城市污水处理工艺选择
1、污水处理工艺选择准则
我国城市污水处理及污染防治技术政策中对污水处理的工艺选择提出了四条准则：①城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、受纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。②工艺选择的主要技术经济指标包括：处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。③应切合实际地确定污水进水水质，优化工艺设计参数。必须对污水的现状水质特性、污染物构成进行详细调查或测定，作出合理的分析预测。在水质构成复杂或特殊时，应进行污水处理工艺的动态试验。④积极审慎地采用高效经济的新工艺。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。
2、处理工艺选择
（1）按城市污水处理及污染防治技术政策推荐，日处理能力在20万立方米以上（不包括20万立方米／日）的污水处理设施，一般采用常规活性污泥法。也可采用其他成熟技术；日处理能力在10－20万立方米的污水处理设施，可选用常规活性污泥法、氧化沟法、SBR法和AB法等成熟工艺；日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，可选用氧化沟法、SBR法、水解好氧法、AB法和生物滤池法等技术，也可选用常规活性污泥法。
（2）按城市污水处理及污染防治技术政策要求，在对氮、磷污染物有控制要求的地区，应采用具备较强的除磷脱氮功能的二级强化处理工艺。日处理能力在10万立方米以上的污水处理设施，一般选用A/O法、A/A/O法等技术。也可审慎选用其他的同效技术；日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，除采用A/O法、A/A/O 法外，也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、SBR法、水解好氧法和生物滤池法等。
（3）按城市污水处理及污染防治技术政策许可，在严格进行环境影响评价、满足国家有关标准要求和水体自净能力要求的条件下，可审慎采用城市污水排入大江或深海的处置方法。城市污水二级处理出水不能满足水环境要求时，在有条件的地区，
可利用荒地、闲地等可利用的条件，采用土地处理系统和稳定塘等自然净化技术进一步处理。
3、处理工艺介绍
3.1 常规活性污泥法
常规活性污泥法是目前应用较普遍的处理技术，又称普遍活性污泥法或传统活性污泥法，适合于食品、酿造、石油化工、城市生活污水等含有机物高的污水处理。工艺上采用沉淀、过滤、曝气和二次沉淀，曝气池和二次沉淀池是主要装置。运行条件是：供给充足的氧，适当的温度10～50℃，养料，pH值6～9，BOD5、氮、磷成一定比例，污水中毒物在细菌能承受的范围内。
活性污泥法是以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮等污染物进行降解的废水生物处理工艺。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥，通过对污染物的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。
典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。曝气池为反应主体；沉淀池的作用是进行泥水分离，保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度；回流系统用来维持曝气池的污泥浓度，并通过改变回流比，改变曝气池的运行工况；剩余污泥排放系统是去除
有机物的途径之一；供氧系统主
要由供氧曝气风机和专用曝气器
构成向曝气池内提供足够的溶解
氧。
活性污泥法的基本流程为：污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，这是由
于其巨大的比表面积和多糖类黏性物质。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；增殖的微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。
活性污泥工艺的优点是对不同性质的污水适应性强，建设费用较低。
活性污泥工艺的缺点是运行稳定性差，容易发生污泥膨胀和污泥流失，分离效果不够理想。
活性污泥法有很多种型式，使用最广泛的主要有三类：①传统活性污泥法和它的改进型A/O、A2/O工艺；②氧化沟；③SBR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。
传统活性污泥法与氧化沟和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，比如规模为40×104m3/d的污水厂，1m3污水节省处理费1分钱，一年就节省146万元。
传统的活性污泥法与AB法相比，处理效率、运行稳定性低于AB法，工程投资和运行费用高于AB法。
传统活性污泥法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。
3.2 氧化沟法
3.2.1 一般原理
氧化沟污水处理工艺是由荷兰卫生工程研究所（TNO）在20世纪50年代研制成功
的。第一家氧化沟污水处理厂于1954年在荷兰Voorshoper市建成投入使用。
从本质上看，氧化沟工艺是传统活性污泥工艺的一种变形，所以工作原理本质上与活性污泥法相同，但运行方式不同。
氧化沟工艺对传统活性污泥工艺的变形主要在以下三个方面：
