（环境工程专业论文）城市污水处理技术及建设模式.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的 恶化，加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可持续 发展的严重制约因素。城市污水处理在发达国家已有较成熟的经验，我国污水处 理设旌相对于发达国家还十分落后，要提高城市污水处理率还需一定时间、政策、 资金和技术。本文通过考察国内城市污水处理情况，按污水处理工艺选择的要求， 分析比较了一级强化工艺、二级处理工艺、三级处理工艺、脱氮除磷工艺、氧化 沟工艺等、提出适合中国国情的城市污水处理技术；对我国污水处理建设的模式 进行了分析和比较，提出b o t 建设模式适合我国的国情，并以具体污水处理工程 一一深圳龙岗区污水处理厂工艺选择和“中华碧水计划”为例对该模式进行可行 性研究。 通过理论分析和实例可以得出结论：b o t 模式引入城市污水处理行业是可行 的，可以加快我国城市污水处理步伐：城市污水处理工艺可以以o r b a l 氧化沟工 艺为主，多种工艺相结合的方式；我国b o t 项目应用上仍处于起步阶段，在实践 中还存在较多的问题，相关的法律法规制度还不健全，政府还应制定相应的优惠 政策，鼓励社会资金参与城市污水处理厂建设。 关键词：城市污水，处理技术，b o t 模式 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t f o rt h em o r d e mu r b a nd e v e l o p m e n ta n dt h ec o n s e r v a t i o no fw a t e rr e s o u r c e ，u r b a n s e w a g e t r e a t m e n ti s v e r yn e c e s s a r y n o w a d a y st h e r e h a v e b e e n m a n y m a t u r e e x p e r i e n c e si nt h eu r b a ns e w a g et r e a t m e n ti nt h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s ，b u tt h es e w a g e t r e a t m e n tf a c i l i t i e sa r ev e r yl a g g e di no u rc o u n t r y t oc h a n g et h i s s i t u a t i o n ，t h eu r b a n s e w a g et r e a t m e n tn e e dm o r et i m e ，h o r t a t i v ep o l i c y , c a p i t a la n dp r a c t i c a lt e c h n o l o g y i n t h et h e s i s ，t h es e w a g et r e a t m e n ts i t u a t i o ni nd o m e s t i ca n da b r o a dh a v eb e e nc o m p a r e d a n db yat e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s ，ap r a c t i c a lc o n s t r u c t i o nm o d eo fb o t h a sb e e np u tf o r w a r da n de x p l o r e da n dap r a c t i c a l e n g i n e e r i n ge x a m p l eh a sb e e n d i c u s s e d b yt h ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no fp r a c t i c a le x a m p l e ，t h er e s u l t ss h o wt h a ti ti s f e a s i b l et oi n t r o d u c et h eb o tm o d ei n t ot h ei n d u s t r yo fu r b a ns e w a g et r e a t m e n t w h i c h w i l l q u i c k e nt h es t e po fu r b a ns e w a g et r e a t m e n ti no u rc o u n t r y t h o u g ht h e r ee x i s t m a n yp r o b l e mi n t h eb o tm o d ea p p l i c a t i o ni nt h ec o n s t r u c t i o no fu r b a n s e w a g e t r e a t m e n t ，t h eg o v e r n m e n ts h o u l de n c o u r a g et h e p o p u l a r i z a t i o n o ft h i sm o d ea n d s t i p u l a t es o m ef a v o r a b l ep o l i c yt os t i m u l a t ea n db o o s tt h ec o n s t r u c t i o no fu r b a ns e w a g e t r e a t m e n t k e y w o r d s ：u r b a ns e w a g e ，t r e a t m e n tt e c h n o l o g y , b o t m o d e h 重庆大学硕士学位论文 1 前言 水资源本身具有可再生的特性。