城市污水处理

1、环境工程 南开大学 关辽市污水处理作者：天津市南开大学 关辽【概述】城市污水是通过下水管道收集到的所有排水，既排入下水管道系统的各种生活污水、工业废水和城市降雨径流的混合水。评价城市污水的指标有物理和化学和生物三方面。城市污水的水质在主要方面具有生活污水的一切特征。但在不同的城市，因工业的规模和性质不同，城市污水的水质也受工业废水和水量的影响而明显变化。 城市污水处理系统由三部分组成：收集和输送城市污水、雨水的排水管道系统，污水无害化处理系统，污水深度处理和再利用系统。城市污水处理方法可分为物理处理方法、化学处理方法、物理化学处理方法、生物处理方法等。1.前言我国水资

2、源形势十分严峻。我国人均占有水资源量仅为世界平均值的1/4，且水体污染严重。环保部门统计90%以上城市水体受到不同程度污染。与此相对，我国的城市污水水量巨大，由于城市污水包含城市生活污水，工业废水以及城市降雨径流的混合水，因此具有污染成分复杂，污水量大的特点。因此为了使排放的污水不对环境水域造成影响，应该对城市污水进行处理，从而改变污水性质，减少其污染程度，直至达到排放要求。2.城市污水的来源城市污水是通过下水管道收集到的所有排水，是排入下水管道系统的各种生活污水、工业废水和城市降雨径流的混合水。生活污水是人们日常生活中排出的水。它是从住户、公共设施和工厂的厨房、卫生间、浴室和洗衣房等生活设施

3、中排放的水。这类污水的水质特点是含有较高的有机物，如淀粉、蛋白质、油脂等，以及氮、磷、等无机物，此外，还含有病原微生物和较多的悬浮物。相比较于工业废水，生活污水的水质一般比较稳定，浓度较低。工业废水是生产过程中排出的废水，包括生产工艺废水、循环冷却水冲洗废水以及综合废水。由于各种工业生产的工艺、原材料、使用设备的用水条件等的不同，工业废水的性质千差万别。相比较于生活废水，工业废水水质水量差异大，具有浓度高、毒性大等特征，不易通过一种通用技术或工艺来治理，往往要求其在排出前在厂内处理到一定程度。降雨径流是由降水或冰雪融化形成的。对于分别敷设污水管道和雨水管道的城市，降雨径流汇入雨水管道，对于采用

4、雨污水合流排水管道的城市，可以使降雨径流与城市污水一同加以处理，但雨水量较大时由于超过截留干管的输送能力或污水处理厂的处理能力，大量的雨污水混合液出现溢流，将造成对水体更严重的污染。3.城市污水的水量变化对于城市污水的处理，污水量的变化是很重要的一个因素，因为污水量的变化规律直接关系到城市污水处理厂的规模大小、运行负荷、运行参数调整、工程投资、运行费用和费用效益。正如前面说的，城市污水由工业废水、生活污水和降径流三部分组成，所以城市污水处理厂设施的设计规模主要考虑使用下水道的城市人口排污量Q1、排入下水道的工业废水总量Q2以及雨水量Q3。而这些又受到城市人口、工业发展规模、管网规划布局、气候条

5、件等因素的影响，影响因素众多，变化规律复杂。在人类的生产和生活过程中用过的水，绝大部分排入污水管道，但这并不说明污水量就等于给水量，因为有时用过的水并没有排入污水管道，如消防、冲洗街道水排人了雨水管道或蒸发掉，再加上污水管道的渗漏等造成了污水量小于给水量，一般城市的污水量约为给水量的80%90%。另外在某些情况下，实际排入污水管道的污水量也可能大于给水量，比如地下水经管道接口处渗入，雨水经检查井流入以及工厂或其他用户没有分散的给水设备，这些用户的给水量可能未包括在城市集中给水量之内等等，这时就可能出现污水量大于给水量。4.城市污水中的主要污染物悬浮物：一般为200500毫克/升，有时候可超过1

6、000毫克/升。其中无机和胶体颗粒容易吸附有机毒物、重金属、农药、病原菌等，形成危害大的复合污染物。悬浮物一般通过混凝、沉淀、过滤等物理方法除去。值得一提的是，在降水初期，由于雨水淋洗城市大气污染和冲洗建筑物、地面、废渣、垃圾，污水中悬浮物的含量会增加。病原体：主要来自生活污水和医院废水，包括病菌、寄生虫、病毒三类。常见的病菌是肠道传染病菌，每升污水可达几百万个，可传播霍乱、伤寒、肠胃炎、婴儿腹泻、痢疾等疾病。常见的寄生虫有阿米巴、麦地那丝虫、蛔虫、鞭虫、血吸虫、肝吸虫等，可造成各种寄生虫病。病毒种类很多，仅人粪尿中就有百余种，常见的是肠道病毒、腺病毒、呼吸道病毒、传染性肝炎病毒等。每升生活污

7、水中病毒可达50万到7000万个。需氧有机物：包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等。其浓度常用五日生化需氧量(BOD5)来表示。也可用总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)等指标结合起来评价。常用BOD5与COD的比例来反映污水的可生化降解性，用微生物呼吸氧量随时间变化曲线来反映生化降解的快慢。城市污水BOD5一般为每升300500毫克，造纸、食品、纤维等工业废水可高达每升数千毫克。 植物营养素：生活污水、食品工业废水、城市地面径流污水中都含有植物的营养物质氮和磷。来自洗涤剂的磷占生活污水中磷含量的3075%，占地面径流污水中磷含量的17%左右。氮素的主要

