处理设施的正常运转[ 7, 8]; 2) 现有生活污水处理工艺设计大多建立在实验室或中试结果基础上, 根据经验设计大规模应用工艺, 在实际操作与具体实践中受外界环境变化影响很大[5,9]; 3) 城镇生活污水处理工艺与技术的选择, 还受到当地社会、 经济发展水平的制约和地方保护主义或其他人文因素的抵制, 常常不是采用最佳的处理工艺与处理技术[ 1, 7];4) 当地自然与生态条件( 如气温、 降水、 风向和土壤等) 对所选择的处理工艺与处理技术有负面影响, 使其不能发挥正常效力[ 3, 5, 10]。

2 生物处理方法的发展及在城镇 生活污水处理中的应用污水生物处理过程是指利用微生物的新陈代谢把污水中存在的各种溶解态或胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质[ 5]按照处理过程中有无氧气的参与, 污水的生物处理技术可分为好氧 处理工艺和厌氧处理工艺; 按照污水处理生物反应器中微生物的生长状态, 污水的生物处理技术又可分炒以活性污泥为代表的悬浮生长工艺和以生物膜法为代表的附着生长工艺[ 5, 11]表 1 概述了各种生院士论坛 世界科技研究与发展2003 年 10 月第 6 页 Vol. 25 No. 5ww w . globesci. com物处理方法对城镇生活污水处理的情况表 1 生物处理方法对城镇生活污水的处理及性能分析* T able 1 Treatment of urban domestic wastewater using biological methods and their perfor - mance analyses反应器 类型污泥产量 ( kg#kgBOD- 1)容积负荷 ( kgBOD5m- 3d- 1)BOD 去除 率( % )上升式曝气生物滤池0. 15~ 0. 254> 93下降式曝气生物滤池0. 63~ 1. 067. 575T rikling filter0. 3~ 0. 5高速 0. 08~ 0. 480~ 90中速 0. 24~ 0. 4850~ 70低速 0. 48~ 0. 9665~ 85生物转盘( RBC)/5~ 10(g#m- 2d- 1)86淹没式生物反应器0. 0~ 0. 30. 005~ 0. 787~ 99 传统活性污泥法0. 60. 32~ 0. 6485~ 95SBR/0. 08~ 0. 2485~ 95氧化沟/0. 10~ 0. 2475~ 95* 资料来源[ 12] , 有改动。

211 厌氧处理工艺厌氧处理工艺具有反应器体积小, 规模灵活, 工 艺简单, 耗能低( 仅为好氧工艺的 10% ~ 15% ) , 产 生的污泥量小( 为好氧工艺的 10% ~ 15%) , 处理过 程中对营养物的需求低等多种优点[ 11], 是城镇生活 污水处理的首选方法之一 但是, 城镇生活污水中较低的污染物浓度, 则成 了传统厌氧处理工艺在城镇生活污水处理中广泛应 用的首要限制因素[ 13]为了解决这一技术难题, 人 们对传统厌氧处理工艺进行了长期的各种改进试 验改进后的厌氧处理技术在处理低浓度城镇生活 污水( COD< 1000mg/ L) 时, 无论是在试验室水平还 是在应用水平上, 均取得了重要突破[ 13~ 15]特别是80 年代以来, 上流式厌氧污泥床反应器( UASB) 技术开始在热带地区推广应用[16], 基本上克服了该 工艺所遇到的这一难关 限制厌氧技术在更大范围内处理城镇生活污水 的另一关键因素是低温[ 13]研究表明, 污染物浓度 低的生活污水由于在硝化过程中不能产生足够的热 量维持厌氧细菌正常生长, 在气温低的地区必须添 加能量以维持热平衡, 使处理成本大增。

面对这一 挑战, Behling[16]等对 UASB 技术进行了改进, 并在 中温地区应用于处理生活污水, 结果表明: 在无外加 热源时, 可连续运行超过 200 天, 但缺点是接种污泥 时 间 仍 很 长 Nadon 等 ( 1997)[ 17]和 Dague ( 1998)[18]报道了常温下应用厌氧式批序式反应器 (ASBR) 技术处理低浓度废水, 结果表明: 在 25~ 15e 处理 COD 浓度为 800~ 400mg#L- 1的人工合成废水时, 去除率在 80~ 90%; 在处理 COD 为600mg#L- 1废水时, 20~ 25e 时 SCOD 和 BOD 去除率均大于 90% 厌氧处理工艺这一新的改进, 为城 镇生活污水处理提供了一种新途径, 但是否完全可 行, 有待进一步研究212 生物膜法处理技术 近年来, 生物膜法处理技术在城镇生活污水深度处理特别是硝化和反硝化研究方面取得了进 展[ 9~ 21]Gupta 等( 1994[19]) 证实了好氧条件下生物转盘( RBC) 技术同时去除有机物和 N 的可行性 Gupta 等 ( 2001)[ 20]还报 道了三 级 RBC 在 细菌 Thiosphaera pantotropha 参与下在完全好氧条件下同步处理人工合成生活污水的结果, 其中第一阶段 有机物和氮去作率高达 817~ 2519gCOD#m- 2#d- 1。