重庆大学
硕士学位论文
城市污水处理工艺方案的层次分析和工程设计实践
姓名：朱勇
申请学位级别：硕士
专业：环境工程
指导教师：邓荣森;吴济华
20040326
摘要
工艺方案选择是城市污水处理厂建设中最重要的步骤之一，它对城市污水处理厂的投资费用、运行费用、出水效果、操作管理等起着决定性作用。但是，在我国在当前城市污水处理厂可行性研究中，由于还没有形成一整套工艺选择的评判方法，在方案比较和选择时主要凭概算得到的费用和方案设计人员对各工艺方案的主观认识进行，因此存在较大的主观随意性。
本文引入了层次分析法（ＡＨＰ）和模糊数学的灰色关联分析法，并对各评价指标应用了权重的概念，建立了城市污水处理厂的工艺方案选择的优化模型。其与现行的城市污水处理厂可行性分析中以经济数据为主的方案选择相比，更能客观地反映系统要素的全面影响，使评价结果更为科学合理，为污染源控制方案的优化选择提供了较好的科学依据。一般方案的评价指标有定量和定性两种指标，灰色关联的多目标决策模型就是通过把定性指标量化，并与定量指标相结合，应用特定的数学方法得到混合型的量化标度一综合关联度ｕ，由ｕ值的大小来评判方案的优劣，因而具有一定的科学性与实用价值。
本文采用该优化模型应用子成都市第二污水处理厂的工艺方案优化选择中，工艺成熟度、基建费用和处理费用的权重最大，操作管理和出水稳定性次之，占地面积和除磷脱氮的权重最小；优化选择结果是缺氧，好氧法为最优方案，厌氧／好氧法为次优方案。
本文还对城市污水处理厂设计中一些问题进行了讨论。应充分重视实际运行中进水量和进水浓度偏低对实际运行造成的影响，合理考虑水量和水质处理要求的分期。城市污水处理厂的一级处理中，应充分认识到设置细格栅的重要性；旋流式沉砂池越来越多地在城市污水处理厂中得到应用；普通活性污泥法处理系统应考虑沉淀池是否需要设置；德国提出二沉池设计中的～种新设计方法，克服了目前常用的经验取值法所带来的人为因素的影响。
本文对于城市污水处理厂的工艺方案选择和设计仅供参考。
关键诃：层次分析法，优化模型，工艺方案选择，工艺设计，城市污水处理厂
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｃｏｍｐａｒａｓｉｏｎａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｐｒｏｃｅｓｓｓｃｈｅｍｅｉｓｏｎｅｏｆｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｆｕｒｂａｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ，ｗｈｉｃｈｄｅｃｉｄｅｓｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｃｏｓｔ，
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ＢｙｉｎｄｕｃｔｉｎｇＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ（ＡＳＰ），ｇｒｅｙｒｅｌａｔｉｎａｌａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｆｕｚｚｙｍａｔｈｍａｔｉｃｓａｎｄｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｗｅｉｇｈｔ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ
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１概述
１．１城市污水处理现状
我国从７０年代提出“环境保护是我国的基本国策”后，兴建了一批污水处理没旌和城市污水处理厂，特别是在改革开放以来，在工业废水治理和城市污水处理方面取得了一些进展。据１９９５年统计，在全国６４３座城市中，已经投入数百亿元资金建成了大中型城市污水处理厂１６７座，其中包括像天津市纪庄子污水处理厂、天津市东郊污水处理厂、北京市高碑店污水处理厂、上海市苏州河污水截流工程等国内外知名的特大型城市污水治理项目。这些污水治理项目已经在水体污染、改善水体环境方面发挥了突出的作用，并推动了我国城市污水处理技术的发展和积累了大量的建设管理经验。但是这些进展与我国社会经济发展的速度相比还很不适应，与环境治理发达国家相比还有很大差距。目前，在全国６８４个城市中我国仅有２００余座在建和建成的城市污水处理厂，并且集中在８０多个城市中，全国大约还有６００个城市没有城市污水处理厂，全国城市污水处理率目前仅达到２０％左右，这一状况与国家提出“至２０００年使水环境污染不断恶化的趋势得到控制，至２０１０年使总体环境质量得到改善”的发展目标是不相称的。根据建设部、国家环境保护总局、科技部２０００年５月发布的《城市污水处理及防治技术政策》规定，到２０１０年，全国设市城市和建制镇的污水处理率不低于５０％，设市城市污水处理率不低于６０％，重点城市污水处理率不低于７０％。而我国的污水处理现状与这～政策要求还有很大的距离。全国城市污水处理情况见表ｌ俐。
表１．１全国城市污水处理情况表
年度变化１９７８１９９１１９９６２０００２０１０污水排放总量（亿ｍ３／ａ）２９９３５３４０２５１４
污水平均增长率（％）３．３３３２５
污水处理总量（万ｍ３／ａ）－１９４５３８２７５３５６４０
