城市污水处理技术和工艺综述

环境生物学原理及应用

课 程 论 文

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城市污水处理技术与工艺综述

摘要:随着城市化和工业化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，城市污水排放量日益增大，且污水成分日趋复杂，迫切需要适应各地经济发展和环境保护目标的污水处理技术。本文概述了城市污水处理的主要技术与工艺，并对未来城市污水处理技术的发展趋势进行了展望。

关键词:城市污水；处理技术；处理工艺；深度处理

中图分类号：X522 文献标志码：A

Summarization on Municipal Wastewater Treatment Technology and Process

Luo Hui-ping1

（1.College of Environment，Hohai University，Nanjing 210098，China)

Abstract：With the development of rural urbanization and industrialization along with

the improvement of people's living standard, the output of wastewater has

continuously increased and the composition of wastewater is complicated ,so different

kinds of treatment techniques are needed urgently according to different objects of

economical development and environmental protection. The main wastewater

treatment technologies and processes were summarized in this paper. And the research

direction for the future on wastewater treatment technology and process have been put

forward.

Key words：municipal wastewater；wastewater treatment techniques；wastewater

treatment processes；advanced treatment

1 引言

我国的城市污水主要有生活污水和工业废水构成。90年代初一般城市污水工业废水量大于生活污水量，随着市场化进程的发展及产业结构调整，工厂外迁等因素的影响，工业废水逐年减少，城市污水变为以生活污水为主的综合污水[1]。我国是一个水资源短缺、人口众多、环境承受能力较弱的发展中国家。到2009年底，我国平均约65万人拥有一座污水处理厂，而美国每万人拥有一座污水处理厂，瑞典每五千人就有一座污水处理厂，因此我国污水处理的建设事业任重而道远。就当前国际上污水处理发展现状看，真正革命性的发明尚未出现，并不存在适用于任何场合、有百利而无一弊的污水处理技术，每一种工艺都有一个适用

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性问题。所以，了解国内外常见的污水处理工艺，并对其利弊进行客观辨证的分析，因地制宜地选择经济、适用的污水处理技术，对我国的城市污水处理工程设计和建设都有着十分重要的意义。

2 城市污水处理技术与工艺

经过半个多世纪的实践，现代城市污水处理技术已经逐步形成了一整套三级处理制，即是以二级处理为主体，以一级处理为预处理，以三级处理为精制手段。其处理流程见图（图1）。目前，世界各工业发达国家都在大力普及二级处理，发展三级处理[2]。

图1 三级处理流程

2.1 一级处理

一级处理也称机械处理或物理处理，目的是去除污水中呈悬浮状态的固体物质。主要工艺包括：格栅、沉砂池、初沉池。另外，工业废水的一级处理还包括隔油池、气浮池等工艺。

2.1.1 格栅

按照栅条之间的间隙通常分为粗格栅（50～100mm）、中格栅（10～40mm）、细格栅（3～10mm）；按格栅活动方式又可分为固定格栅、活动格栅，其中活动格栅又包括回转格栅、鼓轮格栅等。

格栅一般斜置在污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进口及沉砂池前。根据栅条间隙，截留不同粒径的悬浮物和漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷，保证设备的正常运行。当栅渣大于0.2m3/d时通常采用机械清渣。国外多用磨碎机将栅渣磨碎后，再投入格栅下游，以解决栅渣的处置问题。

2.1.2 沉砂池

沉砂池的常见类型主要有平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池等。沉格栅 沉砂池 初沉池 生物法 二沉池 消毒 污水

预处理

一级处理预处理

（去除悬浮有机物） 二级处理为主体

（去除溶解有机物） 三级处理

精制处理

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砂池通常设置在泵站、倒虹管、初沉池之前，主要用来去除比重比较大的无机颗粒（ρ≧2.65，d≧0.21mm），以减轻对设备的磨损，降低后续构筑物的负荷。

当前都重视采用曝气沉砂池，即把空气引入沉砂池一侧曝气，形成旋流，以旋流速度控制砂粒的分离，解决当流量变化时除砂效果不稳定的问题。但最近美国有不利于曝气沉砂池的报导，认为有臭气逸出，国外一些污水厂在设计或改造中已废掉曝气沉砂池[3]。

2.1.3 初沉池

按照池内水流状态，初沉池可分为平流式、辐流式、竖流式，而以平流式的采用为最多。初沉池通常用于一级处理或二级处理的预处理，可去除40％～55％的悬浮固体物质。

初沉池较大的革新是采用斜管(板)沉淀池，这种沉淀池能大大地提高面积负荷，特别是在老厂挖潜时采用较多，瑞典采用这种技术比较普遍。我国目前阻碍这种技术推广的主要因素是斜管(板)用材的选择和构造，特别是在经济上还没有过关。

2.2 二级处理

二级处理即生物处理，由于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处理技术处理城市污水，二级处理可以去除80％～90％左右的可生化分解的有机物以及90％～95％多的固体悬浮物，可以大大减轻污染。

