小型污水处理厂实用技术分析及实例

小型污水处理厂实用技术分析及实例

隋军，汪传新，周建华，陈贻龙

(广州市市政工程设计研究院，广州，510060)

　　摘要：分析小城镇污水处理的现状与特点，对适合小城镇的污水处理工艺进行分析。指出小城镇污水处理厂应综合考虑水量和水质特点,根据经济发展程度采用不同的处理工艺。在经济欠发达的小城镇,优先考虑采用稳定塘系统、土地处理系统等因地制宜的自然净化工艺,或先采用强化一级处理工艺待条件成熟后再过渡到二级处理工艺；在经济发达的小城镇可以采用曝气生物滤池、MBR为主的处理工艺。
　　随着环境保护要求的提高，小型污水厂普遍建设。由于受经济发展水平、处理要求、运营管理经验和水平等的影响，大中型城市污水处理工艺难以适应中、小城镇污水厂，寻找适合中、小城镇污水厂的污水处理工艺显得十分重要。

　　1城镇发展状况及污水处理厂规模划分　　

　　改革开放以来，我国城镇化进程加快，1978～2000年建制镇由2178个增至20312个，目前各种规模和性质的小城镇已近48000个。随着“新农业经济发展”，农村经济社会进入了新的发展阶段，对小城镇建设也提出了新的任务和要求。党国家在“九五”“十五”期间都将发展小城镇作为一项重大任务来实施。按照我国政府有关部门新制定的小城镇发展规划，到2010年，全国城镇人口达到5.6亿人左右，城市化水平达到40%左右。全国设市城市达到1200个左右，建制镇达到2.5～3万个；到2010年，全国村镇自来水普及率达到65%，小城镇人均日用水量180L/cap.d、村庄110L/cap.d,依此计算村镇年废水量可能达到270亿m³。
　　按照相关部门制定的小城镇发展规划，我国将在一定区域内按照“城市--区域中心镇--重点小城镇--一般集镇”的梯度结构，有步骤地分层次逐步推进发展，中心镇人口应达到5万人以上，重点镇人口达到3万人以上；一般镇人口达到１万人以上；平均人口规模20万人的为小城市；平均人口规模达到10万人，成为微型城市。
　　 对于小型污水处理厂规模的划分，不同国家和地区有不同的标准。在欧洲国家一般认为服务于小区、宾馆等日处理能力在100　　-　　2000　　人口当量污水的处理厂为小型污水处理厂。我国大陆和台湾地区则认为小型污水处理厂的规模应在10000人口当量以下或4000m³/　　d　　以下。理所当然，服务于单户家庭、单体建筑物、社区等分散地区的污水处理设施应属于小型污水处理范畴。根据我国实际情况，按规模大体可划分为大型、中型和小型污水处理厂。规模超过10万m³/d是大型污水处理厂，一般建设在大城市；中型污水处理厂一般规模在（5～10）万m³/d，一般建于中小城市和经济发达的大城市郊县。小型污水处理厂一般规模小于5万m³/d，建于小城镇。
　　根据上述城镇的人口规模计算，一般城镇污水处理厂规模在5万m³/d以下，属于小型污水处理厂范畴。

　　2　城镇污水处理厂的现状与特点　　

　　2.1小城镇水环境污染现状　　

　　近年来，随着我国城镇化水平加快，我国的小城镇得到了迅速发展。与此同时，小城镇的水环境污染问题日益突出，特别是在一些环境容量小、人口密度高、工业相对集中的小城镇里，水环境问题的严重程度不亚于大中城市或工业区，水污染状况非常严重。随着农村人口城镇化趋势的发展,小城镇人口大量增加，居民生活污水排放量逐年增加。小城镇各种企业的发展导致不少河流、湖泊等水体的污染极为严重。目前全国约95%以上的小城镇均未建污水处理厂(设施)，城镇生活污水处理率不足10%，乡镇或村办工业企业污水处理达标率不足30%。

　　由国家建设部、国家环境保护总局以及科学技术部联合发布的《城市污水处理及污染防治技术政策》对我国的城市污水处理提出了明确的目标与原则，规定到2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%，设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%。

　　小城镇在城镇总数中所占比例大，且呈分散型，是继大中城市污水治理后的一个新的战略目标。有关资料介绍太湖流域建有不同规模的7座污水处理厂，而该流域内的小城镇就达978个，并且分布范围很广。如果只注重大、中城市污水处理工程的建设，而忽视数量多、分布广的小城镇的污水治理，其结果必然是太湖流域污染防治不可能达到预期目标。根据有关报导，预计今后我国70％以上的生活污水将来自城镇及小区。由此可见小城镇的污染治理关系到我国环境状况和可持续发展的战略目标，是十分重要和必要的，也是非常有前途和极具生命力的。

　　2.2　小城镇污水厂的特点　　

　　小型污水处理厂除了规模较小外,还具有如下特点:

　　（1）排水纳污面积小，污水量少，因此变化系数大，进水水质、水量波动都较大，冲击负荷大，在选择污水处理工艺时需要选择耐冲击的污水处理工艺。

　　（2）多数小城镇的工业废水、生活污水合流排放，且由于受到小城镇经济条件的制约，部分工业企业超标排放，给水质造成一定冲击。

　　（3）污水、雨水没有完全分流，收集的污水还带有一定的雨水入流和地下水的入渗，水质浓度偏低。

　　（4）所在城市的发展可能出现跳跃式的发展，近期污水量比较少，规划远期污水量较大。

　　（5）由于小城镇的基础设施不完善,政府财力不足,技术力量薄弱,以往建设大型污水处理厂的工艺不能照搬到小城镇的污水处理中去。因此,小城镇污水处理应满足经济、高效、节能和简便易行的处理要求。