（1）池改为沟。传统工艺的曝气池有推流式和完全混合式两种，推流式一般为矩形，完全混合式一般为圆形池。氧化沟则改成了封闭的环状沟，因此氧化沟也称为连续循环曝气池。污水和混合液（包括回流污泥）在沟内进行连续循环几十圈才能流出沟外。这种沟型结构，具备了推流式和完全混合式的双重特点。首先，污水一经进入池中，立即与池内混合液完全混合，经几十圈的循环，各点的污染物浓度基本一致。若某时刻进入高浓度或有毒工业废水进入沟内后，其浓度会很快被稀释，使其影响降低至最小。这是氧化沟工艺抗冲击负荷能力强的主要因素。其次，从循环一圈来看，氧化沟又有推流的特征，因为污水在沟中要循环几十圈，不产生像完全混合式那样，易发生短路。由此可见，氧化沟工艺综合了推流式和完全混合式的优点。
（2）低负荷高污泥龄。由于氧化沟运行方式，污水在沟内循环几十圈，决定了水力停留时间和曝气时间充分延长，从而使有机物负荷低污泥龄长的特点，在这样条件下运行使出水水质好，污泥在氧化沟中得以充分地稳定，不需再进行厌氧消化处理。
（3）曝气设备简化。氧化沟的曝气形式主要以表曝为主，常见的曝气设备有水平轴曝气转刷或转碟、垂直轴曝气机、射流曝气器等，与传统工艺的鼓风曝气形式相比，氧化沟的曝气系统大为简化，运行管理方便。
3.1.2 氧化沟工艺主要设计参数
氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。以下为一般氧化沟法的主要设计参数：
水力停留时间：10－40小时
污泥龄：一般大于20天
有机负荷：0.05－0.15kgBOD5/（kgMLSS.d）
容积负荷：0.2－0.4kgBOD5/（m3.d）
活性污泥浓度：2000－6000mg/l
沟内平均流速：0.3－0.5m/s
3.1.3 氧化沟的技术特点
氧化沟利用连续环式反应池（Cintinuous Loop Reator，简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。
氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状，沟端面形状多为矩形和梯形。
氧化沟法由于具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活性污泥法，可以省略调节池、初沉池、污泥消化池，有的还可以省略二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为巧妙结合了CLR形式和曝气装置特定的定位布置，是式氧化沟具有独特水力学特征和工作特性：
（1）氧化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散，混合液再次围绕CLR继续循环。这样，氧化沟在短期内（如一个循环）呈推流状态，而在长期内（如多次循环）又呈混合状态。这两者的结合，即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流，又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力。同时为了防止污泥沉积，必须保证沟内足够的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在沟内的停留时间又较长，这就要求沟内由较大的循环流量（一般是污水进水流量的数倍乃至数十倍），进入沟内污水立即被大量的循环液所混合稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对不易降解的有机物也有较好的处理能力。
（2）氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，到下游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧区实现硝化－反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要投加的化学药品数量。
（3）氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。传统曝气的功率密度一般仅为20－30瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒－1。这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒。当混合液经平稳的
输送区到达好氧区后期，平均速度梯度G小于30秒－1，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污泥的絮凝性能。
（4）氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液一旦被加速到沟中的平均流速，对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失，因而氧化沟可比其他系统以低得多的整体功率密度来维持混合液流动和活性污泥悬浮状态。据国外的一些报道，氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低20％－30％。
另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比，氧化沟具有处理流程简单，超作管理方便；出水水质好，工艺可靠性强；基建投资省，运行费用低等特点。
3.1.4 氧化沟脱氮除磷工艺
传统氧化沟的脱氮，主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设计，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮的目的。其最大的优点是在不外加碳源的情况下在同一沟中实现有机物和总氮的去除，因此是非常经济的。但在同一沟中好氧区与缺氧区各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因此对除氮的效果是有限的，而对除磷几乎不起作用。另外，在传统的单沟式氧化沟中，微生物在好氧－缺氧－好氧短暂的经常性的环境变化中使硝化菌和反硝化菌群并非总是处于最佳的生长代谢环境中，由此也影响单位体积构筑物的处理能力。
3.1.