8、来源是食品、化肥、焦化等工业的废水，以及城市地面径流和粪便。硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐和一些有机磷化合物都是植物营养素，能造成地面水体富营养化、海水赤潮和地下肥水。硝酸盐含量过高的饮水有一定的毒性，能在肠胃中还原成亚硝酸盐而引起肠原性青紫症。亚硝酸盐在人体内与仲胺合成亚硝胺类物质可能有致畸作用、致癌作用。除了以上四类普遍存在的污染物外，随污染源的不同还可能含有多种无机污染物和有机污染物，如氟、砷、重金属、酚、氰、有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等。正是因为这些污染物的存在，如果城市污水不经处理就排入地面水体，会使河流、湖泊受到污染。5.城市污水的性质 城市污水的性质主要通过各项物理指标、化学

9、指标和生物指标来衡量。在不同的城市，城市污水的性质因城市规模、人口数量、工业的规模和性质各不相同而有着明显变化。5.1物理指标城市污水的物理性质包括颜色、气味、水温、氧化还原电位等指标。与化学指标或生物指标比，物理指标的变化，可以直观地反映水质和污染物的变化。5.1.1颜色以生活污水为主的污水厂，进水颜色通常为灰褐色，这种污水比较新鲜，但实际上进水的颜色通常变化不定，这取决于城市下水管道的排水条件和排入的工业废水的影响。如果进水呈黑色且臭味特别严重，则污水陈腐，可能在管道中存积太久。如果进水中混有明显可辨的其他颜色如红、绿、黄等，则说明有工业废水进入。对一个已建成的污水厂来说，只要它的服务范围

10、与服务对象不发生大的变化，则进水的污水颜色一般变化不大。要按流程逐个观测各污水池上的污水。活性污泥的颜色也有助于判断构筑物运转状态，活性污泥正常的颜色为黄褐色，正常的气味应为土腥味，运行人员在现场巡视中应有意识地观察与嗅闻。如果颜色变黑或闻到腐败气味，则说明供氧不足，或污泥已发生腐败。5.1.2、气味活性污泥混合液有一定气味，当操作工人在曝气池旁嗅到一股土腥味时，则就能断定曝气池运转良好。若城市污水中有汽油、溶剂、香味，可能是有工业废水排入。5.1.3、水温水温对曝气生化反应有着很大的影响。一个污水厂的水温时随季节逐渐缓慢变化的，一天内几乎无甚变化。如果有一天内变化很大，则要进行检查，是否有工

11、业冷却水进入。5.1.4氧化还原电位正常的城市污水具有约+100mV的氧化还原电位，小于+40 mV的氧化还原电位或负值氧化还原电位说明污水已经厌氧发酵或有工业还原剂的大量排放。氧化还原电位超+300mV，说明有工业氧化剂废水大量排入。5.1.5、溶解固体（DS）和悬浮固体（SS）城市污水中含有大量的固体物质，按其物理性质可为悬浮固体SS和溶解固体DS。悬浮固体（SS）简称悬浮物，是检测污水的重要指标。SS指标的意义为：表示污水悬浮物的污染情况，SS含量的多少直接影响着水环境的外观情况；此外，还可以用SS反映用简单沉淀法去除污染物的效果和难易程度。5.2、化学指标城市污水的化学指标很多，它包括

12、酸碱度（pH）、碱度、生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、固体物质、氨氮（NH3-N）、总磷(TP)、重金属含量等。5.2.1、酸碱度（pH）城市污水pH值一般为6.57.5。pH值的微小降低可能是由于城市污水输送管道中的厌氧发酵。雨季时进水较低的pH值往往是城市酸雨造成的，这在雨污合流系统尤其出。pH值的突然大幅度变化不论是升高或者降低，通常都是由于大量酸性或碱性工业废水排入造成的。5.2.2、生化需氧量（BOD） 城市污水处理中，常用生化需氧量BOD指标反映污水中有机污染物的浓度。生化需氧量是在制定的温度和制定的时间段内，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中所需要的样的数量，单位为

13、mg/L。由于微生物的好氧分解速度开始很快，约5天后其需氧量即达到完全分解需氧量的70%左右，因此在实际操作中常用5日生化需氧量（BOD5）来衡量污水中有机物的浓度。5.2.3、化学需氧量（COD） 化学需氧量是指用强氧化剂使被测废水中有机物进行化学氧化时所消耗的氧量。COD测定速度快，不受水质限制，用它指导生产较方便。常用的氧化剂为KMnO4和K2Cr4O7。KMnO4的氧化能力较弱，往往只有一部分被氧化，因此需所测定的结果与实际情况有很大的差别，而K2Cr4O7的氧化能力很强，能使污水中的绝大部分有机物氧化，常用K2Cr4O7来测定。在城市污水处理分析中，可以把BOD5/COD的比值作为可

14、生化性指标。当BOD5/COD0.3时，可生化性较好，适宜采用生化处理工艺。城市污水的BOD5和COD的均值之间保持着一定的相关关系，通过大量的数据分析对比，可以近似地从COD推求BOD5。5.2.4、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）和总磷(TP)氮、磷含量是重要的污水水质指标，在污水生化处理过程中微生物的新陈代谢需要消耗一定量的氮、磷。如果大量的氮、磷排入到水体中，将会导致水体中藻类的超量增长，造成富营养化问题。总氮是污水中各类有机氮和无机氮的总和。氨氮是无机氮的一种，总磷是污水中各类有机磷和无机磷的总和。总氮（TN）有机氮无机氮蛋白性氮非蛋白性氮氨氮（NH3N）亚硝酸氮（NO2N）硝酸盐氮

