關(guān)于城市污水處理廠(chǎng)設計的若干問(wèn)題

為了加強城市污水治理，保護水環(huán)境，中央增加了投資力度。1998年分二批下達的城市污水治理項目達117項，投資約300億元。1999年又下達近百億國家債券資金，支持城市污水處理廠(chǎng)建設。為了確保污水處理廠(chǎng)建設后的正常運行，國家已明確在水價(jià)中增收排污費。一年多來(lái)，全國有上百座城市污水處理廠(chǎng)正在建設，按照“七大流域、三大湖泊和重點(diǎn)沿海城市及 其近岸海域要新增城市集中式污水處理能力2000×10４m3/d”和“非農業(yè)人口50萬(wàn)以上城市都要建設城市污水處理廠(chǎng)”的目標，在2000年年底前，還有上百座城市污 水處理 廠(chǎng)正立項要求建設。我國現有668個(gè)城市中，僅有123個(gè)城市有307座不同處理等級的 城市污水處理廠(chǎng)，其中城市污水二級處理率10%左右，全國17000個(gè)建制鎮，絕大多 數沒(méi)有排 水和污水處理設施�？v觀(guān)世界各國，排水系統和污水處理率均有一個(gè)逐步發(fā)展和逐步完善的 過(guò)程。國家提出至2000年我國污水處理率要求達到25%，2010年達到40%，這是根據國家(包括地方)財力，在各方面作出努力后爭取達到的目標。為使來(lái)之不易的投資取得實(shí)實(shí)在在的 效益，針對目前城市污水處理中有關(guān)建設規模和工藝技術(shù)談一些個(gè)人的看法。

1 合理確定建設規模

對一個(gè)城市來(lái)說(shuō)，需根據城市總體規劃和排水規劃，分期分批地建設污水管網(wǎng)和污水處理廠(chǎng)，要根據水環(huán)境保護的目標，分期實(shí)施，逐步到位。城市排水工程建設是一項系統工程，涉及城區管渠改造，污水的收集、輸送(包括泵站)，污水處理和排放利用，以及污泥處置等問(wèn)題；在河網(wǎng)城市，還需考慮上游、下游和水體自?xún)魡?wèn)題。

合理地確定設計的污水水量和污水水質(zhì)，直接涉及工程的投資、運行費用和費用效益。不少城市由于市區污水管道未形成系統，缺乏長(cháng)期積累的污水水質(zhì)水量資料，一般采取按規劃面 積、人口和工業(yè)發(fā)展的預測來(lái)推導污水量，并提出生活污水量、工業(yè)廢水量和公建、商業(yè)污 水量各占的比例，其不確定因素較多，因此提出的設計污水量往往偏大。實(shí)際上，按規劃計 算的污水量與可能有污水量、實(shí)際可能收集到的污水量和根據需要與可能進(jìn)行處理的污水量 是不同的，設計的污水量在很大程度上取決于污水管網(wǎng)普及率和實(shí)際可能收集到的近、遠期 污水量，并分期建設污水處理廠(chǎng)。要充分認識城區內管網(wǎng)改造的復雜性和艱巨性，有的取決 于 舊城市的改造和道路的改造，有的埋了干管，支管遲遲未建成，致使許多已建成的污水處理 廠(chǎng)在相當一段時(shí)間內“吃不飽”。對設計的污水水質(zhì)，應該對現有實(shí)測的水質(zhì)資料進(jìn)行分 析(包括工業(yè)廢水正在限期達標排放的水質(zhì)水量變化和管渠內地下水的滲入量)，對雨污合流 和老城區排水系 統需科學(xué)地確定污水管道的截流倍數(干管和支管可采用不同的截流倍數)�，F在設計的需 處理污水水質(zhì)偏高的問(wèn)題是普遍存在的，設計的污水水量和污水水質(zhì)要通盤(pán)考慮，留余地過(guò)大，既增加投資亦會(huì )使設備閑置或低效運行。

2 城市污水處理廠(chǎng)的工藝選擇

污水處理廠(chǎng)的工藝選擇應根據原水水質(zhì)、出水要求、污水廠(chǎng)規模，污泥處置方法及當地溫度、工程地質(zhì)、征地費用、電價(jià)等因素作慎重考慮。污水處理的每項工藝技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)、適用條件和不足之處，不可能以一種工藝代替其他一切工藝，也不宜離開(kāi)當地的具體 條 件和我國國情。同樣的工藝，在不同的進(jìn)水和出水條件下，取用不同的設計參數，設備的選型并不是一成不變的。

具體工程的選擇要求包括：

① 技術(shù)合理。技術(shù)先進(jìn)而成熟，對水質(zhì)變化適應性強，出水達標且穩定性高，污泥易于處理。

② 經(jīng)濟節能。耗電小，造價(jià)低，占地少。

③ 易于管理。操作管理方便，設備可靠。

④ 重視環(huán)境。廠(chǎng)區平面布置與周?chē)�環(huán)境相協(xié)調，注意廠(chǎng)內噪聲控制和臭氣的治理，綠化、道路與分期建設結合好。