污水处理率（％）２４５．６２５４０
污水厂投资（亿元）３５５４９０
污水厂数量（座）３５１３４１８７数百座
１．１．１城市污水处理设施的建设与发展［２Ｊ
我国解决城市污水的净化问题始于二十世纪７０年代。一些城市利用郊区的坑
塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理。据调查，这个时期在全国已建成各种类型的稳定塘有３８座，日处理城市污水约１７３万ｍ３。其中生活污水量占～半，其余包括石油、化Ｔ、造纸、印染等多种工业废水。此阶段开始重视引进国外先进技术和设备，开展与国外的技术交流，逐步探索适合我国国情的工程技术和设计，为以后的建设奠定了基础。
８０年代，随着城市化进程的加快和城市水污染问题日益受到重视，城市排水设施建设有较快发展。国家适时调整政策，规定在城市政府担保还贷条件下，准许使用国际金融组织、外国政府和设备供应商的优惠贷款，由此推动了一大批城市污水处理设旖的兴建。我国第一座大型城市污水处理，一一天津市纪庄子污水处理厂于１９８２年破土动工，１９８４年４月２８日竣工投产运行，处理规模为２６万ｍ３／ｄ。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。
“八五”期间，随着城市环境综合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大，城市污水处理设旌的建设经历了一个发展高潮时期。到１９９５年，我国城市排水系统排水管道长度约为ｌ１００６２ｋｍ，按服务面积计算，城市排水管网普及率为６４．８％。与１９９０年相比，城市排水管道增加５４３７３ｋｍ，平均每年增长１０８７４ｋｍ；城市污水处理厂１６９座（其中二级生化处理厂１１６座），年处理污水１７．４９亿ｍ３，处理率８６９％。与１９９０年相比，城市污水处理厂增加８９座（其中有北京高碑店、天津东郊、石家庄桥茜、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理，一），平均每年建污水处理厂１７座。
“九五”期间，我国正式启动对“三河”（淮河、海河和辽河）、“三湖”（太湖、巢湖、滇池）流域和“环渤海”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上的支持。１９９６．１９９９年竣工投入运行的城市污水处理项目有２２个，投资５９５８亿元，日处理规模３７１．７万ｍ３；在建项目１０９个，计划投资１６１．８３亿元，日处理规模８３２０万ｍ３。
据统计，到２０００年底，全国已建设城市污水处理厂４２７座，其中二级处理厂２８２座，二级处理率约为１５％，２０００年用于城市污水处理工程建设的总投资约为１５０亿元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。
１．１．２城市污水处理工艺技术现状与发展趋势【２Ｊ
①工艺技术现状
我国现有城市污水处理厂８０％以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。
“七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水
处理新技术、污水再生利用新技术和污泥处理新技术等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果达到国际先进水平：同时，借助于外贷城市水处理工程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，ＡＢ法、氧化沟法、Ａ／０工艺、～Ａ／０工艺、ＳＢＲ法在我国城市污水处理厂中均得到应用。污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。国外一些先进、高效的污水处理专用设备也进人了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。
我国８０年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该工艺主要以去除ＢＯＤ和ＳＳ为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排放要求，～些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。
ＡＢ法污水处理工艺于８０年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲击负荷能力强、对ｐＨ变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂。
目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有舆贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设各国产化，已有成功实例。ＤＥ型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞尔氧化沟工艺处理城市污水也较多。
多种类型的ＳＢＲ工艺在我国均有应用，如属第二代ＳＢＲ工艺的ＩＣＥＡＳ工艺，属第三代的ＣＡＳＴ工艺、ＵＮＩＴＡＮＫ工艺等。