　　2.3　小城镇污水处理面临的问题　　

　　1)我国部分小城镇已经建成了一些污水处理厂,但大部分小城镇没有污水治理专项规划,部分城镇仅仅在总体规划上简单的进行描述或在总体规划上有个污水处理厂位置的选择,一般没有污水收集系统规划，导致污水处理规模存在一定程度的不确定性。

　　2)小城镇污水水质受工业污水的冲击大，部分工业企业以已交纳污水处理费为由,超标、超总量排污,而小城镇污水处理厂难以接纳。据全国城市污水处理厂运行调查COD浓度超标的占40%,总磷、总氮超标占60%,已成为主要污染因素。这给小城镇污水处理厂的设计运行带来了一定难度。

　　3)污水收集管网建设滞后,雨污不分,生活与工业污水不分,使污水处理厂系统的整体效率低下，处理难以达标。

　　4）简单地模仿大中型污水厂的处理工艺，但有些工艺不一定适于小规模的水质、水量特点；设计与建设中盲目攀比先进工艺、自动化程度高等，造成资金、资源的浪费，且有时导致处理效果不佳。

　　5）建设运行经验不足，技术力量薄弱，导致部分污水处理厂建成后难以正常运行。

　　6)小城镇污水处理厂的运营缺乏有效约束机制,环境监管难到位。已建成的小城镇污水处理厂95%以上仍由政府包办,半数以上污水处理厂未按规定安装在线监测装置。

　　7)小城镇污水处理工艺设计标准、规范不配套。我国现有的《污水处理工程项目建设标准》最小规模为在1～5万m³/d,而部分小城镇污水处理规模在1万m³/d以下,所以现有设计规范标准不配套，给设计带来了一定的不确定性。

　　8)小城镇污水处理缺乏资金来源。小城镇污水处理工程建设往往使当地主管部门“望而生畏”,因为小城镇污水处理工程建设缺乏资金来源。个别地方存在污水处理厂建成后，没有资金维持运行的情况，导致虽建有污水处理厂但污水仍未经处理直接排放。

　　9)污水处理厂污泥处理问题严重。小城镇污水处理厂的污泥最终处理往往不落实,一些污水处理厂随意堆放污泥,无害化处理能力不足,使污水处理厂本身成为污染区。

　　2.4国内建设小型污水处理厂的必要性

　　2000年5月29日,建设部、国家环保总局、科技部联合颁布了《城市污水处理及污染防治技术政策》,提出我国近期污水处理的目标:2010年全国设市城市和建制镇污水平均处理率不低于50%,设市城市的污水处理率不低于60%,重点城市污水处理率不低于70%,并规定对不能纳入城市污水收集系统的居民区、旅游景点、度假村、疗养院、机场、铁路车站、经济开发区等分散的人群聚居地排放的污水和独立工矿区的工业废水应就地处理达标排放。这就为我国的水污染治理工作,对小城镇的污水治理提出了更高要求。

　　我国《水污染防治法》第19条规定:“城市污水应当集中处理”。但随着小城镇和农村的快速发展,小型污水处理也提到了议程上来。在欧洲和北美有20～30%的人口利用小型污水处理系统，而我国有80%的人口分布在农村，城市郊区也有很多城市管网难以延伸的地方，在人口密度较低的城镇地区，发展小型污水处理更具现实意义。

　　3小型污水厂的处理工艺选择　　

　　从环境保护的技术资源分布角度而言，中小城镇的环境保护技术和专业人员相对有限，因此在技术上需要找到一个操作管理相对比较简单、安全的有效方法；从经济角度而言，中小城镇经济能力有限；从环境保护的质量角度而言，需要保证出水水质达标，防止污泥等的二次污染。由于受经济发展水平偏低、处理要求高、运营管理经验严重缺乏等多方面问题的影响，与大中城市相比，中小城镇的小型污水处理厂的设计、建设和运营更加困难，小城镇污水治理技术与设备的研究开发是当前急需解决的问题。寻找投资低、运行费用省、工艺流程简单、处理效果好、运行管理方便的工艺是我国小型城镇污水处理厂致力于研究与寻求的方向。

　　3.1污水处理工艺选择原则　　

　　污水处理所用的方法是基于物理、化学、物理化学、生物等原理的基础上发展起来的。物理方法主要包括有:过滤、离心、沉淀和浮上。化学方法主要包括有:混凝、中和、化学沉淀和氧化还原。物理化学方法主要包括有:吸附、离子交换、萃取和膜析。生物方法主要包括有:好氧、兼性和厌氧生物处理。中小城镇污水主要是生活污水，一般其水质为COD<500mg/L，pH=6.5～7.5，BOD5<250mg/L，SS<500mg/L，色度(稀释倍数法)<100，含有一定量的氮和磷且水质水量的波动较大，可生化性好。

