污水处理新技术的发展趋势和处理污水工艺

　　一、我国面临的主要水环境问题
　　污水处理率与投资预测

　　资源性短缺和水环境污染造成的水资源危机已经成为我国社会、经济发展的重要制约因素，目前，全国600多个城市大约有2/3的城市缺水。在某些地区，甚至对人民基本生存条件造成极大威胁。而我国水环境问题具有复杂性，北方地区面临的水环境问题不同与南方地区的问题，主要是水资源短缺和合理利用、水污染控制和污水的回用、季节性河流的达标（特别是功能区达标）等问题。在南方地区则水污染和水体富营养化，成为突出的环境问题。
　　二、常用城市污水处理技术介绍和分析
　　我国城市污水处理技术从“七五”国家科技攻关开始逐步进行研究。经过“七五”、“八五” 和“九五”期间的努力，我国在城市污水处理技术方面取得了较大的成就，成果丰硕。同时，近20年来，随着改革开放也不断引进国外新的工艺技术。就工艺技术而言，与国际上的差距已经缩小。目前在水污染治理技术上，已能提供下列技术的工艺参数：传统活性污泥法技术包括延时法、吸附再生法等各种新型活性污泥工艺和SBR、AB法、UNITANK和氧化沟技术等；A-O法和A2-O技术；多种类型的稳定塘技术；土地处理技术等等。这些工艺在原则上可以满足大多数城市污水治理的要求，对于传统活性污泥工艺和其变形工艺（除磷脱氮）这里不做全面的介绍，仅就这几年在我国较为常用的工艺进行介绍和分析。
　　1、沉淀和曝气、间歇和连续相结合实现自动控制的序批式（SBR）反应器
　　传统SBR反应器在运行操作上形成了曝气和沉淀相结合的特点，这体现了SBR反应器最为本质的特点之一。同时，这要求SBR反应器必须充分利用了现代电子和自动化技术。SBR反应器的发展过程呈现了多样性，有CASS、CAST、ICEAS、MSBR等多种新型SBR反应器。各种SBR反应器的发展体现了与传统活性污泥相互融合的趋势。具体表现为从间歇进水、间歇出水的传统SBR反应器，发展到连续进水、间歇出水和连续进水、连续出水并带回流污泥的SBR反应器。以及出现了UNITANK这种融合氧化沟、SBR和活性污泥工艺新型的综合性工艺。这体现了间歇式的SBR和连续式活性污泥工艺相互融合的特点。
　　通过对SBR工艺特点和不同研究者的研究结果进行汇总（不考虑由于SBR反应器优点导致的直接结果，如：投资低和运行费用低等），SBR反应器众多优点可归纳如下：
　　经典SBR反应器的优点和原因分析

　　优点 原因
　　1、沉淀性能好 在沉淀过程没有进水的扰动属于理想沉淀状态；
　　2、有机物去除效率高 是理想推流式反应器，从单元操作理论其效率明显的高于完全混合式的反应器
　　3、提高难降解废水的处理效率 具有微生物的多样性，可形成厌氧、缺氧和好氧等多种生态条件，有利于难降解有机物的降解
　　4、抑制丝状菌膨胀 利用膨胀理论中的“选择性准则”防止污泥膨胀
　　5、除磷脱氮，不需要新增反应器 生态多样性（出现厌氧、缺氧和好氧状态多种状态）
　　6、不需二沉池和回流，工艺简单 结构本身特点
　　SBR反应器充分利用了生物反应过程和单元操作过程的一些基本原理。不同的SBR反应器由于流态、池型或操作方式的改变可能仅仅具有上述特点的一条或几条。同时，经典的SBR反应器也存在一定问题，比如：
　　a） 处理连续进水时，对于单一SBR反应器的应用需要较大的调节池；
　　b） 对于多个SBR反应器进水和排水的阀门自动切换频繁；
　　c） 无法解决大型污水处理项目连续进水、连续出水的处理要求；
　　d） 设备的闲置率较高和污水提升水头损失较大等等。
　　2、氧化沟工艺

