李蓮芳，尤春波

（1．江西省水產(chǎn)科學(xué)研究所，江西 南昌330039；2．中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004）

城市污水處理工藝技術(shù)研究進(jìn)展

李蓮芳1，尤春波2

（1．江西省水產(chǎn)科學(xué)研究所，江西 南昌330039；2．中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004）

目前隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水資源日益稀缺，如何對(duì)受污染的水資源進(jìn)行處理，使其資源化已成為世界各國(guó)緩解水資源危機(jī)的重要途徑之一。因此，城市污水處理工藝技術(shù)的研究和發(fā)展引起了人們的廣泛關(guān)注。從我國(guó)城市污水處理工藝的類(lèi)型以及優(yōu)缺點(diǎn)出發(fā)，比較各種工藝在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述我國(guó)城市污水處理的研究進(jìn)展，并展望城市污水處理工藝的發(fā)展方向，旨在為以后具體污水處理項(xiàng)目的工藝選擇提供參考。

污水處理；技術(shù)；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(lèi)的文明，與人類(lèi)的生活息息相關(guān)，但隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水資源遭到了極大的破壞，嚴(yán)重影響了人類(lèi)的生存和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展。因此，如何對(duì)受污染的水資源進(jìn)行處理，使其資源化已成為世界各國(guó)緩解水資源危機(jī)的重要途徑之一。

我國(guó)有文字記載的給水處理從明礬凈水開(kāi)始，而比較完整的現(xiàn)代自來(lái)水廠是創(chuàng)建于1882年的上海楊浦水廠［1］。到改革開(kāi)放的近20年來(lái)，我國(guó)污水處理事業(yè)取得了迅速的發(fā)展，但仍然滯后于城市發(fā)展的需要［2］。從20世紀(jì)末至今，特別是隨著國(guó)家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)課題的建立，我國(guó)污水處理的新技術(shù)取得了可喜的科研成果，某些項(xiàng)目達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2009年底，已有81．7%的設(shè)市城市建成污水處理廠；全國(guó)縣城污水處理廠覆蓋率約達(dá)32．6%。2010年，根據(jù)住建部的要求，我國(guó)將進(jìn)一步做好城鎮(zhèn)污水處理工作，完成新增日處理能力1 500萬(wàn)m3建設(shè)任務(wù)，并力爭(zhēng)年底前全國(guó)半數(shù)以上省（區(qū)、市）實(shí)現(xiàn)“縣縣建成污水處理廠”。

目前我國(guó)城市污水處理應(yīng)用的工藝很多，但各種工藝都有很多的優(yōu)缺點(diǎn)，尤其是很多項(xiàng)目沒(méi)有具體結(jié)合水質(zhì)情況來(lái)選擇工藝，造成出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或運(yùn)行成本過(guò)高，這些都將是以后我們亟待解決的。因此，本文綜述了當(dāng)前我國(guó)城市污水處理工藝技術(shù)的研究進(jìn)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(xiàng)目工藝的選擇提供參考。

1 城市污水處理工藝的類(lèi)型與應(yīng)用現(xiàn)狀

1．1 城市污水處理工藝的類(lèi)型

目前，城市污水處理工藝的類(lèi)型很多，根據(jù)微生物的生長(zhǎng)方式、代謝形式及為其提供的反應(yīng)器形式等，本文現(xiàn)總結(jié)目前我國(guó)城市污水處理工藝的主要類(lèi)型如下，見(jiàn)圖1。

圖1 我國(guó)污水處理技術(shù)分類(lèi)

1．2 各種工藝在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)家和地方政府非常重視污水處理事業(yè)，正高速推進(jìn)城市污水處理工藝的發(fā)展，從工藝類(lèi)型上看，活性污泥法是我國(guó)現(xiàn)有城市污水廠的主要工藝類(lèi)型，占到八成以上；其余的工藝類(lèi)型包括一級(jí)處理，強(qiáng)化一級(jí)處理，人工濕地等［3］。各種工藝在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀可從時(shí)空兩方面來(lái)描述，見(jiàn)表1。