　　污水二级生化处理工艺发展较快，如活性污泥法发展出了AB工艺、A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺、氧化沟工艺系列、SBR工艺系列、BIOLAK、LINDOX工艺、OCO工艺等。氧化沟工艺又衍生出Pasveer氧化沟、Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、D型氧化沟、T型氧化沟、DE型氧化沟、一体化氧化沟等。SBR工艺又衍生出UNITANK、ICEAS、CASP、CASS、IDEA、DAT-IAT、MSBR等新工艺。生物膜法技术发展出生物转盘、普通生物滤池、高负荷生物滤池、曝气生物滤池、BIOSTYR滤池、BIOFOR滤池、生物接触氧化工艺、生物流化床工艺等。我国自主知识产权的城市污水处理新工艺—水解-好氧生物处理工艺也得到了发展，根据后处理工艺的不同，它又分为水解-活性污泥处理工艺、水解-氧化沟处理工艺、水解-接触氧化处理工艺、水解-土地处理工艺和水解-氧化塘处理工艺等；另外，活性污泥法与生物膜法相结合发展出LINPOR工艺。生态处理技术由过去单独使用稳定塘、土地处理、湿地处理，向这几种工艺进行合理组合、综合利用的方向发展。

　　适应小城镇的、处理这种类型的污水工艺很多，可分为五类：一级强化处理工艺、二级生化处理工艺、精细化工艺、人工强化自然工艺、简易工艺。

　　城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、受纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。

　　工艺选择的主要技术经济指标包括:处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。

　　应切合实际地确定污水进水水质，优化工艺设计参数。必须对污水的现状水质特性、污染物构成进行详细调查或测定，作出合理的分析预测。在水质构成复杂或特殊时，应进行污水处理工艺的动态试验，必要时应开展中试研究。

　　积极审慎地采用高效经济的新工艺。对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用。

　　3.2一级强化处理工艺　　

　　强化一级处理是在普通一级处理的基础上，通过增加较少的投资采取强化处理措施，能较大程度地提高污染物的去除率，削减总污染负荷，降低去除单位污染物的费用。它适应于水环境状况亟待改善而经济尚欠发达的地区，是一种高效而低投入的新型技术，有着较高的实用价值和良好的应用前景。它既可以单独用于城市污水的一级处理，又可以用于现有二级污水处理厂的强化改造。

　　我国《城市污水处理及污染物防治技术政策》建议非重点流域和非水源保护区的建制镇，根据当地经济条件和水污染控制要求，可先行一级强化处理，分期实现二级处理。一级强化处理是用较少的投资削减当前严重的污染负荷，部分解决污染问题，待有能力时再续建二级处理，实现达标排放。这为在我国开展一级强化处理工艺提供了政策依据，对全面实现我国水环境彻底改善的目标具有重大意义。

　　一级强化处理的主要技术有吸附生物降解法（AB法）的A段技术、厌氧（水解）技术和高负荷活性污泥法技术等，但一般采用物理化强化一级处理。

　　一级强化处理工艺运行虽然投资省，但处理效果差、运行费用高、污泥量大且后续处理有难度，因此采用较少。一般仅用于生化性较差的污水处理或当作二级生化处理的补充。

　　3.3二级生化处理工艺　　

　　3.3.1A/O（厌氧/好氧）工艺

　　A/O（Anaerobic/Oxic）工艺（有硝化）即厌氧/好氧工艺是厌氧区和缺氧区组成的最简单的强化生物除磷工艺，“二部一局”印发的《城市污水处理及污染防治技术政策》将A/O法列入首选技术之列，其工艺流程见图。

　　回流活性污泥被回流至厌氧区中，污泥中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β羟丁基酸）储存起来。然后混合液进入好氧区，聚磷菌在好氧条件下降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高浓度的含磷污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到生物除磷的目的。

　　在具有足够的泥龄的条件下，BOD5在好氧池内被降解的同时，也完成硝化反应。

　　因为回流活性污泥被回流至厌氧区，在好氧区按硝化设计时，该系统也同时具有脱氮功能，其脱氮效率取决于活性污泥回流比。

　　A/O工艺设备复杂、运行管理要求高，对于资金短缺和运行管理水平落后的小城镇来说不适合采用。

　　3.3.2　鼓风曝气氧化沟工艺

　　3.3.2.1工艺介绍

　　氧化沟法工艺是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，是传统活性污泥工艺的一种变形。与传统工艺相比，其特点是：将“池”改为“沟”，氧化沟为封闭的环状沟，也称为连续循环曝气池，其流态具备推流式和完全混合式的双重特点，因而抗冲击负荷能力强。氧化沟的曝气形式主要以表曝为主，常见的曝气设备有水平轴转刷、转碟、垂直轴叶轮表爆机等。除此以外，氧化沟工艺还具备构造简单、操作管理简便、出水水质好、处理效率稳定等特点。从运行方式上，可分成三大类：连续工作式、交替工作式和半交替工作式。较典型的连续工作式氧化沟有Carrousel及Orbal氧化沟，较典型的交替工作式氧化沟为T型氧化沟，DE型氧化沟为半交替工作式氧化沟。

　　实际上，Carrousel　2000氧化沟的除磷脱氮原理与A/A/O工艺是一致的，只是Carrousel　2000氧化沟不需设置专门的混合液回流设备而已，因此比A/A/O工艺运行费用略低，投资更省，故在我国得到了广泛的应用。将氧化沟的机械曝气设备换成微孔曝气设备，形成氧化沟型的鼓风曝气氧化沟工艺。氧化沟内设置水下搅拌机和非满布的微孔曝气器，既保留了氧化沟沿水流方向间断曝气和循环流的特点，又克服了氧化沟因采用表面曝气机而占地面积大、充氧效率低、动力效率低、水流断面流速不均、池底易沉淀等不足，同时也可满足氧化沟除磷脱氮的要求，且只需污泥回流而不需混合液回流。

