城市污水處理設(shè)施是現(xiàn)代化城市經(jīng)濟發(fā)展和水資源保護不可或缺的組成部分。在美國、英國、荷蘭、日本等發(fā)達國家，已經(jīng)普遍實行了城市污水的集中二級處理；近年來，我國中央政府、各級地方政府及有關(guān)部門對城市污水治理十分重視，同時加大了對污水治理的資金投入和治理力度，使我國在污水處理廠的建設(shè)方面取得了巨大進展。截至2003年，我國已建成運行的污水處理廠有516座，污水處理能力3284萬m3/d。并且，國家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)課題的建立，使我國污水處理的新技術(shù)取得了可喜的科研成果，某些項目達到了國際先進水平。
2. 我國城市污水處理廠技術(shù)工藝的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀
自我國第一座采用活性污泥工藝的城市污水處理廠1921年在上海建成以來[1]，污水處理事業(yè)在我國得到了迅速的發(fā)展，污水處理工藝也是層出不窮[2]。目前我國所采用的污水處理工藝類型主要有以下幾種：傳統(tǒng)活性污泥處理工藝、AB工藝、A/O及A2/O工藝、水解-好氧工藝、氧化溝工藝、SBR及其變型工藝、曝氣生物濾池工藝、生物接觸氧化工藝、氧化塘、BIOLAK?及土地處理工藝。
2.1 傳統(tǒng)活性污泥處理工藝
我國20世紀80年代及其以前建設(shè)的污水處理廠，由于當時沒有對出水氮磷含量的要求，生物處理工藝主要采用傳統(tǒng)活性污泥工藝及其改良工藝，其主要功能是大幅度去除污水中呈膠體態(tài)和溶解態(tài)的有機污染物，使經(jīng)處理的污水BOD達到排放標準，而對污水中氮磷的去除率非常低[3][4]。同時，水體富營養(yǎng)化問題在我國已日益嚴重，為適應(yīng)國家對氮磷的排放要求，保護水環(huán)境，一些采用傳統(tǒng)活性污泥處理工藝的污水廠已對現(xiàn)有工藝進行改造，增設(shè)了除磷脫氮功能。
2.2 AB工藝
我國在20世紀80年代相繼開展了對AB工藝的特性、運行機理及處理過程的穩(wěn)定性的研究，并將其用于工程實際，且得到了一定規(guī)模的應(yīng)用，如青島海泊河污水處理廠、淄博污水處理廠、深圳濱河污水處理廠等。AB工藝具有抗沖擊負荷能力強、對pH值變化和有毒物質(zhì)具有明顯緩沖作用、可分期建設(shè)的特點。但其對低濃度城市污水的處理效果較差，并且此工藝產(chǎn)泥量大，目前污水處理廠普遍面臨的一個問題是污泥的處理處置難，因此限制了AB工藝的發(fā)展應(yīng)用。
2.3 A/O及A2/O工藝
20世紀80年代末90年代初，A/O工藝、A2/O工藝因其較好的除磷脫氮效果而逐漸應(yīng)用于城市污水處理之中，并且成為主流。在此階段，氮磷污染物控制與去除技術(shù)的研究及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用成為水環(huán)境污染控制日益緊迫的重要課題。A/O工藝包括A/O除磷工藝和A/O脫氮工藝，它們對磷、氮的去除率分別達到90%以上和80%左右；而A2/O工藝不能同時高效除磷脫氮。20世紀90年代以來，隨著具有脫氮除磷功能污水處理工藝的研究應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)A2/O工藝本身存在的缺陷，即硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機負荷、泥齡以及碳源需求上存在著矛盾和競爭，很難在同一系統(tǒng)中同時獲得氮、磷的高效去除，阻礙著生物除磷脫氮技術(shù)的應(yīng)用，因此為解決這些工藝矛盾，研究者們進行了大量研究來進行工藝改進，開發(fā)出倒置A2/O、UCT、A+A2/O等工藝[5]，尤其對倒置A2/O進行了大量研究，現(xiàn)已完成了對其原理與特點、運行參數(shù)的研究，并通過生產(chǎn)試驗研究[6][7][8]，現(xiàn)已有部分污水廠已采用該工藝并取得了良好的運行效果，如常州北城污水廠、青島團島污水廠、青島李村河污水處理廠等。
