城市污水處理工藝技術研究進展

李蓮芳，尤春波

（1．江西省水產科學研究所，江西 南昌330039；2．中南林業科技大學林學院，湖南 長沙410004）

城市污水處理工藝技術研究進展

李蓮芳1，尤春波2

（1．江西省水產科學研究所，江西 南昌330039；2．中南林業科技大學林學院，湖南 長沙410004）

目前隨著經濟和社會的發展，水資源日益稀缺，如何對受污染的水資源進行處理，使其資源化已成為世界各國緩解水資源危機的重要途徑之一。因此，城市污水處理工藝技術的研究和發展引起了人們的廣泛關注。從我國城市污水處理工藝的類型以及優缺點出發，比較各種工藝在我國的應用現狀，闡述我國城市污水處理的研究進展，并展望城市污水處理工藝的發展方向，旨在為以后具體污水處理項目的工藝選擇提供參考。

污水處理；技術；工藝

Abstract：With the development of the economics and society and the increasing water resources scarity，sewage water treatment presents an important way in both pollutants reduction and water scarcity relief．Consequently，the development in processing technologies of municipal sewage has greatly drawn people＇s attention．The paper begines with introduction about various processing technologies of municipal sewage in recent China．Then their associated advantages and disadvantages are examined as well．Furthermore，possible processing technology development is discussed and conclusion is drawn．

Key words：wastewater treatment；technology；technical process

水孕育著人類的文明，與人類的生活息息相關，但隨著經濟和社會的發展，水資源遭到了極大的破壞，嚴重影響了人類的生存和經濟、社會的發展。因此，如何對受污染的水資源進行處理，使其資源化已成為世界各國緩解水資源危機的重要途徑之一。

我國有文字記載的給水處理從明礬凈水開始，而比較完整的現代自來水廠是創建于1882年的上海楊浦水廠［1］。到改革開放的近20年來，我國污水處理事業取得了迅速的發展，但仍然滯后于城市發展的需要［2］。從20世紀末至今，特別是隨著國家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關課題的建立，我國污水處理的新技術取得了可喜的科研成果，某些項目達到了國際先進水平。據統計，截至2009年底，已有81．7%的設市城市建成污水處理廠；全國縣城污水處理廠覆蓋率約達32．6%。2010年，根據住建部的要求，我國將進一步做好城鎮污水處理工作，完成新增日處理能力1 500萬m3建設任務，并力爭年底前全國半數以上省（區、市）實現“縣縣建成污水處理廠”。

目前我國城市污水處理應用的工藝很多，但各種工藝都有很多的優缺點，尤其是很多項目沒有具體結合水質情況來選擇工藝，造成出水水質不達標或運行成本過高，這些都將是以后我們亟待解決的。因此，本文綜述了當前我國城市污水處理工藝技術的研究進展，比較了各種處理工藝的處理效果，旨在為以后具體污水處理項目工藝的選擇提供參考。

1 城市污水處理工藝的類型與應用現狀

1．1 城市污水處理工藝的類型

目前，城市污水處理工藝的類型很多，根據微生物的生長方式、代謝形式及為其提供的反應器形式等，本文現總結目前我國城市污水處理工藝的主要類型如下，見圖1。

圖1 我國污水處理技術分類

1．2 各種工藝在我國的發展現狀

近年來，國家和地方政府非常重視污水處理事業，正高速推進城市污水處理工藝的發展，從工藝類型上看，活性污泥法是我國現有城市污水廠的主要工藝類型，占到八成以上；其余的工藝類型包括一級處理，強化一級處理，人工濕地等［3］。各種工藝在我國的發展現狀可從時空兩方面來描述，見表1。

2 我國城市污水處理的工藝研究進展

2．1 活性污泥法

活性污泥法處理系統，實質上是自然界水體自凈的人工強化模擬［4］。長期以來，城市生活污水多采用活性污泥法，它是世界各國應用最廣的一種生物處理流程，具有處理能力高，出水水質好的優點［5］。該方法主要由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系統組成。廢水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。