随着我国对水环境质量要求的提高，修订后的国家《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８—１９９６）及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢｌ８９１８－２００２）也越来越严，特别是对出水氮、磷的要求提高，使得新建城市污水处理厂必须考虑氮磷的去除问题。由此开发了改良Ａ／Ｏ、Ａ／Ａ／Ｏ等工艺，并已开始在实际工程中应用。如天津东郊污水处理厂、北京清河污水处理厂等。
从工程规模上看，一批大型污水处理厂的相继建成投产标志着我国污水处理事业发展到一个崭新的阶段。如：我国２０世纪最大的污水处理厂高碑店污水处理厂，处理规模１００万ｍ３，ｄ；目前全国最大的城市污水处理厂上海竹园污水处理厂正在设计之中，其规模为１７０万ｍ３／ｄ。
②发展趋势
目前我国新建及在建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占９０％以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与
其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。
从国情出发，我国城市污水处理发展趋势：
１）氮、磷营养物质的去除仍为重点也是难点；
２）工业废水治理开始转向全过程控制：
３）单独分散处理转为城市污水集中处理：
４）水质控制指标越来越严：
５）由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、政策、标准的综合性研究：
６）污水再生利用提上日程：
７）中小城镇污永污染与治理问题开始受到重视。
１．２研究课题的提出及研究内容
１．２．１研究课题的提出
城市污水处理投资大，运行费用高。为了降低投资和运行成本，因地制宜地进行工艺方案（主要是生物处理方案）ｔＬ较是必要的。长期以来，污水处理工艺系统的设计方案均采用传统的单体设计方法来获得。工程设计人员通常是根据工程经验或直觉判断，在设计规范指导下拟定有限的备选设计方案，然后在其中通过经济指标核算并筛选出认为技术合理、经济可行的最终设计方案。但是，这种工艺方案比较往往不够科学，有的对工艺已有倾向和爱好，先人为主，对倾向的工艺只说优点，对不赞成的工艺强调缺点；有的把小型试验数据与别的已上工程的工艺相比较；有的是将处理ＢＯＤ５为主的工艺与处理ＢＯＤ５同时进行脱氮除磷的工艺相比较。实际已运行的不少污水处理厂，其出水水质较好与其进水水量和水质远未达到设计指标有关，各厂情况不同，不可简单地比较出水指标；有的投资包括厂外工程费用（如道路、电负荷增容等）；有的投资包括征地费用（丽此费用在各地出入很大）；有的工程建设投资低，运行费用高；有的工程建设投资高，运行费用低；有的工艺处理污水的投资低，而污泥量较多增加了污泥的处理成本。因此，对工艺方案的比较力求客观全面，在同等进水、出水条件下，根据技术上合理，经济上合算，管理方便，运行可靠且有利于近、远期结合的原则，进行工艺方案的优化抉择［３｝。
本课题采用成熟先进的层次分析法（ｍ诤）和灰色理论建立城市污水处理厂工艺方案选择的优化模型，减少了方案选择中个人主观作用的影响，对城市污水处理厂工艺方案选择有一定的参考意义。
１．２．２研究内容
本课题包括以下几个内容：
重庆大学硕士学位论文１概述
①城市污水处理厂工艺选择
１）城市污水处理厂主要工艺及其适应性
２）城市污水处理厂的工艺选择
３）采用层次分析法（ＡＩ－ＩＰ）和灰色理论建立工艺选择的优化模型
②城市污水处理厂的设计
１）城市污水处理厂的设计的一些问题
２）城市污水处理厂一级处理构筑物的选择和设计
⑨实例分析：成都市第二污水处理厂工艺方案选择
２城市污水处理厂工艺选择
随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺。已经成为城市可持续发展的严重制约因素。近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建没，有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中，预计到２０ｌＯ年，我国要新建城市污水处理厂一千余座，污水厂的投资将达１８００亿元。在这一进程中，城市污水处理工艺的优化选择，将是工程界面临的首要问题。
２．１城市污水处理厂工艺选择的原则【４】
城市污水处理厂工艺选择的关键原则可概括为四个字“技术合理’。主要内涵包括：
①指标先进
这里主要指具备高效的处理效果达到或优于国家标准规定的处理水质指标。这是污水处理最重要的目标。也是污水处理厂产品的质量要求。在必要的场合，应该充分考虑氮、磷等营养物的去除效率，这对保护水环境和污水的再生利用有着重要意义。
②经济节能
节省工程投资是城市污水处理厂建设的重要前提，合理确定处理标准。选择简捷紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时，必须充分考虑节省电耗和药耗，把运行费用减至最低。对于我国现有的经济承受能力来说，这一点尤为重要。较低的经济指标同样是先进性的重要体现。
⑨成熟可靠