2.4 水解-好氧工藝
針對傳統(tǒng)活性污泥工藝基建投資高、運行費用高以及電耗高等問題，北京市環(huán)境保護科學研究院在20世紀80年代初開發(fā)了水解-好氧生物處理工藝。經(jīng)過十多年的開發(fā)，圍繞水解-好氧技術(shù)已經(jīng)形成一套完整的工藝技術(shù)。相繼開發(fā)了水解-活性污泥處理工藝、水解-氧化溝處理工藝、水解-接觸氧化處理工藝、水解-土地處理工藝和水解-氧化塘處理工藝，，目前，全國各地建設(shè)了上百座水解-好氧工藝的污水處理廠，如北京密云污水處理廠、深圳石巖河污水處理廠、新疆昌吉污水處理廠等。其具有較好的抗有機負荷沖擊能力、在低溫條件下仍有較好的去除效果、已達到對剩余污泥穩(wěn)定、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點[2][9]，并且也很適用于我國小城鎮(zhèn)的污水處理。
2.5 氧化溝工藝
20世紀90年代中期，氧化溝工藝因其良好的脫氮效果且無需沉淀池開始被推廣，此時期建設(shè)的大型污水處理項目基本上采用氧化溝工藝。近幾年來，國內(nèi)對各種類型氧化溝的除磷脫氮的效果、設(shè)計、充氧設(shè)備及運行控制等方面進行了大量的研究。對多種氧化溝都進行了一定的革新，如Carrousel氧化溝由第一代的普通Carrousel氧化溝發(fā)展為具有脫氮除磷功能的Carrousel2000型氧化溝，后又發(fā)展為第三代的Carrousel3000型氧化溝[10]。國內(nèi)許多污水處理廠使用的情況證明，氧化溝工藝是一種工藝流程簡單、管理方便、投資省、運行費用低、工藝穩(wěn)定性高的污水處理技術(shù)[11]，目前國內(nèi)較多采用的氧化溝主要有Orbal氧化溝、Carrousel氧化溝、T型氧化溝、DE型氧化溝、一體化氧化溝等。
2.6 SBR及其變型工藝
近年來，隨著工業(yè)和自動化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是監(jiān)控技術(shù)的自動化程度以及污水處理廠自動化管理要求的日益提高，為SBR進一步的研究和應(yīng)用，提供了有利的條件[12]。
我國于80年代中期開始對SBR進行研究，目前，對SBR自控系統(tǒng)、潷水器等設(shè)備[13][14][15][16]的研究開發(fā)，對SBR系統(tǒng)脫氮除磷的研究[17][18][19]都為SBR工藝在我國的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，天津市市政工程設(shè)計研究院、天津水工業(yè)工程設(shè)備有限公司開發(fā)的DAT-IAT工藝在天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的成功應(yīng)用[20]以及同濟大學開發(fā)出的MSBR[21]在深圳鹽田污水處理廠的成功應(yīng)用，表明了我國對SBR工藝的研究已達到了日臻成熟的階段，目前，我國對SBR工藝的應(yīng)用很廣泛，主要有CASS、CAST、UNITANK、ICEAS、DAT-IAT、MSBR等。
2.7 曝氣生物濾池工藝
