摘 要：本文對我國 SBR和氧化溝工藝污水處理廠(chǎng)的運行數據，按照不同規模類(lèi)型進(jìn)行了分類(lèi)統計。同時(shí)分析比較了 SBR和氧化溝工藝各項指標，包括占地面積、基建投資、單位電耗、直接成本、總成本、COD去除率、BOD去除率、SS去除率、氨氮去除率和磷去除率。并在此基礎上，結合兩種工藝的特點(diǎn)及我國當前實(shí)際，分析了差異造成的原因。最后對兩種處理技術(shù)的發(fā)展和應用情況做了展望。
關(guān)鍵詞：城鎮污水處理廠(chǎng)；SBR；氧化溝；運行比較
1. 引 言
根據我國的實(shí)際情況，可將規模大于 10×104m3/d 的視為大型污水處理廠(chǎng)。而規模小于等于 10×104m3/d 的為中小型污水處理廠(chǎng)。SBR 和氧化溝作為中小型城市污水處理廠(chǎng)的優(yōu)選工藝，它們具有負荷低，工藝構成簡(jiǎn)單，管理簡(jiǎn)單方便，出水水質(zhì)好等共同特點(diǎn)。但同時(shí)它們也有著(zhù)各自的特點(diǎn)和適用性。
2. 工藝特點(diǎn)比較
2.1 工藝簡(jiǎn)介
SBR 法，即間歇式活性污泥法又稱(chēng)序批式活性污泥法。近年來(lái)，隨著(zhù)儀表、自動(dòng)控制技術(shù)與裝備的發(fā)展， SBR新工藝不斷涌現， 如 ICEAS、 CASS、 CAST、 DAT-IAT、 UNITANK、MSBR 等。 氧化溝又稱(chēng)循環(huán)曝氣法， 是活性污泥法的變種。 它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠[5]，污水滲入其中得到凈化。當前常見(jiàn)的氧化溝類(lèi)型有：Carrousel 氧化溝、Orbal 氧化溝、交替工作型氧化溝、DE 型氧化溝及一體化氧化溝等。
2.2 工藝特點(diǎn)比較
與氧化溝相比，SBR 工藝所呈現的不同點(diǎn)主要體現在以下幾個(gè)方面：①一般不需設置二沉池；②不用污泥回流或少量污泥回流；③曝氣系統多采用鼓風(fēng)曝氣，而氧化溝多采用機械曝氣；④曝氣池出水水位不恒定，需用潷水器；⑤自動(dòng)化程度較高，對自控系統有較高的要求。
3. 運行數據分析比較
現通過(guò)對我國 194 個(gè)中小型城鎮污水處理廠(chǎng)運行數據（數據來(lái)源： 《中國城鎮污水處理廠(chǎng)匯編》[6]）的分析，可得以下結論。
3.1 規模分布情況
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如圖 1，圖 2可知：在所統計的 194個(gè)中小型城鎮污水廠(chǎng)中，氧化溝實(shí)例 129 個(gè)，SBR為 65 個(gè)。對于 0～2 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)， SBR19 個(gè)，氧化溝 18 個(gè)。對于 2～5 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，SBR27 個(gè)，氧化溝 65 個(gè)。至于 5～10 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，SBR19個(gè)，氧化溝 46 個(gè)。
3.2 處理單位水量占地面積
由表 1 可知：①對于0～2 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，氧化溝處理單位水量占地面積小于 SBR。但對于 2～5萬(wàn)噸/天和 5～10 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，氧化溝處理單位水量占地面積要大于 SBR。至于 0～10 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，兩者處理單位水量占地面積大致相當。②單位占地面積隨著(zhù)規模的增加而減小，同時(shí)減小得越來(lái)越緩慢。結果分析：一般而言氧化溝水力停留時(shí)間較長(cháng)，需設二沉池，占地面積較大。但對于規模較小的氧化溝，占地問(wèn)題并不明顯。
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3.3 各項經(jīng)濟指標