城市污水处理在发达国家己有较成熟的经验。 英国、德国、芬兰等欧洲国家对因工业革命和经济发展带来的城市水污染进行了 大力治理。日本、新加坡、美国等国家采用先进的污水处理技术和模式，采取经 济与环境相协调发展的政策，从根本上改变了污水带来的一系列问题。 建造城市污水处理厂是解决城市水污染的一条有效途径，美国平均1 万人拥有 一座污水处理厂，瑞典和法国每5 0 0 0 人有一座污水处理厂，英国和德国每7 0 0 0 8 0 0 0 人有一座污水处理厂，而我国每1 5 0 万人左右才拥有一座污水处理厂，并且 还存在污水处理厂建设有效投资利用率及处理出水达标率低等诸多问题。我国污 水处理设施相对于发达国家还十分落后，要提高城市污水处理率还需一定时间、 政策、资金和技术。选择适合中国国情的污水处理技术和模式是解决这一矛盾的 关键。 1 1 国外城市污水处理状况 1 1 1 国外城市污水处理厂的建设 随着经济的发展，人们生活水平的提高，世界范围淡水资源的需求和消耗不 断增多，相应得城市污水和工业废水的排放量也在不断增多。由于污水处理设施 的滞后和污染控制不够得力，使全球淡水资源面临两大问题：水环境污染和水资 源短缺。 早在1 9 7 7 年各国就已经预感到这种全球性水危机的威胁，为此召开了联合国 水会议，在会议上和会后，对这一问题的危害性及防止这一危机爆发应采取的措 施有了越来越多的共识。 为保护水资源和水环境，世界上一些发达国家把城市污水治理工作作为重点投 入了大量的资金，建设了大批污水处理厂，城市污水处理率相当高，如新加坡和 瑞典在1 9 8 9 年城市污水处理率就已经达n l o o 。以下为芬兰和日本的污水处理厂 的概况。 ( 1 ) 芬兰 国外地下空间的发展已经历了相当长的一段时间，城市地下大型排水及污水 处理系统也取得了很好的发展。自从1 9 3 2 年芬兰开始建造地下行水处理厂以来， 地下污水处理厂得到了缓慢的发展，但是限于当时的技术条件，未能进一步发展。 赫尔辛基作为芬兰的首都，位于波罗的海芬兰湾的北岸，市区人口5 0 万，在2 0 世 纪7 0 年代倒，全市已建有儿座污水处理厂。1 9 8 4 年对污水系统进行改造，采取集 重庆大学硕士学位论文1 前言 中处理措施，使处理一减为7 座，1 9 8 6 完成了从赫尔辛基中心到维金麦基到南部芬 兰湾的卡塔杰洛托长8 公里的污水排海隧道。1 9 9 2 年又将市区的污水厂合并为3 座。 到1 9 9 4 年建成维金麦基中心污水处理厂，从而改善了污水处理效果，使芬兰湾的 污染大大减少。这座污水处理厂是芬兰最重要的环境项目，可处理赫尔辛基7 0 万 居民的生活污水和工业企业排放的全部污水。没有向周围的地区排放有害物质。 并且由于该厂的主要部分在地下，有效的防止了异味及噪声对周围居民生活的影 响，使得周围居民的生活环境保持很好。利用产生的沼气来发电和供热，可供本 厂使用。该处理厂的建立对于改善赫尔辛基的生活环境及防治环境污染具有重大 的意义。首先，该处理厂处于地下，节省了城市开阔空间，有利于城市向生态城 市发展。其次，处理厂的主要处理设备均处于地下，有效的防止了噪声和异味对 周围居民生活的影响。最后，处理厂处于地下，基本上不受外部因素的影响，从 而可以保证处理效果的稳定，有利于处理流程的选择。 ( 2 ) 日本 神奈川县叶山镇污水处理厂，位于三浦半岛的西半部，三面有山，平地不多， 沿着海岸线形成市区，沿海的平地有稠密的居民区，丘陵区是近郊的绿地和风景 区，并且海域是旅游的资源和渔民谋生的场所，为了将地形因素和对景观的影响 控制在最小限度之内，该污水处理厂建成山中隧道式处理厂，隧道的最大开挖断 面积为4 2 0 m 2 的软岩地层，是日本国内最大的地下洞室。该污水处理厂，在日本国 内是仅次于岛根县鹿岛镇污水处理厂的第二套污水处理设施。隧道式污水处理厂 是日本下水道事业团应用道路隧道施工法而进行开发的。由于这种施工法是把大 部分处理设施都集中在隧道内，所以即使在平地面积较少的地区，也能够确保处 理厂正常的工作，该处理厂采用分流排放方式，排放地点为森户河支流大南乡河。 该处理厂设计服务面积为6 1 0 公顷，服务人口2 6 6 3 0 0 人，设计处理污水量 2 4 7 0 0 m 3 d ，处理厂占地面积为2 9 5 0 0 m 2 。该处理厂具有以下特征：( 1 ) 污水处理厂 所占用的土地面积与一般在地上建造污水处理厂用地面积相比，是地上建造污水 处理厂用地面积的三分之一。( 2 ) 虽然隧道工程的费用一般要比在地上建设污水处 理厂费用高，但是，由于原来地上的污水处理设施可以用于隧道工程。所以不需 要基础工程和覆盖，和一般处理设施的建设费用相比，其费用基本上不变。( 3 ) 由 于污水处理厂的主体布置在隧道中，所以对周围的环境和景观影响不大。 