城市污水处理文献综述

城市污水处理文献综述倪罗意环工07021.引言：21世纪是水的世纪.水资源短缺、水污染等问题的加剧将对21世纪人类社会持续发展带来深刻的影响.（1）我国是一个水资源严重缺乏的国家，严重缺水的城市就有110个，而在不少城市缺水的同时，城市污水的排放量却逐年递增，近20年，我国城市化发展迅速，人口和产业密度向城市空间转移，生活水平和工业活动强度不断提高，水需求量也随之飞速增长，使许多城市供水紧张，城市水污染及水供需矛盾日趋尖锐，已经严重制约了城市经济的发展和，并对城市居民生活和社会造成一定的影响。随着我国城市化率的的不断提高,我国城市污水量以每年6.5%的速度增长,然而由于资金、能源等的限制,城市污水处理率还很低,仅为10%左右,并且现已建成的污水处理厂仍有部分不能正运转。城镇污水处理是环境保护的客观要求,有关部门出台技术政策,提出到2010年全国设市城市和建制镇均应规划建设城市污水集中处理设施。达标排放的工业区污水应纳入城市污水收集系统与生活污水合并处理。届时,全国设市城市和建制镇的污水处理率将不低于50%,设市城市污水处理率不低于60%,重点城市的污水处理率将不低于70%。在此前提下，城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。建造城市污水处理厂被证实是解决城市水污染的一条有效途径。而研究新的城市污水处理技术,将处理后的水和泥变为可利用的资源,使城市污水处理事业成为一种自然资源再生和利用的新兴工业,是解决水污染和合理利用水资源的重要途径之一.作为污水处理技术的研究方向,重点在于降低能耗、改善出水水质、减少污泥量、简化与缩小处理构筑物的体积、减少占地、降低基建与运行费用、改善管理条件等.可以预见,随着现代科学技术的理论与方法在水污染的研究和水污染的控制应用方面不断拓宽与加深,诸如化学、生物学、生态学、系统论、控制论、信息论、耗散结构论、协同学等基础学科和理论,以及化工技术、生物技术、生态工程技术、计算机技术、遥控遥测技术等先进的技术手段的广泛应用,城市污水处理技术将会得到迅速发展.就我国目前的污水处理现状而言,污水处理技术市场需求相当大.城市污水处理的发展将表现为以下几个方面的特点:氮、磷营养物质的去除仍为重点,也是难点;工业废水治理开始转向全过程控制,单独分散处理转为城市污水集中处理;水质控制指标越来越严;由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、政策、标准的综合性研究;污水再生利用提上日程;中小城镇污水污染与治理问题受到重视.因此采用高效、低能耗、运行成本低、管理维护方便的处理工艺应是优选方案,它也是工程技术人员为之奋斗的目标。2.两种传统工艺①传统活性污泥法活性污泥法自1914年由Arden和Lockett开创至今,已经过90年的发展与实践,在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面不断得到革新和改进[2].最早出现的传统活性污泥法(CAS)属于推流式曝气池,由于靠近池子进水口的基质浓度高于出口端的基质浓度,而最初的设计没有考虑到这种需氧量的变化,结果造成了一些部位氧的不足.为改进供氧不均匀的缺点,1936年将均匀曝气的方式改为沿推流方向逐渐曝气的方式,大部分的氧量在基质去除相当快的进水端输入,而以内源代谢和衰减为主要反应作用的出水端仅需少量的氧,这也就是传统活性污泥法比较标准的形式——逐渐曝气活性污泥法(TAAS).活性污泥法的另一个变种——阶段曝气法于1942年出现.阶段曝气法(SFAS)又称多点进水法,进水分成几股,然后几股废水从曝气池的不同点进入,从而使需氧量的后分配均匀.在污泥同原水混合前,使污泥进行再曝气的另外一种发展形式.为了避免在推流式曝气池中因基质浓度梯度造成的微生物不适应,使微生物群落保持相对稳定的状态.到20世纪50年代末,出现了完全混合式活性污泥法(CMAS),这种形式的优点是梯度提供了一个有利于细菌絮体生长,不利于丝状菌生长的环境,污泥的沉降和密实性都很好,但是由于基质梯度的变化使系统容易受有毒物质的干扰.