　　因此，鼓风曝气氧化沟投资小、管理方便，并克服了传统氧化沟曝气效率低的缺点，适应于小型污水处理厂；对规模更小的污水处理厂，可考虑采用转刷等机械曝气方式。

　　3.3.2.2　广东省开平市迳头污水处理厂工程

　　（1）规模

　　本工程规模为5.0万m³/d。

　　（2）进出水水质

　　进水水质

　　BOD₅=120mg/L；COD=240g/L；SS=150mg/L；TP=3.0mg/L　　

　　NH₃-N=25mg/L;　TN=30mg/L

　　出水水质：

　　BOD₅=20mg/L；COD=40g/L；SS=20mg/L；TP=0.5mg/L　　

　　NH₃-N=10mg/L　　TN=10mg/L

　　（3）处理工艺

　　采用厌氧池＋鼓风曝气氧化沟工艺工艺，主要参数如下：

　　设计平均水温：22.5℃（最不利水温15℃，最高水温30℃）

　　泥龄：11.4d

　　混合液浓度MLSS：3.5g/L

　　污泥负荷：0.0968kgBOD₅／kgMLSS·d

　　总停留时间：8.5h，其中厌氧池0.96h，缺氧池1.24h，氧化沟池6.30h（缺氧区1.0h，好氧区5.3h），

　　有效水深：6.0米

　　剩余污泥产量：6000kgSS/d（含水率99.2%）

　　采用微孔鼓风曝气，供气量为146Nm³／min，气水比为4.2:1

　　污泥回流量回流比为50~100%

　　（4）工程投资以及运行费用

　　工程费用为3912.0万元，基建指标为782.40元/m³，单位经营成本为0.32元/m³。

　　3.3.2.3　广东省韶关第一污水处理厂工程实例

　　（1）规模

　　本一期工程规模为1.50万m³/d，规划二期规模为3.0万m³/d。

　　（2）进出水水质

　　进水水质

　　BOD₅=150mg/L；COD=250g/L；SS=200mg/L；TP=3.5mg/L　　

　　NH₃-N=25mg/L

　　出水水质：

　　BOD₅=20mg/L；COD=40g/L；SS=20mg/L；TP=0.5mg/L　　

　　NH₃-N=15mg/L

　　（3）处理工艺

　　采用厌氧池＋鼓风曝气氧化沟工艺工艺，主要参数如下：

　　厌氧池+氧化沟按1.5万m³/d处理量建2组，每座尺寸为18×42.5×5m。

　　容积负荷Fv=0.60kgBOD/m³.d

　　污泥负荷0.17kgBOD/kgMLSS.d

　　水力停留时间t=7.0h　　

　　厌氧段1.0h,缺氧段1.0h,好氧段5.0h

　　MLSS=3500mg/L

　　污泥龄θc=12d

　　污泥回流比30~100%

　　剩余污泥产量2875kgDS/d

　　气水比3.7:1

　　（4）工程投资以及运行费用

　　估算工程费用为1112.0万元，基建指标为741.00元/m³，单位经营成本为0.33元/m³。

　　3.3.3传统SBR法

　　在同一容器中进水时形成厌氧（此时不曝气）、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀，再加上撇水器出水，完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门的厌氧、缺氧、好氧分区，而是在同一容器中，分时段实行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程。

　　SBR工艺的特点如下：

　　*生物反应、沉淀均在一个构筑物内完成，节省占地，造价低。

　　*承受水量、水质冲击负荷能力较强。

　　*污泥沉降性能好，不易发生污泥膨胀。

　　*对有机物和氮的去除效果好。

　　但传统的SBR工艺用于生物除磷脱氮时，效果不够理想。主要表现在以下几个方面：对脱氮除磷而言，为了考虑进水基质浓度、有毒有害物质对处理效果的影响，传统SBR工艺采取了灵活的进水方式（如非限量曝气等），虽然提高了抗冲击负荷能力，但由于这种考虑与脱氮或除磷所需的环境条件相左，因而在实际运行中往往削弱了脱氮或除磷效果。就除磷而言，采用非限量或半限量曝气进水方式，将影响磷的释放；对脱氮而言，将影响硝态氮的反硝化效果。

　　这种方法厌氧池的氧化还原电位较高，除磷效果差，总容积利用率低，一般小于50%，适用于污水量较小场合。

　　3.3.4　CAST工艺

　　3.3.4.1　工艺介绍

　　CAST法工艺即连续进水、间歇操作运转的活性污泥法，与传统SBR法不同之处在于设置了多座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但整个过程为连续进出水。

　　CAST生物处理池的选择区不仅可抑制丝状菌的增长，改善污水性能，而且其有机物基质高，相应的溶解性BOD浓度高，这样聚磷菌可迅速吸收这部分有机物中低分子有机物并将其转化成PHB（聚β羟基丁酸），同时将细胞内聚磷经水解成正磷酸盐释放到水溶液中，这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争中占优势并得以大量繁殖。在主反应区的好氧状态下，聚磷菌发生PHB的降解和磷的贪婪吸收，形成聚磷污泥，通过剩余污泥的排放实现污泥中磷的去除。CAST工艺即连续进水、间歇操作运转的活性污泥法，与传统SBR法不同之处在于设置了多座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但整个过程为连续进出水。

　　进水、反应、沉淀、出水和待机在一座池子中完成，常用4座池子组成一组，轮流运转，一池一池地间歇处理。ICEAS法可在一组池中完成脱氮、去除BOD5全过程，但每座池子都需安装曝气设备、出水滗水器及控制系统，间歇排水、水头损失大，设备的闲置率较高、利用率低，设备投资较大，要求自动化度高

