城市污水处理技术研究进展

题目：城市污水处理技术研究进展论文（设计）题目：城市污水处理技术研究进展内容提要近年来，随着我国经济建设快速发展，城市化进程的逐渐加快，城市污水排放量也迅速增加，未经处理的污水大量任意排放，渐渐造成水资源的短缺。目前，许多地方水资源污染和浪费情况相当严重，水资源是制约该地区发展的关键因素，如果处理不当，将对城市及水环境造成严重污染，影响人们生活环境的质量和城市的可持续发展。但是，从目前情况来看，由于环境污染严重、处理效果低，一些城市污水处理技术不能得到有效的应用，从而影响了最终的治理效果。因此，为了使城市快速有效地发展，实现可持续发展的目标，必须以更有效地应用各种城市污水处理技术，合理有效的提高水资源利用率为研究方向，寻找合适的污水处理技术，确保水资源的长久利用，从而促进社会的可持续发展。文章根据国内外城市污水分级处理技术的类型、优缺点，比较了各种城市污水处理技术在国内外的应用现状，结合国内外学者的研究成果，对城市污水强化一级处理、城市污水生物二级处理以及城市污水深度处理与回用技术的研究进展及其存在的问题进行了分析，并对城市污水处理的发展趋势进行展望，以期为以后具体的污水处理项目的工艺选择提供参考，使城市污水得到更加科学、合理地处理、开发和利用，从而维持生态平衡，保护环境。指导教师评语重点对毕业论文（设计）质量进行评价（包括选题、方案、立论、分析论证、结构、规范化、创新等方面）及对学生平时的工作态度、工作能力等进行评价。（注意不能千人一面）（指导教师填写）同意其参加答辩，建议成绩评定为中。指导教师：签名2017年月日答辩简要情况及评语重点对学生陈述论文（设计）、回答问题等情况进行评价。根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为中。答辩小组组长：签名2017年

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日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为中。答辩委员会主任：签名（盖章）2017年

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日绪论1.1选题依据随着社会和经济的发展，污水处理成为一个普遍关注的问题，这样的环境问题同样也受到了国家的重视，因此，国家渐渐提高了污水排放的标准，而传统的处理工艺已经无法满足现在的要求。此外，随着城市规模不断扩大，城市工业生产也日益发展强大，城市人口更加密集，导致工业废水和生活污水的排放量不断增加，城市周围的河流中被排入大量未经处理的污水，因此，城市周围水环境遭到了十分严重的污染，这可能会直接影响地下饮用水的清洁程度，影响河流下游地区的土壤状态，进而影响其农业生产及居民生活水平，对人类的生存环境造成了极大的威胁。因此，城市污水的处理已成为亟待解决解决的问题之一。1.2城市污水处理现状1.2.1城市污水分类从下水管道中收集到的所有排水统称为城市污水。根据其来源可以分为生活污水、工业废水、地下渗流和地表径流。城市污水的排放体制包括雨污分流制和雨污合流制，一般以分流制为主。不同的排放体制会导致污水处理厂进水水质不同，从而影响污水的处理过程选择不同。单位：mg/L1.2.1.1单位：mg/L表1.1城市生活污水的典型组成项目无机物有机物总量BOD5可沉固体4010014055不可沉固体25709565溶解固体21021042040总固体275380655160氮152035——磷538——居民在日常生活中所产生的废水都是生活污水，主要有生活废料和人的排泄物，包括厨房洗涤、淋雨、洗衣以及冲厕所等产生的污水。除生活区的生活污水由各自的小型污水处理设施进行处理外，大多数污水处理厂都接纳某些商业区污水和工业废水进行处理。