合理把握工艺先进性和成熟性（可靠性）的辨证关系，一方面，应当重视技术经济指标的先进性。同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。城市污水处理工程不同于一般点源治理项目，它作为城市基础设旖工程，具有规模大、投资高的特点，且是百年大计，应该确保百分之百的成功。工艺的选择必须注重成熟性和可靠性。因此，强调技术的合理，而不是简单地提倡技术先进。必须把技术的风险降到最小程度。在最近颁布的城市污水处理的技术政策中规定“对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用。”也是强调了可靠性原则。
④易于管理
城市污水处理是我国的新兴行业，专业人才相对缺乏。在工艺选择过程中，
必须充分考虑到我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单，维护方便。适当采用可靠实用的自动化技术。应特别注重工艺本身对永质变化的适应性及处理出水的稳定性。某些工艺尽管技术经济指标先进，但对运行管理有过分精细的要求，或完全依赖于全自动化运行，在现阶段可能并不适应国情，尤其难以适用于中小城镇。
事实上，任何一种工艺总是有利有弊，关键在于适用性如何，在工程实践中，应该具体情况具体分析，因地制宜，综合比较，取长补短，做出较为优化的选择。
２．２城市污水处理厂主要工艺及其适用性１４】
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，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，而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四类：①传统活性污泥工艺和其改进型＃ｄＯ、Ａ／Ａ／Ｏ工艺，②ＡＢ工艺，⑨ＳＢＲ及其改进工艺，④氧化沟及其改进工艺。下面简要介绍这四类工艺，对一些新的改进型工艺作比较详尽的介绍。
２．２．１传统活性污泥工艺和其改进型Ａ／Ｏ、～～Ｏ工艺
传统活性污泥法是应用最早的工艺，它去除有机物的效率很高，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。但是它对氮磷的去除效果不高。近２０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Ａ／ＭＯ法。Ａ／Ｏ法有两种，一种是用于除磷的厌氧一好氧工艺，一种是用于脱氦的缺氧一好氧工艺；Ａ／Ａ／Ｏ法则是既脱氮又除磷的工艺【６ｑ１６３】。
①Ａ／Ｏ工艺
这种工艺对于大型活性污泥法污水厂来说，处理效果较稳定，且实现了脱氮或除磷的耳标，能耗和运营费也较低，但处理单元多，管理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。用于除磷的Ａ／Ｏ工艺的最主要特征是高负荷运行、泥龄短、水力停留时间短。用于脱氯的Ａ／Ｏ工艺的负荷很低，泥龄长、水力停留时间长。
②ＭＡ／Ｏ工艺
对于有除磷脱氮要求的城市污水处理厂，传统上往往考虑首选Ａ／Ａ／Ｏ工艺。Ａ／Ａ／Ｏ工艺根据活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条
件要求的不同，在不同的池子区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区。Ａ／Ａ／Ｏ工艺应用较为广泛，历史较长，已积累有～定的设计和运行经验，通过精心的控制和调节，一般可以获得较好的除磷脱氮效果，出水水质较稳定，在国内外大中型城市污水处理厂常有采用。但Ａ／Ａ／Ｏ工艺也有一定的缺点，主要表现为：需分别设置污泥回流系统和内回流系统，尤其是内回流系统，根据脱氮的要求设计回流比。而且内回流的控制较复杂，对管理的要求较高。
针对上述不足，改良的Ａ／Ａ／Ｏ工艺、ＵＣＴ工艺、倒置的Ａ／Ａ／Ｏ工艺及多点进水的Ａ／ＭＯ工艺等不断出现，在一定程度上或在某一方面使运行效果有所改善。
尽管这类工艺流程较长，控制较复杂，投资略高，但相对成熟可靠，处理效果稳定，一般适用于较大规模，具有较高运行管理水平的城市污水处理厂。２．２．２ＡＢ法工艺
ＡＢ法工艺由德国Ｂ．Ｂｏｈｎｋｅ教授首先开发。该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段Ａ段停留时间约２０～４０分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除ＢＯＤ达５０％以上。Ｂ段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。
ＡＢ法Ａ段效率很高，并有较强的缓冲能力。Ｂ段起到出水把关作用，处理稳定性较好。对于高浓度的污水处理，ＡＢ法具有很好的适用性，并有较高的节能效益。尤其在污泥处理采用消化和沼气利用工艺时。优势最为明显畔ｌ。
但是，ＡＢ法污泥产量较大，Ａ段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理将增加一定的投资和费用。另外，由于Ａ段去除了较多的ＢＯＤ，可能造成碳源不足，难以实现脱氮工艺。对于污水浓度较低的场合，Ｂ段运行较为困难，也难以发挥优势。ＡＢ法工艺对运行管理有较高的要求，尤其是污泥厌氧消化和沼气利用部分，目前国内成功运行的不多。
目前有仅采用Ａ段的做法，效果要好于一级处理，作为一种过渡型工艺，在性能价格比上有较好的优势。一般适用于排海和暂时对水质要求不高的场合。
总体而言，ＡＢ法工艺较适合于污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果。对于有脱氮要求的城市污水处理厂，一般不宜采用。