　　CAST工艺的特点如下：流程短、占地省、投资低；运行费用低；适应水质、水量变化的能力强；自动化程度高；出水水质好。

　　3.3.4.2　四川省彭州污水处理厂工程实例

　　（1）规模

　　本期工程规模1万m³/d，远期规划规模3万m³/d

　　（2）进出水水质

　　纳污区域为合流制，远期将改造为分流制。近期污水处理的设计进水水质为：

　　BOD₅=130mg/L；COD=260g/L；SS=150mg/L；TP=5mg/L　　

　　TN=40mg/L

　　彭州市污水处理厂排放标准为：

　　BOD₅≤20mg/L；CODcr≤60mg/L；SS≤20mg/L；TP=1mg/L　　

　　NH₃-N≤10mg/L，TN≤15mg/L

　　（3）处理工艺

　　采用cass工艺，主要参数如下：

　　设计流量：1万m³/d，分两组，每组设计流量0.5万m³/d。

　　设计平均水温22.5℃（最不利水温15℃，最高水温30℃）

　　泥龄：12d

　　混合液浓度MlSS：3.5g/l

　　污泥负荷：0.079kgBOD₅／kgMLSS·d

　　容积负荷：0.276kgBOD₅／m³·d

　　总停留时间：13.6h

　　有效水深5.5米

　　剩余污泥产量：1500kgSS/d（含水率99.2%）

　　气水比：4.2:1

　　（4）工程投资以及运行费用

　　本工程总投资为810.52万元，工程费用为684.58万元，基建指标为684元/m³，经营成本0.236元/m³，处理总成本为0.32元/m³。

　　3.3.4.3　佛山市三水区驿岗污水处理厂工程实例

　　（1）规模

　　本期工程规模5万m³/d，远期规划规模10万m³/d

　　（2）进出水水质

　　设计进水水质为：

　　BOD₅=130mg/L；COD=250g/L；SS=150mg/L；TP=3.0mg/L　　

　　NH₃-N≤30mg/L，TN=40mg/L

　　排放标准为：

　　BOD₅≤20mg/L；CODcr≤40mg/L；SS≤20mg/L；TP=1mg/L　　

　　NH₃-N≤10mg/L，TN≤20mg/L

　　（3）处理工艺

　　采用CAST工艺，主要参数如下：

　　设计流量：5万m³/d。

　　设计平均水温24℃（最不利水温15℃，最高水温32℃）

　　总泥龄：20d

　　混合液浓度MlSS：3.0g/l

　　污泥负荷：0.10kgBOD₅／kgMLSS·d

　　总停留时间：11.97h，其中选择区2.09h，主反应区9.88h。

　　有效水深5.0m

　　剩余污泥产量：5000kgSS/d（含水率99.4%）

　　气水比：5.2:1

　　3.3.5　UNITANK工艺

　　UNITANK工艺，又称单池系统，是比利时史格斯清水公司（SEGHERS　ENGINEERING　WATER　NV）于80年代末开发的专利技术。UNITANK池一般由A、B、C三个矩形池组成，三个池水力相通，每个池内均设有供氧设备，在外边（A、C池）两侧矩形池设有固定出水堰和剩余污泥排放口，既可作为曝气池，又可作为沉淀池。连续分池进水，具有脱氮除磷效果。

　　UNITANK的特点在于一体化，布置紧凑，能较好地利用土地面积，节约用地效果明显；不需混合液回流及活性污泥回流，流程简单，利于管理；设置不同的循环时间，适应性较强，序批式控制，易于实现处理过程的自动控制。其运行方式类似于T型氧化沟。

　　在UNITANK成功地运用于澳门凼仔污水处理厂后，国内也曾经掀起一股UNITANK热潮。目前在上海和广州分别已经建成了规模为40和22万m³/d的采用类似工艺的石洞口污水处理厂，但从规模上讲，UNITANK工艺更适用于中小型污水处理厂。

　　3.4精细化工艺　　

　　3.4.1　曝气生物滤池工艺

　　3.4.1.1工艺介绍

　　BAF主要用于生物处理出水的进一步硝化，以提高出水水质，去除生物处理中的剩余氨氮。近几年又开发出多种形式，使此工艺适用于对原污水进行硝化与反硝化处理。它通过内设生物填料使微生物附着其上，污水从填料之间通过，达到去除有机物、氨氮和SS的目的。而除磷则主要靠投加化学药剂的方式加以解决。

　　曝气生物滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其主要特征包括：采用粒状填料作为生物载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等；区别于一般生物滤池及生物塔滤，在去除BOD、氨氮时需要曝气；高水力负荷、高容积负荷及高的生物膜活性；具有生物氧化降解和截流SS的双重功能，生物处理单元之后不需再设二沉池；需要定期进行反冲洗，清除滤池中截流的SS，同时更新生物膜。