1 1 2 国外污水处理厂的特点 ( 1 ) 污水处理厂趋向于大型化 结合不同的城市布局、发展规划、地理水文等具体情况，对城市污水的建 设进行合理规划、集中处理、分期建设，不仅能保证建设资金的有效使用率、降 低处理能耗，而且有利于区域或流域水污染的管理及水体自净容量的充分利用， 重庆大学硕士学位论文1 前言 因此国外一些城市污水处理越来越趋于大型化、集中化，既节省投资又方便管理。 ( 2 ) 污水处理设施投资大 国外对污水处理厂建设的投资都相当庞大，美国、日本、英国等七八十年代 在污水处理方面的投资分别占国民生产总值的0 2 9 - 0 5 5 $ n o 5 3 0 8 8 ，( 我国 则仅为0 0 0 2 0 0 0 3 ) 。同时期，新加坡投入8 亿美元用于污水处理设施的建设。 ( 3 ) 污水处理厂的运行管理自动控制水平高 从大型污水厂到小型氧化塘，全部为计算机自动控制，遥控和闭路电视等现 代化工具被广泛应用。如英国的泰晤士河的威特尼伊污水处理厂1 9 8 0 年安装了操 纵管理自动化仪表设别后，使污水处理过程完全由电子计算机自动化控制，全长 只需两个人值班操纵管理。 ( 4 ) 以活性污泥法为主，多种方法结合的治理工艺 国外污水处理厂以活性污泥为主，同时还衍生出多种多样的生物处理技术， 如氧化沟法、a 0 法、a 2 0 法、土地处理法、氧化塘法等。活性污泥法作为城市污 水处理的主体方法近3 0 年来没有太大变化，处理工艺主要是生物处理。 1 2 国内城市污水处理状况 1 2 1 中国水污染状况 我国是一个水资源匮乏的国家，目前我国水资源储量居世界第六位，人均占 有量仅有2 2 0 0 立方米，排在世界1 0 0 位之后，已被联合国列为全球1 2 个贫水国家的 名单中，人均水资源仅为世界人均占有量的四分之一，而且分布不均匀，许多地 区和大约3 0 0 个城市缺水，其中严重缺水城市5 0 个。2 0 世纪8 0 年代以来，人口膨胀、 工业迅猛发展使水体受到严重污染，这就加剧了水资源的短缺，根据有关资料1 9 9 7 年底，全国污水排放量为l 亿立方米，全国各类水体8 2 的河段受到污染，其中3 9 的河段受到严重污染，水质低于i 类或类标准，结果造成饮用水水源的污染。 据调查7 0 的饮用水水源不符合卫生标准，使我国城市供水水源受到严重威胁。 上个世纪9 0 年代以来，为适应经济发展和人民生活水平提高的要求，我国水污 染治理工作取得较大进展，已有一大批城市和工业企业建设了污水处理厂，“九 五”期间，1 9 9 6 1 9 9 7 年治理废水资金投入为1 2 0 亿元，截至1 9 9 7 年底，共建设污 水治理设旌4 3 0 11 套，正常运行3 9 5 0 1 套。目前全国城市建有4 0 0 多个污水处理厂。 其中近半数采用二级生化处理，还有一大批城市污水处理厂在建设中。但要阻止 水污染加剧的局面和实现全国主要流域水体水质基本变清的目标尚需至少2 0 年的 时间。 城市污水排放及处理预测如下： 重庆大学硕士学位论文i 前言 城市污水集中处理率( ) 直排废水量( 亿吨年)3 9 0 废水处理厂出水排放量( 亿吨年) 6 0 直排废水排放c o d 量( 百万吨年) 1 3 6 5 废水处理厂出水c o d 量( 百万吨年) 0 7 2 城市废水排放c o d 总量( 百万吨年)1 4 3 7 与1 9 9 7 年排放c o d 总量之比 1 1 2 2 我国污水处理的发展历程 建国初期由于工农业生产刚刚起步，当时的污水污染程度低，且提倡利用污 水进行农业灌溉，所以全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂，污水处理也 只为一级处理，且处理量很小。七八十年代，随着工农业生产的不断发展，城市 污水排放量增加，污染程度也由低向高演变，引起了人们的关注和政府的重视。 国家和地方为污水处理厂的建立作了大量的准备工作，国务院环保办投资在天津 兴建了污水处理试验厂，7 0 年代末开始兴建，1 9 8 4 年4 月竣工投产运行，处理规模 为一级处理0 1m 3 s ，二级处理0 0 2 5 w s ，2 6 万疗d ，北京高碑店污水处理试验厂 也随后运行。天津污水处理试验厂的成功运行引起了各省市领导的高度重视，在 他们的决策下，北京、上海、广州、广西、陕西、河北、江苏、湖北等省市根据 各地的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂，使我国的污水处理厂由6 0 年 代的十几座发展到几十座。天津市污水处理厂的建设起到了工程建设的示范作用， 也为我国8 0 年代污水处理事业的大规模的发展起到了奠基作用。 上个世纪九十年代以来，国家“七五”、“八五”和“九五”科技攻关课题 的建立，使我国污水处理的新技术、污泥处理的新技术、再生水回用的新技术都 取得了可喜的科研成果，某些项目达到了国际先进水平。同时，国外污水处理新 技术、新工艺、新设备被引进到我国，在活性污泥工艺应用的同时，a b 法、a o 法、 a 2 0 法、土地处理法、氧化塘法等也在污水处理厂的建设中得到应用。 由于建设大型城市污水处理厂投资很大，我国的建设资金有限，无法适应水 污染治理的需要，为此引进国外资金建设污水处理厂成为建设资金的重要组成部 分，从而加快了我国城市污水处理厂的建设速度。一批大型的城市污水处理厂利 用国外贷款项目相继建成投产。如：天津东郊污水处理厂、成都三瓦窑污水处理 厂、沈阳北部污水处理厂、郑州王新庄污水处理厂处理规模均稳4 0 m3 d 。