城市污水處理的技術(shù)特點(diǎn)與工程建設(shè)體驗(yàn)

1、城市污水處理的技術(shù)特點(diǎn)與工程建設(shè)體驗(yàn)作者：楊向平城市污水是城市發(fā)展中的產(chǎn)物。城市污水的早期處理是通過污水收集系統(tǒng)收集排放到附近下游水體，使其經(jīng)過水體的稀釋和自然凈化變污為清，變成我們可以循環(huán)利用的資源。但是隨著城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模越來越大，排放的污水越來越多，水質(zhì)越來越復(fù)雜，水體有限的自然凈化能力已經(jīng)不堪污水治理的重負(fù)了。大量的污水傾泄入水體和土壤，破壞了水體和土壤的自然生態(tài)，使水體物種消失、魚蝦絕跡、變成了臭河死湖，土壤里重金屬和有毒物質(zhì)富集，污染物通過食物鏈危害我們的身體健康，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，制約了城市社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，使我們不得不開展污水處理工程，改善自己的生存環(huán)境。國際上，

2、大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著50年代經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展帶來的60年代日益嚴(yán)重的環(huán)境污染而展開的，如英國的泰晤士河和歐洲的萊茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。在污水處理設(shè)施中城市排水管線和污水處理廠的興建和運(yùn)行是在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至70年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了18000余所城市污水處理廠，英國、法國、德國各耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市污水處理廠，這些污水處理廠的投入運(yùn)行對這些國家的水體污染改觀起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。80年代，這些國家的污水處理水平又有進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對水體質(zhì)量改善和水環(huán)

3、境保護(hù)起了重大的作用。我國從70年代提出“環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策”后，興建了一批污水處理設(shè)施和城市污水處理廠，特別是在改革開放以來，在工業(yè)廢水治理和城市污水處理方面取得了一些進(jìn)展。據(jù)1995年統(tǒng)計(jì)，在全國643座城市中，已經(jīng)投入數(shù)百億元資金建成了大中型城市污水處理廠167座，其中包括像天津市紀(jì)莊子污水處理廠、天津市東郊污水處理廠、北京市高碑店污水處理廠、上海市蘇州河污水截流工程等國內(nèi)外知名的特大型城市污水治理項(xiàng)目。這些污水治理項(xiàng)目已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，并推動了我國城市污水處理技術(shù)的發(fā)展和積累了大量的建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)。但是這些進(jìn)展與我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度相比還很不適應(yīng)，

4、與環(huán)境治理發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。目前，在全國684個城市中我國僅有200余座在建和建成的城市污水處理廠，并且集中在80多個城市中，全國大約還有600個城市沒有城市污水處理廠，全國城市污水處理率目前僅達(dá)到20%左右，這一狀況與國家提出“至2000年使水環(huán)境污染不斷惡化的趨勢得到控制，至2010年使總體環(huán)境質(zhì)量得到改善”的發(fā)展目標(biāo)是不相稱的。全國城市污水處理情況見表1。作為發(fā)展中國家，我們現(xiàn)在還沒有美國、德國、法國那樣的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，投入那樣多的資金用于城市污水處理工程，但是我們應(yīng)該在加快發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，研究和分析別人的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，在治理控制水污染工作中，少走彎路，發(fā)揮有限資金的最大效用，力爭改善

5、我們自己生存和發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。 全國城市污水處理情況表表1年度變化19781991199620002010污水排放總量（億m3/a） 299353402514污水平均增長率（%） 3.33.32.5污水處理總量（萬m3/a） 19453827535640污水處理率（%） 2.45.62540污水廠投資（億元） 355490污水廠數(shù)量（座） 35134187數(shù)百座城市污水處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn) 我國的污水治理工作是從工業(yè)廢水治理開始的，近30年來，我們建造和運(yùn)行了成千上萬座工業(yè)廢水處理站，這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)在今后大規(guī)模的城市污水處理工程中是可以借鑒的。工業(yè)廢水處理的特點(diǎn)是：針對性強(qiáng)，技術(shù)變化多。主要技術(shù)有

6、隔油、氣浮、混凝、沉淀、重力過濾和膜過濾、活性炭吸附、臭氧氧化、離子交換、電解、電滲析、反滲透等專用技術(shù)來分離減少工業(yè)廢水中的油、色、重金屬、有毒有害物質(zhì)，在工業(yè)廢水治理中也常常用到水解酸化、接觸氧化、表面曝氣、純氧曝氣、厭氧和好氧活性污泥法等生化技術(shù)。由于工業(yè)廢水處理設(shè)施一般規(guī)模小、技術(shù)性強(qiáng)，工藝組合靈活，結(jié)構(gòu)通常為鋼制，即使內(nèi)部管線穿插較多，運(yùn)行維護(hù)也不太困難。工業(yè)廢水處理在技術(shù)上是與城市污水處理類同的，但是如果把工業(yè)廢水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)思路簡單地套用在城市污水處理工程中會帶來很多預(yù)想不到的問題。城市污水處理廠的特點(diǎn)是規(guī)模大、占地大、設(shè)施尺寸大、單元多，處理設(shè)施通常為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此相應(yīng)

