淺談市政污水處理工藝

  隨著(zhù)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，生活污水污染日趨嚴重，城市污水處理越來(lái)越多，如何有效的處理生活污水，已成為城市發(fā)展，社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展的重要因素。本文主要闡述污水處理的工藝和方法。

       一、背景

       城市生活污水是城市發(fā)展中的產(chǎn)物，隨著(zhù)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，其產(chǎn)生量不斷增大，污染日益嚴重，已嚴重制約了城市社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展。在全球經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，環(huán)保問(wèn)題，特別是城市污水處理已成為各國研究的熱點(diǎn)。

       城市污水的治理對改善城市水環(huán)境，保障城市經(jīng)濟發(fā)展起著(zhù)關(guān)鍵的作用。西方發(fā)達國家20世紀50年代經(jīng)濟的發(fā)展，曾導至了60年代嚴重的環(huán)境污染。至20世紀70年代末，美國興建的城市污水處理廠(chǎng)達18000余座，投入資金數萬(wàn)億美元;英國、法國、德國各耗費了巨額資金興建了7000~8000座城市污水處理廠(chǎng)。我國的污水處理始于20世紀70年代。據統計，截止2000年底，全國已建成污水處理廠(chǎng)427座，用于城市污水處理工程建設的總投資約為150億元。

       二、城市污水處理工藝流程總述

       典型的城市污水處理工藝流程主要包括機械處理、生化處理、污泥處理等工段。有機械處理以及生化處理構成的系統屬于二級處理系統，其中BOD5和SS去除率可達90%-98%。處理效果介于一級和二級處理中間的一般稱(chēng)為強化以及處理、一級半處理或不完全二級處理，主要有高負荷生物處理法和化學(xué)處理法兩大類(lèi)，BOD5去除率達45%-75%。具有生物除磷脫氮功能的二級處理系統通常稱(chēng)為深度二級處理。為了除特定的物質(zhì)，在二級處理之后設置的處理系統屬于三級處理，例如化學(xué)除磷，活性炭吸附等。

       2.1污染物的分類(lèi)

       從污水處理的角度，污染物可分為懸浮固體污染物、有機污染物、有毒物質(zhì)、污染生物和污染營(yíng)養物質(zhì)。城市污水中含有的大量有機物排入水體，會(huì )使水體中溶解氧的含量降低，甚至達到缺氧狀態(tài)，嚴重污染水體，使水中魚(yú)類(lèi)無(wú)法生存。污水中有機物濃度一般用生物化學(xué)需氧量(BOD5)、化學(xué)需氧量(COD)、總需氧量(TOD)和總有機碳(TOC)來(lái)表示。營(yíng)養物質(zhì)主要指氮、磷，其可使藻類(lèi)和浮游生物繁殖，形成"水華"和"赤潮"。

       2.2污水處理方法

       污水處理方法可根據水質(zhì)類(lèi)型分為物理處理法、生物處理法、污水處理產(chǎn)生的污泥處置及化學(xué)處理法，還可根據處理程度分為一級處理、二級處理及三級處理等工藝流程。城市污水的物理處理方法是利用物理作用分離和去除污水中污染物質(zhì)的方法。常用方法有篩濾截留、重力分離、離心分離等，相應處理設備主要有格柵、沉砂池、沉淀池及離心機氧其中沉淀池同城鎮給水處理中的沉淀池。

       生物處理法是利用微生物的代謝作用，去除污水中有機物質(zhì)的方法。常用的有活性污泥法、生物膜法等，還有氧化塘及污水土地處理法?；瘜W(xué)處理法在城市污水處理中使用較少，一般涉及城市給水處理中的其他化學(xué)方法如中和氧化還原、離子交換、電解主要用于工業(yè)廢水處理，很少用于城市污水處理。污泥需處理才能防止二次污染，其處置方法常有濃縮、厭氧消化、脫水及熱處理等。

       一級處理主要針對水中懸浮物質(zhì)，常采用物理的方法，經(jīng)過(guò)一級處理后，污水懸浮物去除可達40%左右，附著(zhù)于懸浮物的有機物也可去除30%左右;二級處理主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)。通常采用的方法是微生物處理法，具體方式有活性污泥法和生物膜法。生物處理就是利用微生物分解氧化有機物的這一功能，并采取一定的人工措施，創(chuàng )造有利于微生物生長(cháng)、繁殖的環(huán)境，使微生物大量繁殖，以提高其分解氧化有機物效率。