为了克服其他几种改进型式的缺点(必须处置大量的污泥,流程的运行控制要求严格),出现了延迟曝气法(EAAS),由于有一个完整的细胞平均停留时间,所以,稳定程度相当高,然而由于经济问题的限制,它仅用于废水浓度低的小型设施.另外,还出现了纯氧曝气法、深井曝气法等.总的说来,活性污泥法的主要优点是能以相对合理的费用得到优良的出水水质,这是因为排放之前细胞物质就从废水中去除;主要缺点是可控制性差.要达到期望的水质,往往需要复杂的操作技能,提高微生物对环境和水质变化的适应能力.降低生化操作及运转管理的复杂性是革新活性污泥法的目的.②生物膜法生物膜法和活性污泥法一样,都是利用微生物来去除废水中有机物的方法.但在活性污泥法中,微生物处于悬浮生长的状态,所以活性污泥法处理系统又称为悬浮生长系统.而生物膜法中的微生物则附着在某些物质的表面,所以生物膜法处理系统又称为附着生长系统.生物膜法主要包括生物滤池、生物转盘生物膜法的基本原理是通过废水与生物膜的相对运动,使废水与生物膜接触,进行固液两相的物质交换,并在膜内进行有机物的生物氧化,使废水得到净化.生物膜法与活性污泥法是废水处理的2个主要方法,与微生物悬浮生长的活性污泥法相比,它有以下优点[2]:由于存在许多硝化细菌,因此具有较高的脱氮能力;生物膜中存在的微生物具有多样性,包括好氧菌、厌氧菌、真菌和藻类等,使其在去除污染物方面具有广谱性;大量的微生物生长占据了整个反应器的空间,单位体积的生物量远比活性污泥法高,因此单位体积的处理能力也大;膜法中的微生物的食物链比活性污泥法长,产生的污泥大都被生物消耗,因此剩余污泥小;系统维护方便,能耗低,无须污泥回流;该系统的微生态复杂,对水力和有机负荷变化的承受能力强,操作稳定.3.城市污水处理厂新兴工艺的比较①AB法AB法是吸附生物降解法(AdsorptionBio-degradation)的简称,是联邦德国亚琛大学B.Bohnke教授于20世纪70年代中期在传统两段活性污泥法(Z-A法)和高负荷活性污泥法基础上开发的一种新工艺,属超高负荷活性污泥法,在技术上有突破.AB工艺是一种新型的活性污泥法,具有一定的特色,BOD5,COD,SS,氮磷的去除率高于常规活性污泥法,且可节省基建投资约20%、能耗15%左右.其突出的优点是A段负荷高,抗冲击负荷能力很强,对pH和有毒物质的影响具有很大的缓冲作用,并能破坏络合化学污染物而去除COD和BOD5,特别适合处理浓度高、水质水量变化较大的污水如纸浆厂、造纸厂、食品加工厂和印染等工业废水.另外,A段和B段可以分期建设,适合污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果.该工艺的主要缺点是污泥产量较高，不适合于有脱氮要求的城市污水处理厂.该工艺在我国一些城市已有应用,如深圳市罗芳污水处理厂.（16）②SBR法SBR法是间歇式活性污泥法的简称,它是一项既古老又年轻的污水处理技术.世界上第一个间歇式运转的工艺是英国工程师SimThomasWardle于1898年发现,1914年在英国的Salford市污水处理得到实际应用,后来由于该工艺运行方式操作烦琐,空气扩散装置容易堵塞以及认识方面的问题,没有得到推广.近年来,由于电子工业发展,污水处理厂的整个系统做到了自控运行,为活性污泥法的间歇式运行在技术上创造了条件.1979年以来,在美国、德国、日本、澳大利亚和加拿大等工业发达国家的污水处理领域得到广泛运用.主要变形工艺有间歇式循环延时活性污泥工艺(ICEAS)和循环式活性污泥工艺(CA-ST).SBR工艺可以实现高浓度进水、高容积负荷和高去除率,在处理高浓度有机废水方面独具特色,而且对氮、磷、硫的脱除效果好,特别适合浓度高、排放量小的各种工业有机废水,如化工、造纸、印染等,同时也适合应用于对出水水质要求较高、水量水质波动较大的旅游城市的污水处理.如昆明市第三污水处理厂就采用ICEAS工艺,扬州市污水处理厂采用了CAST工艺.SBR工艺缺点1.间歇运行，对自动化控制能力要求高；2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定；3.容积及设备利用率低；4.变水位运行，电耗增大；5.除磷脱氮效果一般。