4.1 脱氮除磷工艺氧化沟类型
严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺。
按照运行方式，脱氮除磷工艺氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。
连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔（Orbal）氧化沟及其改进型。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。
交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，
交替工作的氧化沟系统
（T 型）
又可以实现最佳的除磷脱氮效果。
（1）PI 型氧化沟
PI （Phase Isolation ）型氧化沟，即交替式和半交替式氧化沟，是七十年代在丹麦发展起来的，其中包括DE 型、T 型和VR 型氧化沟，随着各国对污水处理厂出水氮，磷含量要求越来越严，因而开发出现了功能加强的PI 型氧化沟，主要由Kruger 公司与Demmark 技术学院合作开发的，称为Bio-Denitro 和Bio-Denipho 工艺，这两种工艺都是根据A/O 和A2/O 生物脱氮除磷原理，创造缺氧/好氧，厌氧/缺氧/好氧的工艺环境，达到生物脱氮除磷的目的。
① DE 型、T 型氧化沟脱氮工艺
DE 型氧化沟由容积相同的A 、B 两段组成。串联运行，交替地作为曝气池和沉淀池。一般
以8h 作为一个运行周期，该糸统可得到十分优
秀的水质和稳定的污泥。同样不设污泥回流装
置。总的曝气转刷率仅为37.5%。
T 型氧化沟由同容积的A 、B 、C 三段组成。
A 、C 交替作为曝气池和沉淀池，中间的
B 一直
作为曝气池。原污水交替地进入两侧的沟池，
处理出水则相应地从作为沉淀池的池中流出，
这样提
高了曝
气转刷
的利用率（达59%左右），另外也有利于生物脱氮。三
沟式氧化沟流程简洁，具有生物脱氮功能，但
脱氮除磷效果不稳定，由于无专门的厌氧区，
因此，生物除磷效果差，而且由于交替运行，
总的容积利用率低，约为55%，设备总数量多，
利用率低。
② VR 型氧化沟脱氮工艺
交替工作的氧化沟 （DE 型） 1——沉砂池；2——曝气转刷； 3——出水堰；4——排泥管；
交替工作的氧化沟 （VR 型） 1——沉砂池；2——曝气转刷； 3——出水堰；4——排泥管； VR 氧化沟沟型宛如通常的环形跑道，中央有一小
岛的直壁结构，氧化沟分为两个容积相当的部分，其
水平形式如反向的英文字母C ，污水处理通过二道拍
门和二道出流堰交替起闭进行连续和恒水位运行。
③ PI 型氧化沟同时脱氮除磷工艺
交替式氧化沟在脱氮效果上良好，为了达到除磷
效果，通常在氧化沟前设置相应的厌氧区或构筑物或
改变其运行方式。据国内外实际运行经验显示，这种
同时脱氮除磷工艺只要运行时控制的好，可以取得很
好的脱氮除磷效果。
西安北石桥污水净化中心采用具有脱氮除磷的D
型氧化沟系统（前加厌氧池），一期工程处理能力为
15万立方米/天，对各阶段处理效果实测结果表明，D
型氧化沟处理城市污水效果显著。COD 、TN 、TP 的总去除效率分别达到87.5％－91.6％，63.6％－66.9％，85.0％－93.4％，出水TN 为9.0－10.1mg/l ，TP 为0.42－0.45mg/l,出水水质优于国家二级出水排放标准。
上述三种PI 型氧化沟脱氮除磷工艺都有转刷的调速，活门、出水堰的启闭切换频繁的特点，对自动化要求高，转刷利用率低，故在经济欠发达的地区受到很大的限制。
（2）奥贝尔氧化沟
奥贝尔氧化沟通常由三个同心的沟道组成，平面上为圆形或椭圆形。沟道之间采用隔墙分开，隔墙下部设有必要面积的通水窗口。沟道断面形状多为矩形或梯形。隔墙一般使用100-150毫米厚的现浇钢筋混凝
土构造。各沟道宽度由工艺设计确定，
一般不大于9米。有效水深以4-4.5
米，动力效率与转刷接近，现已在山东潍
坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水
处理厂应用。
污水由外沟道进入，与回流污泥混
合后，由外沟道进入中间沟道再进入内
奥贝尔氧化沟
