城市污水處理設施是現代化城市經(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(shí)行了城市污水的集中二級處理；近年來(lái)，我國中央政府、各級地方政府及有關(guān)部門(mén)對城市污水治理十分重視，同時(shí)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(chǎng)的建設方面取得了巨大進(jìn)展。截至2003年，我國已建成運行的污水處理廠(chǎng)有516座，污水處理能力3284萬(wàn)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(jìn)水平。
2. 我國城市污水處理廠(chǎng)技術(shù)工藝的應用發(fā)展現狀
自我國第一座采用活性污泥工藝的城市污水處理廠(chǎng)1921年在上海建成以來(lái)[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(lèi)型主要有以下幾種：傳統活性污泥處理工藝、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(chǎng)，由于當時(shí)沒(méi)有對出水氮磷含量的要求，生物處理工藝主要采用傳統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(shí)，水體富營(yíng)養化問(wèn)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，一些采用傳統活性污泥處理工藝的污水廠(chǎng)已對現有工藝進(jìn)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(kāi)展了對AB工藝的特性、運行機理及處理過(guò)程的穩定性的研究，并將其用于工程實(shí)際，且得到了一定規模的應用，如青島海泊河污水處理廠(chǎng)、淄博污水處理廠(chǎng)、深圳濱河污水處理廠(chǎng)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(diǎn)。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(chǎng)普遍面臨的一個(gè)問(wèn)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(shù)的研究及相關(guān)技術(shù)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(shí)高效除磷脫氮。20世紀90年代以來(lái)，隨著(zhù)具有脫氮除磷功能污水處理工藝的研究應用，發(fā)現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(zhù)矛盾和競爭，很難在同一系統中同時(shí)獲得氮、磷的高效去除，阻礙著(zhù)生物除磷脫氮技術(shù)的應用，因此為解決這些工藝矛盾，研究者們進(jìn)行了大量研究來(lái)進(jìn)行工藝改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出倒置A2/O、UCT、A+A2/O等工藝[5]，尤其對倒置A2/O進(jìn)行了大量研究，現已完成了對其原理與特點(diǎn)、運行參數的研究，并通過(guò)生產(chǎn)試驗研究[6][7][8]，現已有部分污水廠(chǎng)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(chǎng)、青島團島污水廠(chǎng)、青島李村河污水處理廠(chǎng)等。
2.4 水解-好氧工藝
針對傳統活性污泥工藝基建投資高、運行費用高以及電耗高等問(wèn)題，北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院在20世紀80年代初開(kāi)發(fā)了水解-好氧生物處理工藝。經(jīng)過(guò)十多年的開(kāi)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(kāi)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(chǎng)，如北京密云污水處理廠(chǎng)、深圳石巖河污水處理廠(chǎng)、新疆昌吉污水處理廠(chǎng)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定、出水水質(zhì)穩定等特點(diǎn)[2][9]，并且也很適用于我國小城鎮的污水處理。
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(wú)需沉淀池開(kāi)始被推廣，此時(shí)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(lái)，國內對各種類(lèi)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(jìn)行了大量的研究。對多種氧化溝都進(jìn)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]。