       污水經(jīng)過(guò)一級處理以后，已經(jīng)去除了漂浮物和部分懸浮物，BOD5的去除率約25%～30%。經(jīng)過(guò)二級處理后，BOD5去除率可達90%以上，二沉池出水能達標排放?；钚晕勰嗵幚硐到y，在當前污水處理領(lǐng)域，是應用最為廣泛的處理技術(shù)之一，曝氣池是其反應器。污水與污泥在曝氣池中混合，污泥中的微生物將污水中復雜的有機物降解，并用釋放出的能量來(lái)實(shí)現微生物本身的繁殖和運動(dòng)等。

       三、污水處理的工藝技術(shù)

       當前流行的污水處理工藝有：AB法、SBR法、氧化溝法、普通曝氣法、膜分離機等，各有其自身的特點(diǎn)。

       3.1AB法

       該工藝對曝氣池按高、低負荷分為二級供氧。A級負荷高，曝氣時(shí)間短，產(chǎn)生污泥量大，污泥負荷2.5kgBOD/(kgMLSS˙d)以上，池容積負荷在6kgBOD/(m3˙d)以上;B級負荷低，污泥齡較長(cháng)。A級和B級亦可分期建設，A級與B級間設中間沉淀池。兩級池子的F/M(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。AB法盡管有節能的優(yōu)點(diǎn)，但不適合低濃度水質(zhì)。

       3.2SBR法

       此法進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水在同一座池子中完成，常由3—4個(gè)池子構成一組，輪流運轉，一池一池地間歇運行，故稱(chēng)序批式活性污泥法。這種—體化工藝的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，由于只有—個(gè)反應池，不需二沉池、回流污泥及相關(guān)的設備，一般情況下不設調節池，多數情況下可省去初沉池，故節省了占地和投資，耐沖擊負荷且運行方式靈活，可以從時(shí)間上安排曝氣、缺氧和厭氧的不同狀態(tài)，實(shí)現除磷脫氮的目的。

       3.3普通曝氣法

       其變型工藝普通曝氣法出現得最早，其實(shí)際處理效果好，可處理大的污水量，對于Jc-r廠(chǎng)可集中建設污泥消化池，所產(chǎn)生的沼氣可作能源利用。傳統普曝法的不足之處是只能作為常規二級處理，不具備脫氮除磷功能。近幾年，在工程實(shí)踐中，通過(guò)降低普通曝氣池的容積負荷，可以達到脫氮的目的;在普通曝氣池前設置厭氧區，可以除磷，亦可用化學(xué)法除磷。采用普通曝氣法去除BOD，，在池型上有多種形式，如氧化溝，工程上稱(chēng)為普通曝氣法的變型工藝，亦可統稱(chēng)為普通曝氣法。

       3.4氧化溝法

       是在20世紀50年代初期發(fā)展而形成的，因其構造簡(jiǎn)單，易于管理，很快得到了推廣應用，且不斷創(chuàng )新。目前，氧化溝在應用中發(fā)展出了多種形式，比較有代表性的有：①帕式，簡(jiǎn)稱(chēng)單溝式，表面曝氣采用轉刷曝氣，水深一般在2.5—3.5m。②奧式，簡(jiǎn)稱(chēng)同心圓式，實(shí)際應用的多為橢圓形的三環(huán)道組成，3個(gè)環(huán)道采用不同的.DO，如外環(huán)為0、中環(huán)為1、內環(huán)為2，這有利于脫氮除磷。采用轉碟曝氣，水深一般在4.0-4.5m。③卡式，簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)折流式，采用倒傘形葉輪曝氣，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉積。④三溝式氧化溝(T型氧化溝)，該工藝由3個(gè)池組成，中間作曝氣池，左右2個(gè)池兼作沉淀池和。曝氣池。其特點(diǎn)是采用轉刷曝氣、水淺、占地面積大、不設厭氧池，不具備除磷功能口J。

       3.5膜分離技術(shù)