表1 城市污水處理工藝在我國的應用現狀

當前流行的活性污泥法的處理工藝有：AB法、SBR法、氧化溝法、普通曝氣法、A2／O法、A／O法等。各工藝對污水的處理效果見表2。SBR系列工藝包括傳統 SBR、CAST、MSBR、ICEAS、OCO、UNITANK等，氧化溝系列工藝包括BardenphA2C、五段卡魯塞爾BardenphA2C、A2O結合氧化溝等，A2／O系列工藝包括傳統A2／O工藝、改良型A2／O工藝、Bardenpho工藝、UCT及 MUCT、VIP工藝等。這些工藝都是從活性污泥法派生出來的，且各有其自身的特點。而反應器運行穩定，對有機質去除率高是這一類技術的共同特點。各反應器的結構特點及其在水處理領域的應用效果多有報道［6－11］，不再詳述。同時活性污泥法，在多年的運用與改進過程中，仍發現一些問題，如基建費、運行費高，能耗大，管理復雜，易出現污泥膨脹現象，設備不能滿足高效低耗的要求，脫氮除磷效果有待進一步提高等，這些問題對活性污泥工藝的進一步改進提出了新的更高的要求［12－13］。

表2 活性污泥法各工藝對污水的處理效果 %

2．2 生物膜法

生物膜法是利用微生物群體附著在固體填料表面而形成生物膜來處理廢水的一種方法，是土壤自凈的人工化和強化［14］。生物膜法主要用于從廢水中去除溶解性有機污染物，主要特點是微生物附著在介質“濾料”表面，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物被微生物吸附轉化為H2O、CO2、NH3和微生物細胞物質，污水得到凈化，所需氧氣一般直接來自大氣［5］。

生物膜法最早出現的工藝是將污水噴灑在粗濾料上而得以凈化的普通生物濾池，經過不斷改進和發展，出現了一些新的人工生物處理設備。在它的基礎上，衍生出了高負荷生物濾池、塔式生物濾池、生物轉盤和生物接觸氧化池等工藝。近年來，又出現了一些新型的生物膜法處理技術，如生物流化床、空氣流床、純氧流動床、三相流化床和厭氧兼型流化床、活性生物濾池等工藝，還有空氣驅動的生物轉盤、生物轉盤和曝氣池相結合、藻類轉盤等。各工藝對污水的處理效果見表3。

如今，生物膜法處理技術在城鎮生活污水深度處理特別是硝化和反硝化研究方面取得了很大進展［15－19］，因而廣泛應用于石油、印染、造紙、農藥、食品等工業廢水的處理。

表3 生物膜法各工藝對污水的處理效果 %

生物膜法具有處理效率高、耐沖擊負荷性能好、產泥量低、占地面積少、便于運行管理等優點，其缺點為濾料表面積小，BOD容積負荷小；附著于固體表面的微生物量較難控制，操作伸縮性差；靠自然通風供氧，容易產生厭氧；需要較多的填料和支撐結構，基建投資較大［20］。如何克服這些缺點，將成為生物膜法以后發展的主要方向。

2．3 厭氧生物處理法

厭氧生物處理法是在厭氧細菌或兼性細菌的作用下將污泥中的有機物分解，最后產生甲烷和二氧化碳等氣體，這些氣體是有經濟價值的能源［21］。

由于處理效率低、速度慢、甲烷菌對環境要求嚴格且不易控制等缺點，厭氧生物處理法長期以來一般僅用于污泥處理［22］。但是，由于近年來隨著能源危機及環境污染的加重，厭氧生物處理這種既節能又產能的特點，起到了緩和污水處理廠“建得起，養不起”的矛盾。因此，厭氧生物處理法引起了人們的重視，其理論研究和實際應用都取得了很大的進展，誕生了一大批新的厭氧生物處理技術，如厭氧生物濾池、厭氧轉盤、厭氧膨脹床、厭氧接觸氧化、厭氧檔板反應器、厭氧流化床法以及上流式厭氧污泥床反應器（UASB）。各工藝對污水的處理效果見表4。厭氧生物處理法的主要限制因素：較低的污染物濃度和低溫，在經過了長期的各種改進試驗后，也基本得到克服［23－25］。