國內許多污水處理廠(chǎng)使用的情況證明，氧化溝工藝是一種工藝流程簡(jiǎn)單、管理方便、投資省、運行費用低、工藝穩定性高的污水處理技術(shù)[11]，目前國內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(lái)，隨著(zhù)工業(yè)和自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是監控技術(shù)的自動(dòng)化程度以及污水處理廠(chǎng)自動(dòng)化管理要求的日益提高，為SBR進(jìn)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(kāi)始對SBR進(jìn)行研究，目前，對SBR自控系統、潷水器等設備[13][14][15][16]的研究開(kāi)發(fā)，對SBR系統脫氮除磷的研究[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(kāi)發(fā)的DAT-IAT工藝在天津經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區的成功應用[20]以及同濟大學(xué)開(kāi)發(fā)出的MSBR[21]在深圳鹽田污水處理廠(chǎng)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(kāi)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(diǎn)，而B(niǎo)IOFOR和BIOSTYR則克服了這些缺點(diǎn)[22]，成為目前所研究的曝氣濾池的主要形式。近年來(lái)，國內已有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，國內曝氣生物濾池的研究開(kāi)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(diǎn)[26]，在我國已得到了一定規模的應用，如大連馬欄河污水處理廠(chǎng)采用的是BIOFOR工藝，廣東南海污水處理廠(chǎng)采用的是BIOSTYR工藝，沈陽(yáng)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(diǎn)。近年來(lái)，性能更為優(yōu)越、運行更加可靠的新型生物填料的開(kāi)發(fā)，使此工藝的應用在國內更為迅速，如太原殷家堡污水凈化廠(chǎng)，太原古交鎮城底污水處理廠(chǎng)，太原成古交中心污水處理廠(chǎng)等。太原地區最早建成的生物接觸氧化法污水處理廠(chǎng)至今已連續運行了十幾年,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范》，使此工藝更加規范化、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 穩定塘
20世紀80到90年代是我國穩定塘處理技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)期。近代的塘系統已由直接利用天然坑塘挖地稍加修整發(fā)展為規范化的處理設施；由傳統塘型發(fā)展為各種節能、高效的新型塘及其組合系統；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。1985年有30余座穩定塘，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(gè)城市污水和工業(yè)廢水處理塘在城市和工業(yè)區運行。如齊齊哈爾污水生態(tài)塘處理系統、東營(yíng)生態(tài)塘處理系統等[28]。
實(shí)踐證明，塘系統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(yáng)光充足的地區，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(zhù)一些問(wèn)題，如[29]占地面積大，氮磷去除效果不穩定，滲漏對地下水質(zhì)的影響等。如能在條件適合的地區，在設計中通過(guò)采取相應的有效措施如多點(diǎn)進(jìn)水、多點(diǎn)出水使水流均勻；與其它工藝相結合，采用可調節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定、廢水凈化效果穩定、凈化程度高、系統構造非常簡(jiǎn)單、故障發(fā)生率低、容易維護等特點(diǎn)[30]，因此在短短幾年內迅速得到發(fā)展和應用，如山東招遠污水處理廠(chǎng)、深圳龍田污水處理廠(chǎng)、江蘇省高郵市污水處理廠(chǎng)等。通過(guò)山東招遠污水處理廠(chǎng)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]。但目前國內對BIOLAK工藝的試驗研究還鮮見(jiàn)報導，設計時(shí)所選用的參數也是僅僅憑經(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(gè)發(fā)展中國家來(lái)說(shuō)是一個(gè)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(diǎn)，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(yè)標題#e#
我國濕地處理廢水發(fā)展較晚[33]，“七五”期間我國開(kāi)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模的人工濕地處理工程[33]。近幾年來(lái)，已有不少單位對人工濕地處理系統的機理、動(dòng)力學(xué)模型、水生植物以及設計參數等有關(guān)問(wèn)題開(kāi)展了初步的研究工作[34][35]?，F在已有部分污水處理廠(chǎng)采用此工藝，如深圳沙田人工濕地系統，沈陽(yáng)滿(mǎn)堂河生態(tài)污水處理示范廠(chǎng)，深圳石巖河污水處理工程、深圳沙田人工濕地系統等。
2.12 其它
傳統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(chǎng)采用的為OOC工藝，采用OCO工藝的污水處理廠(chǎng)目前還沒(méi)有建成，沈陽(yáng)市北部污水處理廠(chǎng)采用的為AOR工藝，成都市污水處理廠(chǎng)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(chǎng)采用的為L(cháng)INPOR工藝[36]；由北京市環(huán)科院自行研制開(kāi)發(fā)的污水處理工藝—交替式內循環(huán)活性污泥工藝[2]（Alternated Internal Cyclic System，簡(jiǎn)稱(chēng)AICS），目前已在新疆阿克蘇污水處理廠(chǎng)中得到成功的應用，并取得了滿(mǎn)意的處理效果[37]；同時(shí)，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(chǎng)采用的是化學(xué)生物絮凝工藝[38]；折流淹沒(méi)式生物膜法工藝在韶山市污水處理廠(chǎng)得到了了應用[39]。