       用膜分離代替沉淀進(jìn)行泥水分離，可帶來(lái)活性污泥工藝的以下變化：①不再存在污泥膨脹問(wèn)題。在調控活性污泥系統時(shí)，不必再考慮污泥的沉降性能，從而使工藝控制大大簡(jiǎn)化;②曝氣池的污泥濃度將大大提高，MLSS可以大于20g/L，從而使系統可在超大泥齡、超低負荷狀態(tài)下運行，充分滿(mǎn)足去除各種污染物質(zhì)的需要;③在同樣的處理要求下，可使曝氣池容積大大減小，節省了處理廠(chǎng)的占地面積;④污泥濃度的提高，要求較高的曝氣速率，因而純氧曝氣將隨著(zhù)膜的分離而被大量采用。

       3.6工藝優(yōu)選

       常規活性污泥法和氧化溝、SBR工藝的比較。①常規活性污泥法適用于中等負荷的大型污水處理廠(chǎng)。②氧化溝法、SBR法的基建費用低，運行費較高。若處理規模為10萬(wàn)t/d,折舊以20年計，氧化溝、SBR與常規活性污泥法的總處理費用大體相當(處理費=運行費+折舊+固定資產(chǎn)投資貸款利息)。規模越小，氧化溝、SBR的總處理費用越低。因此，對于中小型污水處理廠(chǎng)而言，氧化溝、SBR在經(jīng)濟上有益。③氧化溝、SBR工藝一般不設初沉池和污泥消化池，處理單元比常規活性污泥法減少50%以上，操作管理簡(jiǎn)化;且設備國產(chǎn)化程度高，價(jià)格低。3.3.2氧化溝、SBR工藝的比較。①基建費用：SBR是合建式。地價(jià)高，有利于SBR，其土建費用較低，但設備費用較氧化溝高。②就進(jìn)水,BOD5.濃度而言，高，有利于氧化溝;低，有利于SBR。一般以BOD5=150mg/L為界，高于此值，氧化溝建費用低于SBR;低于此值，則反之。③運行費用就曝氣方式而言，氧化溝常用機械式，SBR通常用鼓風(fēng)式，后者比前者省電;SBR工藝是變水位運行，增大了揚程，因而電耗要比氧化溝小些，運行費用也低些。④SBR工藝的自控要求較高。就出水水質(zhì)而言，氧化溝是動(dòng)態(tài)沉淀，SBR是靜態(tài)沉淀，后者沉淀效率更高，出水水質(zhì)更好。

       四、建議和對策

       ①某些工序和設備的省略。對于中小型污水廠(chǎng)，選擇工藝時(shí)應考慮省去污泥回流設備和污泥消化工序，污泥處理采用經(jīng)濃縮后直接脫水，再送垃圾廠(chǎng)或用于農肥?？墒∪ヂ认竟ば?，可該工序是為事故性排放而設置的，若出現事故狀態(tài)，可采取臨時(shí)措施，從而節約投資。

       ②污水進(jìn)水指標BOD5、CODcr的確定不宜過(guò)大，否則污水停留時(shí)間過(guò)長(cháng)，投資必將增加。建立排污收費制度，適當提高自來(lái)水價(jià)格，以補償污水處理廠(chǎng)的運行費用。污水處理廠(chǎng)出水指標應達到當地有關(guān)標準，以回用于工業(yè)冷卻水、城市清潔用水和農田灌溉用水等。

       ③采取多渠道籌集建設資金，包括銀行貸款、國債和公眾負擔等，并建立穩定的償債資金來(lái)源渠道?？刹捎孟扔烧顿Y建設，竣工后由污水處理公司企業(yè)化經(jīng)營(yíng)，在法規、政策上給予支持，使其高效率、低成本運行，并收取排污費。

       ④采用建設-經(jīng)營(yíng)-移交的“BOT”模式。政府通過(guò)特許權協(xié)議，在一定時(shí)間內，將項目授予為該特許權項目設立的項目公司，由其負責項目的融資、建設、運營(yíng)和維護;特許權期滿(mǎn)后，公司再將項目無(wú)償交還給政府部門(mén)。

       ⑤加強交流與合作，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，建立和發(fā)展適合國情的污水處理工藝技術(shù)和環(huán)保裝備。污水處理是市政基礎設施，盡管環(huán)境效益和社會(huì )效益顯著(zhù)，但目前難以有可觀(guān)的經(jīng)濟效益。因此，需要政府給予財力和政策支持。

       ⑥在優(yōu)選工藝的同時(shí)，應通盤(pán)考慮附屬設施、設備國產(chǎn)化和體制改革等問(wèn)題，以降低污水處理廠(chǎng)的建設投資和運行費用。