由表 2 可知：①在基建投資上，三種規模類(lèi)型的氧化溝均高于相應的 SBR。但總體均值小于 SBR。且隨著(zhù)規模的增加，噸水基建費用顯著(zhù)減小。②在單位電耗上，氧化溝均大于同等規模類(lèi)型的 SBR。且不同規模的 SBR，其單位電耗基本相當。但氧化溝隨著(zhù)規模的增大，單位電耗有所下降。③在直接成本上，SBR 均大于同等規模類(lèi)型的氧化溝。且兩者的直接成本均隨著(zhù)規模的增加而減小。④在總成本上，對于 0～2 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，氧化溝要高于 SBR，但其余規模的總成本及總體均值均小于SBR。且兩者的總成本隨著(zhù)規模的增加而減小。結果分析如下：
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（1）基建投資：根據 Ketchum等人的統計結果表明，采用 SBR 法處理小城鎮污水要比普通活性污泥法節省基建投資 30%以上[7]。 而同時(shí)去除有機物及脫氮除磷的氧化溝的基建費用比常規活性污泥法要低 40%-60%，運行費用低 30%-50% [8]。其中 SBR 是合建式，一般情況下征地費和土建費較氧化溝低，而設備費較氧化溝高，總造價(jià)的高低要視具體情況決定。地價(jià)高，對氧化溝不利；BOD5 濃度低，反應容積與沉淀容積的比值低，對氧化溝不利。進(jìn)水 BOD5 濃度高，反應容積與沉淀容積的比值高，對氧化溝有利。 就目前的結果而言，可知在我國進(jìn)水 BOD5 低，地價(jià)高對于基建投資的影響超過(guò)了設備費用的影響。之所以出現基建費用整體均值小于 SBR，是因為偏小型的 SBR 比例要大得多，而基建投資則是隨著(zhù)規模的增加而減小。
（2）單位電耗：一方面 SBR 通常采用鼓風(fēng)曝氣，氧化溝則采用的機械曝氣。在供氧量相同的情況下，鼓風(fēng)曝氣比機械曝氣省電。其次 SBR 為合建式，不用污泥回流或少量回流，而氧化溝的污泥需大量回流， 此時(shí) SBR 電耗小于氧化溝。 另一方面 SBR 工藝視變水位運行，也增大了進(jìn)水提升泵站的楊程，此時(shí)增加了 SBR 電耗。而在污水廠(chǎng)的電耗之中，曝氣設備動(dòng)力消耗量約占總能耗的 40%~50%，是污水廠(chǎng)的用能第一大戶(hù)，污水、污泥提升泵的電耗約為 10%~20%。 因此可知，主要是由于曝氣設備的原因，使得氧化溝工藝電耗大于了 SBR 工藝。
（3）直接成本（包括折舊、大修和利潤）、總成本：污水廠(chǎng)的直接成本包括了水費、電費、污泥費、維修費、生產(chǎn)運行必需的管理費等。而總成本則額外囊括了固定資產(chǎn)的折舊、設備大修、更新改造費用和利潤。 雖然 SBR 基建投資省，電耗低，但由于自控系統的復雜性，使得設備維修，管理費用增加，設備大修、折舊費用增加。另外美國曾對 13 種處理水平、24 種二級生化及二級處理系統進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟比較， 統計結果表明， 對于處理量為 3785～37850m3/d 的污水處理廠(chǎng)，除滲濾系統外，氧化溝工藝是最經(jīng)濟的。這在一定程度上也體現了氧化溝在經(jīng)濟指標上具有一定優(yōu)勢。但是在我國對于 0～2 萬(wàn)噸/天的污水廠(chǎng)，氧化溝總成本超過(guò)了 SBR。從前面的基建投資和單位電耗可知，氧化溝不占優(yōu)勢，且特別是小規模污水廠(chǎng)，這一差距變得更大，因此使得此時(shí)總成本超過(guò)了 SBR。當然各個(gè)污水處理廠(chǎng)直接成本參差不齊，鎮（鄉）屬的污水處理廠(chǎng)成本偏高等原因也影響了我們的統計結果。 總的而言，氧化溝直接成本和總成本低于 SBR，具有一定的優(yōu)勢。
3.4 水質(zhì)指標
由表 3 可知：①SBR 和氧化溝均有較高的 BOD，COD，SS 去除率，但氨氮、磷去除率較低。②在各項水質(zhì)指標上，SBR 和氧化溝相對照，無(wú)明顯規律，各有優(yōu)劣。③就全部污水廠(chǎng)均值而言，氧化溝除磷去除率不及 SBR，其余水質(zhì)指標均好于 SBR。 結果分析：氧化溝屬于延時(shí)曝氣，污泥齡較長(cháng)，使得懸浮性有機物和溶解有機物可以得到很好的去除，但不利于除磷。另外由于我國污水廠(chǎng)進(jìn)水 BOD5 較低，脫氮除磷所需碳源不足。使得我國污水處理廠(chǎng)中氨氮、磷去除率普遍偏低�？偟亩�，SBR 和氧化溝出水水質(zhì)的問(wèn)題主要體現為氨氮、磷去除率不高。至于其它指標，均有較為理想的處理效果。