　　BAF的主要优点是：

　　◆　占地面积小，基建投资省。

　　◆　出水水质高，SS一般不会超过10mg/L。

　　但是该工艺也有一些缺点：

　　◆　对进水的SS要求较严，最好是控制在60mg/L以内，因此往往采用混凝沉淀进行强化一级处理。

　　◆　水头损失较大，每一级生物曝气滤池的水头损失为1~2m。

　　虽然取消了二沉池，但是在反冲洗过程中，短时间水力负荷较大。为了避免反冲洗排水对初沉池造成较大的冲击负荷，一般需要设置专门的缓冲池。

　　◆不具有生物除磷功能，在出水磷指标有要求的场合，需要加药进行化学除磷，这无疑会加大投药量和剩余污泥量，增加运行成本。

　　◆如果采用强化一级处理虽然降低了进入滤池的SS浓度，同时也去除了大量有机物，可能会造成后面反硝化碳源不足的危险。据国外资料报道，有时还要外加碳源，否则不能有效脱氮。

　　目前国外采用的BAF工艺类型很多，有两家公司推出的工艺较为成熟：一种是法国德利满开发的BIOFOR工艺，采用的是比重大于1的陶粒滤料，污水的过滤水流方向为上向流，反冲洗水流方向也是上向流；另一种是Vivendi公司开发的BIOSTYR工艺，采用的是比重小于1的轻质滤料，污水的过滤水流方向为上向流，反冲洗水流方向为下向流。

　　在国内的市政污水处理领域，BIOFOR曝气生物滤池工艺已在大连市马栏河污水处理厂成功应用，其设计规模为12万m³/d，并且其陶粒滤料已经实现国产化。BIOSTYR曝气生物滤池工艺目前在国内还无应用实例，并且采用的是比重小于1的轻质滤料，需要进口。

　　3.4.1.2　拟建的广州开发区黄陂污水处理厂工程实例

　　（1）规模

　　本期工程规模5万m³/d

　　（2）进出水水质

　　设计进水水质为：

　　BOD₅=200mg/L；COD=400g/L；SS=250mg/L；TP=5.0mg/L　　

　　NH₃-N≤25mg/L，TN=40mg/L

　　排放标准为：

　　BOD₅≤10mg/L；CODcr≤40mg/L；SS≤10mg/L；TP=0.5mg/L　　

　　NH₃-N≤5mg/L，TN≤15mg/L

　　（3）处理工艺

　　采用曝气生物滤池工艺，主要参数如下：

　　6格同时硝化／反硝化曝气生物滤池,

　　反冲洗水周期24h

　　每次反冲洗水量　551m³

　　反冲洗水强度65m³/m².h

　　反冲洗气强度12Nm³/m².h

　　2格后反硝化生物滤池：

　　反冲洗水周期24h

　　每次反冲洗水量245m³

　　反冲洗水强度70m³/m².h

　　反冲洗气强度12Nm³/m².h

　　曝气生物滤池反冲洗,

　　同时反冲洗滤池单元数1u

　　反冲洗废水池容积700m³

　　反冲洗水的回程时间2h

　　反冲洗水泵数量2u

　　反冲洗水泵流量280m³/h

　　反冲洗水泵扬程15h

　　（4）工程投资及运行费用

　　项目估算总投资为12791.61万元，其中工程费用9308.39万元。平均单位总成本1.50元/m³，单位经营成本0.83元/m³。

　　3.4.2　MBR工艺

　　3.4.2.1工艺介绍

　　膜生物反应器（Membrane-Bioreactor，简称MBR）是一种将膜分离技术与传统污水生物处理工艺有机结合的新型高效污水处理与回用工艺，其中膜分离工艺代替传统的活性污泥法中的二沉池，起着把生物处理工艺所依赖的微生物从生物培养液（混合液）中分离出来的作用，从而微生物得以在生化反应池内保留下来，同时保证出水中基本上不含微生物和其他悬浮物。

　　膜生物反应器根据生物处理的工艺要求，一般建有三个生物反应区（池），分为厌氧区（除磷）、好氧区（硝化池）缺氧区（反硝化池）。膜组件浸没于好氧区中，各区之间通过潜水推进器来循环混合液。污水先进入厌氧区与缺氧区回流的污泥及在厌氧条件下聚磷菌对磷的释放，使污水中磷的浓度升高；厌氧区出水与膜区回流污水先进入缺氧区，在此将大分子量长链有机物分解为易生化的小分子有机物，然后污水进入好氧区进行有机物生物降解，同时进行生物硝化反应，并通过回流到缺氧区进行反硝化，完成脱氮功能，缺氧区中置有潜水搅拌器，达到混合的作用。