２－２．３ＳＢＲ及其改进工艺
ＳＢＲ工艺早在２０世纪初已有应用，由于人工管理的困难和烦琐未能推广应用。此法集进水、曝气、沉淀、滗水、闲置功能在一个池子中完成。一般由多个池子构成一组，各池工作状态轮流变换，单池由撇水器间歇出水，故又称为序批式活性污泥法。
该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一
体化的集约构筑物，并利于实现紧凑的模块布置，最大的优点是节省占地。另外，可以减少污泥回流量，有节能效果。ＳＢＲ工艺沉淀时停止进水，静止沉淀可以获得较高的沉淀效率和较好的水质。四川巴中污水厂就是这种工艺。但是它的脱氮除磷效果不够稳定，如要求脱氮除磷，需做一些改进。
ＳＢＲ经过不断演变和改良，又产生或同期发展为ＩＣＥＡＳ、ＣＡＳＳ和ＣＡＳＴ等以及ＩＡＴ．ＤＡＴ工艺和ＵＮＩＴＡＮＫ工艺，进一步增强了除磷脱氮效果或降低ｒ设备闲置率。随着自动化技术的发展和ＰＬＣ控制系统的普及化，ＳＢＲ类工艺的工程应用又进人了一个新的时代。
但是，ＳＢＲ类工艺毕竟对自动化控制要求很高，并需要大量的电控阀门和机械撇水器，稍有故障将不能运行，一般须引进部分关键设备。由于一池有多种功能，相关设备在一段时间内不得己而闲置，曝气头的数量和鼓风机装机功率必须增大。另外，由于撇水深度通常有１．２～２ｍ，出水的水位必须按最低撇水位设计，加之撇水器本身水头损失较高，故总的提升扬程较其他工艺要高，水力能耗略有增加。
对于中小规模、可以引进部分关键设备、具有一定管理水平的城市污水厂，改进的ＳＢＲ不失为一种优选工艺，可以发挥节省用地、提高出水后指标的优势。①ＩＣＥＡＳ工艺
ＩＣＥＡＳ（ＩｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔＣｙｃｌｉｃＥｘｔｅｎｄｅｄＡｅｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）Ｉ艺的全称为间歇循环延时曝气活性污泥工艺。它于２０世纪８０年代初在澳大利亚兴起，是ＳＢＲ的改良工艺。
ＩＣＥＡＳ与传统的ＳＢＲ相比，最大的特点是：在反应器的进水端增加了…个预反应区，运行方式为连续进水（沉淀期和排水期仍保持进水），间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。这种系统在处理市政污水和工业废水方面比传统的ＳＢＲ系统费用更省、管理更方便。但是由于进水贯穿于整个运行周期的每个阶段，沉淀期进水在主反应区底部造成水力紊动而影响泥水分离时间，因而，进水量受到了一定限制。通常水力停留时间较长。已用在昆明第三、第四污水厂。它可以脱氮除磷，但效果不够理想。
②ＣＡＳＳ（ＣＡＳＴ，ＣＡＳＰ）工艺
ＣＡＳＳ（ＣｙｃｌｉｃＡｃｔｉａｖａｔｅｄＳｌｕｄｇｅＳｙａｅｍ）或ＣＡＳＴ（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）或ＣＡＳＰ（Ｐｒｏｃｅｓｓ）工艺是一种循环式活性污泥法。该工艺的前身为ＩＣＥＡＳ工艺，由Ｇｏｒｏｎｓｚｙ开发并在美国和加拿大获得专利。
与ＩＣＥＡＳ工艺相比，预反应区容积较小，是设计更加优化合理的生物反应器。该工艺将主反应区中部分剩余污泥回流至选择器中，在运作方式上沉淀阶段不进水，使排水的稳定性得到保障。
ＣＡＳＳ工艺适用于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理。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用此种工艺。
＠ＤＡＴ叫ＡＴ工艺
ＤＡＴ—ＩＡＴ工艺是利用单一ＳＢＲ池实现连续运行的新型工艺，介于传统活性污泥法与舆型的ＳＢＲ工艺之间，是连续曝气和间歇曝气相结合的工艺，既有传统活性污泥法的连续性和高效性，又具有ＳＢＲ法的灵活性，适用于水质水量大的情况。
ＤＡＴ．ＩＡＴ工艺主体构筑物由需氧池（ＤＡＴ）春ＩＮ歇曝气池ＯＡＴ）组成，一般情况下ＤＡＴ连续进水，连续曝气，其出水进入ＩＡＴ，在此可完成曝气、沉淀、滗水和排出剩余污泥工序，是ＳＢＲ的又一变型。已用于天津开发区污水处理厂。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。
④ＵＮＩＴＡＮＫ工艺
ＵＮＩＴＡＮＫ工艺～般由一矩形池子组成，内分三格，三格在水力上是连通的。池子外侧二格即第一格和第三格交替作为曝气池和沉淀池，第二格始终作为曝气池。在每一格池子中设置曝气装置，可以为表面曝气设备，也可以是鼓风曝气系统。在第一格和第三格中另需设置周边出水堰（所需堰长如同传统二沉池）。由于受池子沉淀功能（即需要一定的池子表面积）的制约，一般一组ＵＮＩＴＡＮＫ工艺的处理能力在２００００ｍ’／ｄ左右。
ＵＮＩＴＡＮＫ工艺采用矩形池形式，不需另设沉淀池，故布置紧凑，节省占地。在设备方面，省去了刮泥桥和污泥回流系统，采用固定堰槽出水，避免了撇水器造成的水位损失和机械故障。采用微孔曝气时有一定的节能效果。因此，ＵＮＩＴＡＮＫ作为一种新工艺在国内开始推广应用。如，上海石洞口污水处理厂（４０万ｍ３／ｄ）、石家庄开发区污水处理厂（８万ｍ３／ｄ）等均采用这一工艺，目前正在建设之中。
按照一分为二的观点，该工艺可能存在有以下不足：