这些大型 5 4 撕 凹 n 9 0 m l 忆 h 叭如彻埔吣 0 ， 6 豇 乱 m m 渤 渤 三； 蝴 一 重庆大学硕士学位论文 污水处理厂的建设标志着我国污水处理事业发展到一个崭新的阶段。 1 2 3 制约我国污水处理的主要因素 ( 1 ) 缺乏对污水处理系统的总体规划 目前我国尚未建立城市污水规划指标体系。在城市建设总体规划中，对水资 源的综合利用缺乏统一的规划，尤其是城市污水再生利用规划，这势必会造成重 复建设和决策失误。因此，城市污水再生利用应纳入城市总体规划以及城市水资 源合理分配与开发利用计划，在再生水水质、使用用途、处理流程、输水方式的 选择上，要综合平衡、远近结合，既要满足功能要求和用水水质需求，又要因地 制宜、经济合理。过高的目标与要求，将可能适得其反。 ( 2 ) 城市污水收集与处理设施建设严重滞后 城市污水的收集与处理是城市污水再生的重要前提条件，目前我国的城市污 水管网建设严重滞后于城市发展，二级生物处理率不到1 5 。因此，强化城市污 水管网与污水处理工程设施的建设是推动城市污水集中处理的关键。城市污水处 理厂的建设，既要满足区域水污染控制要求与相应的排放标推，也要考虑城市污 水的再生利用需求。在某些地区，可以通过开展城市污水再生利用工作来促进污 水收集与处理工程的建设与完善。 ( 3 ) 城市污水再生回用技术相对落后 城市污水再生利用事业的发展必须依靠科技进步，从始至终都要有高新技术 的支持。城市污水再生利用的技术发展应着重于已有技术的集成化、综合化、产 业化和工程化，需要对已有技术的不断改进和更新，加强新工艺、新流程、新技 术和设备产品的研究、开发和推广应用，并注重示范性工程的研究和建设。通过 工程化和生产性测试，着重解决城市污水再生利用于农业、生态、市政和工业中 的水质净化技术、水质稳定技术、水质保障技术、安全用水技术、工程技术、运 行管理技术和成套技术设备问题。 ( 4 ) 相关法规和政策不够完善 城市污水再生利用需要健全的法制保障和全面的统一管理。而我国城市污水 再生利用的法规和政策还需要完善。例如：要求新建居住区和集中公共建筑区在 编制各项市政专业规划时，必须同时编制污水再回用规划，污水再生回用工程应 与其他工程同步设计、同步施工、同步验收；在城市道路的市政管线中，必须预 留再生水管道的位置，有条件的路段应预埋再生水管；要求在城市各项用水中能 够使用再生水的( 如绿化、道路浇洒) 必须使用再生水；制订鼓励城市污水再生利 用工程建设与运营的管理政策和经济政策，采取行之有效的鼓励政策和行政管理 手段，促进t 、农业生产部门和市政用水部门积极使用再生水。在城市污水再生 利用工程的可行性研究、立项、设计、建设或改造中，要建立相应的规范和再生 重庆大学硕士学位论文 水水质标推，改革管理体制和服务体系，在卫生安全、生产过程、产品质量等力 面，保障每一个再生水使用单位享有免受不良影响的基本权益。 1 3 课题内容及意义 城市污水处理关键有两点：一是废水处理工艺技术模式，即根据各地情况选 择合适的工艺流程，要达到投资省、运行费用低、管理方便的目的。二是建设模 式，即解决建设资金问题及建成后管理问题，既要使工程顺利开工建设，又要保 证工程完工后正常运行，有序管理。在理论基础上结合具体的工程实例提出适合 我国国情的污水处理工艺模式和建设模式是本课题的主要内容。 我国城市污水处理起步晚，与国外发达国家相比，城市污水处理率还不高， 工艺还有待完善，管理还比较落后，要赶上发达国家还有待时日，缩小与发达国 家的差距，我们要借鉴国外先进经验的同时，还必须结合我国国情，选择适合国 情的污水处理技术模式，制定相关配套政策、多渠道筹措资金、加强污水处理行 业管理，使我国城市污水处理行业走出困境，以最快的速度控制水污染，即是本 课题的意义之所在。 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 2 城市污水处理工艺技术 目前，我国城市污水处理新工艺层出不穷，并以国外弓i 入的工艺技术为主导 潮流。吸收国外一些先进的理念和技术，形成了一些适应中国国情的技术，对解 决和控制水体被污染起了重大的作用。但是，就当前国际上污水处理发展现状看 真正革命性的发明尚未出现，并不存在适用于任何场合、有百利无一弊的污水处 理技术，每一种工艺都有一个适用性问题。了解国内外常见污水处理工艺，对其 利弊进行客观辨证的分析，因地制宜地合理选择适用技术，对我们的城市污水处 理工程设计和建设都有着重要意义。 污水处理所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分，污水处理采取的工艺 与很多因素有关，如进水水质、出水要求、处理量、投资大小等，甚至还与气候 有关，目前国内外常用的处理技术有以下几种：活性污泥法、氧化沟、a o 工艺、 a 2 o 工艺、a b 工艺、s b r i 艺等。 2 1 城市污水处理厂工艺选择的要求 城市污水处理厂的工艺选择的关键可以概括为“技术合理”四个字。主要内 涵为： ( 1 ) 先进性 这里主要指具备高效的处理效果，达到或优于国家标准规定的处理水质指标。 这是污水处理最重要的目标，也是污水处理厂产品的质量要求。在必要的场合， 应该充分考虑氮、磷等营养物的去除效率，这对保护水环境和污水的再生利用有 着重要意义。 ( 2 ) 实用性 节省工程投资是城市污水处理厂建设的重要前提。合理确定处理标准，选择 简洁紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时， 必须充分考虑节省电耗和药耗，把运行费用减至最低，对于我国现有的经济能力 来蜕尤为重要。