總體上講，目前我國污水處理廠(chǎng)工藝的應用已經(jīng)摒棄了以前所謂的一陣風(fēng)的現象，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(chǎng)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(diǎn)
《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）對出水氮磷有明確的要求，因此已建城鎮污水處理廠(chǎng)需要改建，增加設施去除污水中的氮、磷污染物，達到國家規定的排放標準，新建污水處理廠(chǎng)則須按照標準GB18918-2002來(lái)進(jìn)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(gè)熱點(diǎn)，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(jìn)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定、可靠、工藝控制調節靈活、投資運行費用節省。目前，生物除磷脫氮工藝正是向著(zhù)這一簡(jiǎn)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(chǎng)的首選工藝
我國是一個(gè)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(lái)進(jìn)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(chǎng)，但是，建設大批二級城市污水處理廠(chǎng)需要大量的投資和高額運行費，這對我國來(lái)說(shuō)是一個(gè)沉重的負擔。而目前我國的污水處理廠(chǎng)建設工作，則因為資金的缺乏很難開(kāi)展，部分已建成的污水處理廠(chǎng)由于運行費用高昂或者缺乏專(zhuān)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(gè)重點(diǎn)研究方向。
3.3 對適用于小城鎮污水處理廠(chǎng)工藝的研究
發(fā)展小城鎮是我國城市化過(guò)程的必由之路，是具有中國特色的城市化道路的戰略性選擇。1978~2000年我國建制鎮由2178個(gè)增至20312個(gè)，目前各種規模和性質(zhì)的小城鎮已近48000個(gè)[41]。如果只注重大中城市的污水處理工程的建設，而忽視如此數量多的小城鎮的污水治理，則我國的污水治理也不能達到預定目標。而對于小城鎮的污水處理又面對著(zhù)一系列的問(wèn)題：小城鎮污水的特點(diǎn)不同于大城市；小城鎮資金短缺；運行管理人員缺乏等。因此，小城鎮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污水處理廠(chǎng)工藝的研究方向是：從現有工藝中比選出適合小城鎮污水處理廠(chǎng)的工藝，同時(shí)開(kāi)發(fā)出適用于小城鎮污水處理廠(chǎng)的新工藝。
3.4 對產(chǎn)泥量少、且污泥達到穩定的污水處理工藝的研究
目前，污水處理廠(chǎng)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(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，2003年中國城市污水廠(chǎng)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(jìn)行有效處理而排放到環(huán)境中去，則會(huì )給環(huán)境帶來(lái)很大的破壞。目前我國污泥處理處置的現狀不容樂(lè )觀(guān)：據統計，我國已建成運行的城市污水處理廠(chǎng)，污泥經(jīng)過(guò)濃縮、消化穩定和干化脫水處理的污水廠(chǎng)僅占25.68%，不具有污泥穩定處理的污水廠(chǎng)占55.70%，不具有污泥干化脫水處理的污水廠(chǎng)約占48.65%。這說(shuō)明我國70%以上的污水廠(chǎng)中不具有完整的污泥處理工藝[44]。
而對此問(wèn)題進(jìn)行解決的一個(gè)有效辦法是：污水處理廠(chǎng)采用產(chǎn)泥量少、且污泥達到穩定的污水處理工藝，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)穩定的剩余污泥，從而減輕了后續污泥處理的負擔。目前，我國已有部分工藝可做到這一點(diǎn)，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、且污泥達到穩定的污水處理工藝的系統研究還沒(méi)有開(kāi)始。
4. 結論
隨著(zhù)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(chǎng)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、穩定塘、BIOLAK工藝、土地處理等污水處理工藝也有一定規模的應用。同時(shí)，隨著(zhù)我國《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）的實(shí)施，以及我國污水處理事業(yè)所面臨的如下問(wèn)題：如污水處理廠(chǎng)建設運行費用高的問(wèn)題、小城鎮的水污染問(wèn)題以及污泥處理問(wèn)題。使我國的污水處理工藝向著(zhù)具有脫氮除磷功能、高效低耗、成熟可靠、適用于小城鎮污水處理廠(chǎng)、污泥產(chǎn)量少且能使污泥達到穩定的方向發(fā)展。
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