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4. 結論與展望
在我國，早在 80 年代 SBR 和氧化溝便有了應用。但目前運行的 SBR 和氧化溝污水處理廠(chǎng)基本上建于九五期間和十五期間。讓我們放眼于更遠的將來(lái)，基于 SBR 和氧化溝處理技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，它們將會(huì )不斷克服自身的缺點(diǎn)。
（1）在占地面積上，就目前而言，氧化溝不占優(yōu)勢，增加溝深成為其發(fā)展的必然趨勢。由于水下推進(jìn)器在氧化溝中的應用，使得這一問(wèn)題得到了很好的解決；另外一體化氧化溝等技術(shù)的發(fā)展，也在一定程度上簡(jiǎn)化了工藝流程，減小了其占地面積。當然污水廠(chǎng)占地面積也不能一味的求小，生態(tài)綠化方面的要求也應該予以考慮。
（2）在基建投資上，就目前而言，由于進(jìn)水 BOD5 低，地價(jià)高，氧化溝并不占優(yōu)勢。其中進(jìn)水水質(zhì)同管網(wǎng)的普及率及城市特點(diǎn)類(lèi)型，工業(yè)規模和性質(zhì)等有關(guān)，有時(shí)差別較大。隨著(zhù)管網(wǎng)普及率的增加，進(jìn)水 BOD5 會(huì )有一定的增大，但是人們用水量的增加，又勢必削弱這一影響�？偟枚�，我國進(jìn)水水質(zhì)在未來(lái)幾年變化不大。至于地價(jià)，也并無(wú)下跌的趨勢。同時(shí)隨著(zhù)國產(chǎn)化設備的研制，SBR 的基建投資會(huì )進(jìn)一步降低。綜上可知：未來(lái)幾年在基建投資上，氧化溝將會(huì )持續高于 SBR。
（3） 在單位電耗上， 就目前而言， 主要由于曝氣設備的原因， 氧化溝的電耗要大于 SBR。而近年來(lái)由于水下推進(jìn)器的應用，使得鼓風(fēng)曝氣在氧化溝上的應用成為了可能，國內已有多座氧化溝污水處理廠(chǎng)采用了鼓風(fēng)曝氣加水下推進(jìn)器的設備組合方式，節能效果明顯。同時(shí)如一體化氧化溝的發(fā)展， 也使得氧化溝污泥可以自動(dòng)回流， 進(jìn)一步降低了能耗。 因此綜上可知：氧化溝的電耗將會(huì )在將來(lái)應用中有所降低。
（4）在直接成本和總的成本上，總的而言，SBR 要高于氧化溝。主要是由于自控系統的復雜性，使得設備維修、管理費用增加，設備大修、折舊費用增加。隨著(zhù)國產(chǎn)化設備的開(kāi)發(fā)應用，這一問(wèn)題會(huì )得到一定的緩解。
（5）在水質(zhì)指標上，兩者大致相當，氨氮、磷去除效率低是兩者共同存在的問(wèn)題。這同當前低碳源的條件是分不開(kāi)的。而隨著(zhù)低碳源下脫氮除磷技術(shù)的開(kāi)發(fā)及各種SBR、氧化溝改進(jìn)工藝的應用。這一問(wèn)題即將得到很好的解決。
5. 結語(yǔ)
隨著(zhù)水環(huán)境治理的深入，中小型污水處理廠(chǎng)將會(huì )越來(lái)越多[15]。SBR 和氧化溝基于自身的眾多優(yōu)點(diǎn)， 它們必將在其中占有一席之地。 而充分利用已有的經(jīng)驗數據進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析，再結合當地條件，將會(huì )為工藝的選擇提供依據，帶來(lái)方便。同時(shí)，中小型污水處理廠(chǎng)的建設，也將會(huì )豐富我們的數據庫，豐富我們的經(jīng)驗。相信到那時(shí)，我國城鎮污水處理廠(chǎng)投資將越來(lái)越省、能耗和運行成本將會(huì )越來(lái)越低、占地將會(huì )越來(lái)越小。越來(lái)越多的環(huán)保型污水處理廠(chǎng)將會(huì )呈現在我們眼前。
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