2��1 關(guān)于活性污泥法

當前流行的污水處理工藝有：AB法、SBR法、氧化溝法、普通曝氣法、A/A/O法、A/O 法等，這幾種工藝都是從活性污泥法派生出來(lái)的，且各有其特點(diǎn)。

① AB法(Adsorption—Biooxidation)

該法由德國B(niǎo)ohuke教授首先開(kāi)發(fā)。該工藝對曝氣池按高、低負荷分二級供氧，A級負荷高，曝氣時(shí)間短，產(chǎn)生污泥量大，污泥負荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上，池容積負荷6kgBOD/(m3·d)以上；B級負荷低，污泥齡較長(cháng)。A級與B級間設中間沉淀池。二級池子F/M(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。AB法盡管有節能的優(yōu)點(diǎn)，但不適 合低濃度水質(zhì)，A級和B級亦可分期建設。

② SBR法(Sequencing Batch Reactor)

SBR法早在20世紀初已開(kāi)發(fā)，由于人工管理繁瑣未予推廣。此法集進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水 在一座池子中完成，常由四個(gè)或三個(gè)池子構成一組，輪流運轉，一池一池地間歇運行，故稱(chēng) 序批式活性污泥法�，F在又開(kāi)發(fā)出一些連續進(jìn)水連續出水的改良性SBR工藝，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。這種一體化工藝的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，由于只有一個(gè)反應池，不需二沉池、 回流污泥及設備，一般情況下不設調節池，多數情況下可省去初沉池，故節省占地和投資 ，耐沖擊負荷且運行方式靈活，可以從時(shí)間上安排曝氣、缺氧和厭氧的不同狀態(tài)，實(shí)現除磷 脫氮的目的。但因每個(gè)池子都需要設曝氣和輸配水系統，采用潷水器及控制系統，間歇排水 水頭損失大，池容的利用率不理想，因此，一般來(lái)說(shuō)并不太適用于大規模的城市污水處理廠(chǎng) 。

③ A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)

由于對城市污水處理的出水有去除氮和磷的要求，故國內10年前開(kāi)發(fā)此厭氧—缺氧—好氧組 成的工藝。利用生物處理法脫氮除磷，可獲得優(yōu)質(zhì)出水，是一種深度二級處理工藝。

A/A/O法的可同步除磷脫氮機制由兩部分組成：一是除磷，污水中的磷在厭氧狀態(tài)下(DO<0.3mg/L)，釋放出聚磷菌，在好氧狀況下又將其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系統。 二是脫氮，缺氧段要控制DO<0.7 mg/L，由于兼氧脫氮菌的作用，利用水中BOD作為氫供給體(有機碳源)，將來(lái)自好氧池混合液中的硝酸鹽及亞硝酸鹽還原成氮氣逸入大氣，達到脫氮的目的。為有效脫氮除磷，對一般的城市污水，COD/TKN為3.5～7.0(完全脫氮COD/TKN>12.5)，BOD/TKN為1.5～3.5，COD/TP為30～60，BOD/TP為16～40(一般應＞20)。

若降低污泥濃度、壓縮污泥齡、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD為主，則可用A/O 工藝。

有的城市污水處理的出水不排入湖泊，利用大水體深水排放或灌溉農田，可將脫氮除 磷放在下一步改擴建時(shí)考慮，以節省近期投資。

④ 普通曝氣法及其變法

本工藝出現最早，至今仍有較強的生命力。普曝法處理效果好，經(jīng)驗多，可適應大的污水量 ，對于大廠(chǎng)可集中建污泥消化池，所產(chǎn)生沼氣可作能源利用。傳統普曝法的不足之 處是只能作為常規二級處理，不具備脫氮除磷功能。��

近幾年在工程實(shí)踐中，通過(guò)降低普通曝氣池容積負荷，可以達到脫氮的目的；在普曝池前設置厭氧區，可以除磷，亦可用化學(xué)法除磷。采用普通曝氣法去除BOD5，在池型上有多種形 式(如下文所述的氧化溝)，工程上稱(chēng)為普通曝氣法的變法，亦可統稱(chēng)為普通曝氣法。��

⑤ 氧化溝法

本工藝50年代初期發(fā)展形成，因其構造簡(jiǎn)單，易于管理，很快得到推廣，且不斷創(chuàng )新，有發(fā)展前景和競爭力，當前可謂熱門(mén)工藝。氧化溝在應用中發(fā)展為多種形式，比較有代表性的有：