15、（NO3N）5.3 生物指标目前应用较多的生物指标是细菌总数和总大肠杆菌数，在生活污水、医院污水中常可检测到，可以反映生活污水、医院污水中的病原体数量，对于卫生防疫具有重要意义。城市污水各项常见指标一般的高、中、低范围如下表所示：6.城市污水的特点城市污水的水质在主要方面具有生活污水的一切特征。但在不同的城市，因工业的规模和性质不同，城市污水的水质也受工业废水和水量的影响而明显变化。典型的生活污水水质变化大体有一定范围，可参见表1。表1 典型的生活污水水质示例指标浓度/(mg/L)指标浓度/(mg/L)高中低高中低固体（TS）溶解性总固体非挥发性挥发性悬浮物（SS）非挥发性挥发性可沉降物/(m

16、g/L)生化需氧量（BOD5）溶解性悬浮性总有机碳（TOC）化学需氧量（COD）溶解性悬浮性120085052532535075275204002002002901000400600720500300200220551651020010010016040015025035025014510510020805100505080250100150可生物降解部分溶解性悬浮性总氮有机氮游离氨亚硝酸盐硝酸盐总磷有机磷无机磷氯化物（Cl-）碱度（CaCO3）油脂7503753758535500015510200200150300150150401525008351001001002001001002081

17、200413605050 注：该表摘自给水排水设计手册。7.城市污水处理系统城市污水处理系统由三部分组成：收集和输送城市污水、雨水的排水管道系统，污水无害化处理系统，污水深度处理和再利用系统。7.1城市排水管道系统城市排水管道系统是指收集和输送城市污水、雨水和雪水到泵站、处理厂或排放点的管道系统。根据功能不同，城市排水管道系统可分为污水管道系统、雨水管道系统和合流制管道系统。7.2污水无害化处理系统污水无害化处理系统是指通过物理、化学和生物处理方法，将城市污水中的主要污染物质去除或转化为无害的物质，从而达到相关污水排放标准的处理系统。城市污水无害化处理系统包括一级处理系统、二级处理系统和污泥处

18、理系统。7.3污水深度处理和再利用系统污水深度处理和再利用系统一般以污水二级处理系统出水作为原水，通过混凝沉淀、过滤、生物脱氮除磷等深度处理工艺，进一步去除污水残存的污染物质，也称三级处理系统。处理后的废水达到排放或重复使用（如农田灌溉、绿化用水）要求。随着社会经济发展，污水深度处理和再利用是未来发展的趋势。城市污水处理系统的具体流程见图1所示。确定污水处理流程的主要依据是所要求达到的处理程度，在处理技术的选择上要尽可能合理、先进，保证处理出水不会造成二次污染，同时应选用高效、节能的处理设备，以节约建设投资和运行管理费用。 图1 城市污水处理系统注： 1.泵有时不需要，亦可能移至沉砂后，或与均

19、化结合； 2.在小型污水厂中，可酌情使用均化；3. 初雨径流一般只处理到初沉为止；4. 在有条件的地方，可结合采用稳定塘及（或）土地处理。8. 城市污水处理方法城市污水处理方法很多，按其作用原理，可分为物理处理方法、化学处理方法、物理化学处理方法、生物处理方法等。（1）物理处理方法 物理处理方法是利用物理作用分离污水中主要呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变物质的化学性质。典型的物理处理方法有沉淀法、过滤法、离心分离法、气浮法等。（2）化学处理方法 化学处理方法是利用化学反应作用来分离或回收污水中的污染物质，或使其转化为无害的物质。典型的化学处理方法有中和法、混凝法、氧化还原法等。（3）物

20、理化学处理方法 物理化学处理方法是通过物理化学过程使污水得到净化的方法，主要有吸附、萃取、离子交换、反渗透等方法。（4）生物处理方法 生物处理方法是利用微生物的作用来去除污水中溶解的和胶体状态的有机物的方法。生物处理方法可分为好养生物处理（主要有活性污泥法、生物膜法等）和厌氧生物处理两大类。 城市污水处理工艺，实际上是以上这些处理方法的应用和组合。9.城市污水处理工艺城市污水处理一般分为三级：一级处理，系应用物理处理法去除污水中不溶解的污染物和寄生虫卵；二级处理，系应用生物处理法将污水中各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质；三级处理，系应用化学沉淀法、生物化学法、物理化学法等，去除污水中的磷、

21、氮、难降解的有机物、无机盐等。至于采取哪级处理比较合理，应视对最终排出物的处理要求而定。9.1 城市污水一级处理系统 城市污水一级处理系统包括预处理、一级处理。污水预处理和一级处理称为物理处理或机械处理，如图1所示。它是去除污水中的漂浮物和悬浮物的处理过程，一般能去除悬浮固体SS约50%60%，BOD5去除20%30%。出水达不到排放标准，故一级处理属于二级处理的前处理。一级处理主要应用在以下方面。沿海或靠近较大水体的城市，经充分论证后，可采用一级处理或一级强化处理方案，污水经处理后直接排放或排入地面水体。城市污水进行二级处理时先进行一级处理，可减轻二级处理负担，保证二级处理系统正常工作。城市

22、污水进入稳定塘处理系统前需要进行一级处理，避免稳定塘产生淤积，延长使用年限。城市污水进入土地处理系统前，也应进行一级处理，避免污水中杂质堵塞土壤颗粒间隙，并提高土地处理的程度。污水的预处理城市污水预处理主要包括污物拦截和沉砂，一般设置机械格栅除污机，去除污水中的大块悬浮物，沉砂则靠设置沉砂池来去除污水中密度较大的无机颗粒，以保护后续处理设施的正常运行，它是任何城市污水处理工程中必不可少的处理设施。9.1.1.格栅：在城市污水处理构筑物中，通过实践证明格栅在前处理中起着重要的作用，直接影响污水处理设施的正常运行。格栅清污目前一般采用机械清污，清污时间有定时自动清污和按格栅的水位差自动清污之分。为