较好的经济指标同样是先进性的重要体现。 ( 3 ) 成熟可靠 合理把握工艺先进性和成熟性( 可靠性) 的辩证关系。一方面，应当重视技术 经济指标的先进性，同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。城市污水 处理工程不同于一般点源治理项目，它作为城市基础设施工程，具有规模大、投 资高的特点，且是百年大计，应该确保百分之百的成功。工艺的选择必须注重成 熟性和可靠性。因此，我们强调技术的合理，而不是简单地提倡技术先进。必须 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 把技术的风险降到最小程度。在最近颁布的城市污水处理的技术政策中规定“对 在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再 进行应用”也是强调了可靠性原则。 ( 4 ) 易于管理 城市污水处理是我国的新兴行业，专业人才相对缺乏。在工艺选择过程中， 必须充分考虑到我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单，维护方便，适 当采用可靠实用的自动化技术。应特别注重工艺本身对水质变化的适应性及处理 出水的稳定性。某些工艺尽管技术经济指标先进，但对运行管理有过分精细的要 求，或完全依赖于全自动化运行，在现阶段并不适应国情。尤其难以适用于中小 城镇。事实上，任何一种工艺总是有利有弊，关键在于适用性如何。在工程实践 中，应该具体情况具体分析，因地制宜，综合比较，取长补短，作出较为优化的 选择。 ( 5 ) 二次污染少 由于城市污水厂处理水量大，在处理废水的同时，也产生大量的污泥，不仅 给污泥的后处理增大了处理成本，而且易形成二次污染，在运行状态不好时，会 产生大量的泡沫、臭味，形成新的污染源，在选择处理工艺时，充分考虑产泥量 少，产生二次污染少的工艺是相当必要的。 2 2 几种污水处理工艺比较 2 2 1 一级强化处理技术 一级强化处理技术分为两类：一类侧重于物化机理，一类侧重于微生物的絮 凝吸附原理。 ( 1 ) 活化污泥法 活化污泥法是根据絮凝动力学和生物吸附理论提出“絮凝吸附沉淀一活 化”的城市污水强化一级处理工艺。该工艺对污染物去除的强化作用主要包括污 泥的絮凝、吸附和生物代谢3 种，以前两者的作用为主。 该工艺的特点是未经沉淀的生活污水原水与生物污泥同时进入混合反应器 ( 絮凝吸附池) ，两者在机械搅拌作用下充分混合，经充分絮凝吸附反应后，大量 污染物质被絮凝吸附进入污泥絮体，出水进入沉淀池，实现固液分离，而沉淀池 出水就是最终出水( 见图2 1 ) 。为了恢复沉淀池饱和污泥的生物絮凝吸附活性，将 沉淀污泥短时间曝气活化，以部分降解吸附的有机物，产生适量的微生物絮凝物 质，改善污泥的沉降性能，同时保持污泥的好氧状态，避免变黑、发臭。此过程 在污泥活化池里进行，能耗远低于二级生物氧化反应。该工艺是适用于环境状况 暖待改善而经济欠发达地区的j 干十新型实用技术。 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 出水 图2 ，1 活化污泥工艺流程 f i g 2 1 a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ( 2 ) 混凝沉淀强化法 混凝沉淀强化法目前主要应用于给水处理和部分工业废水处理。由于需要投 加大量的混凝剂且污水水质常常急剧变化，限制了其在城市污水处理领域中的应 用，一般仅应用于城市污水的深度处理中。近年来，随着许多新型、高效、廉价 的混凝剂的出现和自动化技术的广泛应用，混凝法与污水生物处理法相比具有了 较强的竞争力。例如，对北京市城市污水进行试验，结果表明，两种传统混凝剂 ( f e c l 。和聚合硫酸铁) 及一种国外引进的混凝剂( b i o f l o c ) ，经过混凝沉淀强化一级 处理后，污水中c o d 的去除率可达5 0 一8 0 ，而处理成本仅为二级处理的1 5 1 3 ， 既能有效地削减污染物总量，又节约了治理资金，在现阶段十分符合我国国情。 此外，经强化一级处理后的污水再进行二级处理时，停留时间可以大大缩短，减 少能耗，提高出水水质。 2 2 2 二级处理工艺 二级处理工艺流程的发展主要是在原有的传统处理工艺流程上进行某一个方 面的强化处理，使某一处理水的某一或某几个指标达到一定的标准。 ( 1 ) s b r i 艺 。 s b r 工艺即间歇活性污泥法，它由一个或多个曝气反应池组成，污水分批进入 池中，经活性污泥净化后，上清液排出池外即完成一个运行周期。每个工作周期 顺序完成进水、反应、沉淀、排放4 个工艺过程。s b r t 艺的特点是具有一定的调 节均化功能，可缓解进水水质、水量波动对系统带来的不稳定性。工艺处理简单， 处理构筑物少，曝气反应池集曝气、沉淀、污泥回流于一体，可省去初沉池、二 沉池及污泥回流系统，且污泥量少，易于脱水，控制一定的工艺条件可达到较好 的除磷效果，但也存在自动控制和连续在线分析仪器仪表要求高的缺点。 ( 2 ) m s b r 法 m s b r 工艺是2 0 世纪8 0 年代初期发展起来的污水处理工艺，经过不断改进和发 展，目前最新的工艺是第三代工艺，其工作原理如图2 2 所示。 