市政污水处理的工艺及方法

一、背景
城市生活污水是城市发展中的产物，随着城市化和工业化进程的加快，其产生量不断增大，污染日益严重，已严重制约了城市社会经济的可持续发展。在全球经济快速发展的今天，环保问题，特别是城市污水处理已成为各国研究的热点。城市污水的治理对改善城市水环境，保障城市经济发展起着关键的作用。西方发达国家20世纪50年代经济的发展，曾导致了60年代严重的环境污染。至20世纪70年代末，美国兴建的城市污水处理厂达18000余座，投入资金数万亿美元；英国、法国、德国各耗费了巨额资金兴建了7000~8000座城市污水处理厂。我国的污水处理始于20世纪70年代。据统计，截止2015年底，全国已建成污水处理厂1943座，污水厂日处理能力14028万立方米，全年累计处理污水量达410.3亿立方米，2015年全国城市污水处理率达到91.97%。

二、城市污水处理工艺流程总述
典型的城市污水处理工艺流程主要包括机械处理、生化处理、污泥处理等工段。有机械处理以及生化处理构成的系统属于二级处理系统，其中BOD5和SS去除率可达90%-98%。处理效果介于一级和二级处理中间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理，主要有高负荷生物处理法和化学处理法两大类，BOD5去除率达45%-75%。具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理。为了除特定的物质，在二级处理之后设置的处理系统属于三级处理，例如化学除磷，活性炭吸附等。
污染物的分类
从污水处理的角度，污染物可分为悬浮固体污染物、有机污染物、有毒物质、污染生物和污染营养物质。城市污水中含有的大量有机物排入水体，会使水体中溶解氧的含量降低，甚至达到缺氧状态，严重污染水体，使水中鱼类无法生存。污水中有机物浓度一般用生物化学需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)和总有机碳(TOC)来表示。营养物质主要指氮、磷，其可使藻类和浮游生物繁殖，形成"水华"和"赤潮"。
污水处理方法
污水处理方法可根据水质类型分为物理处理法、生物处理法、污水处理产生的污泥处置及化学处理法，还可根据处理程度分为一级处理、二级处理及三级处理等工艺流程。城市污水的物理处理方法是利用物理作用分离和去除污水中污染物质的方法。常用方法有筛滤截留、重力分离、离心分离等，相应处理设备主要有格栅、沉砂池、沉淀池及离心机氧其中沉淀池同城镇给水处理中的沉淀池。生物处理法是利用微生物的代谢作用，去除污水中有机物质的方法。常用的有活性污泥法、生物膜法等，还有氧化塘及污水土地处理法。化学处理法在城市污水处理中使用较少，一般涉及城市给水处理中的其他化学方法如中和氧化还原、离子交换、电解主要用于工业废水处理，很少用于城市污水处理。污泥需处理才能防止二次污染，其处置方法常有浓缩、厌氧消化、脱水及热处理等。一级处理主要针对水中悬浮物质，常采用物理的方法，经过一级处理后，污水悬浮物去除可达40％左右，附着于悬浮物的有机物也可去除30％左右；二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。通常采用的方法是微生物处理法，具体方式有活性污泥法和生物膜法。生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高其分解氧化有机物效率。污水经过一级处理以后，已经去除了漂浮物和部分悬浮物，BOD5的去除率约25％～30％。经过二级处理后，BOD5去除率可达90％以上，二沉池出水能达标排放。活性污泥处理系统，在当前污水处理领域，是应用最为广泛的处理技术之一，曝气池是其反应器。污水与污泥在曝气池中混合，污泥中的微生物将污水中复杂的有机物降解，并用释放出的能量来实现微生物本身的繁殖和运动等。
三、污水处理的工艺技术
当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、膜分离机等，各有其自身的特点。
AB法
该工艺对曝气池按高、低负荷分为二级供氧。A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2．5 kg BOD／(kg MLSS•d)以上，池容积负荷在6 kg BOD／(m3•d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级和B级亦可分期建设，A级与B级间设中间沉淀池。两级池子的F／M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质。
SBR法
此法进水、曝气、沉淀、出水在同一座池子中完成，常由3—4个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。这种—体化工艺的特点是工艺简单，由于只有—个反应池，不需二沉池、回流污泥及相关的设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省了占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。
普通曝气法
其变型工艺普通曝气法出现得最早，其实际处理效果好，可处理大的污水量，对于Jc-r厂可集中建设污泥消化池，所产生的沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。近几年，在工程实践中，通过降低普通曝气池的容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普通曝气池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD，在池型上有多种形式，如氧化沟，工程上称为普通曝气法的变型工艺，亦可统称为普通曝气法。
氧化沟法
是在20世纪50年代初期发展而形成的，因其构造简单，易于管理，很快得到了推广应用，且不断创新。目前，氧化沟在应用中发展出了多种形式，比较有代表性的有：①帕式，简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2．5—3．5 m。②奥式，简称同心圆式，实际应用的多为椭圆形的三环道组成，3个环道采用不同的．DO，如外环为0、中环为1、内环为2，这有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4．0-4．5 m。③卡式，简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，水深一般在3．0 m左右，但污泥易于沉积。④三沟式氧化沟(T型氧化沟)，该工艺由3个池组成，中间作曝气池，左右2个池兼作沉淀池和曝气池。其特点是采用转刷曝气、水浅、占地面积大、不设厌氧池，不具备除磷功能口J。
膜分离技术
用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：①不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能，从而使工艺控制大大简化；②曝气池的污泥浓度将大大提高，MLSS可以大于20 g／L，从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要；③在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省了处理厂的占地面积；④污泥浓度的提高，要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜的分离而被大量采用。
工艺优选
常规活性污泥法和氧化沟、SBR工艺的比较。①常规活性污泥法适用于中等负荷的大型污水处理厂。②氧化沟法、SBR法的基建费用低，运行费较高。若处理规模为10万t/d,折旧以20年计，氧化沟、SBR与常规活性污泥法的总处理费用大体相当(处理费=运行费+折旧+固定资产投资贷款利息)。规模越小，氧化沟、SBR的总处理费用越低。因此，对于中小型污水处理厂而言，氧化沟、SBR在经济 上有益。③氧化沟、SBR工艺一般不设初沉池和污泥消化池，处理单元比常规活性污泥法减少50%以上，操作管理简化；且设备国产化程度高，价格低。3.3.2氧化沟、SBR工艺的比较。①基建费用：SBR是合建式。地价高，有利于SBR，其土建费用较低，但设备费用较氧化沟高。②就进水,BOD5.浓度而言，高，有利于氧化沟；低，有利于SBR。一般以BOD5=150mg/L为界，高于此值，氧化沟建费用低于SBR；低于此值，则反之。③运行费用就曝气方式而言，氧化沟常用机械式，SBR通常用鼓风式，后者比前者省电；SBR工艺是变水位运行，增大了扬程，因而电耗要比氧化沟小些，运行费用也低些。④SBR工艺的自控要求较高。就出水水质而言，氧化沟是动态沉淀，SBR是静态沉淀，后者沉淀效率更高，出水水质更好。