23、保证安全运行，一般24h连续运行，使来水中的杂物随来随清，不致积压。格栅的间隙大小与污水处理运行有直接关系。目前设计采用格栅的间隙为40mm以上：细格栅间隙为510mm；中格栅间隙为1540mm；粗格栅间隙为40mm以上。中、粗格栅设在污水泵房之前，细格栅设在污水泵房之后沉砂池之前。污水在栅前渠道内的流速一般控制在0.40.8m/s，经过格栅的流速一般采用0.61.0m/s。过栅流速太大和太小都会直接影响到截污效果和栅前泥沙的沉积。污水的过栅水头与过栅流速有关，一般水头损失在0.10.3m之间，最大不超过0.5m。9.1.2沉砂池沉砂池也是城市污水处理厂必不可少的处理设备，常设在进水泵房的后面

24、。除砂的目的是避免砂粒对处理工艺和设备带来不利影响，如对沉砂池刮泥板、污泥泵叶轮和离心或带式脱水机等部位产生磨损，使其寿命缩短，同时在曝气池、污泥硝化池产生淤积而减少有效容积等。按池内水流方向的不同，沉砂池可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池等。图3 平流式沉砂池示意平流式沉砂池见图3。它是最常用的一种沉砂池，污水在池内沿水平方向流动。两端设有闸板，以控制水流，池底设13个储砂斗，下接排砂管。普通平流式沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%的有机物，使沉砂的后续处理难度增加。曝气沉砂池和构造见图4。曝气沉砂池的最大优点是能够在一定程度上使砂粒在曝气的作用下相互摩擦，可以去除砂粒

25、上的有机污染物；同时，由于曝气的气浮作用，污水中的池脂类物质会升至水面，形成浮渣而被去除。 图4 曝气沉砂池的构造示意圆形旋流式沉砂池具有占地面积小、能耗低、土建费用低、管理方便等优势，近年来应用日益广泛。圆形旋流式沉砂池也有多种形式，钟式旋流沉砂池结构见图5。钟式沉砂池采用重力原理，水流经过进水渠进入沉砂池，分选区水流分为两个环流：内环在叶轮推动下向上流动，外环则基本上保持静止。砂粒因重力沉降到外环的斜底上，并顺斜坡滑入集砂区。轻的有机物则在径向叶轮的推力作用下与砂粒分离，返回到水流中去。 图5 钟氏沉砂池结构示意城市污水一级处理的主要构筑物为初次沉淀池。初沉池有平流式、辐流式、竖流式等几种

26、形式。图6 平流式沉淀池构造示意平流式初沉池为矩形，其优点是占地面积小，去除效果较好。主要设备为桁车式刮泥机和链板式刮泥机。图6为平流式沉淀池构造示意。初沉池按功能可分进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲层等5个部分。初沉池的进水区和出水区的功能是使污水均匀平衡地流入、流出沉淀区；沉淀区即工作区，是可沉颗粒与污水分离的区域；污泥区是污泥储存、浓缩和排放区域；而缓冲层则是沉淀区和污泥区的隔离带，起到使已沉下的颗粒不因水流搅动而再次浮起的作用。 图7 辐流式沉淀池（中心进水，周边出水）1-进水管；2-中心管；3-穿孔挡板；4-刮泥机；5-出水槽；6-出水管；7-排泥管图2-8 辐流式沉淀池（周边进

27、水，周边出水）1-过桥；2-栏杆；3-传动装置；4-转盘；5-进水下降管；6-中心支架；7-传动器罩；8-桁架式耙架；9-出水管；10-排泥管；11-刮泥板；12-可调节的橡皮刮板辐流式初沉池为圆形，适用于规模较大的污水处理厂，它又分为中心进水、周边出水型和周边进水、周边出水型两种，主要设备为辐流式中心传动刮泥机和辐流式周边传动刮泥机。虽然辐流式沉淀池占地面积和去除效果都不如平流式沉淀池，但由于这类刮泥机故障率较低，在国内外广泛采用，特别是大型污水处理厂采用更多。辐流式沉淀池一般是圆形（见图7）。污水由沉淀池中心管上孔流入池内，在穿孔挡板的作用下，平稳均匀地流向四周，溢入出水槽内。辐流式沉淀池

28、都采用机械排泥，也可附有空气提升或净水头排泥设施。辐流式沉淀池目前也采用周边进水，中心出水的形式，但一般采用较少。同时还有周边进水，周边出水的形式，见图8。竖流式沉淀池为圆形，池径在10m以内（或10m×10m以内方形），沉淀污泥靠重力排除，无机械排泥设备，它仅适用于小型污水处理厂。竖流式沉淀池构造见图9。竖流式沉淀池内水由中心管的下口流入池内，通过发射板的拦阻向四周分布于整个水平断面上，缓缓向上流动。沉速超过上升流速的颗粒下沉到污泥斗中，澄清后的水由池周的堰口溢出池外。 图9 竖流式沉淀池构造示意9.2市污水二级处理系统城市污水二级处理系统主要为生物处理系统，以生物处理技术为主。城