来自于同一生活来源的污水在组成成分上会比较相似，而若所在区域的社会、经济状况以及地理气候不同，则污水组成成分也有差异。当污水处理厂附近存在学校和度假景区等大型公共机构时，由于人口规模波动较大，会引起污水水质和水量岁季节变化而出现波动。人们的生活状况、水平和习惯决定了生活污水的成分及其变化。水量则决定了污染物的浓度。城市生活污水的典型组成如表1.1所示。1.2.1.2工业废水在生产过程中产生的水，以及被生产原料、半成品、副产物和成品等废料污染的水都是工业废水。大多数市政管线输送来自工业、商业和日常生活卫生设施的污水。其水质水量不如生活污水稳定，且会随着生产工艺和生产周期的变化而变化。各类工业废水的组成和性质随工业类型、生产工艺、水质和管理水平的不同而不同。除了较清洁的生产废水如冷却水等，工业废水中一般都含有许多的污染物，如有机污染物质、有毒有害物质，或者其成分复杂、物理性状恶劣。例如，食品生产废水是一种含有大量溶解性有机物的废水，其废水特性随着庄稼的首个周期呈季节性变化，从而导致其生产废水水质水量的显著波动。食品生产废水优势会缺少营养物质，例如氮含量不足，这会对污水处理厂中的微生物新陈代谢产生负面影响。在冬季，机场排放的防冻液中含有大量乙二醇，该废水生化需氧量（BOD）很高，且会引起二级生化处理系统中的磷元素缺乏，从而影响二级生化处理效果。工业废水一般在排出前要在厂内处理到一定程度才能排入水体或城市下水道系统，是由于工业废水与生活废水相比具有浓度高、毒性大等特征，只通过一种技术通常很难使出水达到要求。表1.2所列的是工业废水的主要来源。表1.2工业废水的主要来源废水种类废水主要来源重金属废水采矿、冶炼、金属处理、电镀、电池、特种玻璃及化工等工业放射性废水铀、钍、镭矿的开采加工，核动力站运转，医院同位素实验室等含铬废水采矿、冶炼、电镀、之歌、颜料、催化剂等工业含氰废水电镀、提取金银、选矿、煤气洗涤、焦化、金属清洗、有机玻璃生产等工业含油废水炼油、机械厂、选矿厂及食品厂等含酚废水焦化、炼油、化工、煤电、染料、木材防腐、塑料、合成树脂等工业硝基苯类废水染料工业、炸药生产等有机废水化工、酿造、食品、造纸等工业含砷废水制药、农药、化工、化肥、采矿、冶炼、涂料等工业酸性废水化工、矿山、金属酸洗、电镀、钢铁等工业碱性废水造纸、印染、化纤、制革、化工、炼油等工业1.2.1.3地下渗流和地表径流地下渗流和地表径流会影响污水处理厂运行的水力负荷变化。地下水可通过管道接缝、裂缝和管道上的小洞深入污水管道中，尤其是当地面被水覆盖的情况下。雨水和其他地表径流则会从窖井盖的小孔流入排水管道。当屋顶天沟和雨水泵站设计不合理时，也会有雨水流入排水管网的情况。1.2.2城市污水的传统处理方法根据污水处理的程度或阶段可将污水处理分为三级：一级处理、二级处理和三级处理。一级处理就是初级处理，大颗粒的悬浮物及漂浮物一般在一级处理被除去，但一级处理的出水一般都达不到排放标准。而细小的或呈胶体态的悬浮物以及溶解状态的有机物则需要在二级处理才能被除去，有机物也是在二级处理中被除去的，二级处理的出水通常就可以达到污水排放的标准。废水中剩余的胶体及其他溶解态的污染物在三级处理被进一步去除，三级处理的出水可以达到可回用的标准，因此，三级处理又被称为高级处理。污水处理按照处理后的功能要求还可分无害化处理系统和再生回用处理系统两类。无害化处理系统处理后的功能要求是达标排放即可，一般由一级处理和二级处理组成；而再生回用处理系统处理后的功能要求则须可供专指用户使用，因而需要在无害化处理系统的基础上再增加一个三级处理或深度处理才可达到要求。在我国，最初建造的污水处理厂的大多只是无害化处理系统，只能达到排放标准。现如今，随着城市污水资源化的概念不断深入人心，一些城市污水处理厂的工艺设计已经包括了三级深度处理，即使先不实施也预留了三级深度处理所需的位置和面积。1.2.2.1一级处理去除污水中的大颗粒悬浮物及漂浮物是污水一级处理的主要任务，减轻了废水的腐化程度和后续处理工艺负荷，一级处理还可以调节废水pH值。