2 我國(guó)城市污水處理的工藝研究進(jìn)展

2．1 活性污泥法

活性污泥法處理系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是自然界水體自?xún)舻娜斯?qiáng)化模擬［4］。長(zhǎng)期以來(lái)，城市生活污水多采用活性污泥法，它是世界各國(guó)應(yīng)用最廣的一種生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)［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(tǒng)組成。廢水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。

表1 城市污水處理工藝在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)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(duì)污水的處理效果見(jiàn)表2。SBR系列工藝包括傳統(tǒng) 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(jié)合氧化溝等，A2／O系列工藝包括傳統(tǒng)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(lái)的，且各有其自身的特點(diǎn)。而反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)有機(jī)質(zhì)去除率高是這一類(lèi)技術(shù)的共同特點(diǎn)。各反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用效果多有報(bào)道［6－11］，不再詳述。同時(shí)活性污泥法，在多年的運(yùn)用與改進(jìn)過(guò)程中，仍發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，如基建費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)高，能耗大，管理復(fù)雜，易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，設(shè)備不能滿(mǎn)足高效低耗的要求，脫氮除磷效果有待進(jìn)一步提高等，這些問(wèn)題對(duì)活性污泥工藝的進(jìn)一步改進(jìn)提出了新的更高的要求［12－13］。

表2 活性污泥法各工藝對(duì)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(lái)處理廢水的一種方法，是土壤自?xún)舻娜斯せ蛷?qiáng)化［14］。生物膜法主要用于從廢水中去除溶解性有機(jī)污染物，主要特點(diǎn)是微生物附著在介質(zhì)“濾料”表面，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機(jī)污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得到凈化，所需氧氣一般直接來(lái)自大氣［5］。

生物膜法最早出現(xiàn)的工藝是將污水噴灑在粗濾料上而得以?xún)艋钠胀ㄉ餅V池，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的人工生物處理設(shè)備。在它的基礎(chǔ)上，衍生出了高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)和生物接觸氧化池等工藝。近年來(lái)，又出現(xiàn)了一些新型的生物膜法處理技術(shù)，如生物流化床、空氣流床、純氧流動(dòng)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(qū)動(dòng)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物轉(zhuǎn)盤(pán)和曝氣池相結(jié)合、藻類(lèi)轉(zhuǎn)盤(pán)等。各工藝對(duì)污水的處理效果見(jiàn)表3。

如今，生物膜法處理技術(shù)在城鎮(zhèn)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(jìn)展［15－19］，因而廣泛應(yīng)用于石油、印染、造紙、農(nóng)藥、食品等工業(yè)廢水的處理。

表3 生物膜法各工藝對(duì)污水的處理效果 %

生物膜法具有處理效率高、耐沖擊負(fù)荷性能好、產(chǎn)泥量低、占地面積少、便于運(yùn)行管理等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)為濾料表面積小，BOD容積負(fù)荷?。桓街诠腆w表面的微生物量較難控制，操作伸縮性差；靠自然通風(fēng)供氧，容易產(chǎn)生厭氧；需要較多的填料和支撐結(jié)構(gòu)，基建投資較大［20］。如何克服這些缺點(diǎn)，將成為生物膜法以后發(fā)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(xì)菌或兼性細(xì)菌的作用下將污泥中的有機(jī)物分解，最后產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體，這些氣體是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的能源［21］。

由于處理效率低、速度慢、甲烷菌對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格且不易控制等缺點(diǎn)，厭氧生物處理法長(zhǎng)期以來(lái)一般僅用于污泥處理［22］。但是，由于近年來(lái)隨著能源危機(jī)及環(huán)境污染的加重，厭氧生物處理這種既節(jié)能又產(chǎn)能的特點(diǎn)，起到了緩和污水處理廠“建得起，養(yǎng)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(shí)際應(yīng)用都取得了很大的進(jìn)展，誕生了一大批新的厭氧生物處理技術(shù)，如厭氧生物濾池、厭氧轉(zhuǎn)盤(pán)、厭氧膨脹床、厭氧接觸氧化、厭氧檔板反應(yīng)器、厭氧流化床法以及上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）。各工藝對(duì)污水的處理效果見(jiàn)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(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的各種改進(jìn)試驗(yàn)后，也基本得到克服［23－25］。