29、市污水二级处理系统可以大幅度去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，BOD5去除率达85%95%。微生物处理技术顾名思义，就是通过微生物的新陈代谢来完成的。利用好氧微生物的新陈代谢处理污水的过程称为污水的好氧生物处理，利用厌氧微生物的新陈代谢污水的过程称为污水的厌氧生物处理。在实际应用中，常常在一个系统中既有好氧处理和厌氧处理，而这些好氧和厌氧微生物，绝大部分实际上是兼性的，它们在有氧的条件下进行好氧过程，在无氧的条件下进行厌氧过程。9.2.1 生化处理基本原理污水的生化处理是通过微生物新陈代谢完成的。利用好氧微生物的新陈代谢处理污水的过程称为污水的好氧生物处理，利用厌氧微生物的新陈代谢处理污

30、水的过程称为污水的厌氧生物处理。有时为了实现特殊的处理目标，在一个系统中既有好氧过程又有厌氧过程，则称为厌氧好氧生物处理，而这里的好氧和厌氧微生物，实际上绝大部分为兼性微生物，它们在有氧条件下进行好氧过程，在无氧条件下进行厌氧过程。在污水的好氧处理过程中一部分被微生物吸收的有机物被氧化分解成简单的无机物，如有机物中的碳被氧化成二氧化碳，氢与氧化合成水，氮被氧化成氨、亚硝酸盐和硝酸盐，磷被氧化成磷酸盐等，氧化分解过程中释放出的能量，作为微生物自身生命活动的能源，并将另一部分有机物作为其生长繁殖所需要的构造物质，合成新的细胞体。污水的厌氧生物处理分成两个阶段，在第一阶段中，有一类被称为产酸细菌的微

31、生物把污水中的复杂有机化合物转化成较简单的有机物（如低级脂肪酸和醇类）和CO2、NH3、H2O等无机物。在第二阶段中，另一类被称为甲烷细菌的微生物将简单的有机物分解成甲烷和二氧化碳等。在好氧处理过程中，必须不间断地供给充足的氧，否则好氧处理将部分或全部转化成厌氧处理过程。厌氧生物处理不需要供氧，但其处理速率比好氧处理慢得多，因而在同样规模的单元内，处理污水量也要少得多。为提高厌氧处理的速率，理论上和实践上都已经进行了很多探索，但到目前为止，城市污水单独采用厌氧处理过程的尚不多见。9.3.2 城市污水二级处理技术分类污水生物处理从总体上可分为两大类：一类是微生物在人工为其营造的环境中处理污水，称

32、为人工处理方法，另一类是微生物在天然生态环境中处理污水，称为天然生态处理方法。人工处理方法效率较高，但投资及运行费用也较高；天然生态处理方法虽然投资及运行费用低，但由于受气候因素影响，处理效果不稳定。人工处理方法主要包括活性污泥法和生物膜法。在活性污泥工艺中，微生物群体悬浮在污水中生长，因此也称为悬浮增长工艺。在生物膜工艺中，微生物群体一般固着在某种介质上生长，因此也称为固着增长工艺。天然生态处理方法主要包括生物稳定塘、土地处理和湿地系统三种方法。活性污泥工艺产生于20世纪初，由于其较高的处理效率，且运行稳定可靠，在世界各地得到了普遍应用，目前已经成为城市污水生化处理的主要方法。但是，传统活性

33、污泥处理系统还存在着某些有待解决的问题，如反应器-曝气池的池体比较庞大，占地面积大、电耗高、管理复杂等，近几十年来，国内外科技工作者为了解决活性污泥处理系统存在的这些问题，在活性污泥的反应机理、降解功能、运行方式、工艺系统等方面进行了大量的研究工作，使活性污泥处理系统在净化功能和工艺系统方面取得了显著的进展。在工艺系统方面，几十年来，开创多种旨在提高充氧能力、增加混合液活性污泥处理系统的效率，降低了成本，如氧化沟工艺、SBR工艺和A-B工艺等。在净化功能方面，主要致力于使活性污泥处理系统向多功能方向发展，改变以去除有机污染物为主要功能的传统模式。通过对系统的运行方式进行适当调整，使活性污泥处理

34、系统能够更有效地进行硝化、反硝化反应，取得脱氮率达80%的效果；在工艺方面采取措施，使活性污泥微生物从周围环境中摄取远超出其本身胜利所需要的磷，从而使活性污泥处理系统具有除磷的功能，如采用A/O或A/A/O工艺脱氮除磷，其中A/O或A/A/O工艺也可有机地结合到氧化沟、A-B及SBR工艺中去，使之具有脱氮除磷功能。这样，对活性污泥处理系统，突破了仅作为二级处理技术的传统观念，能够作为脱氮、除磷的三级处理技术。活性污泥法是以悬浮在水中的活性污泥为主体，在有利于微生物生长的环境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。活性污泥的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池，基本流程(如下图所示)为：将污水与回

35、流活性污泥一起送入曝气池，往曝气池注入压缩空气曝气，使得污水与活性污泥充分混合接触，并给予混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物会被活性污泥中的好氧微生物进行氧化分解，此后混合液进入二沉池，活性污泥与澄清水分离，部分活性污泥回流到曝气池，继续参与净化过程，澄清水则排出，以维持系统稳定。 近年来，以活性污泥法为基本原理发明的工艺有很多。例如AB工艺、A²/O工艺。传统AB工艺将曝气池分为高负荷段(A段)和低负荷段(B段)两段。A段以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，去除BOD达50%以上；B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，污泥龄较长，其流程如下图所示： 该工艺的优点在于对