　　从技术的可行性的角度考虑，所有可能使用传统的生物处理方法的场合都适用MBR。在下列场合，MBR更加适用：

　　·污水的深度处理或再生利用；

　　·对排放水质（浊度、细菌、有机物、氨氮等指标）要求严格的场合；

　　·土地供应紧张的场合；

　　·现有水厂的扩容或升级改造；

　　·容易发生污泥膨胀的场合。

　　在MBR工艺中，由于用膜组件代替了传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点：

　　（1）高效地进行固液分离，抗冲击负荷能力强，出水水质优质稳定，可以完全去除SS，对细菌和病毒也有很好的截留效果，出水可直接回用；

　　（2）由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；

　　（3）生物反应器内能维持高浓度的微生物量，可高达10g/L以上，处理装置容积负荷高，占地面积可减少到传统活性污泥法的1/3到1/5；

　　（4）有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高；

　　（5）MBR一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；

　　（6）可以实现完全的自动控制，操作管理方便。

　　（7）系统出水水质稳定且优于传统的污水处理设备。

　　（8）生物膜反应器可以滤除细菌、病毒等有害物质，可节省加药消毒所带来的长期运行费用。

　　（9）使用寿命长，单位体积膜面积高，膜具有自修复能力，从而减少了设备维护工作。

　　通过独特的运行方式，膜表面不易堵塞，膜清洗间隔时间长，洗膜方式简单易行。

　　3.4.2.2拟建的广州开发区萝岗污水处理厂

　　（1）规模

　　本期工程规模5万m³/d

　　（2）进出水水质

　　设计进水水质为：

　　BOD₅=200mg/L；COD=400g/L；SS=250mg/L；TP=5.0mg/L　　

　　NH₃-N≤25mg/L，TN=40mg/L

　　排放标准为：

　　BOD₅≤10mg/L；CODcr≤40mg/L；SS≤10mg/L；TP=0.5mg/L　　

　　NH₃-N≤5mg/L，TN≤15mg/L

　　（3）处理工艺

　　采用MBR工艺，主要参数如下：

　　其中厌氧区+缺氧区容积：900+1800m³

　　设计单池处理能力：25,000m³/d；

　　设计MLSS：8～10g/l

　　生化池总有效容积：18000m³

　　水力停留时间：8.99h（含膜池容积）

　　设计MLSS：8.00g/L

　　设计污泥COD负荷：0.110kgCOD/kgMLSS.d

　　设计污泥BOD负荷：0.060kgBOD/kgMLSS.d

　　剩余污泥浓度：9.33g/L

　　剩余污泥体积：685.71m³/d

　　混合液回流比：500％，从膜池回流

　　需气量280Nm³/min(按5万m³/d计)，气水比8.0:1。

　　（4）工程投资及运行费用

　　本项目估算投资22479.25万元，其中工程费用13960.91万元，。单位经营成本0.83元/m³，处理总成本1.56元/m³。

　　3.5人工强化自然工艺　　

　　在有条件的地区，可利用荒地、闲地等可利用的条件，采用各种类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术。城市污水二级处理出水不能满足水环境要求时，在条件许可的情况下，可采用土地处理系统和稳定塘等自然净化技术进一步处理。采用土地处理技术，应严格防止地下水污染。

　　3.5.1稳定塘

　　稳定塘是利用天然湖塘、洼地,适宜的气温、日照,通过塘内生长的微生物净化污水。稳定塘处理系统可以划分为兼性塘、厌氧塘、好氧塘、曝气塘等多种形式。不同形式的单塘可以不同的组合方式形成多级串联塘系统。多级串联塘系统不仅有很高的COD、BOD去除率和较高的氮、磷去除率,还有很高的病原菌、寄生虫卵和病毒去除率。稳定塘系统不仅在发展中国家广泛应用,而且在发达国家应用也很普遍。我国也建造了越来越多的污水处理稳定塘,如黑龙江省齐齐哈尔稳定塘系统、山东省东营稳定塘处理系统、广东省尖峰山养猪厂稳定塘、内蒙古集宁市稳定塘系统等。

　　稳定塘处理工艺具有基建投资省、工程简单、处理能耗低、运行维护方便、成本低、污泥产量少、抗冲击负荷能力强等诸多优点,不足之处就是占地面积大。稳定塘适用于土地资源丰富,地价便宜的城镇污水处理,尤其是有大片废弃的坑塘洼地、旧河道等可以利用的小城镇,可考虑采用该处理系统。

　　（1）特点

　　a、优点

　　*　便于因地制宜，基建投资少。

　　*　运行维护方便，能耗较低。

　　*　能够实现污水资源化，对污水进行综合利用，变废为宝。

　　b、缺点

　　*　占地面积过多。

　　*　气候对稳定塘的处理效果影响较大。

　　*　若设计或运行管理不当，则会造成二次污染。

　　3.5.2人工湿地

　　人工湿地系以人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化。湿地能净化污水，是自然环境中自净能力很强的区域之一，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

　　从水力学角度划分，人工湿地分为表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。表面流湿地由反应池或渠、土或其他基质（填料）、生长在基质上的挺水植物、有自由水面的较浅的细水流等要素组成，该湿地的特点是反应池或渠一般较细长，以保证近似的推流状态。潜流湿地包括一个装有基质的池和长在基质上的挺水植物，湿地的基质可以是碎石、卵石以及各种土壤，也可以是它们的组合，该湿地的特点是较表面流湿地具有更高的负荷、占地面积小、效果可靠、耐冲击负荷和不易滋生蚊蝇等。垂直流人工湿地是在表面流和潜流人工湿地基础上开发出来的人工湿地系统，与表面流和潜流人工湿地相比，其处理效果更好、更稳定，但其构造相对复杂。

　　3.5.3　普通生物滤池

　　普通生物滤池是生物滤池早期出现的类型，由池体、滤料、布水装置和排水系统组成。污水通过喷嘴式布水系统均布水在滤料上，排水系统设于池底部，以便保证滤池的良好通风。处理生活污水或以生活污水为主题的城市污水时，水力负荷一般为1～3m³/m².d，BOD容积负荷为0.15～0.30kg/m³.d

　　普通生物滤池一般适用于处理日污水量不高于1000m³的小城镇污水或有机性工业废水。其主要优点：（1）处理效果良好，BOD5的去除率可达95％以上；（2）运行稳定，易于管理，节省能源。主要缺点：（1）占地面积大，不适合处理量大的污水；（2）滤料易堵塞，当预处理不够充分或生物膜季节性大规模脱落时，都可能使滤料堵塞；（3）产生滤池蝇，恶化环境卫生；（4）喷嘴喷洒污水，散发臭味。

　　3.5.4高负荷生物滤池

　　高负荷生物滤池式在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础上开创的，它大幅度提高了滤池的负荷，其BOD容积负荷率高于普通生物滤池6～8倍，水力负荷率则高达10倍。