从工艺机理方面分析，该工艺实际上是一个无污泥回流的连续流活性污泥法系统，污水从池子第一格朝第三格方向流动时，将把大量污泥带入到第三格中。在污水处理的主体部分即第一格和第二格中的污泥量逐渐减少浓度的降低意味着整个系统不能充分地利用池子中的活性污泥（系统中至少约有１，３以上污泥不能有效利用），与此同时，大量活性污泥将被水流挟带至第三格中，将直接导致沉淀池中污泥泥面的上升，有可能使出水水质变差。当出现峰值流量时，这种缺陷则更为突出，大量污泥将迅速转移至作为沉淀池的池子中去。
由于ＵＮＩＴＡＮＫ工艺中，当第一格或第三格作为沉淀池功能时，其池子构造并不专门为二沉池功能所设计，故系统并不在一个较佳的水力条件下进行泥水分
离。而且污泥泥面在池子底部的分布是不均匀的，靠入流侧的污泥泥面将显著地提高，污泥颗粒容易随出水流出系统。
在设备方面，ＩＪｌｍＴＡＮＫ虽通过固定堰槽出水，但在曝气阶段堰槽内存有混合液，排水前必须先进行冲洗，增加了相应设备，另外，该工艺管道系统布置较为复杂，且需要大量的电动进水阀门、电动空气阀门（当采用鼓风曝气时）以及剩余污泥阀门。该系统完全依赖于自动控制运行，对管理维护的要求较高，也存在着设备闲置问题，一次性设备投资有所增加。
该工艺可以将生物处理和沉淀系统合为一体，布置紧凑，节省占地。在用地十分紧缺或必须室内布置情况下，适宜采用该工艺。
⑤ＭＳＢＲ工艺【”
ＭＳＢＲ即改良型ＭＳＢＲ（ＭｏｄｉｆｉｅｄＭＳＢＲ），其工艺经过不断改进和发展已成为ＳＢＲ的第三代技术。ＭＳＢＲ系统实质是由Ａ／ＡｄＯ工艺与ＳＢＲ系统串联而成，不需要初沉池和二沉池，又能在反应器全充满并在恒定液位下连续进水运行。采用单池多格方式，结合了传统活性污泥法和ＳＢＲ技术的优点【４。Ｊ，还省去了多池工艺所需要的更多的连接管、泵和阀门。
ＭＳＢＲ是一种可连续进水、高效的污水处理工艺，且简单，容积小，单池。易于实现计算机自动控制。在较低的投资和运行费用下，能有效地去除含高浓度ＢＯＤ、ＴＳＳ、氮和磷的污水。系统在低ＨＲＴ、低ＭＬＳＳ和低温情况下，具有优异的处理能力。深圳市盐田污水处理厂采用了ＭＳＢＲ工艺，其工艺设计方案及配套、搜各均由美国Ａｕｑａ公司提供。深圳市盐田污水处理厂近期处理规模为１２万ｍ３／ｄ，远期规模为２０万ｍ３／ｄ，污水性质为城市污水。
２．２．４氧化沟及其改进工艺
氧化沟是活性污泥法的一种变型，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，也具有脱氮的功能。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。
氧化沟工艺大体上可以分为四类：
①交替工作式氧化沟
交替工作式氧化沟是指在一沟或多沟中按时间顺序在空间上对氧化沟的曝气操作和沉淀操作作出调整换位，以取得最佳的或要求的处理效果。其特点是，氧化沟曝气、沉淀交替轮作，不设二沉池，不需污泥回流装置。基本类型有：Ａ、Ｄ、ｖＲ和Ｔ型四种。
Ａ型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟，主要用于ＢＯＤ的去除和硝化，且限于较小的处理场合应用，规模不超过２０００人口当量，各个工作时段持续时间的长短，取决于污水间歇排放的周期。
Ｄ型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，一般由池容完全相同的两个氧化沟组成，两沟串联交替地作为曝气池和沉淀池，主要也是用于ＢＯＤ的去除和硝化。Ｄ型系统出水水质十分稳定，处理能力在１５００～２００００人口当量之间，但曝气转刷的实际利用率较低（仅３７５％）是该系统的最大特点。
ＶＲ型氧化沟也是单沟交替工作式氧化沟，主要也是用于ＢＯＤ的去除及硝化，其特点是将氧化沟分成容积基本相等的两部分，利用定时改变曝气转刷的旋转方向，来改变沟内水流方向，使两部分氧化沟交替地作为曝气区和沉淀区，不设二沉池，不需设污泥回流装置。ＶＲ型系统操作简便，机械设备少，出水水质稳定良好，其转刷实际利用率可达到７５％。
Ｔ型氧化沟为三沟交替工作式氧化沟系统。该系统由３个等容量的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，３个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟起曝气和沉淀双重作用，中间的氧化沟始终进行曝气，不设二沉池及污泥回流装置，具有去除ＢＯＤ及硝化脱氮的功能。其转刷实际利用率可达到５８３％，在此基础上加以改进，可得到一种称之为动态顺序沉淀的ＤＳＳ型系统，其转刷的实际利用率可达７０％。这种氧化沟具有ＳＢＲ工艺的特点，也可算是ＳＢＲ的一种类型，它的脱氮除磷效果不稳定，如果要求脱氮除磷，需增加一些设施。
我国河北省邯郸市利用丹麦政府赠款建成了一座三沟交替工作式氧化沟城市污水处理厂，总设计规模为１０万ｏ／ｄ，工业废水和生活污水各占５０％。一期处理量为６．６万ｍｊ／ｄ。
②卡鲁塞尔氧化沟工艺
卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟式环形氧化沟，在氧化沟的顶端设有垂直表面曝气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水在沟道内转折巡回流动，处于完全混合形态，有机物不断氧化得以去除。该氧化沟一般设有独立的沉淀池和污泥回流系统。