表4 厭氧生物處理法各工藝對(duì)污水的處理效果 %

目前，厭氧生物處理法的發(fā)展趨勢(shì)是與其它生物處理方法聯(lián)用，如厭氧－ 好氧復(fù)合工藝等，它們具有投資少、節(jié)省能源、污泥產(chǎn)量少、出水水質(zhì)好等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前厭氧生物處理法正朝著能處理低濃度有機(jī)污水，不僅能脫磷脫氮，而且運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)展。

2．4 生態(tài)處理法

生態(tài)處理法主要有水體凈化法和土壤凈化法兩類(lèi)，主要的處理工藝有穩(wěn)定塘，土地處理法，人工濕地技術(shù)。各工藝對(duì)污水的處理效果見(jiàn)表5。水體凈化法常用于生物穩(wěn)定塘，其凈化機(jī)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(jī)理與生物膜法相似。

表5 生態(tài)處理法各工藝對(duì)污水的處理效果 %

生態(tài)處理法不但費(fèi)用低廉、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，而且對(duì)難生化降解有機(jī)物、氮磷營(yíng)養(yǎng)物和細(xì)菌的去除率都高于常規(guī)二級(jí)處理，達(dá)到部分三級(jí)處理的效果，而其基建費(fèi)用和處理成本只分別為二級(jí)處理廠的1／5～1／3和1／20～1／10。此外，在一定條件下，生物穩(wěn)定塘還能作為養(yǎng)殖塘加以利用，污水灌溉則可將廢水和其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(lái)，這類(lèi)廢水處理技術(shù)又恢復(fù)了生機(jī)，并在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展。90年代起，我國(guó)在綜合氧化塘、生態(tài)塘、人工濕地技術(shù)、污水土地處理系統(tǒng)的理論研究與應(yīng)用推廣方面得到了大力的發(fā)展，并取得了較好的成績(jī)。

誠(chéng)然，在該技術(shù)得到世界各國(guó)青睞的同時(shí)，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(dá)，處理效率低，停留時(shí)間長(zhǎng)，污水處理系統(tǒng)集中表現(xiàn)出的對(duì)公共衛(wèi)生狀況的影響問(wèn)題，可能引起地下水的富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題。這些弊端正是這一領(lǐng)域急需解決的重點(diǎn)技術(shù)性問(wèn)題，并勢(shì)必直接影響著這一技術(shù)的應(yīng)用與推廣效果［26－27］。

3 展望

目前我國(guó)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(fēng)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在我國(guó)都得到了一定規(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。

（1）目前各種工藝結(jié)合起來(lái)應(yīng)用的例子越來(lái)越多，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果也比較明顯，相信在未來(lái)會(huì)成為一種趨勢(shì)。

（2）隨著兩型社會(huì)和新農(nóng)村建設(shè)，生態(tài)處理法將逐漸引起大家的關(guān)注，得到更大范圍的應(yīng)用，這也是符合科學(xué)發(fā)展觀的。

（3）到目前為止，對(duì)活性污泥法在運(yùn)行方式上還沒(méi)有大的突破，往往是一些局部的改進(jìn)，但在曝氣方式上取得了較大的進(jìn)展?；钚晕勰喾ǖ牧硪粋€(gè)發(fā)展趨勢(shì)是朝多功能方向發(fā)展，如培養(yǎng)或馴化專(zhuān)用細(xì)菌等。

（4）現(xiàn)行的“混凝＋沉淀＋過(guò)濾＋消毒”的常規(guī)處理組合仍將在新世紀(jì)的初期得到延續(xù)，但不是簡(jiǎn)單重復(fù)，而應(yīng)是“強(qiáng)化”或“優(yōu)化”了的工藝組合，并針對(duì)不同的水源條件和水質(zhì)要求，輔以預(yù)處理和深度處理。

總之，具有脫氮除磷，產(chǎn)泥量少、且污泥達(dá)到穩(wěn)定，高效率，低投入，低運(yùn)行成本，成熟可靠，且能適用于小城鎮(zhèn)污水處理的的工藝將是工藝選擇的首選，并成為工藝改進(jìn)與研究的導(dǎo)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?yàn)榄h(huán)境化學(xué)，E－mail：1li2lian3fang＠163．com。