沟道，在各沟道循环达数百到数十次。最后经中心岛的可调堰门流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅伴作用。三个廊道的溶解氧分别控制为0-0.3mg/L、0.5-1.5mg/L、2-3mg/L。通常控制曝气强度是，外圈的供氧速率与好氧速率相近，保证混合液的硝化反应，氮素在外圈的反应过程是一个同步硝化反硝化过程。
它的脱氮效果很好，但除磷效率不够高，要求除磷时还需前加厌氧池。
（3）改良型奥贝尔氧化沟
典型的奥贝尔氧化沟由三个相对独立的同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，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、2 mg/l，其中外沟道容积达50%～60%，处于低溶解氧状态，污水在外沟道循环约150～250圈（由水力停留时间决定）才进入中沟道，主要的有机物氧化及80%的脱氮均在外沟道完成。内沟道体积约为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。
由于氧化沟为圆形或椭圆形沟型，加上池中心设有中心岛，造成氧化沟占地较大，平面布置相对困难；另外设置的辐流式沉淀池亦为圆形，使得厂区无效占地比例偏高。
改良型奥贝尔氧化沟采取氧化沟与二沉池合建方案，即二沉池外层设三圈氧化沟，呈同心布置，二沉池取代了ORBAL氧化沟中心岛，具体形式见下图。
改良型ORBAI氧化沟与分体建设氧化沟相比，具有如下优势：
a．减少了无效占地。
b．氧化沟与二沉池采用共用池壁，可减少土建工程量。
c．流程顺畅，可节省氧化沟至终沉池之间的连接管道，减少氧化沟与终沉池之间的水头损失，节约能耗。
其工艺流程如下：
重庆市南川污水处理厂工艺流程图
（4）卡鲁塞尔氧化沟
传统的卡鲁塞尔氧化沟
1——出水堰；2——曝气器
由上图可知，这是一个多沟串联系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流动。Carrousel氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气器，每组沟渠安装一
个，均安装在同一端，因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝
气器上游以及外环的缺氧区，这不仅有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。BOD
5去除率可达95～99%，脱氮效率约90%，除磷效率约为50%。
Carrousel氧化沟的表面曝气机单机功率大，其水深可达5m以上，使氧化沟面积减少土建费用降低。由于曝气机功率大，使得氧的转移效率大大提高，平均传氧效率至少达到达2.1Kg/Kw.h。因此这种氧化沟具有极强的混合搅拌耐冲击能力。当有机负荷较低时，可以停止某些气器运行，以节约能耗。
①传统的卡鲁塞尔氧化沟工艺
卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。Carrousel氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.0－4.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达95％－99％，脱氮效率约为90％，除磷效率约为50％，如投加铁盐，除磷效率可达95％。
②单级卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺
单级卡鲁塞尔氧化沟有两种形式：一是有缺氧段的卡鲁塞尔氧化沟，可在单一池内实现部分反硝化作用，使用于有部分反硝化要求，但要求不高的场合。另一种是卡鲁塞尔A/C工艺，即在氧化沟上游加设厌氧池，可提高活性污泥的沉降性能，有效控制活性污泥膨胀，出水磷的含量通常在2.0mg/l以下。以上两种工艺一般用于现有氧化沟的改造，与标准的卡鲁塞尔氧化沟工艺相比变动不大，相当于传统活性污泥工艺的A/O和A2/O工艺。
③合建式卡鲁塞尔氧化沟
缺氧区与好氧区合建式氧化沟式美国EIMCO公司专为卡鲁塞尔系统设计的一种先进的生物脱氮除磷工艺（卡鲁塞尔2000型）。它的构造上的主要改进是在氧化沟内设置了一个独立的缺氧区。缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门。根据出水含氮量的要求，调节活门张开程度，可控制进入缺氧区的流量。缺氧和好氧区合建式氧化沟的关键在与于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠处的混合液处于缺氧状态，