帕式(Passveer)簡(jiǎn)稱(chēng)單溝式,表面曝氣采用轉刷曝氣,水深一般在2.5～3.5m,轉刷動(dòng)力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。

奧式(Orbal)簡(jiǎn)稱(chēng)同心圓式，應用上多為橢圓形的三環(huán)道組成，三個(gè)環(huán)道用不同的DO(如外環(huán)為0，中環(huán)為1，內環(huán)為2)，有利于脫氮除磷。采用轉碟曝氣，水深一般在4.0～4.5m,動(dòng)力效率與轉刷接近，現已在山東濰坊、北京黃村和合肥王小郢的城市污水處理廠(chǎng)應用 。若能將氧化溝進(jìn)水設計成多種方式，能有效地抵抗暴雨流量的沖擊，對一些合流制排水系 統的城市污水處理尤為適用。

卡式(Carrousel)簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)折流式，采用倒傘形葉輪曝氣，從工藝運行來(lái)看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉積，其原因是供氧與流速有矛盾。

三溝式氧化溝(T型氧化溝)，此種型式由三池組成，中間作曝氣池，左右兩池兼作沉淀池和 曝氣池。T型氧化溝構造簡(jiǎn)單，處理效果不錯，但其采用轉刷曝氣，水深淺，占地面積大，復雜的控制儀表增加了運行管理的難度。不設厭氧池，不具備除磷功能。

氧化溝一般不設初沉池，負荷低，耐沖擊，污泥少。建設費用及電耗視采用的溝型而變，如 在轉碟和轉刷曝氣形式中，再引進(jìn)微孔曝氣，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和動(dòng)力效率［達2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。

2.2關(guān)于曝氣生物濾池

曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)上是常說(shuō)的生物接觸氧化池，相當于在曝氣池中添加供微生物棲附的填 (濾)料，在填料下鼓氣，是具有活性污泥特點(diǎn)的生物膜法。曝氣生物濾池(BAF)70年代末起 源于歐洲大陸，已發(fā)展為法、英等國設備制造公司的技術(shù)和設備產(chǎn)品。由于選用的填料 不同，以及是否有脫氮要求，設計的工藝參數是不同的,如要求處理出水BOD5、SS＜20mg/L,去除BOD5達90%以上的工藝，其容積負荷為0.7～3.0 kgBOD5/(m3·d)，水力停留時(shí)間1～2h；以硝化(90%以上)為主的工藝，其容積負荷為0.5～2.0kgBOD5/(m3·d)，水力停留時(shí)間2～3h。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

一般認為，生物膜法處理城市污水，在國內尚需積累經(jīng)驗，處理規模不宜過(guò)大，約5×104m3/d左右為宜。國外(主要在歐洲)處理水量有達到36×104m3/d的，這與其填料材質(zhì)、自控手段和先進(jìn)的反沖洗裝置有關(guān)，也與其有長(cháng)期積累的運行 管理經(jīng)驗有關(guān)。

2.3 關(guān)于UNITANK工藝

UNITANK工藝和類(lèi)似的TCBS工藝、MSBR工藝一樣，都是SBR法新的變型和發(fā)展。它集“序批法”、“普通曝氣池法”及“三溝式氧化溝法”的優(yōu)點(diǎn)，克服了“序批法”間歇進(jìn)水、“三溝式氧化溝法”占地面積大、“普通曝氣池法”設備多的缺點(diǎn)。

典型的UNITANK工藝是三個(gè)水池，三池之間水力連通，每池都設有曝氣系統，外側的兩池設有出水堰及污泥排放口，它們交替作為曝氣池和沉淀池。污水可以進(jìn)入三池中的任意一個(gè)， 采用連續進(jìn)水、周期交替運行。在自動(dòng)控制下使各池處在好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，以完 成有機物和氮磷的去除。

UNITANK工藝由比利時(shí)Seghers公司首先建在我國的澳門(mén)特區，處理水量14×104m3/d(不下雨時(shí)平均處理水量為7×104m3/d)，池型封閉，設計采用的容積負荷為0.58kgBOD/(m3·d)，總的反應池體積為46800m3，曝氣池水力停留時(shí)間為8h，出水的BOD5、SS＜20mg/L。

這類(lèi)一體化工藝是傳統活性污泥工藝的變形，可以采用活性污泥工藝的設計方法對不同的污染物加以去除，如考慮硝化，其負荷一般在0.05～0.10 kgBOD5/(kgMLSS·d)，硝化率視污水溫度而異。而要求污泥穩定化，其污泥負荷和污泥齡要遠遠超過(guò)硝化時(shí)的數值。

容積利用率低是此類(lèi)一體化工藝共同的主要問(wèn)題，就是說(shuō)在一個(gè)較長(cháng)停留時(shí)間的曝氣系統內,有50%左右的池容用于沉淀。��

UNITANK工藝的成功與否有賴(lài)于系統采用穩定可靠的儀表及設備，因此引進(jìn)技術(shù)，消化、吸 收和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的自控系統是應用此工藝的關(guān)鍵問(wèn)題。一般認為，UNITANK工藝不太適用于大 型(>10×104m3 /d)的城市污水處理廠(chǎng)。

3 科學(xué)地進(jìn)行工藝方案比較

城市污水處理投資大，運行費用高，如不包括引進(jìn)處理設備和引進(jìn)沼氣發(fā)電設備，每處理1m3污水投資宜控制在1000元，運行費(包括折舊費)宜控制在0.5元/m3左右。由于現在 污水處理率還不高，按用水量的0.8計算污水量，收0.2～0.3元/m3排水費，基本上能維持處理 設備的運行。

為了降低投資和運行成本，因地制宜地進(jìn)行工藝方案(主要是生物處理方案)比較是必要的。進(jìn)行多種工藝方案的比較，說(shuō)明處理工藝技術(shù)的發(fā)展，是好事�，F在經(jīng)常碰到的問(wèn)題是，工藝方案比較往往不夠科學(xué)，有的對工藝已有傾向和愛(ài)好，先入為主，對傾向的工藝只 說(shuō)優(yōu)點(diǎn)，對不贊成的工藝強調缺點(diǎn)；有的把自己的小型試驗數據與別的已上工程的工藝比；有的是將處理BOD5為主的工藝與處理BOD5同時(shí)進(jìn)行脫氮除磷的工藝比。實(shí)際已運行的不少 污水處理廠(chǎng)，其出水水質(zhì)較好與其進(jìn)水水量和水質(zhì)遠未達到設計指標有關(guān)，各廠(chǎng)情況不同 ，不可簡(jiǎn)單地比較出水指標；有的投資包括廠(chǎng)外工程費用(如道路、電負荷增容等)；有的投資包括征地費用(而此費用在各地出入很大)；有的工藝建設投資低，運行費用高； 有的工藝投資高，運行費用低；有的工藝處理污水的投資低，而污泥量較多增加了污泥的處 理成本。應該看到，同樣的工藝，采用的設計參數不同，其結果也是不同的。作為負責任的 單位，對工藝方案的比較力求客觀(guān)全面，在同等進(jìn)水、出水條件下，其設計參數應包括對 各種污染物的去除率、曝氣時(shí)間、污泥負荷和容積負荷、曝氣量和氧的利用率(及動(dòng)力效率)、污泥產(chǎn)量(及污泥指數)等作全面分析，數據豐富就可以集思廣益，揚長(cháng)避短，根據技術(shù)上 合理，經(jīng)濟上合算，管理方便，運行可靠且有利于近、遠期結合的原則，進(jìn)行工藝方案的優(yōu) 化抉擇。

對一定規模(如10 ×104m3 /d)以上的城市污水處理廠(chǎng)，應作污泥穩定處理，通常采 用中溫消化，沼氣利用，有條件的可設沼氣發(fā)電(如北京高碑店、天津東郊)，這要花費不少投資，技術(shù)設備相當復雜，設備需要引進(jìn)。不處置由污水處理帶來(lái)的污泥，污水處理是不完 整的，脫水后污泥的最終處置要具體落實(shí)，不留后患。

國內有些環(huán)保公司提出對污水處理廠(chǎng)投資采用多方集資和融資方案(如環(huán)保公司和業(yè)主出資50%，其余50%資金由銀行貸款)，然后通過(guò)收取的排污費逐年償還，這種方法是有積極意義的。但有兩個(gè)問(wèn)題需要明確：一個(gè)是出資的環(huán)保公司采用的工藝和設計參數需要通過(guò)評議，選用 的設備需通過(guò)招標，正如國外貸款(包括政府貸款)其工藝和設備需評議和招標一樣；另一個(gè)是要明確污水處理廠(chǎng)的股權和產(chǎn)權問(wèn)題，需制訂相應的政策和協(xié)議。

有的環(huán)保公司在報上一再宣傳采用曝氣生物濾池和氣浮池替代沉淀池技術(shù)處理城市污水，投資可減至400 元/m3，占地可減少4/5，運轉費用可減少一半，操作人員可減少9/10，這完 全是誤導。建設部要求城市污水廠(chǎng)綠化占全廠(chǎng)1/3面積，再加上道路及輔助設施、辦公生活 設施，總面積約占全廠(chǎng)的1/2。減少曝氣池和沉淀池面積絕不可能使總的面積減少一半。從技術(shù)上看，用氣浮池代替沉淀池，對代替初沉池來(lái)說(shuō)是行不通的，對于代替二沉池需作具體 比較(包括土建、設備、電耗、管理等方面)。另外，還應對大規模氣浮裝置的技術(shù)可行性作出評估。（谷騰水網(wǎng)）