表4 厭氧生物處理法各工藝對污水的處理效果 %

目前，厭氧生物處理法的發展趨勢是與其它生物處理方法聯用，如厭氧－ 好氧復合工藝等，它們具有投資少、節省能源、污泥產量少、出水水質好等一系列優點。目前厭氧生物處理法正朝著能處理低濃度有機污水，不僅能脫磷脫氮，而且運行維護方便、經濟等方面發展。

2．4 生態處理法

生態處理法主要有水體凈化法和土壤凈化法兩類，主要的處理工藝有穩定塘，土地處理法，人工濕地技術。各工藝對污水的處理效果見表5。水體凈化法常用于生物穩定塘，其凈化機理同活性污泥法相似；土壤凈化法有土壤滲濾和污水灌溉，其凈化機理與生物膜法相似。

表5 生態處理法各工藝對污水的處理效果 %

生態處理法不但費用低廉、運行管理簡便，而且對難生化降解有機物、氮磷營養物和細菌的去除率都高于常規二級處理，達到部分三級處理的效果，而其基建費用和處理成本只分別為二級處理廠的1／5～1／3和1／20～1／10。此外，在一定條件下，生物穩定塘還能作為養殖塘加以利用，污水灌溉則可將廢水和其中的營養物質作為水肥資源利用，獲得除害興利、一舉兩得的效果。所以，近10多年來，這類廢水處理技術又恢復了生機，并在國內外得到迅速發展。90年代起，我國在綜合氧化塘、生態塘、人工濕地技術、污水土地處理系統的理論研究與應用推廣方面得到了大力的發展，并取得了較好的成績。

誠然，在該技術得到世界各國青睞的同時，我們也不得不看到其存在的一些弊端，諸如氧化塘占地面積達，處理效率低，停留時間長，污水處理系統集中表現出的對公共衛生狀況的影響問題，可能引起地下水的富營養化的問題。這些弊端正是這一領域急需解決的重點技術性問題，并勢必直接影響著這一技術的應用與推廣效果［26－27］。

3 展望

目前我國污水處理廠工藝的應用已經摒棄了以前所謂的一陣風的現象，而是處于一種百花齊放的狀態，即各種污水處理工藝在我國都得到了一定規模的應用，其中以A／O、A2／O及其變形工藝、氧化溝、SBR為主。

（1）目前各種工藝結合起來應用的例子越來越多，優勢互補的效果也比較明顯，相信在未來會成為一種趨勢。

（2）隨著兩型社會和新農村建設，生態處理法將逐漸引起大家的關注，得到更大范圍的應用，這也是符合科學發展觀的。

（3）到目前為止，對活性污泥法在運行方式上還沒有大的突破，往往是一些局部的改進，但在曝氣方式上取得了較大的進展。活性污泥法的另一個發展趨勢是朝多功能方向發展，如培養或馴化專用細菌等。

（4）現行的“混凝＋沉淀＋過濾＋消毒”的常規處理組合仍將在新世紀的初期得到延續，但不是簡單重復，而應是“強化”或“優化”了的工藝組合，并針對不同的水源條件和水質要求，輔以預處理和深度處理。

總之，具有脫氮除磷，產泥量少、且污泥達到穩定，高效率，低投入，低運行成本，成熟可靠，且能適用于小城鎮污水處理的的工藝將是工藝選擇的首選，并成為工藝改進與研究的導航儀。

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Reviews on Processing Technologies of Municipal Sewage Treatment

LI Lianfang1，YOU Chunbo2

（1．Jiangxi Institute of Fishery Sciences，Nanchang 330039，China；2．School of Forestry ＆ Technology，Central South University，Changsha 410004，China）

X703．1

A

1674－2842（2012）05－0024－04

2012－03－16

李蓮芳（1985－）女，湖南永州人，碩士研究生，主要研究方向為環境化學，E－mail：1li2lian3fang＠163．com。