36、有机物的去除效率高，系统运行稳定，主要表现在出水水质波动小，具有较强的耐冲击负荷能力，良好的沉降性能，脱氮除磷效果好。A²/O工艺是通过厌氧、缺氧和好氧交替完成脱氮除磷但应的。污水先进入厌氧池，与二沉池回流污泥混合，在碱性厌氧发酵菌的作用下，部分易生物降解的大分子有机物被转化为小分子挥发性脂肪酸，聚磷酸吸收这些小分子有机物合成聚-羟基丁酸(PHB)并储存在细胞内。同时将细胞内的聚磷水解成正磷酸盐，释放到水中，释放的能量可供专性好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存。污水进入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有机物和回流混合液中的硝酸盐进行反硝化，可同时去碳脱氮。当污水进入好氧池时，有机物浓度已经

37、很低，聚磷菌主要靠分解体内储存的PHB来获得能量，供自身生长繁殖。同时超量吸收水中的溶解性磷以聚磷酸盐的形式储存于体内，经过沉淀将含磷高的污泥从水中分离出来，达到除磷的效果。传统的A²/O工艺流程如下图所示： 该工艺的优点在于去除有机污染物的同时可以达到脱氮除磷的目的。工艺简单，水力停留时间短，在厌氧-缺氧-好氧条件下交替运行，丝状菌不会过度繁殖，不会引发污泥膨胀。生物膜法包括生物滤池、生物转盘、塔滤和生物接触氧化等种类。由于生物膜处理效果较活性污泥法差，受温度等环境因素的影响较大，且运行控制的灵活性小，城市污水处理厂较少采用。但生物膜上的微生物浓度很高、抵抗有毒物质能力较强，故该类

38、工艺被广泛地应用于工业废水处理领域。生物膜法的原理：污水的生物膜处理法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理技术。这种处理法的实质是使细菌和真菌类的微生物、原生动物和后生动物一类的微型动物附着在填料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥生物膜。污水中的有机污染物作为营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到增殖。生物膜发的净化机理分为3点：生物膜的形成：在生物膜处理系统中，填充着数量相当多的挂膜（填料或载体），当污水与挂膜介质流动接触，接种的或原存在于污水中的微生物就会在介质表面中生长。经过一段时间后，介质表面将会为一种膜状污泥生物膜所覆盖，即称为生物膜。生物

39、膜的构造与净化机理：生物膜由好氧层和厌氧层两层组成。好氧层的厚度一般为2mm左右，有机物的降解主要是在好氧层内进行。生物膜的更新脱落：生物膜厚度介于23mm，老化生物膜进化功能较差易于脱落。在处理过程中，生物膜总是在不断地增长、更新、脱落的。 生物膜不断脱落的原因：有水力冲刷、由于膜增厚，造成重量的增大、原生动物是生物膜松动、厌氧层和介质的黏接力较弱等。生物膜的更新和脱落是完全必要的。生物膜去除有机物过程：（附图）1.附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水的有机物浓度低的多。2.由于浓度差的作用，有机物会从污水中转移到附着水层中去，进而被生物膜所吸附。同时，空气中的氧在溶入污水后，进

40、入生物膜，在此条件下，微生物对有机物进行氧化分解和同化合成。3.微生物的代谢产物通过附着水层进入流动水层，并随其排走，CO2及厌氧层分解产物从水层逸出进入空气中。循环往复，使污水得到净化。 根据生物膜反应器附着生长载体的状态，生物膜反应器可以划分为固定床和流动床两大类。在固定床中生长载体固定不动，在反应器内的行对位置基本不变；而在流动床中附着生长载体不固定，在反应器内处于连续流动的状态。生物滤池、生物转盘接触氧化法是生物膜法中应用最广泛的几种技术。(1) 生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。其分类有:普通生物滤池，

41、又名滴滤池，是生物滤池早期出现的类型，普通生物滤池由池体、填料、布水装置和配水系统等四部分组成,其主要优点是：处理效果良好，BOD5的去除率可达95以上；运行稳定、易于管理、节省能源。其主要缺点是：占地面积大、不适于处理量大的污水；填料易于堵塞；产生滤池蝇，恶化环境卫生：喷嘴喷洒污水，散发臭味。近年来有日渐被淘汰的趋势。高负荷生物滤池，大幅度地提高了滤池的负荷，其BOD容积负荷高于普通生物滤池68倍，水力负荷则高达10倍。采取处理水回流措施，使高负荷生物滤池具有多种多样的流程系统。其优点是：均匀与稳定水水质；加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生物膜，使生物膜经常保持较高的活性；抑制滤池蝇的过

42、度滋长；减轻散发的臭味。塔式生物滤池，一般高达824m，直径13.5m，径高比介于1：61：8左右，呈塔状；在平面上塔式生物滤池多呈圆形；在构造上由塔身、填料、布水系统以及通风及排水装置所组成。其优点是塔式滤池内部通风情况非常良好，污水从上向下滴落，水流絮动强烈，污水、空气、填料上的生物膜三者接触充分，充氧效果良好，污染物质传质速度快，这些现象都非常有助于有机污染物质的降解。同时，塔式生物滤池有高的负荷率，滤塔滤层内部存在着明显的分层现象，在各层生长繁殖着种类各异，但适应流至该层污水特征的微生物群体，滤塔能够承受较高的有机污染物的冲击负荷。曝气生物滤池是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备

43、。其主要优点是：气液在填料间隙充分接触，由于气液固三相接触，氧的转移率高，动力消耗低；本设备自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，无需设沉淀池，占地面积少；以3-5mm的小颗粒作为填料，比表面积大，微生物附着力强；池内能够保持大量的生物量，再由于截留作用，污水处理效果良好；无需污泥回流，也没有污泥膨胀的缺陷。生物转盘又称旋转式生物反应器，其设备是由盘片、转轴和驱动装置以及接触反应槽三部分构成。其优点是：微生物浓度高；生物相分级；污泥龄长；耐冲击负荷。(2) 生物接触氧化法：生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布

