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小城鎮城市污水處理技術應用與發展趨勢

來源: 中國環保信息網2009-11-10 訪問：次

重點行業COD減排實用技術研討會

小城鎮城市污水處理技術應用與發展趨勢

王凱軍

（北京市環境保護科學研究院）

1 小城鎮污水處理技術

城市污水處理新工藝和新技術開發內在原因是人們不斷追求高效率、低能耗、低成本和低的占地面積等高性能指標的實踐結果。不同反應器的應用受到了技術、經濟和理論條件的限制。這些限制體現在對于好氧生物反應器研究和開發，受到了生物生長特性(生物量和活性)、反應器的形式(固定床、懸浮床和流化床)、傳質條件(氧的供給)和固液分離(沉淀、過濾)等諸多因素的限制。長期以來人們圍繞這些限制因素根據各個時期的理論、技術、材料等進展，進行了長期不懈的研究和開發工作。目前，在以下幾個方面的進展迅速：

① 高效反應器的發展: 生物膜反應器和活性污泥工藝的處理負荷在1.0～2.0kgBOD/m³.d之間，而以三相內循環流化床反應器為代表的移動床反應器的負荷可以達到5-10kgBOD/m³.d。所以，對生活污水的處理從反應器發展趨勢角度是從生物膜反應器、活性污泥工藝向高效的移動床和流化床發展。

② 沉淀與反應、反應與分離等技術的融合趨勢: 對生物反應和沉淀功能的組合，導致三溝式氧化溝、SBR反應器和UNITANK等新工藝的開發和應用，特別是集接觸氧化反應和過濾為一體的曝氣生物濾池，以及利用高科技形成反應和分離的膜生物反應器，充分代表了這一發展趨勢。

③ 固定床和懸浮生長系統融合的趨勢: 80年代初，我國和日本同時開發了接觸氧化工藝，但是接觸氧化沒有解決填料使用壽命、放大和堵塞一系列問題，同時，填料費用的增加抵消了池容投資的節約。這導致移動床和流化床反應器的開發，這種反應器生物外在形態上是懸浮狀態，而生長方式是生物膜生長。這是固定床生物膜技術與懸浮生長系統更高一個層次的技術融合。

④ 充氧性能的提高：從直到70年代末仍然采用簡單的穿孔管曝氣，這一時期的技術進展表現為我國對于射流曝氣的開發和掌握，到80年代初國內第一個大型城市污水處理廠引進中剛玉盤的微孔曝氣，90年代，開發橡膠材料的可變孔微孔曝氣裝置，體現了這一領域的進展。

我國城市污水處理技術研究工作從20世紀70年代末起步，經過20多年的不懈努力，在城市污水處理技術方面取得了較大的成就，成果豐碩。同時，隨著改革開放也不斷引進國外新的工藝技術。目前在水污染治理技術上，已成功廣泛使用傳統活性污泥法、延時法等新型活性污泥工藝、SBR、AB法、UNITANK和氧化溝技術、A-O法和A²-O等變形工藝。這些在我國城市污水處理廠普遍采用的工藝，是歐美等發達國家所采用的主導技術，并被證明是行之有效的水污染控制技術。這些工藝原則上也適用于小城鎮污水處理，但是，對于我國大量的小城鎮的小型城市污水處理廠，應該根據這一巨大需求開發小城鎮適用的簡易高效污水處理成套技術，重點要解決在城市污水處理廠出現的三高問題，即投資高、電耗高和運行費用高。

