城市污水處理設施是現(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”科技攻關課題的建立，使我國污水處理的新技術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工藝的應用發(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的研究及相關技術的應用成為水環(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的應用，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-好氧技術已經(jīng)形成一套完整的工藝技術。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、設計、充氧設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[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)和自動化控制技術的飛速發(fā)展，特別是監(jiān)控技術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工藝在我國的應用創(chuàng)造了條件，天津市市政工程設計研究院、天津水工業(yè)工程設備有限公司開發(fā)的DAT-IAT工藝在天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)的成功應用[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。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,太原市市政工程設計研究院編制了《生物接觸氧化法設計規(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相結合的工藝形式；由僅有凈化功能的污水處理設施發(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)，在設計中通過采取相應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，設計時所選用的參數(shù)也是僅僅憑經(jīng)驗確定，今后還應該注重對此工藝的運行特性、工藝機理以及設計參數(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、水生植物以及設計參數(shù)等有關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用[39]。
總體上講，目前我國污水處理廠工藝的應用已經(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。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以生物處理為主體工藝的二級城市污水處理廠，但是，建設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，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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