44、满生物膜，污水与生物膜接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。因此，生物接触氧化处理技术，又称为“淹没式生物滤池”。其主要的优点可以从工艺、运行情况、功能三个方面阐述：a.工艺特征：由于曝气，在池内形成液固气三相共存体系，溶解氧充沛，适于微生物存活繁殖。在生物膜上微生物丰富，无污泥膨胀之虑；填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，由于丝状菌的大量滋生，形成一个呈立体结构的密集的生物网，通过过滤能有效的提高净化效果；生物膜表面不断的接受曝气吹脱，这样有利于保持生物膜的活性，能接受较高的有机负荷率，处理效果较高，有利于缩小池容，减小占地面积；

45、b.运行特征：对冲击负荷有较强的适应能力；操作简单、运行方便、易于维护管理，无需污泥回流，不产生污泥膨胀现象，也不产生滤池蝇；污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀。c.功能特征：生物接触氧化处理技术，运行得当还能够用于脱氮。生物接触氧化处理技术的主要缺点是：填料可能阻塞；布水、曝气不易均匀。接触氧化法与其它生物处理方法比较,具有如下一些特点：1.BOD容积负荷高，污泥生物量大，相对而言处理效率较高，而且对进水冲击负荷（水力冲击负荷及有机浓度冲击负荷）的适应力强。2.处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置的设备较小，因而占地面积小。3.能够克服污泥膨胀问题。生物接触氧化法同其他生物膜法

46、一样，不存在污泥膨胀问题，对于那些用活性污泥法容易产生膨胀的污水，生物接触氧化法特别显示出优越性。容易在活性污泥法中产生膨胀的菌种（如球衣细菌等），在接触氧化法中，不仅不产生膨胀，而且能充分发挥其分解氧化能力强的优点。4.可以间歇运转。当停电或发生其它突然事故后，生物膜对间歇运转有较强的适应力。长时间的停车，细菌为适应环境的不利条件，它和原生动物都可进入休眠状态，显示了对不利生长的环境有较强的适应力；一旦环境条件好转，微生物又重新开始生长、代谢。有人试验，即使停止运转一个月，再重新开始运行，生物膜数日内即可恢复正常。5.维护管理方便，不需要回流污泥。由于微生物是附着在填料上形成生物膜，生物膜的

47、剥落与增长可以自动保持平衡，所以无需回流污泥，运转十分方便。6.剩余污泥量少。其缺点是：1.生物膜的厚度随负荷的增高而增大，负荷过高则生物膜过厚，引起填料堵塞。故负荷不易过高，同时要有防堵塞的冲洗措施。2.大量产生后生动物（如轮虫类）。后生动物容易造成生物膜瞬时大块脱落，则易影响出水水质。3.填料及支架等往往导致建设费用增加。在城市污水处理过程中，若二级处理采用了生物膜法，则要注意一下问题：防止生物膜生长过厚，其解决办法一般有以下三种：加大回流量，借助水力冲脱过厚的生物膜；两级滤池串联、交替进水；低频加水，使布水器转速减慢。在选择生物接触氧化法时,还要注意：生物接触氧化在运行中应注意如下四方面

48、问题：填料的选择；防止生物膜过厚、结球；及时排出过多的积泥；二沉池的运行管理。生物稳定塘是一种很古老的天然处理方法，虽然占地面积较大，但投资及运转费用非常低，在有废坑塘的地区不失为一种很好的处理方法。污水土地处理是在人工可控制条件下，将污水投配到土地上，通过土壤和植物完成一系列物理的、化学的和生物化学的净化过程。这种方法不仅能有效而经济地净化污水，而且能利用污水中的营养物质和水，促进农作物、牧草和林木的增长，因而也是一种有前途的天然净化方法。土地处理一般分为慢速渗滤和地表漫流两种工艺类型。湿地系统是另一种天然生态处理工艺。它主要是利用芦苇地、树木等天然植物系统来净化污水。由于生物膜处理效果较活

49、性污泥法差，受温度等环境因素的影响较大，且运行控制的灵活性小，城市污水处理厂较少采用。但生物膜上的微生物浓度很高、抵抗有毒物质能力较强，故该类工艺被广泛地应用于工业废水处理领域。9.3城市污水的三级处理城市污水的三级处理又称为污水的深度处理，现在的我国的污水处理厂投入实际应用的并不多。三级处理应用物理化学和化学方法使水质达到用水要求，进一步去除二级处理未能去除的污染物，出水水质较好，甚至能达到饮用水质标准，但处理费用高，除在一些极度缺水的国家和地区外，应用较少。它将经过二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用活性炭吸附法或反渗透法等去除水中的剩余污染物,并用臭氧或氯消毒杀灭细菌和病毒,然后将处理水送

50、入中水道，作为冲洗厕所、喷洒街道、浇灌绿化带、工业用水、防火等水源。三级处理的主要对象是：营养性污染物及其他溶解物质或者水中残留的细小 悬浮物、难生物降解的有机物、盐分等 ，采用的方法有过滤、吸附、离子交换、反渗透、消毒等。主要方法有生物脱氮法、凝集沉淀法、砂滤法、硅藻土过滤法、活性炭过滤法、蒸发法、冷冻法、反渗透法、离子交换法和电渗析法等。根据三级处理出水的具体去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同：除磷：污水中的除磷工艺大致可分为生物、物理、化学三种方法。生物除磷工艺主要是利用水中磷细菌（也称为聚磷菌、除磷菌），可过量、超出生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内。除磷菌最终会