7、地要求整體工藝構(gòu)成要簡單，單體設(shè)施構(gòu)成也要簡化，盡量減少管線穿插和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以便減少全廠設(shè)施設(shè)備的維修管理總量。正因?yàn)槌鞘形鬯幚碓O(shè)施規(guī)模大，投入多，它的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固簡單，使用年限長，規(guī)模效益好，單位處理成本較低，運(yùn)行效果比較穩(wěn)定，在環(huán)境治理上發(fā)揮的作用突出，因此一經(jīng)確定要搞城市污水處理工程時，要根據(jù)城市污水處理工程的特點(diǎn)，借鑒他人的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，慎重選擇工藝、考慮方案，即：整體工藝構(gòu)成要簡單，單體設(shè)施構(gòu)成要簡化，便于維護(hù)，便于運(yùn)行，能耗盡可能低，占地盡可能省，運(yùn)行效果要穩(wěn)定。近幾十年在國內(nèi)外城市污水處理工程實(shí)踐中，采用較多的城市污水處理工藝有傳統(tǒng)活性污泥法，吸附再生法、分段進(jìn)水法、AB法、A/O法

8、、A/A/O法、SBR法、氧化溝法、一體化池（UNITANK）等等，而各種工藝中又有一些變化了和改進(jìn)了新形態(tài)。幾種不同污水處理工藝技術(shù)特點(diǎn)見表2。 幾種不同污水處理工藝技術(shù)特點(diǎn) 表2工藝名稱污泥負(fù)荷（kg BOD/(kg MLVSSd)）MLSS（mg/L）停留時間（h）特點(diǎn)傳統(tǒng)工藝0.20.41500300048出水水質(zhì)較好、污泥不穩(wěn)定分段進(jìn)水0.20.42000350035負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)、污泥不穩(wěn)定吸附再生0.20.62000800035負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)、污泥不穩(wěn)定氧化溝0.050.330006000836耐負(fù)荷、水質(zhì)好、污泥較穩(wěn)定序批池0.050.3150050001250耐負(fù)荷、水質(zhì)好、污泥

9、較穩(wěn)定一體化池0.050.3150050001250耐負(fù)荷、水質(zhì)好、污泥較穩(wěn)定A/O法0.050.220003500615水質(zhì)好、耐負(fù)荷、污泥較穩(wěn)定A/A/O法0.10.2520003500612水質(zhì)好、耐負(fù)荷、污泥較穩(wěn)定AB法0.351500300035針對高濃度進(jìn)水、污泥不穩(wěn)定以上列舉的這些城市污水處理工藝，其核心設(shè)施曝氣池都是敞開的，一般在池底裝有曝氣器或者在池面裝有曝氣機(jī)，設(shè)施結(jié)構(gòu)較為簡單，便于檢修和維護(hù)，其中：AB法由于采取了兩次生化處理，工藝的單元構(gòu)成較復(fù)雜，產(chǎn)生的污泥也不穩(wěn)定，需要污泥處置設(shè)施對其進(jìn)行穩(wěn)定化處理和處置，管理環(huán)節(jié)多，建設(shè)投入比較多（15002000元/(m3/d)）

10、，污水處理單位成本也高（0.71.0元/m3）。但是，由于該工藝是針對高濃度城市污水處理而設(shè)計(jì)的，去除單位污染物的建設(shè)投入和運(yùn)行消耗并不高，是一種特殊場合宜用的城市污水處理工藝。傳統(tǒng)活性污泥法、分段進(jìn)水法、吸附再生法屬于中等負(fù)荷的污水處理工藝，該工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定且較好，運(yùn)行管理比較簡單，但是由于污泥不穩(wěn)定，需要增加設(shè)施進(jìn)行穩(wěn)定化處理，增加了運(yùn)行管理環(huán)節(jié)，加大了基建投入（10002000元/(m3/d)），但是污泥產(chǎn)生的沼氣可用來發(fā)電或直接驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)，使污水處理總能耗低（0.150.20 kWh/m3），運(yùn)行成本低（0.25元/m3左右），由于其明顯的經(jīng)濟(jì)性，特別是在大型城市污水處理項(xiàng)目建設(shè)中（