　　高负荷生物滤池设有处理水回流措施，可以均化稳定进水水质、加大水力负荷、抑制滤池蝇的过渡滋长、减轻散发的臭味。

　　在构造上，高负荷生物滤池与普通生物滤池基本相同，也采用自然通风，但高负荷生物滤池多采用旋转式的布水装置，表面多采用圆形。

　　高负荷生物滤池克服了普通生物滤池的缺点，但也存在环境影响较大的问题。

　　3.6简易工艺

　　3.6.1　水解—好氧生物处理工艺

　　水解—好氧生物处理工艺20世纪80年代在我国出现，它将厌氧和好氧有机地结合起来，但在厌氧段摒弃了厌氧消化过程中对环境条件要求严格、且降解速度较慢的甲烷发酵阶段，控制厌氧段在水解阶段，不但可减少反应器的容积，而且同时省去了沼气回收利用系统，从而使基建费用大幅度降低。另外，经水解，原废水中易降解物质减少较少，而一些难以生物降解的大分子物质可被转化为易生物降解的小分子物质（如有机酸等），从而使废水的可生化性和降解速度大幅度提高。因此，后续好氧生物处理可在较短的水力停留时间内，达到较高的COD去除率。该工艺已在城市污水，特别是在工业废水处理得到广泛应用。水解处理既可采用厌氧活性污泥法（如厌氧接触法、升流式厌氧污泥床等），也可采用厌氧生物膜法（如厌氧滤池等）。后续的好氧生物处理可采用好氧活性污泥法（如普通活性污泥法、SBR、氧化沟等）、生物膜法（如生物接触氧化、生物滤池、生物转盘等）、稳定塘、土地处理等。

　　水解-好氧工艺有如下所述的几种工艺类型：

　　1）水解酸化-活性污泥工艺

　　采用水解-好氧工艺流程，后续的活性污泥工艺设计参数较传统的活性污泥工艺有所不同，主要是水力停留时间缩短、曝气量减少，不采用传统污泥消化系统。

　　该类工艺的工程实例有北京密云县污水处理厂、新疆昌吉市水质净化厂等。

　　2）水解酸化-接触氧化工艺

　　此工艺在工业废水处理中应用较多，如印染废水、染料污水、焦化污水处理等。山东潍坊印染厂就采用的是此工艺，处理规模50000m3/d。

　　3）水解酸化-氧化塘处理工艺

　　采用水解作为预处理工艺，氧化塘的设计参数将有较大的变化，主要体现在水力停留时间缩短、池塘水深较浅，同时基本解决了淤塞问题。新疆昌吉污水处理厂就采用的是此工艺。

　　4）水解酸化-土地处理工艺

　　采用水解-土地处理工艺，其效果相当于水解-氧化塘工艺。污水土地处理系统是利用“土壤-植物-微生物”系统的天然自净能力，也就是利用土壤的物理、化学和生物化学过程，使污水得到净化，土地处理的场地相对较大，目前山东安丘市3000m³/d污水处理工程已采用此工艺流程。

　　3.6.2　污水净化沼气池

　　生活污水净化沼气池工艺流程如图所示。污水首先经格栅沉砂后进入A区。A区参照厌氧污泥床设计，分成两室、严格密封且隔绝空气，保持厌氧环境。其功能是分离截流悬浮物，吸附降解胶体及溶解有机物。A区污染物去除率占全部的40%。污水经A区后，其污染物浓度已降低，B区采用厌氧生物滤池工艺，隔绝空气，利用填料上巨大表面的厌氧生物膜，进一步代谢降解有机质，B区分三至四室，其中两室设置填料，另一至两室为沉淀澄清池。B区的功能是进一步截流降解污染物质，分离沉淀污泥回流至A区，以增加A区污泥浓度。B区杂志去除率约占全部的30%。

　　经净化沼气池处理的污水，一般能达到粪便无害化卫生标准（GB7959-87）、污水排入城市下水道水质标准（CJ18-86）和污水综合排放标准（GB8978-88）。

　　4　结语

　　（1）随着小城镇的快速发展,为避免重复“先污染、后治理,先破坏、后保护”的老路,必须先行治污,恢复和保持良好的生态环境,促进小城镇的可持续发展，小城镇的污染问题日益受到重视。在80%的人口分布的小城镇和农村、城市郊区等人口密度低、管网难以延伸的地方，发展小型污水处理更具现实意义。

　　（2）由于受小城镇经济发展水平、处理要求、运营管理经验和水平等的影响，大城市的污水处理工艺难以适应小城镇污水处理的需求，需要优选小城镇污水处理工艺。

　　（3）结合不同类型的小城镇自身的特点，综合考虑小城镇的水量和水质特点,根据小城镇的经济发展程度采用不同的处理工艺。如在经济欠发达的小城镇,可优先考虑采用稳定塘系统、土地处理系统等因地制宜的自然净化工艺,或先采用强化一级处理工艺待条件成熟后再过渡到二级处理工艺；在经济发达的小城镇可以采用曝气生物滤池、MBR为主的处理工艺。

　　参考文献：

　　1　　杭世珺，小城镇污水处理工程设计的反思与建议，中国水网，2004年

　　2　　周雹，谭振江，中、小型城市污水处理厂的优选工艺，中国给水排水，2000年

　　3　　侯继燕，中国西部小城镇污水处理技术指南研究，硕士论文，2006年