为反硝化创造良好环境。缺氧区内有潜水搅拌器，具有混合和维持污泥悬浮的作用。
三阶段在卡鲁塞尔2000型基础上增加前置厌氧区，可以达到脱氮除磷的目的，被称为A2/C卡鲁塞尔氧化沟。
A2/C卡鲁塞尔氧化沟工艺流程图
四阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统在卡鲁塞尔2000型系统下游增加了第二缺氧池及再曝气池，实现更高程度的脱氮。
五阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统在A2/C卡鲁塞尔系统的下游增加了第二缺氧池和再曝气池，实现更高程度的脱氮和除磷。
五阶段Carrousel-Bardenpho 工艺流程图
综上所述，厌氧，缺氧与好氧合建的氧化沟系统可以分为三阶段A2/O系统以及四、五阶段Bardenpho系统，这几个系统均是A/O系统的强化和反复，因此这种工艺的脱氮除磷效果很好，脱氮率达90％－95％。
另外，卡鲁塞尔3000型氧化沟也有较好的脱氮除磷效果。
（5）合建式一体化氧化沟
80年代初，美国开发了将二次沉淀池设置在氧化沟中的合建式氧化沟——BMTS型，
并发展成现在所说的一体化氧化沟。一体化氧化沟工艺，是将曝气净化与固液分离合并在一个沟内，形成集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体的新型反应器，它设有专门的固液分离装置和措施，因充分利用设备和空间，省去了初沉池、调节池、二沉池和消化池，具有诸多优点。运行条件与常规活性污泥法基本相同，只是一体化氧化沟在设计时要考虑：污泥龄，污泥停留时间，缺氧段到厌氧段、好氧段到缺氧段的回流比，曝气设备、水下推进器、固液分离器的功率和数量等。
图3-1 一体化氧化沟工艺
固液分离及回流机理见图3-2。
图3-2 固液分离及回流机理图
主沟内混合液在流经组件进入分离器内部时，由于特殊的分离器组件结构和水力条件，流动方向发生了多次变化，客观上消耗了液流的能量，为固液分离打下了基础。分离后的污泥通过絮凝，体积变得越来越大，在其沉降过程中，不断受到从主沟进入到分离器内的液流向上的冲击，形成污泥反冲。当这一冲击作用与污泥的重力持平时，污泥便悬浮在分离器中，保持动态静止，形成一悬浮污泥层。当混合液由下而上通过悬浮层
时，混合液中的污泥便被悬浮污泥“网捕”下来，这就比传统二沉池单靠静沉作用多了一重作用。
在分离器底部，混合液受到组件下侧板的反力作用，该力可分解组件下侧板流动的两束流——上向流和下向流，因流速差的存在形成压力差，该压力差就直接导致了污泥自动回流。成都城北污水厂一年多的运行情况表明，只要保证固液分离器底部的推动力并及时排泥，就能保证稳定的分离及回流效果。
一体化氧化沟不仅在于曝气/沉淀一体化，实现了污泥无泵自动回流（见图3中的a），还在于直接将缺氧区和好氧区共壁合建实现了水力内回流。该设计的独到之处在于硝化液是通过好氧区的循环流动直接流至缺氧区，与厌氧池中的出水混合后进行反硝化反应，这样就再次省却了一道机械内回流，并充分利用了一体化氧化沟的能量分区及水力分布特点。
一体化氧化沟除一般氧化沟所具有的优点外，还有以下独特的优点：
①工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池；
②污泥自动回流，投资少、能耗低、占地少、管理简便；
③造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；
④固液分离效果比一般二次沉淀池高，使系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。
一体化氧化沟工艺与常规活性污泥法的比较：
◆常规活性污泥法和一体化氧化沟法对耗氧有机物的去除都有较好效果，一体化氧化沟法比常规活性污泥法在除氮、除磷方面有更好的效果。一体化氧化沟在设计时，把除氮、除磷作为重要的设计指标之一。
◆一体化氧化沟工艺能节约占地面积，形成立体循环，降低投资成本，处理量大，运行费用较低，适合于城市生活污水的处理。
◆一体化氧化沟工艺存在的弊端是系统控制、运行管理难度大，设备能耗大，设备日常维护困难。
3.1.