2 小城鎮污水處理的適宜工藝

2.1 SBR反應器

傳統SBR反應器在運行操作上形成了曝氣和沉淀相結合的特點，這體現了SBR反應器最為本質的特點之一。同時，這要求SBR反應器必須充分利用了現代電子和自動化技術。SBR反應器的發展過程呈現了多樣性，有CASS、CAST、ICEAS、MSBR等多種新型SBR反應器。各種SBR反應器的發展體現了與傳統活性污泥相互融合的趨勢。具體表現為從間歇進水、間歇出水的傳統SBR反應器，發展到連續進水、間歇出水和連續進水、連續出水并帶回流污泥的SBR反應器。以及出現了UNITANK這種融合氧化溝、SBR和活性污泥工藝新型的綜合性工藝。這體現了間歇式的SBR和連續式活性污泥工藝相互融合的特點。

通過對SBR工藝特點和不同研究者的研究結果進行匯總(不考慮由于SBR反應器優點導致的直接結果，如：投資低和運行費用低等)，SBR反應器眾多優點可歸納如下：

SBR反應器充分利用了生物反應過程和單元操作過程的一些基本原理(表1)。不同的SBR反應器由于流態、池型或操作方式的改變可能僅僅具有上述特點的一條或幾條。同時，經典的SBR反應器也存在一定問題，比如：

① 處理連續進水時，對于單一SBR反應器的應用需要較大的調節池；

② 對于多個SBR反應器進水和排水的閥門自動切換頻繁；

③ 無法解決大型污水處理項目連續進水、連續出水的處理要求；

④ 設備的閑置率較高和污水提升水頭損失較大等等。

2.2氧化溝工藝

氧化溝在歐美各國得到了廣泛的重視，發展速度很快。據統計到1977年為止在西歐有超過2000多座派司維爾型氧化溝投入運行。荷蘭DHV公司發明的卡魯塞爾氧化溝在全世界范圍已有800多座投入運行(1996)。法國OTV-Kurger公司開發的D型氧化溝已占丹麥氧化溝總數的80％。美國Envirex公司開發的Orbal氧化溝，最大處理規模已達90萬m³/d。

從90年代至今是我國氧化溝技術大發展的階段，預計已有上百座氧化溝污水處理廠投入運行。氧化溝技術仍然是當前污水處理的熱點。氧化溝屬于活性污泥工藝的一種變形，但是在其發展過程中也形成了其很多獨有的優點和特點：

① 構造形式具有多樣性

② 氧化溝曝氣設備的多樣性

③ 簡化了預處理和污泥處理

2.3 曝氣生物濾池工藝

現代曝氣生物濾池(簡稱BAF)是在70年代末80年代初出現的一種膜法生物處理工藝，最初是應用在污水處理的三級處理上。其將生物接觸氧化與過濾結合在一起，不設沉淀池，通過反沖洗再生實現濾池的周期運行。在廢水的二級處理中其保持接觸氧化的高效性，同時又可通過過濾獲得高的出水水質。90年代初得到了較大發展(圖1)。以BAF為代表的工藝主要優點如下：

① 工藝容積負荷可高達6.0kgBOD/m³.d，出水達到或接近生活雜用水標準；

② 占地面積少：曝氣生物濾池占地是常規二級生化處理的1/5～1/10；

③ 投資省：BAF系統總水力停留時間短，基建投資少，同時出水水質高。

曝氣生物濾池可以有多種運行方式，可以下向流的方式運行，也可以是上向流的方式運行，采用上向流的曝氣生物濾池往往采用輕質濾料。曝氣生物濾池工藝也可與其他生物處理工藝一樣采用多級串聯工藝。采用兩級串聯工藝為進一步降解污水中難降解的有機污染物和達到嚴格的出水水質提供了可靠的保證，可以獲得了優良的處理效果，保證了出水的穩定性。

2.4 三相內循環流化床反應器

內循環三相流化床反應器，作為一種新型的三相流化床，其反應器的諸多特性主要體現在氣、液循環、載體流態的特殊運行規律。由于在內循環三相生物流化床反應器內裝有大量細小的載體，并使之處于循環流化狀態，為微生物的附著生長提供巨大的表面積，同時保證良好的混合和傳質條件(圖2)。因此本質上該反應器是一種生物膜法處理工藝。