m s b r i 艺的特点是系统从连续运行的单元( 如厌氧池) 进水，从而加速了厌氧 重庆人学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 反应速率，改善了系统承受水力冲击负荷和有机物冲击负荷的能力；同时，由于 m s b r i 艺增加了低水头、低能耗的回流设施，极大地改善了系统中各个单元内m l s s 的均匀性。可见，m s b r 系统是由a 2 o 系统与s b r 系统串联组成，并集合了两者的全 部优势，因而出水水质稳定、高效，并有极大的净化潜力。 图2 2m s b r 工艺流程 f i g 2 2m s b rp r o c e s s ( 3 ) u n i t a n k 系统 s e g h e r s 公司提出的u n i t a n k 系统是s b r 法的又一种变形和发展，它集合了s b r 和传统活性污泥法的优点，一体化设计，不仅具有s b r 系统的主要特点，还可以像 传统活性污泥法那样在恒定水位下连续运行。 u n i t a n k 系统的特点是构筑物结构紧凑，一体化。可根据好氧过程的d o 检测与 缺氧和厌氧过程的o r p 在线检测，通过改变供气量，切换进出水阀门，改变好氧、 缺氧及厌氧的反应时间等，高水平地实现系统的时间和空间控制，高效地去除污 水中的有机物及脱氮除磷，且水力负荷稳定。交替改变进水点，可以相应改善系 统各段的污泥负荷，进而改善污泥的沉降性能( 见图2 3 ) 。脱氮除磷过程更能通过 抑制丝状茵生长来控制污泥膨胀。3 个池可以被完全加盖封闭或建在地下，废气可 以收集处理，既有利于布置、保温，又避免系统对周围环境产生不良影响( 见图 2 4 ) 。目前，我国石家庄高新技术产业开发区污水处理厂日处理污水l o 万t ，就是 采用的该工艺。 2 2 3 三级处理工艺 目前用得比较多的三级处理工艺可以分为常规工艺、m b r 技术和l m 深度处理技 术。 ( 1 ) 常规工艺 常规的三级处理工艺是在生物处理之后增加混凝、过滤、消毒等常规处理过 程，有砂滤、膜滤、反渗透、u v n 毒、液氨、臭氧消毒等。一般来况这些处理方 重庆人学硕士学位论文2 城市污水处理一l 艺技术 式单位水处理成本比较低，在经济上比较可行。 图2 3 好氧u n i t a n k 系统流程 f i g 2 3 a r e b i cu n i t a n kp r o c e s s 省氟固好氧 厌氟e = 3 好氧 t 护殴定时同好氲厌氧变管进行 图2 4 脱氧除磷u n t t a n k 系统流程 f i g 2 4 u n i t a n kp r o c e s so fd e o x i d a t i o na n dd e p h o s p h o r ( 2 ) 常规工艺 常规的三级处理工艺是在生物处理之后增加混凝、过滤、消毒等常规处理过 程，有砂滤、膜滤、反渗透、u v 消毒、液氮、臭氧消毒等。一般来说这些处理方 式单位水处理成本比较低，在经济上比较可行。 ( 3 ) m b r 技术 m b r 技术又称为膜生物反应器技术，利用了膜分离的选择性和高效性，同时又 利用了生物处理工程的有效性和彻底性，将水中的有害物质最大限度地除去。m b r 工艺的特点是用膜分离系统代替了普通活性污泥法中的二沉池，减少了传统工艺 大部分的处理单位，节省了大量投资，而且耗能和一般传统的水处理工艺相近。 污水在处理设备中的停留时间短，对c o d ，n h 。一n 的去除率极高，出水水质达到了 生活杂用水水质的标准。 ( 4 ) l m 深度处理工艺 l m 深度处理工艺是种全新的生态处理工艺，在厌氧池加好氧他的基础j ：；h h 入了改进的曝气氧化塘和高效湿地两个深度处理单元，使出水水质达到了生活杂 用水的标准。其工艺流程是：生物厌氧池一封闭好氧池一开放好氧池一澄清池一 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 人工湿地一u v 消毒一蓄水池一回用，或者以接触氧化池和生态氧化槽代替封闭好 氧池和开放好氧池。l m 深度处理工艺的特点是剩余污泥少、运行费用低、管理方 便，还具有美化景观的功能。该方法和其他水处理工艺相比比较经济。 2 2 4 脱氦除磷工艺 ( 1 ) a 2 o 工艺 a 2 o 工艺为厌氧一缺氧一好氧生物脱氮除磷工艺，该工艺能对b o d 5 、s s 、氮、 磷都有很高的去除效果，因此又称为生物脱氮除磷工艺。 a 2 o 工艺将生物反应池分为厌氧段、缺氧段和好氧段。在厌氧段，回流污泥 中的聚磷菌释放磷，同时b o d 5 得到部分去除。进入好氧段，聚磷菌又变本加厉地 吸收磷，污泥成为高磷污泥，通过排放剩余污泥的方式，将磷去除；b o d 5 得到更 进一步去除，同时n h 。一n 被硝化，通过含硝酸盐混合液的内回流方式，使其n h x n 在缺氧段进行反硝化脱氮，因而该工艺具有同时生物脱氮除磷的功能( 见图2 5 ) 。 圆圆 进水 出水 i 璺! i 堕墨熏j 塑叁薹翌 图2 5a 2 o 工艺流程 f i g 2 5 a 2 op r o c e s s a 2 o 工艺处理效率较高，适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂，但基建 费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说， 当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化从而影响给水水源时， 才采用该工艺。 ( 2 ) a o 工艺 a o 工艺也是城市污水生物脱氮技术的一种。这种工艺是在曝气池前增加厌 氧、全混合反应池，原污水经过预处理后在这个池内与回流污泥充分混合。 a o 工艺的特点是处理的水质好，氮、磷的含量都较低，且不需要再增加脱氮 除磷的三级处理工艺，剩余污泥量较一般生物处理系统少，沉降性能也好，易于 脱水。但该工艺对没经过硝化处理的污水不适用，同时由于回流污泥中有硝酸盐 及亚硝酸盐的存在，将阻碍磷在厌氧池内的溶解。 ( 3 ) u c t ( u n i v e r s i t yo fc a p et o w n ) 工艺 由于在a o 工艺中，污泥回流很难保证1 0 0 不含硝酸盐及亚硝酸盐，为了彻 底排除硝酸怂及亚硝酸盐对除磷的于扰，u c t i 艺不将污泥回流到磷释放池，而是 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 回流到其后的反硝化池。在硝化池内排除硝酸盐和亚硝酸盐后，再引入磷释 放池与原污水混合，接下来是一组硝化与反硝化池( 见图2 6 ) 。 初沉池磷释放反硝化池 曝气池二泓池 图2 6u c t 3 2 艺流程 f i g 2 6 u c tp r o c e s s 2 2 5 氧化沟工艺 氧化沟是传统活性污泥法的变形，本质上、机理上仍属于活性污泥法。但氧 化沟与传统法相比较又有它的特点，而且自成系列，出现多种工艺形式。 传统活性污泥法最早形式混合液流态是推流式。5 0 年代出现完全混合曝气法， 氧化沟是呈封闭环状沟，因此将池改为沟，混合液在沟内无终端循环流动，也可 称为连续循环曝气池或折流循环曝气池。 氧化沟的特点除混合液封闭循环流动外，将传统鼓风曝气改为表面曝气。典 型的氧化沟污泥负荷低，污泥龄长，除污泥得到净化外，污泥量少而且稳定，缓 冲能力强，能承受冲击负荷。构造更简单，也易于维护管理。氧化沟表面曝气采 用曝气转刷、转碟或曝气叶轮，动力效率一般为1 6 2 0 k g k w h 。 连接蓝 v 童祷式 誓蹙聱或d e 删 8 m 1 1 a 式 l i f 式 德掩建 钔斯b 球p 舔s v e e r ) # 佟警j j ：c c m o m i ) 舆伯象( o f l 碓1 ) 式 图2 7 氧化沟_ 1 - 艺分类 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 氧化沟工艺从运行方式上分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。从 国内外城市污水处理厂实例来看，较多运用的主流池型有：卡鲁塞尔氧化沟、奥 贝尔氧化沟、一体化氧化沟等工艺技术。 ( i ) 卡鲁塞尔氧化沟 卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟式环型氧化沟，在氧化沟的顶端没有垂直表面曝 气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水在沟道内转折巡回流动，处于完全混合形 态，有机物不断氧化得以去除。该氧化沟一般没有独立的沉淀池和污泥回流系统。 卡鲁塞尔氧化沟具备一般氧化沟的共同优点，工艺流程简单，抗冲击负荷能 力较强，出水水质较稳定；其独特之处在于：在处理某些工业废水时尚需预处理， 但在处理城市污水时不需要预沉池：污泥稳定，不需消化池可直接干化；工艺稳 定可靠；工艺控制简单；系统性能显示，b o d 降解率达9 5 一9 8 ，c o d 降解率达9 0 一9 5 ，同时具有较高得除磷脱氮功效；系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立 式低速搅拌机，沟深可增加到5 m 甚至8 ，从而使曝气池的占地面积大大减小；氧 化沟从“田径跑道式”向“同心因式”转化，池壁公用，降低了占地面积和工程 造价。 由于表曝机数量少，沟内混合液自由流程很长，由亲流导致的流速不均有可 能引起污泥沉淀，影响运行效果。难以避免供氧和搅拌的矛盾，尤其在进水水质 较淡的工况下，为节能须降低表曝机的转速，但会急剧减弱搅拌能力，无疑雪上 加霜，导致严重沉淀，淤积污泥。对于大中容积的氧化沟，水深不宜超过3 5 m ， 否则应增设水下推进器，投资和成本会有所增加。单沟氧化沟平均溶解氧宜维持 在2 m g l 左右，加之单点供氧强度较大，耗能稍高。卡鲁塞尔氧化沟结构和设备简 单，管理方便。对中小规模的城市污水处理厂有一定的适用性。 ( 2 ) 奥贝尔氧化沟工艺 奥贝尔氧化沟由三个相对独立的同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道进入沟 内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池三个 环形沟道相对独立，溶解氧分别控制在0 、1 、2 m g 1 ，其中外沟道容积达5 0 一6 0 ，处于低溶解氧状态，大部分有机物和氨氮在外沟道氧化和去除。内沟道体积 约为1 0 一2 0 ，维持较高的溶解氧( 2 m g ) ，为出水把关。在各沟道横跨安装有不 同数量转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。 奥贝尔氧化沟除具备一般氧化沟的优点：流程简单、抗冲击负荷能力强、出 水水质稳定和易于维护管理。