我國是20世紀90年代以后才開始曝氣生物濾池工藝的研究，其主要可分為以下三種形式：BIOCARBON、BIOFOR和BIOSTYR，由于BIOCARBON具有負荷不高、容易堵塞、運行周期短的缺點，而BIOFOR和BIOSTYR則克服了這些缺點[22]，成為目前所研究的曝氣濾池的主要形式。近年來，國內(nèi)已有BIOSTYR和BIOFOR曝氣生物濾池的中試研究[23][24]，以及曝氣生物濾池的短程硝化反硝化機理研究的報導(dǎo)。目前，國內(nèi)曝氣生物濾池的研究開發(fā)方興未艾，工藝形式也不斷推陳出新，如厭氧曝氣生物濾池、Biofly工藝[25]等。曝氣生物濾池有占地面積小，基建投資省，出水水質(zhì)高的特點[26]，在我國已得到了一定規(guī)模的應(yīng)用，如大連馬欄河污水處理廠采用的是BIOFOR工藝，廣東南海污水處理廠采用的是BIOSTYR工藝，沈陽仙女河采用的是上流式兩段曝氣生物濾池。
2.8 生物接觸氧化工藝
生物接觸氧化法具有能耗低、剩余污泥量少、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。近年來，性能更為優(yōu)越、運行更加可靠的新型生物填料的開發(fā)，使此工藝的應(yīng)用在國內(nèi)更為迅速，如太原殷家堡污水凈化廠，太原古交鎮(zhèn)城底污水處理廠，太原成古交中心污水處理廠等。太原地區(qū)最早建成的生物接觸氧化法污水處理廠至今已連續(xù)運行了十幾年,積累了較豐富的運行管理經(jīng)驗,太原市市政工程設(shè)計研究院編制了《生物接觸氧化法設(shè)計規(guī)范》，使此工藝更加規(guī)范化、標準化，因此生物接觸氧化工藝得到了全面廣泛的推廣和應(yīng)用[27]。
2.9 穩(wěn)定塘
20世紀80到90年代是我國穩(wěn)定塘處理技術(shù)迅速發(fā)展的時期。近代的塘系統(tǒng)已由直接利用天然坑塘挖地稍加修整發(fā)展為規(guī)范化的處理設(shè)施；由傳統(tǒng)塘型發(fā)展為各種節(jié)能、高效的新型塘及其組合系統(tǒng)；由單純依靠自然凈化發(fā)展為自然凈化與人工強化技術(shù)相結(jié)合的工藝形式；由僅有凈化功能的污水處理設(shè)施發(fā)展為具有多功能的、綜合利用的良性生態(tài)系統(tǒng)。1985年有30余座穩(wěn)定塘，1988年增為80余座，90年代后期發(fā)展為120余座。目前，大約有幾百個城市污水和工業(yè)廢水處理塘在城市和工業(yè)區(qū)運行。如齊齊哈爾污水生態(tài)塘處理系統(tǒng)、東營生態(tài)塘處理系統(tǒng)等[28]。
實踐證明，塘系統(tǒng)能有效處理生活污水及一些有機工業(yè)廢水、對有機物和病原體有很好的去除效果，尤其在氣候溫暖、陽光充足的地區(qū)，可作為一級處理、二級處理甚至三級處理方法。當然它也存在著一些問題，如[29]占地面積大，氮磷去除效果不穩(wěn)定，滲漏對地下水質(zhì)的影響等。如能在條件適合的地區(qū)，在設(shè)計中通過采取相應(yīng)的有效措施如多點進水、多點出水使水流均勻；與其它工藝相結(jié)合，采用可調(diào)節(jié)的人工強化除磷脫氮方法；采取部分出水回流抑制臭氣，采取良好的防滲措施等，塘系統(tǒng)則能得到更好地應(yīng)用。
2.10 BIOLAK工藝
BIOLAK工藝是在20世紀末期引入我國的，它具有基建費用及運行費用低、剩余污泥已基本得到穩(wěn)定、廢水凈化效果穩(wěn)定、凈化程度高、系統(tǒng)構(gòu)造非常簡單、故障發(fā)生率低、容易維護等特點[30]，因此在短短幾年內(nèi)迅速得到發(fā)展和應(yīng)用，如山東招遠污水處理廠、深圳龍?zhí)镂鬯幚韽S、江蘇省高郵市污水處理廠等。通過山東招遠污水處理廠的運行效果的分析，BIOLAK工藝具有良好的處理效果：BOD5去除率達到95%，對總氮的去除率達到59%，對總磷的去處率達到91%[31]。但目前國內(nèi)對BIOLAK工藝的試驗研究還鮮見報導(dǎo)，設(shè)計時所選用的參數(shù)也是僅僅憑經(jīng)驗確定，今后還應(yīng)該注重對此工藝的運行特性、工藝機理以及設(shè)計參數(shù)的研究。
2.11 土地處理