11、20萬m3/d），是國內(nèi)外廣泛采用的城市污水處理工藝。氧化溝、序批池（SBR）、一體化（UNITANK）都是屬于低負(fù)荷污水處理工藝，出水水質(zhì)非常好。由于負(fù)荷低、一般不再設(shè)置初沉池，而二沉池也往往和曝氣池組合為一；由于泥齡長、污泥較為穩(wěn)定，一般可以不再作穩(wěn)定化處理而直接處置或者應(yīng)用，省去了污泥穩(wěn)定化設(shè)施，大大簡化了工藝構(gòu)成，使運(yùn)行管理非常簡單，但是負(fù)荷低、泥齡長也使生化部分大大增加，增加了污水處理設(shè)施的建設(shè)投入，提高了能耗（0.28 kWh/m3左右），提高了運(yùn)行消耗成本。這一類工藝還有一個特點(diǎn)是負(fù)荷變化范圍寬，在需要的時候也可以按中等負(fù)荷運(yùn)行，適應(yīng)城市水污染治理的階段需要。這一類工藝比較適合規(guī)

12、模較?。?0萬m3/d），技術(shù)力量較薄弱的中小城市的城市污水處理。隨著人們對水環(huán)境保護(hù)的關(guān)注不斷提高，政府對城市污水處理廠也提出了更高的水質(zhì)要求。為了在降解BOD污染物的同時也能去除造成水體富營養(yǎng)化的氮和磷，國內(nèi)外近幾年較多地采用了生物脫氮除磷處理技術(shù)A/O法和A/A/O法。這兩種工藝既可以在傳統(tǒng)的活性污泥法、分段進(jìn)料法上應(yīng)用，也可以在氧化溝、序批池（SBR）和一體化法（UNITANK）中使用，以進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。以上是城市污水處理所采用的主體工藝，除此之外，在實(shí)際的城市污水處理工程中，完整的污水處理工藝還應(yīng)包括預(yù)處理部分、一級處理部分、污泥處理部分以及最終的污泥處置部分、深度處理部分。而且

13、，這些部分的設(shè)施、設(shè)備的選擇和考慮也是構(gòu)成城市污水處理廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要內(nèi)容，是建設(shè)管理好一座城市污水處理廠并使其發(fā)揮應(yīng)有的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的重要因素。城市污水處理廠的預(yù)處理部分通常包括格柵除污機(jī)、水泵和除砂設(shè)備。格柵除污機(jī)的作用是截流大塊物質(zhì)以保護(hù)后續(xù)水泵設(shè)備管線正常運(yùn)行。多數(shù)城市污水處理廠的進(jìn)水泵房前設(shè)置兩道格柵，前一道為粗格柵，后一道為細(xì)格柵。為了節(jié)省資金，一般粗格柵為手動而細(xì)格柵為自動。粗格柵的柵條間距為100250mm，細(xì)格柵的柵條間距為1025mm。格柵的種類很多：有鏈條式、鋼絲繩式、液壓式、回轉(zhuǎn)式、步進(jìn)式和弧形格柵，過去國內(nèi)采用較多的是鏈條式和鋼絲繩式格柵，效果不好

14、，因此在80年代90年代國內(nèi)進(jìn)口了一批自動格柵，近幾年回轉(zhuǎn)式和步進(jìn)式兩種自動格柵采用較多，使用效果較好，而且國內(nèi)制造的產(chǎn)品質(zhì)量也很高。城市污水預(yù)處理的第二個組成部分是進(jìn)水泵房。進(jìn)水泵房的作用是通過抽升和泵送污水提高水頭以保證污水可靠重力流過后續(xù)的建在地面上的各種處理構(gòu)筑物，由于潛水泵房構(gòu)成簡單、建設(shè)投入少，管理簡便，近幾年潛水泵采用較為普遍。城市污水預(yù)處理的第三個重要組成是除砂設(shè)施，其作用是去除污水中裹攜的砂、石和大塊顆粒物，以減少在后續(xù)管線中的沉淀，避免堵塞；減少在后續(xù)構(gòu)筑物中的沉淀，避免形成死區(qū)，影響構(gòu)筑物的功效；減少在后續(xù)物料輸送中的混雜量，降低設(shè)備磨損和損壞，對于那些有污泥消化系統(tǒng)的城