4.2 成功案例
卡鲁塞尔氧化沟成功案例：昆明兰花沟污水处理厂、桂林市东区污水处理厂、上海龙华肉联厂。
奥贝尔氧化沟成功案例：安徽省合肥市王小郢污水处理厂、北京大兴黄村污水处理厂、山东潍坊污水处理厂。
一体化氧化沟成功案例：四川省新都污水处理厂。
多沟交替式氧化沟成功案例：西安北石桥污水厂、常熟市城北污水处理厂。
3.3 SBR 法
SBR 法是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor ）的简称，又名间歇曝气，其主体构筑物是SBR 反应池，是美国Irvine 教授在20世纪70年代开发的，是一种集调节池、初沉池、曝气池、二沉池为一池，连续进水、间歇排水，工艺流程简单，布局紧凑合理的好氧微生物污水处理技术。SBR 能有效地去处废水中的有机物及其氮磷元素，适用于市政污水和中低浓度的工业废水处理。目前，SBR 已在国内外广泛应用，主要应用城市污水及其味精、啤酒、制药、焦化、餐饮、造纸、印染、洗涤、屠宰等工业废水的处理。
3.3.1 SBR 工艺原理
SBR 工艺是活性污泥法的一种变型。SBR 是在单一的反应器内，按周期循环运行，每个周期循环过程包括进水、反应（曝气）、沉淀、排放和待机（闲置）五个工序，如下图。SBR 单个周期的进水、反应、沉淀、排放和待机都是可以进行控制的。每个过程与特定的反应条件相联系（混合/静止，好氧/厌氧），这些反应条件促进污水物理和化学特性有选择的改变。
第1阶段——进水期：污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。此时活性污泥中菌胶团（由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成）将对废水中的有机物产生吸附作用，CODcr 和BOD5为最大值。
第2阶段——反应（曝气）期：进水达到设定的液位后，开始曝气，采用推流曝气或完全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气，水中的溶解氧（DO ）达到最大值，CODcr 不断降低。如果要求去处BOD5、硝化和磷的吸收则需要曝气，SBR技术基本运行操作
闲置阶段
排水阶段沉淀阶段反应阶段
进水阶段
如果要求反硝化则应停止曝气而进行缓速搅拌。
第3阶段——静置期：既不曝气也不搅拌，反应池处于静沉状态，进行高效的泥水
分离COD降为最小值，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行。
第4阶段——排水期：排除曝气池沉淀后的上清液，留下活性污泥，作为下一个周
期的菌种。
第5阶段——闲置期：活性污泥中微生物充分休息恢复活性，为了保证污泥的活性，
防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥提供足够的空间生长繁殖。
3.3.2 SBR工艺特点
（1）SBR工艺只有一个反应器，进水工序均化了污水逐时变化的水质水量，一般
不需设调节池，也可省去初沉池、二沉池和污泥回流系统，处理构筑物少，构筑物间的
连接管道简洁，要比传统活性污泥工艺节省基建投资30%以上，而且节省用地。
（2）SBR工艺具有流程简单、管理方便、运行费用较低、处理效果好及设备国产
化程度高等优点。很适合小城市采用。
（2）SBR从时间上来说是一个理想的推流式过程，可使生化反应推动力和去除污
染物的效率同时达到最大，但是就反应器本身的混合状态仍属于完全混合式，因此具有
耐冲击负荷和反应推动力大的优点。
（3）由于SBR具有底物浓度梯度大（即F/M大）、缺氧好氧状态并存、污泥的SVI
值较低、污泥龄大且比增长速率大等特点，SBR可以有效地抑制污泥膨胀。