我國目前所采用的污水處理工藝投資和運行費用昂貴，對我國這樣一個發(fā)展中國家來說是一個沉重的負擔。而人工濕地因其具有效率高、投資、運行及維護費用低、適用面廣、耐沖擊負荷強等優(yōu)點，比二級污水處理工藝具有更好的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益，在我國必將有廣泛的應(yīng)用前景[32]。#p#分頁標題#e#
我國濕地處理廢水發(fā)展較晚[33]，“七五”期間我國開展人工濕地的研究，分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程[33]。近幾年來，已有不少單位對人工濕地處理系統(tǒng)的機理、動力學模型、水生植物以及設(shè)計參數(shù)等有關(guān)問題開展了初步的研究工作[34][35]。現(xiàn)在已有部分污水處理廠采用此工藝，如深圳沙田人工濕地系統(tǒng)，沈陽滿堂河生態(tài)污水處理示范廠，深圳石巖河污水處理工程、深圳沙田人工濕地系統(tǒng)等。
2.12 其它
傳統(tǒng)活性污泥法與氧化溝的結(jié)合工藝：如OOC、OCO、AOR、AOE等工藝，如南寧市瑯東污水處理廠采用的為OOC工藝，采用OCO工藝的污水處理廠目前還沒有建成，沈陽市北部污水處理廠采用的為AOR工藝，成都市污水處理廠二期工程即采用的是AOE工藝。生物膜法與活性污泥法的結(jié)合工藝，如大連春柳河污水處理廠采用的為LINPOR工藝[36]；由北京市環(huán)科院自行研制開發(fā)的污水處理工藝—交替式內(nèi)循環(huán)活性污泥工藝[2]（Alternated Internal Cyclic System，簡稱AICS），目前已在新疆阿克蘇污水處理廠中得到成功的應(yīng)用，并取得了滿意的處理效果[37]；同時，一級強化處理工藝在我國也有應(yīng)用，如上海竹園第一污水處理廠采用的是化學生物絮凝工藝[38]；折流淹沒式生物膜法工藝在韶山市污水處理廠得到了了應(yīng)用[39]。
總體上講，目前我國污水處理廠工藝的應(yīng)用已經(jīng)摒棄了以前所謂的一陣風的現(xiàn)象，而是處于一種百花齊放的狀態(tài)，即各種污水處理工藝都在我國得到了一定規(guī)模的應(yīng)用，其中以A/O、A2/O及其變形工藝、氧化溝、SBR為主，其它工藝也正在不斷發(fā)展。
3. 我國城市污水處理廠的工藝發(fā)展趨勢探討
3.1 具有脫氮除磷功能的污水處理工藝仍是今后發(fā)展的重點
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）對出水氮磷有明確的要求，因此已建城鎮(zhèn)污水處理廠需要改建，增加設(shè)施去除污水中的氮、磷污染物，達到國家規(guī)定的排放標準，新建污水處理廠則須按照標準GB18918-2002來進行建設(shè)。目前，對污水生物脫氮除磷的機理、影響因素及工藝等的研究已是一個熱點，并已提出一些新工藝及改革工藝，如MSBR、倒置A2/O、UCT等，并且積極引進國外新工藝，如OCO、OOC、AOR、AOE[30]等。對于脫氮除磷工藝，今后的發(fā)展要求不僅僅局限于較高的氮磷去除率，而且也要求處理效果穩(wěn)定、可靠、工藝控制調(diào)節(jié)靈活、投資運行費用節(jié)省。目前，生物除磷脫氮工藝正是向著這一簡潔、高效、經(jīng)濟的方向發(fā)展[40]。
3.2 高效率、低投入、低運行成本、成熟可靠的污水處理工藝是今后污水處理廠的首選工藝
我國是一個發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展水平相對落后，而面對我國日益嚴重的環(huán)境污染，國家正加大力度來進行污水的治理，而解決城市污水污染的根本措施是建設(shè)以生物處理為主體工藝的二級城市污水處理廠，但是，建設(shè)大批二級城市污水處理廠需要大量的投資和高額運行費，這對我國來說是一個沉重的負擔。而目前我國的污水處理廠建設(shè)工作，則因為資金的缺乏很難開展，部分已建成的污水處理廠由于運行費用高昂或者缺乏專業(yè)的運行管理人員等原因而一直不能正常運行，因此對高效率、低投入、低運行成本、成熟可靠的污水處理工藝的研究是今后的一個重點研究方向。