卡鲁塞尔氧化沟具备一般氧化沟的共同优点，工艺流程简单，抗冲击负荷能力较强，出水水质较稳定，其独特之处在于单台曝气设备功率大，数量较少，投资较省，维护点相对较少，更易于维护。目前我国的中山、淮南、黄岩等城市及北京顺义区均采用这一工艺，规模在８万ｍ３／ｄ左右，其中，中山市的污水处理厂已经投人运行。
对此工艺的不足之处作如下分析：
由于表曝机数量少，沟内混合液自由流程很长，由紊流导致的流速不均有可能引起污泥沉淀，影响运行效果。难以避免供氧和搅拌的矛盾，尤其在进水水质
较淡的工况下，为节能须降低表曝机的转速，但会急剧减弱搅拌能力，无疑雪上加霜，导致严重沉淀，淤积污泥。
对于大中容积的氧化沟，水深不宜超过３５米，否则应增设水下推进器，投资和成本会有所增加。单沟氧化沟平均溶解氧宜维持在２ｍｇ／Ｌ左右，加之单点供氧强度过大，耗能较高。卡鲁塞尔氧化沟结构和设备简单，管理方便。对中小规模的城市污水处理厂有一定的适用性。
⑧奥贝尔氧化沟工艺
奥贝尔氧化沟由三个相对独立的同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道称内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。三个环形沟道相对独立，溶解氧分别控制在０，１，２ｍｇ／Ｌ，其中外沟道容积达５０％６０％，处于低溶解氧状态，大部分有机物和氨氮在外沟道氧化和去除。内沟道体积约占１０％～２０％，维持较高的溶解氧（２ｍｇ／Ｌ），为出水把关。在各沟道横跨安装有不同数量转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。
奥贝尔氧化沟具备一般氧化沟的优点：流程简单、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定和易于维护管理。其独特之处还在于：有较好的节能性能。由于外沟道溶解氧平均值很低，大部分区域ＤＯ为０．Ｏｍｇｍ，氧的传递作用是在亏氧条件下进行的，具有较高的效率，由于大部分氧化和硝化反应在外沟道发生，且具有较高的反硝化率，因而节能效益显著。通常可以节省电耗１５％以上。具有较好的脱氮功能。在外沟道的脉冲曝气和大区域缺氧的环境下，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果，在不设内回流的条件下，也具有较高的脱氮效率。
奥贝尔氧化沟作为一种多级串联、的反应器，有利于降解生化难降解的有机物，一般可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。奥贝尔氧化沟在实际运行中有更多的灵活性和适应性。可适用于雨污合流系统。奥贝尔氧化沟的曝气转碟具有较高的充氧能力和动力效率，优化控制方便，并可提高水深节省用地。
由于上述特点，奥贝尔氧化沟作为较优化的工艺之～，可以在城市污水处理工程中推广应用，尤其适用子中小规模的污水处理厂。目前，全国已有２０余座城市污水处理厂采用了奥贝尔氧化沟工艺，其中，北京大兴、潍坊市、莱西市、文登市的污水处理厂已经投人运行，规模４～１０万ｍ３／ｄ，已经验证了上述大部分优点。
当然，奥贝尔氧化沟同样存在着不足之处：
圆形或椭圆形沟型，平面布置相对困难；需要设立独立的沉淀池，虽然有利于获得稳定的水质，但占地面积尚偏大。中心岛消耗一定的面积，增加了无效占地。单组曝气转碟供氧强度低于转刷和垂直表曝机，设备台数较多，尽管有利于提高供氧效率和优化控制，但维护点增多，设备投资有可能略高。除磷效率不够
高，要求除磷时还需采取一些措施。
从能耗角度看，奥贝尔氧化沟采用的碟式表曝机的动力效率尚低于底部微孔曝气器，但由于它的巧妙设计和设备的改进，总体上显示出综合优势。使其拥有旺盛的生命力，尤其适用于中小规模的城市污水处理厂。在众多的氧化沟工艺中，奥贝尔氧化沟不失为优选工艺之一。
④一体化氧化沟工艺
一体化氧化沟广义上是指，作为生化处理的氧化沟和沉淀池或其他类型的固液分离设施合建为同～构筑物的布置形式。目前国内有单位推出的一体化氧化沟，主要包括侧沟式和中心岛式两种类型，其特点是：集曝气、沉淀（泥水分离）和污泥回流功能为一体，不设单独的沉淀池。主要优点是节省占地面积。
该技术具有以下优点：
采用曝气与沉淀的合建方式，占地较省。特殊的固液分离器，能达到较大的污泥表面负荷，相对普通沉淀池更节省用地及基建投资。省去专门的污泥回流系统，投资和运行费用有所减少。
但是，就目前该技术的可靠成熟及稳定性来讲，有些问题应当考虑：难以形成功能相对独立的厌氧、缺氧和好氧区域，对除磷脱氮要求较高的场合稳定性较差。
固液分离器内斜板（或类似组件）强化了分离效果，提高了表面负荷，从而进一步减少占地面积。但是，实践证明，由于污水污泥具有粘稠性，且易形成生物粘膜，斜管或斜板有堵塞和淤积的可能，会增加维护的工作量。只有在理想的水力条件下，固液分离器内才会形成污泥层，通过截留作用，强化分离效果。但是，由于污水流量和水质的变化，氧化沟内的流速和出流量总是变化的，污泥层难以稳定，有可能出现浮泥，增加出水的ＳＳ。
该工艺技术由于“一体化”的组合，构筑物相对简单，能耗略有降低。在给予适当技术改进，如：改进表曝设备，提高可靠性和稳定性，可在小规模污水处理厂推广应用。己在四川成都市新都污水厂和山东高密市污水厂应用。２．２．５厌氧（水解）一好氧工艺