一级处理多采用各种物理法的处理单元。图1.1所示是城市污水一级处理系统。城市污水城市污水格栅沉砂池沉淀池进入二级处理系统栅渣沉砂污泥图1.1城市污水一级处理流程污水经过一级处理系统之后，SS的去除率可达70%~80%，但BOD5的去除率只有30%左右，显然远远达不到排放标准，所以一般将一级处理作为污水处理的预处理，将二级处理作为整个污水处理系统的主体，如果需要供专指用户使用再进行深度处理，即三级处理。但一级处理系统作为整个污水处理系统中的预处理阶段，其对污水的处理为后续的二级、三级处理起到了至关重要的保障作用，因此，一级处理是所有污水处理工艺中都必不可少的首段处理。1.2.2.2二级处理去除细小的或呈胶体态的悬浮物以及处于溶解状态的有机污染物和无机污染物是污水二级处理的主要任务。污水经过一级处理之后，已经去除掉大颗粒悬浮物及漂浮物以及25%~40%的BOD5，但污水中呈胶体状态的悬浮物及可溶性的有机污染物和无机污染物仍然存在，显然无法达到污水排放标准而排出厂外。而二级处理可以去除90%以上的BOD5，经过二级处理之后的污水，其BOD5降至20~30mg/L。因此，经过二级处理之后的城市污水通常可达标准而排入大自然。20世纪70年代以来，在我国，活性污泥法等生物处理工艺是城市污水处理工程中采用较多的工艺方法，其核心设施是曝气池。曝气池的设施结构比较简单，因此检修维护起来也比较方便。但近年来，水处理工艺逐渐完善，且不断开发出了许多新型水处理材料及装备，因此，一些二级处理也将物理化学或化学处理工艺作为其主体工艺。例如属于表面过滤机理的膜分离技术等。然而不得不说的是，二级处理中产生的污泥如果得不到相应的处理和处置，将会造成新的污染。1.2.2.3三级处理进一步除去二级处理出水中剩余的胶体及其他溶解态的污染物是污水三级处理的主要任务。脱氮除磷、除难降解的有机物、消毒杀菌等单元过程组成了完善的三级处理系统。三级处理的处理流程及组成单元是由其出水的具体去向决定的。例如，脱氮除磷的三级处理是为了防止受纳水体富营养化；脱氮除磷、消毒杀菌的三级处理是为了防止下游引用水源或浴场受到污染。污水经过三级处理之后，BOD5可降至5mg/L以下，同时大部分可使水体富营养化的氮、磷等剩余污染物质也会被去除。图1.2所示的是城市污水处理的处理级别及其所对应的处理方法的关系。原污水原污水物理法一级处理不宜排入水体生物法等二级处理可排入水体物化法等三级处理可作复用水再生水机械处理（预处理）生化处理深度处理（高级处理）常规处理图图1.2城市污水处理方法和功能1.3研究目的和意义对城市污水处理技术的研究进展及存在的问题进行分析和比较，以期为具体的污水处理项目的工艺选择提供参考，使城市污水得到更加科学、合理地处理、开发和利用，对于保护环境，减轻环境污染，遏制生态恶化趋势，有着重要的意义。1.4研究内容以目前我国的经济发展的状况及环境保护的需求为出发点，结合国内外污水处理技术的研究成果及发展趋势，结合国内外学者在污水处理技术方面的研究成果，对于国内外各种城市污水处理技术的研究进展及其所存在的问题进行分析和比较，并展望日后城市污水处理技术的发展趋势。

2城市污水强化一级处理技术研究进展污水经过以自然沉淀为主体的一级处理后，可去除40%~55%的悬浮固体，20%~30%的生化需氧量，化学需氧量的去除率也可达50%左右，这样的处理结果显然无法达到污水的排放标准。然而污水二级处理系统主要是以生物处理构筑物为主体的生物处理系统，它可以去除细小的或呈胶体态的悬浮物以及处于溶解状态的有机污染物和无机污染物，BOD5的去除率可达90%~95%。处理率太低是目前我国城市污水处理方面存在的一个较大的问题，因此，普及污水处理成了水资源治理方面的当务之急。然而二级处理的基建和运行费用不低，就我国目前的发展状况和经济水平而言普及二级污水处理厂显然不太现实。