③UNITANK工艺Unitank是20世纪90年代比利时西格斯(SEGERS)公司开发的.从运行方式来看,它像是SBR法的一种变形和发展,具有SBR法和传统活性污泥法的优点,一体化设计,不仅具有SBR法的主要特点,还可以像传统活性污泥法那样在恒定水位下连续运行.从构筑物形式来看,Unitank系统近似于三沟式氧化沟系统,它由3个矩形池组成,其中外边两侧的矩形池既可做曝气池,又可做沉淀池.中间一个矩形池只做曝气池.该工艺是一个较为灵活、高效的处理工艺,在世界各地已建成100多个,但在我国应用较少.Unitank属于低负荷污水处理工艺,出水水质非常好.由于负荷低,一般不再设置初沉池,二沉池往往和曝气池组合为一;由于泥龄长、污泥较稳定,一般可以不再做稳定化处理而直接处理或应用,省去了污泥稳定化设施,大大简化了工艺流程,使运行管理非常简单,但是负荷低、泥龄长也使生化部分大大增加,增加了污水处理设施的建设投入,提高了能耗及运行成本.该工艺适合规模较小(小于2×105m3/d)、技术力量较薄弱的中小城市污水处理.④氧化沟(OxidationDitch)氧化沟又名氧化渠,因其构筑物呈封闭状的沟渠而得名.氧化沟工艺属于悬浮生物处理技术,在机理上类似于延时曝气工艺,常见的氧化沟有Carrousel氧化沟、交替工作式氧化沟、Orbal氧化沟、一体化氧化沟.与常规的活性污泥法或传统的活性污泥法相比,它具有以下优点:工艺流程简单,构筑物少,运行管理方便;处理效果稳定,出水水质好;基建费用低,运行费用低;污泥产生量少,污泥的性质稳定;能承受水量、水质冲击负荷,对高浓度的工业废水有很大的稀释能力;污泥停留时间较长,硝化反应容易进行,通过调节供氧量,可获得较高的脱氮效率.氧化沟工艺是我国目前采用较多的污水处理工艺技术之一.氧化沟工艺缺点1.周期运行，对自动化控制能力要求高；2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定；3.容积及设备利用率低；4.脱氮效果进一步提高需要在氧化沟前设厌氧池。⑤A20(Anaerobic／Anoxic／Oxic)I-艺对于有除磷脱氮要求的城市污水处理厂，传统上往往考虑首选A20工艺．A20工艺根据活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条件要求的不同，在不同的池子区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区．A20工艺应用较为广泛，历史较长，已积累有一定的设计和运行经验，通过精心的控制和调节，一般可以获得较好的除磷脱氮效果，出水水质较稳定，在国内外大中型城市污水处理厂常有采用．但A20工艺也有一定的缺点，主要表明为：需分别设置污泥回流系统和内回流系统，尤其是内回流系统，共设计回流比往往在200～3o0左右或更大，这将增加投资和运行能耗．而且内回流的控制较复杂，对管理的要求较高．（2）针对上述不足，改良的A20工艺、UCT(UniversityofCapetown)-V_艺、倒置的A20工艺及多点进水的A2O工艺等不断出现，在一定程度上或在某一方面使运行效果有所改善．尽管这类工艺流程较长，控制较复杂，投资略高，但相对成熟可靠，处理效果稳定。4.国内外城市污水处理现状的比较城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。城市污水处理厂在发达国家已有较成熟的经验。如英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投巨资对因工业革命和经济发展带来的城市水污染进行治理,日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对城市污水处理给予了较大投资,特别是新加坡并没有走先污染后治理的道路,而是采取经济与环境协调发展的政策,使该国不仅在经济上进入了发达国家的行列,而且还是一个绿树成荫、蓝天碧水、环境优美的国家。建造城市污水处理厂被证实是解决城市水污染的一条有效途径。美国平均每1万人拥有一座污水处理厂,瑞典和法国每5000人有一座污水处理厂,英国和德国每7000~