51、进入污泥中，从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。污水生物除磷技术主要有两种：厌氧好氧生物除磷工艺（AO工艺）；Phostrip除磷工艺，实际上是一种生物除磷与化学除磷相结合的工艺。化学沉淀法除磷技术：化学沉淀法是向污水中投加药剂，使水中磷酸离子生成难容性的盐，形成絮凝体与水分离，从而去除污水中所含磷一种物理方法，使用的药剂可分为石灰沉淀法和金属盐沉淀法。结晶法除磷技术原理：在碱性条件下，溶液中的PO43-和Ca2+反应可以生成羟基磷酸钙沉淀。结晶法除磷是使呈碱性并含有适量Ca2+的含磷废水以一定流态通过填料床。该填料结构和表面性质与羟基磷酸钙相似，它破坏溶液离子的亚稳定态，形成羟基磷

52、酸钙在填料颗粒表面结晶，从而达到除磷的目的。除氮技术：物理法 ：（1）吹脱法：操作简便易控，除氨效果稳定，但存在下列问题：pH值过高易生成水垢；游离氨逸散造成二次污染等。（2）电渗析法和反渗透法：这两种方法脱氮效果都好，但对水质要求高，处理成本高，一般极少使用。(3) 过滤法：脱氮效果不理想，一般可作脱氮预处理。化学法：（1）折点加氯法：利用游离氯与污水中的氨作用，生成氮气而去除污水中的氮。（2）化学混凝法：脱氮效果不够理想，产生的污泥量较大，一般不单独采用该法脱氮。生物法：原理是经硝化反硝化处理，把污水中的氮变成无害的N2排除体系。硝化是污水中的有机氮在生物处理过程中被异氧型微生物氧化解，转

53、化为氨氮，然后由自氧型硝化细菌将其转化为NO3和NO2的过程；反硝化是反硝化细菌经厌氧呼吸将NO3和NO2还原转化为N2的过程，从而达到脱氮的目的。 离子交换法：常用斜发沸石作为除氨的离子交换体，它对氨离子的选择优于钙、镁、钠等离子。该法脱氮成本高，不经济，此外还存在再生液处理等问题。人工湿地法 利用农田、卵石床水栽植物进行处理，该法投资少，运行方便，对农村及小城镇很适用，不过过量使用可能造成附近水井、河流、水库中的NO3增加。除无机物：有三种可采用的方法：即离子交换、电渗析和反渗透。在污水三级处理中用反渗透法脱除矿物质和有机污染物最受重视。反渗透法能有效地去除多种污染物。缺点是设备造价和运转

54、费用都高。另外，反渗透膜容易被污染物堵塞，需要清洗。有些三级处理系统是由超过滤和反渗透串联组成的，前者主要去除有机污染物，而后者去除溶解性无机物。除有机物: 活性炭能有效地除去二级处理出水中的大部分有机污染物。活性炭具体吸附容量是由进水的有机物浓度和所要求的出水有机物浓度决定的。在任何情况下，活性炭的实际吸附容量比按吸附等温线试验测定的吸附容量大得多。这主要是在活性炭上还有生物吸附和氧化作用所致。臭氧氧化法和活性炭吸附法配合使用，往往能更有效地去除有机物并可延长活性炭的使用寿命。臭氧能将有机物氧化降解，减轻活性炭的负荷，还能将一些难以生物降解的大分子有机物分解为易于生物降解的小分子有机物，而便

55、于被活性炭吸附和生物降解。臭氧氧化的废水流经活性炭滤池时因含有较多的氧气而会增强活性炭的生物活性，提高生物氧化能力。除病原菌：用铝盐和铁盐混凝沉淀，可去除病原体99%以上，经滤池过滤能进一步提高去除率。但是，病原体并未被杀灭，仍在污泥中存活，而用石灰在pH值大于或等于10.5的条件下混凝沉淀则能杀灭污泥中的病毒。用臭氧杀灭病毒的效果也较好。 随着城市社会经济的高水平发展，深度处理是未来发展的需要。城市污水的三级处理又称为污水的深度处理，其应用物理、化学、生物方法使水质达到用水要求，从而进一步去除二级处理中未能除去的污染物，出水水质较好，甚至能达到饮用水质标准，但相对的处理费用较高，除在一些极度

56、缺水的国家和地区外，应用较少。现在的我国污水处理厂投入实际应用的并不多。随着城市社会经济的高水平发展，深度处理是未来发展的需要。10.二次污染的治理 在城市污水处理的过程中还会产生二次污染，包括大气污染以及污泥的产生。10.1 大气污染的治理尽管城市污水处理厂是一种公用市政设施，对改善环境、保护城市水环境质量起着重要的不可替代的作用。但同时由于城市污水的特点，导致城市污水处理厂的工艺过程中产生一些大气污染物，最为典型就是臭气，还有一些微生物组成的气溶胶，产生二次污染。近几年来，伴随着城市化进程的不断完善，原来和新建的污水处理厂已经越来越靠近人群，而这些污水处理厂在运行过程中产生的臭气和一些细菌与病毒，已经对人类的身体和生活都造成不同程度的影响，引起了人们的广泛关注。所以我们有必要对于城市污水处理厂的大气污染做相应的防护措施和控制。10.1.1城市污水处理厂大气污染的成分和来源城市污水处理厂大气污染的主要成分是城市污水处理过程中产生的一些臭气，当然也可能有少量的细菌和病毒等微生物污染。就目前而言，对于这些臭气的成分，一般可以分为4类：第1类为含硫化合物，如硫化氢、氧化硫、硫醇类和噻吩类；第2类是含氮化合物，如氨、胺类、酰胺类以及吲哚类等；第3类是烃类化