因此，对急需提高污水处理普及率的城市而言，可以通过在一级处理的基础上增加较少的投资增建强化处理设施，有效地提高污染物的去除率，减少污染物排放总量，从而去除单位污染物的费用得以降低，这就是所谓的一级强化处理系统。进水的水质以及出水将要排入的受纳水体的环境容量影响着一级强化处理工艺的选用。由于一级强化处理的有机物去除率相比二级处理要低得多，且处理后污水中的溶解性有机物含量仍较高，因此，对于有机物浓度较高的、且悬浮性有机物含量偏低的城市污水，一般不宜采用一级强化处理工艺，对于具有容量大、良好自净功能的受纳水体，可利于一级强化处理工艺的出水进一步稳定，一级强化处理往往是选择的工艺之一。我国一些沿海城市，污水处理厂尾水一般都是排入大海，工程设计可以充分利用这类大水体的环境容量净化有机污染物，因此，污水处理厂排放的尾水COD、BOD5值可以高些，但由于近些年来赤潮现象时有发生，对排江、排海的污水中易导致水体富营养化的磷酸盐的排放量日益严格，在这种情况下，化学絮凝级强化处理工艺就显示出优越性，对城市污水处理厂来说，近期建设采用该工艺，可大大节约工程投资费和运行管理费。一级强化处理城市污水的理念在国际上一些沿海城市都有工程实例，我国香港地区的昂船洲污水处理厂就是采用化学絮凝一级强化处理工艺，处理后出水通过深海扩散管扩散排放。不仅通过混凝沉淀去除了磷，在此同时还去除了部分有机污染物，化学需氧量及生化需氧量的去除率均可达到50%以上。一级强化处理工艺的选择，必须充分考虑排放污水对周围环境和水体的影响，应根据区域特点选择适宜的工艺，且必须经过环境影响评价。城市污水以及强化处理技术主要是通过絮凝作用来去除污染物质，主要包括化学絮凝一级强化处理、生物絮凝强化一级处理以及化学-生物联合絮凝强化一级处理。2.1化学强化一级处理在一级处理的基础上向污水中投加絮凝剂的方法就是化学强化一级处理（简称CEPT），如图2.1所示是化学絮凝一级强化处理工艺流程。向混合池中投加化学药剂，使其与原污水快速混合并发生反应，然后进入反应池，发生化学絮凝反应，最后在沉淀池进行固液分离，上清液即为一级强化处理后的尾水，沉淀污泥即为富含有机污染物和化学药剂的化学污泥。工艺流程简单，且便于操作管理。原污水原污水（经预处理）混合池反应池沉淀池出水化学污泥化学药剂图2.1化学絮凝一级强化处理工艺流程该反应的反应机理是投加的金属盐与污水中溶解性的正磷酸盐发生的置换反应，使其转化为低溶解度的固体之后，在沉淀池进行沉淀。钙盐、铝盐、铁盐、复合盐、聚合盐等这些常见的金属盐都是工程中经常采用的化学药剂。絮凝过程发生在反应池中，由于水利或机械搅拌，反应池中的水流形成速度梯度，颗粒之间因此发生碰撞而结合在一起，从而发生絮凝。反应池中速度梯度的控制是絮凝发生的关键，可以借鉴净水厂设计中的成功经验，不能采用空气搅拌形式进行混合反应，有一座特大型污水处理厂提出采用空气搅拌混合，成为失败的教训。絮凝发生的化学机理是胶体通过粒子间排斥力降低以及架桥、捕捉与网捕等的作用聚结为易于沉降的较大颗粒。一些工艺会将高分子聚合物投加至混合反应池中，这样高分子聚合物会增强絮凝的效果。化学絮凝一级强化处理能够明显地强化对细小的或呈胶体状态的悬浮物的去除，污水经过化学絮凝一级处理之后，可去除90%以上的SS，50%~70%的BOD5，50%~60%的CODcr，除磷效果较好，一般都在80％以上，当接后续生物处理时，可降低生物反应器运行的负荷和能耗。化学絮凝一级处理的处理效果和运行成本的关键在于如何选择合适的絮凝剂，这是因为城市污水通常水量较大，在化学絮凝一级处理的过程中需要投入相应的大量的絮凝剂。而无机絮凝剂和有机絮凝剂就是工程中常用的两种絮凝剂。(1)无机絮凝剂铝盐、铁盐和石灰等是化学絮凝一级强化处理中广泛采用的无机絮凝剂。同济大学的老师和同学们曾经对于上海市的城市污水进行了化学絮凝一级强化处理的试验研究，该试验中的絮凝剂选择了铁盐，最后取得了不错的效果。