　　氧化沟属于活性污泥工艺的一种变形，但是在其发展过程中也形成了其很多独有的优点和特点：
　　a） 构造形式具有多样性
　　基本型式的氧气沟的曝气池呈封闭的沟渠形，沟渠形状和构造则多种多样。可呈圆形和椭圆形等形状，可为单沟或多沟系统，多沟系统可是一组同心相通的沟渠，也可是互相平行、尺寸相同的多组沟渠。有与二沉池分建，也有合建的氧化沟。多种多样的构造形式，赋予了氧化沟灵活机动的运行性能，以满足不同的出水水质要求。例如，结构形式决定氧化沟从整体流态上是完全混合的，但在局部又具有推流特性。这对除磷脱氮工艺也是极其重要的，氧化沟内可以形成缺氧和好氧交替出现的区域。
　　b） 氧化沟曝气设备的多样性
　　曝气装置的作用除供氧外，还要提供沟渠内不小于0.3m/s的流速，以维持循环及活性污泥的悬浮状态。常用的曝气装置有转刷、转盘、表面曝气器和射流曝气等，不同的曝气装置导致了不同的氧化沟型式。氧化沟的曝气强度可通过出水溢流堰和直接调节曝气器的转速调节。
　　c） 简化了预处理和污泥处理
　　氧化沟的水力停留时间和污泥龄长，悬浮状有机物可以与溶解性有机物一起同时得到较彻底的稳定，所以氧化沟不要求设置初沉池。氧化沟排出的剩余污泥已得到高度稳定，剩余污泥量较少。因此不再需要进行厌氧消化，而只需进行浓缩与脱水。一体式氧化沟还可以不设二次沉淀池。

　　三、城市污水处理技术问题的思考
　　对于引进的工艺技术，在与国外咨询公司合作过程中，大部分较好的实现了预定的目标。但是，往往我们自己设计的污水处理工程项目，在实施的过程中有会出现各种应用不当的问题。这是因为以往我国污水处理技术研究偏重于工艺开发研究，对一种工艺的了解缺乏足够的系统性、完整性，也缺乏对整个处理工艺综合性的比较研究和技术经济评价体系。这也造成我国城市污水处理，在技术选择上摇摆不定、不断刮风。首先80年代末流行AB工艺、然后在90年代出开始流行三沟氧化沟（其他形式的氧化沟），目前又流行SBR（或UNITANK）工艺的原因所在。缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术和新产品就不断冲击国内市场，成熟技术和国产技术总是无法在市场上占有一席之地。这是我国城市污水领域存在的问题之一。

　　四、城市污水处理新工艺新技术介绍
　　1、生物化学反应理论基础
　　人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充分， 而对兼氧性微生物的研究不够。各种类型有机污染物的厌氧（缺氧）、好氧降解反应过程汇总如下。
　　好氧（缺氧）过程 厌氧（缺氧）过程
　　1） COD·H2O＋CO2 （传统好氧）
　　2） COD · CH4+CO2（传统厌氧）
　　3） NH4+ ·NO2－ ·NO3- （硝化）
　　4） NO3-（ NO2-）· N2 （厌氧或缺氧（短程）反硝化）
　　5） PO4-＋生物-P ·生物-P（厌氧）
　　6） NH4+＋NO2－· N2 （厌氧氨氧化）
　　7） H2S ·S0 （微需氧或缺氧）
　　8） SO4= · H2S （厌氧反应）
　　9） R-Cl· CO2 + Cl- （好氧反应）
　　10） RCCl· CH4+ CO2+ Cl- （厌氧反应）
　　反应式（1、2和3）为传统厌氧和好氧工艺，其他均为兼性菌的反应。事实上，利用兼性细菌的工艺人们早已涉及，如，对去除N、P的A2O或AO工艺（反应4、5），利用兼性菌在好氧条件下进行好氧代谢，而在厌氧条件下进行厌氧代谢。在含有硫酸盐的有机废水中，厌氧反应将有机物和硫酸盐分别转化为有机酸和硫化氢（反应8）。产生的硫化氢被微需氧细菌直接氧化为硫元素。这可以用来去除硫化物并回收硫元素（反应7）。

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