（4）SBR可以实现厌氧、好氧和缺氧状态的交替运行，可以通过增大曝气量、水
力停留时间以及污泥龄来强化硝化和聚磷菌摄磷过程，也可以在缺氧条件下投加原污水
提供有机碳源或者提高污泥浓度来促进反硝化过程，还可以在进水阶段进行搅拌维持厌
氧状态，促进聚磷菌充分释磷。
（5）SBR在
水，是在静止或
接近静止的状态
下进行的，因此
出水水质良好。
（6）SBR的
运行操作、参数控制可以实施自动化管理控制。
3.3.3 SBR 工艺缺点
尽管SBR 有众多的优点，但自身也存在一些缺点：
（1）连续进水时，对单一SBR 反应器来说需要较大的调节池。
（2）对于多个SBR 反应器，进水和排水阀门切换频繁，容易造成阀门磨损，对自动化要求较高。
（3）难以达到大型污水处理项目连续进水、连续排水的要求。
（4）设备的闲置率较高。
（5）污水提升水头损失较大。
（6）操作复杂，对自控要求高，一旦自动化系统出现故障，对生产运行影响较大。
3.3.4 各种改进型SBR 技术
近年来，SBR 技术发展较快，衍生了众多改进型技术。目前，SBR 改进型技术主要有：ICEAS 、CAST/CASS/CASP 、DAT －IAT 、UNITANK 、MSBR 等。
（1）ICEAS ——间歇式循环延时曝气活性污泥
ICEAS 于20世纪80年代在澳大利亚兴起，其最大的特点是在反应器进水端设置了一个预反应区，运行方式为连续进水、间歇排水，无明显的反应和闲置阶段。ICEAS 预反应区一般出于缺氧状态，主反应区是好氧反应场所，体积约占总体积的85～90%。运行时，污水连续进入预反应区，并通过隔墙下端的小孔以层流速度进入主反应区，沿主反应区池底扩散，主反应区同时曝气、沉淀、排水，其工艺原理如图所示。
ICEAS 在沉淀阶段仍然进水，会在主反应区底部造成一定的水力紊动，从而影响泥水分离时间及出水水质，因此其进水量受到一定限制。但ICEAS 设施简单，管理方便，比经典SBR 费用更省，在国内外已得到广泛应用。
（2）CAST/CASS/CASP ——循环式活性污泥系统
进水
进水进水ICEAS工艺流程图
CASS 是1969年美国M.C.Goronszy 教授成功开发的，是将可变容积活性污泥法和生物选择器原理有机地结合起来，具有同步脱氮除磷效果，以序批曝气－非曝气方式运行的充－放式间歇活性污泥处理工艺。
CASS 是将SBR 反应池沿池长方向分为生物选择器、预反应区（缺氧区）和主反应区（好氧区），各区容积比一般为1：5：30。生物选择器设置在CASS 前端，容积约占总容积的10％，通常在厌氧或兼氧条件下运行。生物选择器对进水水质水量具有较好的缓冲作用，通过与回流污泥及进水混合，可以加速对溶解性有机物的去除及难降解有机物的水解，同时可促进磷的释放和反硝化作用，进而改善污泥沉降性能，可有效抑制污泥膨胀。预反应区（缺氧区）可以进一步促进释磷以及反硝化作用，还可以辅助生物选择器对水质水量起调节作用。主反应区（好氧区）是去除有机物的主要场所，运行时，通常将主反应区的曝气强度加以控制，使反应区内主体溶液处于好氧状态，完成有机物的降解，而活性污泥内部则基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内的传递受到限制，而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，从而使主反应区中同时发生有机物的降解以及同步硝化和反硝化作用。运行时，按进水－曝气、曝气、沉淀、滗水、进水－闲置完成一个周期，其工艺原理如图所示。
CASS 工艺简单、投资省、维护方便，对水质水量适应性强，具有良好的脱氮除磷效果，其脱氮除磷效果是目前已知的SBR 变型工艺中最好的，是实践证明的较为先进的污水生物处理工艺。