试验结果表明：当投加铁盐（以Fe+计）至20mg/L时，可去除48％的CODCr，62％的BOD5，80％以上的TP以及70％的SS[1]。向混合池中投入铁盐和铝盐后，三价的金属离子与污水中的磷酸根(PO4+)发生反应生成溶解度较低的AlPO4或FePO4，在沉淀池沉淀之后即可去除磷；三家的金属离子与污水中的氢氧根（OH-）发生反应生成金属氢氧化物Fe(OH)3和Al(OH)3，通过凝聚作用、絮凝作用、沉淀分离，可以去除污水中的胶体性的物质和细小的悬浮物。由于进水磷酸盐的溶解性受pH值的影响，所以不同的絮凝剂各有其最佳的pH值范围，铁盐的最佳pH值范围是6~7，铝盐的范围是5~5.5。在经过向混合池中投入金属絮凝剂的化学絮凝一级强化处理之后，出水中的TP一般低于l.0mg/L，即可满足排放标准。然而，金属离子（Fe3+、Al3+）虽然对磷的去除率很高，但由于降低了污水碱度，所以会对后续处理中的硝化带来一定影响。采用Ca(OH)2(熟石灰)作为絮凝剂时，会与硫酸根离子反应生成羟磷灰石沉淀，由于随着pH值的升高，羟磷灰石的溶解性降低，所以Ca(OH)2为絮凝剂时pH值要求高于8.5。（2）有机絮凝剂合成的有机高分子絮凝剂是化学絮凝一级强化处理中广泛采用的有机絮凝剂，具有用量少、絮凝速度快、形成的絮体密实等优点，在城市污水处理中常见的有机絮凝剂包括天然高分子改性絮凝剂壳聚糖、合成高分子絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）、木质素等。向混合池中投加有机絮凝剂通常能够使絮凝速度加快，而有机絮凝剂的投加量却甚少，且形成絮体也更加密实。虽然有机絮凝剂的性能优秀，但其价格却普遍较高，如果只使用有机絮凝剂则难以承担高昂的成本费用，因此在投加有机絮凝剂的化学强化一级处理中，常常将无机絮凝剂作为辅助，与有机絮凝剂复配使用。这样做既保留了有机絮凝剂的优秀性能，又减少了絮凝剂的用量，因而降低了运行成本。表2.1所示是不同絮凝剂的最佳投加量及其污水处理效果。化学絮凝一级处理的运行成本的降低以及污泥产量的减少的关键在于正确选择絮凝剂及其投加量。除磷是化学絮凝一级强化处理工艺的主要目标，而正确选择絮凝剂变得至关重要，相关研究表明，去除1.0mol的磷需要投加1.0~2.0mol的无机絮凝剂（铝盐、铁盐、石灰等），但当将PAM作为助凝剂同时使用时，与单独使用金属盐相比，产生的虚体结构更加密实，更易沉淀，一般聚丙烯酰胺PAM投加量为0.5mg/L,可减少混凝剂10mg/L的投加量。工程设计中对絮凝剂的选择和加注量，应通过实验室试验和生产性试验确定，也应在实际运行中不断研究，不断优化，在使用较低的运行成本的基础上取得最佳的去除效果。化学强化一级处理技术可以较好的处理固体悬浮物、化学需氧量和生化需氧量，然而其与活性污泥法相比却有更小的占地面积和更低的基建投资。但该技术对NH4-N的去除率却不太理想，只有不到20%，出水中的NH4-N指标显然达不到排放标准。另外，化学絮凝以及清化处理还会产生大量污泥，如何处置污泥也变成了一个新的问题，因此，药剂与污泥处理处置的成本也必须考虑在其中[2]。表2.1化学絮凝一级强化处理效果表絮凝剂最佳投加量（mg/L）COD去除率（％）浊度去除率（％）自然沉降去除率强化去除率总去除率自然沉降去除率强化去除率总去除率无机絮凝剂硫酸铁607.343.949.311.465.771.2三氯化铁606.148.554.325.658.273.1硫酸铝6031.140.158.714.355.862.8聚合硫酸铝5016.428.444.213.554.261.4聚合氯化铝3019.432.948.211.458.965.4有机絮凝剂阳离子型聚丙烯酰胺215.236.848.627.955.570.0壳聚糖212.350.559.928.658.572.0PA331217.455.563.428.158.071.7PA362211.247.059.727.449.265.72.2生物絮凝强化一级处理沉淀池中的污泥活化后回流入反应池，活化后的污泥中含有具有絮凝吸附作用的微生物，能够速度较快地去除污染物，这就是生物絮凝强化一级处理技术。