主要的生物处理法有活性污泥法、生物膜法等。

2.2.1 活性污泥法（AS）

活性污泥法的型式，按曝气方法分可分为鼓风曝气法(即普通曝气法)和表面曝气法，按流态又可分为推流式和完全混合式。活性污泥法自开创至今，已经过90年的发展与实践，在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面不断得到革新和改进。其中使用最广泛的主要有四种类型：（1）传统活性污泥工艺；（2）A2/O及倒置A2/O工艺；（3）AB工艺；（4）SBR工艺；（5）氧化沟工艺。

（1）传统活性污泥工艺

传统活性污泥法又称普通活性污泥法，是早期开始使用并一直沿用至今的废水生物处理运行方式[4]，其工艺是原污水从曝气池首端进入池内，由二次沉淀池回流的污泥也同步注入，污水与回流污泥形成的混合液在池内呈推流形式流动至

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池的末端，流出池外进入二沉淀池，在这里处理后的污水与活性污泥分离，部分污泥回流曝气池，部分污泥则作为剩余污泥排出系统。在这个过程中，有机污染物浓度逐渐降低，需氧速度也降低。在池首端和前段混合液中的溶解氧浓度较低，沿池长逐渐增高，在池末溶解氧含量一般能达到规定的2mg/L左右。

传统活性污泥法去除有机物和悬浮物的效率很高，对于城镇污水可确保出水BOD5和SS达到30mg/L以下。传统活性污泥法的曝气池首端有机污染物负荷高，耗氧速度也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水有机物负荷不宜过高。因此，传统活性污泥法对进水水质、水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的影响。此外，传统活性污泥法的曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高。随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的颁布实施，我国对城镇污水处理厂的出水水质，尤其是对出水的氮、磷指标要求更加严格。传统的活性污泥工艺已经不能满足国家标准对氮、磷的去除要求，必须加以改造，于是出现了活性污泥法的改进型A2/O法及倒置A2/O法。

（2）A2/O及倒置A2/O工艺

Barnrd于1973年通过改进Ludzck-Ettinger工艺，提出了具有同时脱氮除磷功能的A2/O工艺[5]。

A2/O工艺是Anaerobic-anoxic-oxic的缩写，它是厌氧—缺氧—好氧生物脱氮除磷工艺的简称[6]，其工艺原理是磷在厌氧区被释放，在好氧区被吸收，达到除磷目的。污染物在好氧区被氧化降解去除，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继续转化为亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮。

A2/O工艺的处理效率理论上能达到：BOD5和SS为90％～95％，总氮为70％以上，总磷为90％左右。在实际运行过程中，要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。此外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使缺氧段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果[6]。

根据工艺及现有的改进工艺的运行情况，同济大学高廷耀课题组进行了系统的试验和理论研究，由张波博士首先提出的缺氧区/厌氧区/好氧区（A2/A1/O）形式布置倒置A2/O工艺经过多人多年系统的试验研究和生产规模的运行结果表明，倒置A2/O工艺不仅脱氮除磷效果优于常规工艺，而且其流程也更为简洁，

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运行的动力消耗也有很大降低，管理难度降低，优先满足了反硝化碳源需求，强化了系统的脱氮功能所有的回流污泥全部经历完整的厌氧释磷和好氧释磷过程。同时，聚磷菌经过厌氧释磷后直接进人生化效率高的好氧环境，其在厌氧环境下形成的释磷能力得到充分利用，提高了处理系统的除磷能力，将常规工艺的污泥回流系统与混合液回流系统合成了唯一的污泥回流系统，工艺流程简洁。

（3）AB工艺

AB工艺即吸附—再生活性污泥法。其工艺原理是将活性污泥对有机物降解的吸附和代谢稳定2个过程，分别在各自的反应器内进行。污水和污泥经过在再生池充分再生，活性很强的活性污泥同步进入吸附池，在这里充分接触30～60min，使部分呈悬浮、胶体和溶解性状态的有机污染物为活性污泥所吸附，有机污染物得以去除。混合液再流入二次沉淀池，进行泥水分离，澄清水排放，污泥则从底部进入再生池，在这里进行第二阶段的分解和合成代谢反应，活性污泥微生物进入内源呼吸期，使污泥的活性得到充分恢复，在其进入吸附池与污水接触后，能够充分发挥其吸附功能[4]。

该工艺不设初沉池，具有技术成熟、处理高浓度生活污水效果好，出水稳定、水质高的特点，但AB法也存在污泥量大、构筑物及设备较多、运行管理复杂、脱氮除磷效果不理想的缺点。

（4）SBR工艺

七十年代初，美国Name Dame大学的Irvine教授等在美国自然科学基金资助下，开始了序列间歇式(序批式)活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated

Sludge Process，简称SBR)的研究，并详细定义和描述了序批式间歇反应器(SBR）[8]。

SBR法是一种间歇运行的污水生物处理工艺，它由一个或多个SBR池组成。运行时，从污水分批进入池中,经活性污泥的净化，到净化后的上清液排出池外，完成一个运行周期。SBR的一个完整操作周期有以下五个阶段：进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期，如图2所示。