（3）DAT-IAT ——需氧池和间歇曝气池系统
CASS工艺流程图
进水
排水阶段
沉淀阶段
进水污泥回流
污泥回流
进水
DAT-IAT 一般是由一个需氧池DAT 和一个间歇曝气池IAT 组成。一般情况下，DAT 池连续进水（需氧池）、曝气（也可间歇曝气），IAT 池也是连续进水但间歇曝气，在IAT 池完成曝气、沉淀、排水和排除剩余污泥。DAT 池相当于一个传统活性污泥曝气池，池中水呈完全混合状态；IAT 池相当于一个传统的SBR 池，但进水为连续。因此，DAT －IAT 介于传统活性污泥和SBR 之间，其运行过程与SBR 相同，由进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段组成，其工艺原理如图4所示，但其容积利用率是已知SBR 变型工艺中最高的，可达66.7%。
（4）UNITANK ——一体化活性污泥系统 UNITANK 是由比利时史格斯清水公司（SEGHERS ）开发的，具有SBR 和三沟式氧化沟技术的特点，由3个矩形池组成，3个池通过彼此间隔墙上的开口实现水力相通，每个单元都配有曝气系统，可以表面曝气或鼓风曝气，中间池始终作曝气池，两个边池既可作曝气池也可作沉淀池，设有溢流堰，用于排水和排放剩余污泥。污水可以交替进入任一池，可以实现连续进水连续排水。
UNITANK 运行周期包括两个主体运行阶段和两个较短的过渡阶段，两个主体运行阶段运行过程完全相同，运行方向相反，如图5所示。第一个主体运行阶段包括以下过程：
①污水进入左侧池内，因该池在上个主体运行阶段作为沉淀池时积累了大量经过再生、具有较高吸附及活性的污泥，且污泥浓度较高，可以高效降解污水中的有机物；
②混合液同时自左向右通过始终作曝气池的中间池，继续曝气，有机物得到进一步降解，同时在推流过程中，左侧池内活性污泥进入中间池，再进入右侧池，使污泥在各池内重新分配；
③混合液进入作为沉淀池的右侧池，处理后出水通过溢流堰排放，也可在此排放剩余污泥。第一个主体运行阶段结束后，通过一个短暂的过渡段，即进入第二个主体图4:DAT-IAT工艺流程图IAT池DAT池IAT池DAT池回流污泥
排水
进水
排水
回流污泥
进水Air Air
Air Air
运行阶段。第二个主体运行阶段过程污水流向相反，操作过程相同。此外，通过对系统时间和空间的控制，适当增加水力停留时间，可以形成厌氧、缺氧和好氧条件，实现脱氮除磷。
进水
图5:UNITANK工艺流程图
UNITANK最大优势在于省去了污泥回流，3个池共用池壁，布置紧凑，且占地面积较小,基建投资省，故自问世以来已在世界范围内得到广泛应用。
（5）MSBR——改良式间歇活性污泥法
MSBR是20世纪80年代初，美国Yang等结合传统连续活性污泥处理和SBR技术，研究开发出一种污水生物处理工艺。该工艺经过不断改进和发展，现已成为第3代MSBR技术，其工艺与配套设备的专利技术属于美国Aqua AerobicIn公司所有。
MSBR实质上由前端A2/O与后端SBR串联而成的单池多格一体化工艺，巧妙地将连续流的空间控制(A2／O)与间歇式的时间控制（SBR）有效地结合于一体，混合流与推流相结合，系统前端采用空间控制来保证系统的高反应速率，后端采用时间控制以有效地保证出水质量，是一种集约化程度较高的一体化SBR变型工艺。MSBR系统通常由7个单元组成，分别为厌氧池、缺氧池、好氧池、2个序批池、泥水分离池和污泥缺氧池，污水先进人厌氧池后，经缺氧进人主曝气池，好氧处理后的污水由内循环回流泵分别泵人左右二两侧的序批分池中，两池的功能相同，周期处于好氧一缺氧一厌氧的循环，剩余污泥分别经泥水分离池和前端缺氧池，由污泥泵排出反应器，回流污泥则进人厌氧池，经泥水分离池澄清后的尾水则排出反应池，其工艺流程如图6所示。MSBR从连续运行单元进