师绍琪等[3]处理了其学校学生宿舍区的生活污水，研究结果显示，经过生物絮凝强化一级处理之后，污水中的化学需氧量被去除60％~70％，固体悬浮物被去除70％左右。生物絮凝强化一级处理运行费用低、流程简单，且与化学絮凝一级强化处理相比污泥产量远远降低。生物絮凝强化一级处理虽然能够去除大部分的CODcr，但其并无法去除NH4-N和TP等无机污染物。总而言之，经过生物絮凝强化一级处理之后的污水仍然无法满足排放标准，不可直接排入自然水体，但可将生物絮凝强化一级处理作为生物二级处理的预处理系统，可扩大处理能力并减轻处理负荷。2.3化学-生物联合絮凝强化一级处理顾名思义，将化学絮凝强化一级处理与生物絮凝强化一级处理联合使用的处理技术就是化学-生物联合絮凝强化一级处理。它主要依靠化学絮凝沉淀，二生物絮凝沉淀辅之，既能够以较少的絮凝剂投加量达到很好地去除效果，又不需要产生像化学絮凝强化一级处理那样多的污泥，很大程度上节约了处理成本。它兼具了化学絮凝强化一级处理和生物絮凝强化一级处理的优点，即无论对于固体悬浮物和磷还是对于化学需氧量和生化需氧量皆能够很好地去除。郑兴灿等[4]处理了城市污水，结果显示，经过化学-生物联合强化一级处理之后，去除了污水中80％的化学需氧量和生化需氧量，90％的固体悬浮物，90％的磷以及25％左右的氮。由此看来，与单一强化一级处理相比，联合强化一级处理的效果更好。3城市污水生物二级处理的研究进展随着社会和经济的飞速发展，污水中氮磷含量过高，这些污水汇入自然水体，导致藻类植物大量繁殖，造成了水体富营养化。这样的水体中含有大量NO3-和NO2-，倘若长期饮用势必会对人体健康造成影响。想要治理好水体富营养化，脱氮除磷必定是重中之重。目前常用的脱氮除磷方法是生物法，它具有操作简单，基建及运行成本低廉，且不会造成二次污染的优点，被全国各地广泛应用。3.1生物脱氮除磷机理及研究进展在好氧条件下，污水中的有机胺被硝化细菌转化成NH4-N，然后好氧硝化细菌的硝化作用能够将其转化为NO3--N或NO2--N，最后在缺氧条件下，NO3--N或NO2--N被反硝化细菌转化成N2逸出，这就是所谓的生物脱氮。在厌氧条件下，污水中极易降解的有机物被聚磷菌吸收，在此同时聚磷菌释放出聚磷酸盐来获得能量；在好氧条件下，被聚磷菌体吸收的有机物被聚磷菌氧化分解，随之吸收更多的聚磷酸盐，从而去除污水中的磷元素，这就是所谓的生物除磷。张志成等[5]研究了一种自养型反硝化细菌Alcaligeneseutrophus，他们将这种新型菌种固定于有机载体上，研究结果表明，其以氢气为电子供体，且抗冲击能力强，去除NO3--N的速率可达0.6～0.7kg/（m3·d）。L.Y.Lee等[6]进行了硝化细菌生物膜的修复实验，研究结果表明，当水力停留时间为8.7h、颗粒载体填充率4.0%、气体流速为2.0cm/s时，在水力剪切作用下异养菌生物膜完全脱落，从而修复了硝化细菌生物膜，增加了其密度和活性，该结果为提高硝化反应速率做出了启发。C.F.Alves等[7]研究了污水成分对生物膜组成和生物体活性的影响，研究结果表明，污水中磷酸盐浓度由低到高，生物代谢由合成聚糖体变成了细胞生长。此外，HisashiSatoh等[8]研究了膜生物反应器，他们在其中实现了同步硝化反硝化，在缺氧区和好氧区之间形成了明显的生物膜层，有机物负荷和膜内气压也不会影响缺氧区和好氧区的位置，在膜生物反应器中可去除90％的有机物和氮。3.2新型生物脱氮除磷工艺介绍上个世纪70年代，形成了能够有效脱氮除磷的生物脱氮除磷工艺，其经过几十年的发展日趋完善。而随着传统生物脱氮除磷技术的发展，有许多新型的生物脱氮除磷工艺应运而生，包括ANAMMOX-SHARON组合工艺、好氧颗粒同步脱氮除磷工艺以及改良的A2O工艺等。