有较好的节能性能。由于外沟道溶解氧平均值很低， 氧的传递作用是在亏氧条件下进行的，具有较高的效率，由于大部分氧化和硝化 反应在外沟道发生，且具有较高的反硝化率，因而节能效益显著。通常可以节省 电耗1 5 以上。具有较好的脱氮功能。在外沟道的脉冲曝气和大区域的缺氧的坏 1 4 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理工艺技术 境下，可以较高程度的实现“同时硝化反硝化”的效果，在不设内回流的条件下， 也具有较高的脱氮效率。奥贝尔氧化沟作为一种多级串联的反应器，有利于生化 难降解的有机物，一般可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。 奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，具有较高的充氧能力和动力效率，优化控制 方便，并可提高水深相对节省用地。 由于上述特点，奥贝尔氧化沟作为较优化的工艺之一，可以在城市污水处理 工程中推广应用，尤其适用于中小规模的污水处理厂。目前，全国已有2 0 余座城 市污水处理厂采用了奥贝尔氧化沟工艺。 ( 3 ) 一体化氧化沟工艺 一体化氧化沟广义上是指，作为生化处理的氧化沟和沉淀池或其他类型的固液 分离设施合建为同一构筑物的布置形式。目前国内有单位推出的一体化氧化沟， 主要包括侧沟式和中心岛式两种类型，其特点是：集曝气、沉淀( 泥水分离) 和污 泥回流功能为一体，不设单独的沉淀池。主要优点是节省占地面积。 采用曝气与沉淀的合建方式，占地较省。特殊的固液分离器，能达到较大的污 泥表面负荷，相对普通沉淀池更节省用地及基建投资，省去专门的污泥回流系统， 投资和运行费用有所减少。但是，就目前该技术的可靠成熟及稳定性来讲，有些 问题应当审慎考虑：难以形成功能相对独立的厌氧、缺氧和好氧区域，对除磷脱 氮要求较高的场合稳定性较差。固液分离器内斜板( 或类似组件) 强化了分离效果， 提高了表面负荷，从而进一步减少占地面积。但是，实践证明，由于污水污泥具 有粘稠性，且易形成生物粘膜，斜管或斜板有堵塞和淤积的可能，会增加维护的 工作量。只有在理想的水力条件下，固液分离器内才会形成污泥层，通过截留作 用，强化分离效果。但是，由于污水流量和水质的变化，氧化沟内的流速和出流 量总是变化的，污泥层难以稳定，有可能出现浮泥，增加出水的s s 。 2 3 工艺模式选择 在工艺选择方面，城市污水处理厂的工艺选择应根据原水质、出水要求、污 水厂规模、污泥厂规模、污泥处置方法及当地温度、工程地质、征地费、电价等 因素作综合考虑。污水处理的每项工艺都有其优点、特点和不足之处，有其相对 合适的应用条件，不可能以一种工艺代替其他一切工艺，也不宜离开具体条件为 先进而先进，引进技术应该适合我国的国情，应考虑以下几个方面： 技术合理，技术先进而成熟，对水质变化适应性强、出水达标稳定性高，污 泥易于处理。 经济节约，耗电小、造价低、占地少。易于管理，操作管理方便、设备可靠、 与具体城市运行人力资源和管理水平相适应。 重庆大学硕士学位沦文2 城市污水处理_ 上艺技术 因地制宜，考虑当地环境容量的要求，考虑和城市规划衔接，考虑厂址的地 形地貌的地质条件。 综合上述，经分析比较，本研究推荐a 2 o 法、氧化沟法和s b r 法作为城市污水 处理主要工艺方案，具体选择根据实际情况而定。 重庆大学硕士学位论文3 城市污水处理厂的建设模式 3 城市污水处理厂的建设模式 长期以来，我国城市污水处理厂的建设、运营一直由政府投资，使政府背上 了沉重的财政包袱。为解决我国所面临的扩大建设和资金不足的矛盾，国家计委 在城市污水处理及污染防治技术政策中提出，城市污水处理设施建设应朝着 投资多元化、运营市场化、设备标准化、监控自动化的方向发展。在这种背景下 b o t 模式将是我国城市污水处理项目融资的一个发展方向。 3 1 城市污水处理厂建设模式 3 1 1 国外城市污水处理投资模式 国外城市污水处理投资模式很多，以下主要介绍几个国家的投资模式： 日本和法国日本的下水道建设有国家实旌和地方实施两种。国家实旌的， 设旌所在地的公共团体要承担部分费用，有地方实施的，地方要全部承担费用。 公共下水道与终端处理厂的建造、改造资金，首先考虑同政府资金优先承担，不 足部分可由地方公共团体己发行地方债的形势筹集。法国的公共污水处理系统建 设有公法法人和特许的私法法人建设两种投资方式，这两种投资方式相互结合。 美国由于污水收集系统和污水集中处理系统的新建、改建、扩建和改造工 程规模庞大，投资巨大，这类工程一般属于公有处理工程，由联邦和州、市、镇 政府实施，资金来源于政府投资和贷款，如新建、改建。扩建和改造的市政污水 系统采用了新的和改进的处理和管理方式，还可以获得联邦的处理工程补助金。 联邦和州、市、镇政府全部或部分的投资以修建费、改建费、扩建费和管理费的 形式进行回收。 英国根据1 9 7 3 年水法规定，水管理局提供处理工业废水和污水处理的 设备，事务大臣可下达收费和支付款项的命令。 3 1 ，2 我国城市污水处理投资模式 与发达国家相比，我国政府财力不足，让国家与地方政府对所有的污水集中处 理设施进行完全先行投资是不现实的，改革开放以来，随着市场经济的建设和商 品经济的发展，形成了项目投资渠道多源化和筹资多样化的局面，目前主要投资 模式有以下几种： ( 1 ) 政预算模式 国家预算安排并列入年度建设计划，包括中央财政安排的投资和地