3.3 對適用于小城鎮(zhèn)污水處理廠工藝的研究
發(fā)展小城鎮(zhèn)是我國城市化過程的必由之路，是具有中國特色的城市化道路的戰(zhàn)略性選擇。1978~2000年我國建制鎮(zhèn)由2178個增至20312個，目前各種規(guī)模和性質(zhì)的小城鎮(zhèn)已近48000個[41]。如果只注重大中城市的污水處理工程的建設(shè)，而忽視如此數(shù)量多的小城鎮(zhèn)的污水治理，則我國的污水治理也不能達到預(yù)定目標。而對于小城鎮(zhèn)的污水處理又面對著一系列的問題：小城鎮(zhèn)污水的特點不同于大城市；小城鎮(zhèn)資金短缺；運行管理人員缺乏等。因此，小城鎮(zhèn)的污水處理工藝應(yīng)該是基建投資低、運行成本低、運行管理相對容易、運行可靠性高的工藝。目前對適用于小城鎮(zhèn)污水處理廠工藝的研究方向是：從現(xiàn)有工藝中比選出適合小城鎮(zhèn)污水處理廠的工藝，同時開發(fā)出適用于小城鎮(zhèn)污水處理廠的新工藝。
3.4 對產(chǎn)泥量少、且污泥達到穩(wěn)定的污水處理工藝的研究
目前，污水處理廠所產(chǎn)生的污泥的處理也是我國污水處理事業(yè)中的一個重點和難點，2003年中國城市污水廠的總污水處理量約為95.9562×108/a，城市平均污水含固率為0.02%，則濕污泥產(chǎn)量為965.562×104t/a[42]，并且污泥的成份很復(fù)雜，含有多種有害有毒成分[43]，如此產(chǎn)量大而且含有大量有毒有害物質(zhì)的污泥如果不進行有效處理而排放到環(huán)境中去，則會給環(huán)境帶來很大的破壞。目前我國污泥處理處置的現(xiàn)狀不容樂觀：據(jù)統(tǒng)計，我國已建成運行的城市污水處理廠，污泥經(jīng)過濃縮、消化穩(wěn)定和干化脫水處理的污水廠僅占25.68%，不具有污泥穩(wěn)定處理的污水廠占55.70%，不具有污泥干化脫水處理的污水廠約占48.65%。這說明我國70%以上的污水廠中不具有完整的污泥處理工藝[44]。
而對此問題進行解決的一個有效辦法是：污水處理廠采用產(chǎn)泥量少、且污泥達到穩(wěn)定的污水處理工藝，這樣就可以在源頭上減少污泥的產(chǎn)生量，并且可以得到已經(jīng)穩(wěn)定的剩余污泥，從而減輕了后續(xù)污泥處理的負擔。目前，我國已有部分工藝可做到這一點，如生物接觸氧化法工藝、BIOLAK工藝、水解-好氧工藝等，但是對產(chǎn)泥量少、且污泥達到穩(wěn)定的污水處理工藝的系統(tǒng)研究還沒有開始。
4. 結(jié)論
隨著污水處理事業(yè)的發(fā)展，已有多種污水處理工藝在我國污水處理廠中得到了應(yīng)用，其中以A/O、A2/O及其變形工藝、氧化溝、SBR及其變型工藝為主，其它工藝如AB工藝、曝氣生物濾池、水解-好氧工藝、生物接觸氧化工藝、穩(wěn)定塘、BIOLAK工藝、土地處理等污水處理工藝也有一定規(guī)模的應(yīng)用。同時，隨著我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的實施，以及我國污水處理事業(yè)所面臨的如下問題：如污水處理廠建設(shè)運行費用高的問題、小城鎮(zhèn)的水污染問題以及污泥處理問題。使我國的污水處理工藝向著具有脫氮除磷功能、高效低耗、成熟可靠、適用于小城鎮(zhèn)污水處理廠、污泥產(chǎn)量少且能使污泥達到穩(wěn)定的方向發(fā)展。
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