3.2.1ANAMMOX-SHARON组合工艺在厌氧环境中，NH4+被微生物转变为N2逸出，从而达到脱氮的目的，其中NH4+是电子供体，N2H-及NH3-是电子受体，这就是所谓的厌氧氨氧化（ANAMMOX）。其反应在流化床反应器中进行，有硝化反应的充氧能耗降低，无需外加碳源，节省了中和试剂，减少了污泥产生等优点[9]。Jettern[10]曾提出它的反应温度在20～43℃之间，40℃是最佳温度，反应pH值在6.7～8.3之间，8是最佳pH，但乙炔、磷酸和氧的存在会对厌氧氨氧化中菌群的活性造成影响[11]。StijnWyffels等[12]曾利用示踪剂15N研究了N2的形成原因，该研究结果表明，N2中的两个N原子一个来自NH4+，另一个来自N2H-或NH3-,该结果为日后进一步研究ANAMMOX的反应机理做了铺垫。荷兰代尔夫特工业大学开学发了一种新的脱氮工艺——SHARON工艺，这种工艺运用了短程反硝化原理[13]，亚硝化菌生长快、最小停留时间短，该工艺正是利用亚硝化菌的这些特点，在30～35℃的条件下，使其水力停留时间介于硝化菌和亚硝化菌的最小停留时间之间，这样硝化菌就被淘汰。SHARON工艺能够很好地处理高浓度氨氮废水[14-16]。3.2.2好氧同步脱氮除磷工艺脱氮除磷的微生物菌群所需的生长环境，由污泥颗粒上的好氧区-缺氧区-厌氧区提供。在此不同区域可培育出脱氮除磷所需的不同菌群，在这些菌群的共同作用下，可实现同步脱氮除磷。相关研究表明，溶解氧的浓度关系着好氧颗粒污泥李静的大小，生物膜厚度在氧饱和度达到20％是达到最大[17]。R.L.Meyer等[18]研究了硝化反硝化的耦合，研究结果表明，缺氧区的形成与NH4-N浓度和硝化细菌活性有着密切关系。后来，他们又研究了N2O在反硝化过程中积累的原因，研究结果表明，在厌氧环境中，聚磷菌会储存聚羟基脂肪酸酯（PHA），这种物质会促进反硝化过程。反硝化过程将聚羟基脂肪酸酯作为电子受体，而不是外加碳源，这样可以使碳源氧化得不那么快，使反硝化的时间延长，帮助硝化细菌拥有更多争夺氧分的机会，这样硝化反硝化过程就能够更有效地耦合。相关研究表明，GAO（Competibacter）是一种厌氧聚磷菌的菌株，它在反硝化过程中产生了N2O，但这种温室气体会限制好氧同步脱氮除磷工艺的发展，这就是N2O在反硝化过程中积累的主要原因，而溶液中的N2O-更是会使其积累速度加快。3.2.3倒置A2/O工艺如果要求能够同时脱氮除磷，上述两种工艺是不错的方法，但投资成本也相对较高。但我国污水排放的二级标准中只规定了磷和氨的排放要求，而未限制TN，也就是说，我国的污水排放二级标准只需要除磷和硝化，而对氮的排放不做要求。国内普遍采用的A20工艺也是往往出水中氮已达排放标准，而磷却远远达不到要求。因此，有人提出了更适合国内污水处理现状的倒置A2O工艺。倒置A2O工艺顾名思义是把缺氧区前置，使污泥不必内回流，混合液回流比被加大，使污水中易生物降解的有机物被聚磷菌优先利用，如此便实现了生物除磷，脱氮并不会被缺氧池在后所影响，反硝化菌也可以利用其他形式的碳源。根据我国的污水排放二级标准，无需对全部污水进行脱氮处理，为了回流污泥中的氮不对除磷产生影响，可以在进入厌氧池前对回流污泥脱氮，这样便可提高除磷效率。因此缺氧池应放置在厌氧池前，与传统的A2O工艺相比，其位置是倒置的。如图3.1所示是倒置A2O工艺的流程图。进水进水缺氧池厌氧池好氧池二沉池出水污泥回流剩余污泥图3.1倒置A2O工艺流程图这两个问题集中反映在碳源不足。除非原污水的C/N、C/P比值特别高，否则污水中的碳源难以同时满足前置缺氧池和厌氧池的要求，难以达到较好的除磷效果。缺氧区位于倒置A2O工艺的首端，碳源首先参与了反硝化反应，如此便使处理系统的脱氮功能得以提高。与此同时，聚磷菌首先在厌氧池完内成释磷，随后进入好氧池，好氧环境下生化效率较高，聚磷菌的吸磷动力在好氧状态下得到充分利用，如此便使处理系统的除磷能力得以提高。