水解池可以利用水解和产酸微生物，将污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使得污水在后续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。厌氧一好氧活性污泥法是以传统活性污泥法为基础，将厌氧组合到传统活性污泥法中，使厌氧和好氧在生化反应池内同时存在物反应池，该池前段为厌氧段，后段为好氧段，其容积比为１：４。该方法有效地改善传统活性污泥法的运行状况，使出水水质更加稳定，提高ＣＯＤ的去除率，去除污水中的氮和磷，又可以采用灵活的运行方式。例如，在厌氧段装设曝气头进行同样气量的曝气，则相当于普通活性污泥法；控制曝气量沿流程递减，
则相当于阶段曝气法。在防止污泥膨胀、抗冲击负荷方面具有普通活性污泥法所不及的功能，同时节约了运行电耗。厌氧（水解卜好氧联合处理工艺，具有单独好氧处理和厌氧处理两者的优点，特别适于难生物降解污水的处理。
２．２．６生物曝气过滤工艺
生物曝气过滤工艺是～种生物过滤池，内设特制的微生物附着生长必须的颗粒性滤料。为达到生物氧化有物和氨氮的目的，滤池需进行曝气。一般地，生物曝气过滤工艺主要用于生物处理出水的进一步硝化，去除生物处理出水中残余的氨氮，以满足更高的氨氮去除要求。近几年，出现了在城市污水处理厂中将生物曝气过滤工艺直接作为生物处理段对原污水进二级生化处理和硝化、反硝化的实例。生物曝气过滤工艺布疑十分紧凑、占地面积约为常规工艺的十分之一，这一优点十分令人瞩目。我国大连市已经率先采用这一工艺，处理规模为１２万ｍ３／ｄ。国内不少城市也准备采用这一新兴的工艺技术。
曝气生物滤池的省地优点是显而易见的，但对它可能产生的问题也必须有充分的预见：
为避免进水中悬浮颗粒堵塞生物曝气滤池，一般均需采用加药以强化初沉池去除悬浮固体的效果，这样会增加药剂的成本，同时加药沉淀将产生大量初沉化学污泥，后续污泥处理和处置难度较大。
为使滤料上一定厚度的生物膜获取充足的氧，介质中的溶解氧浓度一般需维持在４ｍｅ，，Ｌ以上，在大部分情况下甚至达到溶解氧的饱和值（ＤＯ＝８～９ｍｇ／Ｌ），从而大大增加系统的充氧难度，降低系统的氧转移效率和动力效率。处理能耗将会增高。
由于整个滤池的容积较小，其抗水力和有机冲击尤其是氨氮冲击的能力较低，当进水水质水量波动时，出水水质波动较大。
特别是，当一级处理对ｓｓ的去除率达不到理想要求时，日积月累，滤头的堵塞难以避免，运行的麻烦可想而知。
生物滤池虽然有省地的显著优点，但运行管理难度较大，完全依赖于自动化运行，工程投资和运行成本并不节省。一般仅在用地面积严重不足或受到严格限制时优先考虑。
２．３城市污水处理厂工艺选择
２．３．１城市污水处理厂工艺选择的影响因素
影响处理工艺选择的因素很多，通常有以下几点嘲：
①污水水质和排放标准
污水水质是设计污水处理厂的基本资料，可以参照类似城市水质资料进行估
算，也可以通过实测资料进行验证。依据污水水质以及排放标准，选择处理：＿Ｉ二艺。
当进水中主要有机物可生化性好时，大都采用生物处理法；如进水中工业废水比重很大，难降解有机物含量高时，污水可生化性差，可考虑采用物化法。ＢＯＤ／ＣＯＤ值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法，一股情况下，ＢＯＤ／ＣＯＤ值越大，说明污水可生物处理性越好。通常认为，ＢＯＤ／ＣＯＤ＞ｏ４５，表明污水可生化性好，在ｏ．３～０．４５之间，可生化性较好，在ｏ．２～０．３之间，较难生化处理，小于Ｏ．２，不宣采用生化处理。在生物处理中，当进水有机物浓度高时，采用ＡＢ法或厌氧～好氧工艺比较有利；当进水有机物浓度低时，采用延时曝气工艺有优势。
选择污水处理工艺流程时首先应按受纳水体的性质，确定出水水质要求，并依此确定处理级别，排水应达到国家排放标准，即修订后的国家《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８—１９９６）及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢｌ８９１８－２００２）。
设市城市和重点流域及水资源保护区的建制镇必须建设二级污水处理设施；受纳水体为封闭或半封闭水体时，为防治富营养化，城市污水应进行二级强化处理，增强除磷脱氮的效果；非重点流域和非水源保护区的建制镇，根据当地的经济条件和水污染控制要求，可先行一级强化处理，分期实现二级处理。
需要引起注意的是，我国某些地区根据本地区的实际情况，制定了地方性的排放标准，一般来说，地方性的排放标准要严于国家标准，也就是说对于同样的水体功能和分类，地方标准要求的出水指标要高于国家标准，此时，应执行两种标准中较严格的指标。根据排放标准，可以相应地在一级处理工艺（包括一级加强）或二级处理（包括二级强化）工艺中进行比较选择。
②用地条件
用地条件是方案选择的一个限制条件，如果地价比较便宜，用地不受限制，则可供选择的工艺方案范围也就比较广。如果地价较高，用地范围限制得比较小，则需要从紧凑型污水处理工艺中进行比选。可以加深水池深度减少占地面积，甚至采用二层水池，以满足用地限制条件。另外，也可以采用合建式一体化布置。
③当地运行管理水平、经验及业主意见
需要和拟建污水处理厂的运行管理部门多交流意见，了解其污水处理厂的管理经验和管理水平。设计行业作为服务性行业，设计人员应该时刻想着如何服务好业主。要多征求业主的意见。
④污泥处理方案
在推荐污水处理工艺方案的同时，需要提出污泥处理方案。污泥处理方案的推荐，需要同污水处理方案结合考虑，有时需要在厂内考虑污泥稳定措施。对于比较大型的污水处理厂，由于产泥量比较大，污泥中温消化是不错的选择，一方