15、市污水處理廠，除砂系統(tǒng)運(yùn)行效果的好壞至為重要。對那些沒有污泥消化系統(tǒng)的城市污水處理廠，如果除砂系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，使設(shè)施中大量積砂，終將造成停水清砂，影響設(shè)施運(yùn)行，增加清理養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。在我國城市污水處理廠中，采用的除砂設(shè)施主要有：平流沉砂池，曝氣沉砂池和最近幾年新出現(xiàn)的漩渦沉砂池，其中曝氣沉砂池除砂效果最好，而漩渦沉砂池運(yùn)行衛(wèi)生條件比較好。一級處理設(shè)施主要是初次沉淀池，目的是通過它將污水中的懸浮物沉降去除，減少后續(xù)處理的能耗，和二次沉淀池一樣，其池形有圓形和方形兩種。圓形池運(yùn)行穩(wěn)定，但占地較大；方形池占地少，能耗小，但是對刮吸泥機(jī)的質(zhì)量依賴較高。目前國內(nèi)已經(jīng)可以制造較高質(zhì)量的橋車式刮吸泥機(jī)，應(yīng)該盡快

16、開發(fā)鏈條式刮吸泥機(jī)。對于采用低污泥負(fù)荷的序批式（SBR）、一體化池（UNITANK）、氧化溝等活性污泥法工藝的城市污水處理廠，通常不再設(shè)置初次沉淀池，而有時甚至連二次沉淀池也省略合并到曝氣池中去了。二級處理是污水處理的主體工藝，主要由曝氣池和二次沉淀池組成，目的是通過微生物的新陳代謝將污水中大部分污染物變成二氧化碳和水，微生物隨后同凈化的污水一起流入二次沉淀池，微生物沉淀在池底，而凈化的水則源源不斷地通過出水堰流出污水處理廠，匯入周圍的水體。二級處理中使用的設(shè)備也是整個城市污水處理廠的心臟設(shè)備，主要是鼓風(fēng)機(jī)、曝氣機(jī)和曝氣器。中小型污水處理廠可以使用多級低速離心風(fēng)機(jī)和陶磁曝氣頭，這樣鼓風(fēng)機(jī)噪聲小

17、、曝氣頭充氧效率高；采用氧化溝工藝的可以采用轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)碟；大型污水處理廠最好使用單級高速離心風(fēng)機(jī)，以便控制和優(yōu)化鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，節(jié)能降低成本。離心風(fēng)機(jī)、曝氣機(jī)和曝氣頭國內(nèi)都可以制造。污泥處理和污泥處置主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥和農(nóng)用及填埋。在我國濃縮、脫水技術(shù)是較成熟的，國產(chǎn)濃縮攪拌柵和污泥脫水機(jī)都可以使用，但是應(yīng)該盡早開發(fā)出可用的濃縮脫水一體化機(jī)。當(dāng)污水處理廠采用污泥消化技術(shù)時，污泥得到了穩(wěn)定、肥效得到了改進(jìn)，不僅有利于污泥的進(jìn)一步處置和利用，還減少了污泥脫水中絮凝劑的用量；污泥消化產(chǎn)生的沼氣可以用來發(fā)電，1 m3的污泥（含水率約96%）可產(chǎn)生10m3左右的沼氣，可發(fā)12 kWh左右的電，

18、余熱還可以用來加熱污泥，總的能量利用率達(dá)到70%以上，可補(bǔ)充城市污水處理廠20%40%的電耗和節(jié)省相當(dāng)大的一部分煤耗，有很好的效益，對降低城市污水處理的運(yùn)行成本將起到較重要的作用。但是，在我國的187座城市污水處理廠中，有污泥消化設(shè)施的不多，穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)電的不多。這里有技術(shù)上的原因，也有管理上的原因，還有方方面面的限制，因此我國在這一方面應(yīng)積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，努力推廣和發(fā)展這一技術(shù)，在大型城市污水處理廠的建設(shè)中，應(yīng)爭取多建造污泥消化設(shè)施。在中小型城市污水處理廠中，特別是采用低負(fù)荷工藝的污水處理廠，泥已經(jīng)基本穩(wěn)定，在沒有重金屬和有害物質(zhì)污染的條件下，經(jīng)過脫水之后應(yīng)經(jīng)過進(jìn)一步處置后爭取農(nóng)用。近幾年我國在污泥制肥方面有不少成功的，深度也已經(jīng)開發(fā)制作了一些專用堆肥和制肥設(shè)備，應(yīng)該繼續(xù)努力，擴(kuò)大規(guī)模，推廣污泥資源的再利用。表3是國外部分國家的污泥處置的情況。 國外部分國家污泥處置情況 表3國家農(nóng)用（%）填埋（%）焚燒（%）其他（%）美國24152734德國2560105法國275320-意大利345511-英國51165028荷蘭5329108丹麥561430-西班牙6110-29葡萄牙8012-8深度處理是為