由于初沉池的停留时间缩短，系统内所需碳源增加，污泥浓度也增加，如此便使好氧池内的同步反硝化作用得以增强[19]，使系统内的碳源矛盾得以缓解。进水中的C/P与氮磷的去除效果有着密切的联系，磷的去除效率在C/P为0~20的范围内与C/P呈线性关系，然而C/P越低污泥中的磷含量越高[20]。DonalMulkerrins等[21]发现反硝化聚磷菌在A2O工艺中能够被培育出来，以此能够强化脱氮除磷效果，厌氧环境中存在乙酸和丙酸，反硝化聚磷菌此环境中还存在释磷现象，这一发现对于研究反硝化聚磷菌的代谢特性有所帮助。SaoshiTsuneda等[22]在倒置A2O工艺中，对碳源投加量进行控制，促进反硝化聚磷菌的生长，发现其的摄磷量能够达到总摄磷量的44％，而A2O工艺只有21％，AO工艺也只有13％，显然倒置A2O工艺在此方面远远优于传统的A2O工艺和AO工艺。4城市污水深度处理与回用技术进展4.1传统污水深度处理技术混凝、气浮、过滤消毒技术以及其组合工艺都是传统的污水深度处理技术。混凝沉淀、混凝过滤消毒技术的除磷效果显著，且常用于去除有机物、某些高分子物质和重金属，它对于降低污水的色度和浊度也有一定效果。直接过滤消毒技术通过滤层可以截留水中剩余的悬浮物，而有机物、细菌、病毒等也由于悬浮物的去除而被去除。这两种技术处理效果显著、但设备却相对简单，因此被广泛应用。在气浮过滤消毒技术之前通常会先进性混凝处理，如此便使水质得以提高，气浮过滤消毒技术对于悬浮物和一些有机物有很好的去除效果。4.2物理化学法深度处理技术利用射线、活性炭吸附等物理技术以及臭氧消毒等化学技术处理城污水二级处理系统的出水，这就是物理化学法。与传统的污水深度处理技术相比，物理化学法虽然占地面积小但处理效果依旧不错。韩国和意大利率先使用UV紫外线消毒系统在污水处理厂中对二级出水进行处理取得了不错的效果，其出水可直接用于农业灌溉[23-24]。4.3生物法深度处理技术自然处理及生物膜处理技术都是生物法深度处理技术。生物膜过滤技术对于二级出水中的氮、磷、有机物都能够有效去除，且减小了后续的消毒负担，所以被广泛应用于回用技术领域。丛广治等[25]对于污水处理厂二级出水采用了生物滤池法进行处理，其结果表明，经过生物滤池之后的出水中的污染物浓度可达到景观水回用标准。4.4膜分离法深度处理技术利用半透膜，将溶液中的溶质分隔开来，以此来达到分离污染物的目的。节能、高效、工艺简单是膜分离技术的优点，而随着膜分离技术的成本日趋降低，已经在污水深度处理领域被广泛应用。微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）以及新兴的膜生物反应器（MBR）技术都是常见的膜分离技术。新兴的MBR技术对于二级出水的澄清和除菌都有很好的处理效果，是一种高效节能的污水处理技术。哈尔滨工业大学的张军研究了MBR技术，研究结果显示，与传统的污水深度处理技术相比，MBR技术的处理效果较好，且其占地面积更小、基建成本更低、运行管理也更为简单，因此被广泛应用。

5结语（1）随着环境污染日益严重，又考虑到目前的经济发展水平，在我国中、小城市，城市污水一级处理仍是污水处理重要方式。继续研究如何更高效地去除污染物，以及建设城市污水强化一级处理是我们今后应该做的事。（2）近年来，我国城市污水处理系统日益完善，其主导目标已经转变为“水的循环再用”，其关键在于由技术的单一应用转变为技术的综合应用。落实到污水处理厂，则：大力推广普及以生物处理方法为核心的二级强化处理技术，增设三级处理系统；利用膜分离深度处理技术将污水处理厂转变为“再生水制造厂”，使出水达到回用标准。（3）必须坚持科学发展观，走环境和经济可持续发展的道路，积极研究促进我国城市污水处理技术的深入发展。

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