重点行业COD减排实用技术研讨会
小城镇城市污水处理技术应用与发展趋势
王凯军
城市污水处理新工艺和新技术开发内在原因是人们不断追求高效率、低能耗、低成本和低的占地面积等高性能指标的实践结果。不同反应器的应用受到了技术、经济和理论条件的限制。这些限制体现在对于好氧生物反应器研究和开发，受到了生物生长特性(生物量和活性)、反应器的形式(固定床、悬浮床和流化床)、传质条件(氧的供给)和固液分离(沉淀、过滤)等诸多因素的限制。长期以来人们围绕这些限制因素根据各个时期的理论、技术、材料等进展，进行了长期不懈的研究和开发工作。目前，在以下几个方面的进展迅速： ① 高效反应器的发展: 生物膜反应器和活性污泥工艺的处理负荷在1.0～2.0kgBOD/m3.d之间，而以三相内循环流化床反应器为代表的移动床反应器的负荷可以达到5-10kgBOD/m3.d。所以，对生活污水的处理从反应器发展趋势角度是从生物膜反应器、活性污泥工艺向高效的移动床和流化床发展。
② 沉淀与反应、反应与分离等技术的融合趋势: 对生物反应和沉淀功能的组合，导致三沟式氧化沟、SBR反应器和UNITANK等新工艺的开发和应用，特别是集接触氧化反应和过滤为一体的曝气生物滤池，以及利用高科技形成反应和分离的膜生物反应器，充分代表了这一发展趋势。
③ 固定床和悬浮生长系统融合的趋势: 80年代初，我国和日本同时开发了接触氧化工艺，但是接触氧化没有解决填料使用寿命、放大和堵塞一系列问题，同时，填料费用的增加抵消了池容投资的节约。这导致移动床和流化床反应器的开发，这种反应器生物外在形态上是悬浮状态，而生长方式是生物膜生长。这是固定床生物膜技术与悬浮生长系统更高一个层次的技术融合。
④ 充氧性能的提高：从直到70年代末仍然采用简单的穿孔管曝气，这一时期的技术进展表现为我国对于射流曝气的开发和掌握，到80年代初国内第一个大型城市污水处理厂引进中刚玉盘的微孔曝气，90年代，开发橡胶材料的可变孔微孔曝气装置，体现了这一领域的进展。 我国城市污水处理技术研究工作从20世纪70年代末起步，经过20多年的不懈努力，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，随着改革开放也不断引进国外新的工艺技术。目前在水污染治理技术上，已成功广泛使用传统活性污泥法、延时法等新型活性污泥工艺、SBR、AB法、UNITANK和氧化沟技术、A-O法和A2-O等变形工艺。这些在我国城市污水处理厂普遍采用的工艺，是欧美等发达国家所采用的主导技术，并被证明是行之有效的水污染控制技术。这些工艺原则上也适用于小城镇污水处理，但是，对于我国大量的小城镇的小型城市污水处理厂，应该根据这一巨大需求开发小城镇适用的简易高效污水处理成套技术，重点要解决在城市污水处理厂出现的三高问题，即投资高、电耗高和运行费用高。
2 小城镇污水处理的适宜工艺
2.1 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：
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(表1)。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：
① 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；
② 对于多个SBR反应器进水和排水的阀门自动切换频繁；
③ 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；
④ 设备的闲置率较高和污水提升水头损失较大等等。
2.2氧化沟工艺
氧化沟在欧美各国得到了广泛的重视，发展速度很快。据统计到1977年为止在西欧有超过2000多座派司维尔型氧化沟投入运行。荷兰DHV公司发明的卡鲁塞尔氧化沟在全世界范围已有800多座投入运行(1996)。法国OTV-Kurger公司开发的D型氧化沟已占丹麦氧化沟总数的80％。美国Envirex公司开发的Orbal氧化沟，最大处理规模已达90万m3/d。
从90年代至今是我国氧化沟技术大发展的阶段，预计已有上百座氧化沟污水处理厂投入运行。氧化沟技术仍然是当前污水处理的热点。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：
① 构造形式具有多样性
② 氧化沟曝气设备的多样性
③ 简化了预处理和污泥处理
2.3 曝气生物滤池工艺
现代曝气生物滤池(简称BAF)是在70年代末80年代初出现的一种膜法生物处理工艺，最初是应用在污水处理的三级处理上。其将生物接触氧化与过滤结合在一起，不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期运行。在废水的二级处理中其保持接触氧化的高效性，同时又可通过过滤获得高的出水水质。90年代初得到了较大发展(图1)。以BAF为代表的工艺主要优点如下：
① 工艺容积负荷可高达6.0kgBOD/m3.d，出水达到或接近生活杂用水标准；
② 占地面积少：曝气生物滤池占地是常规二级生化处理的1/5～1/10；
③ 投资省：BAF系统总水力停留时间短，基建投资少，同时出水水质高。
曝气生物滤池可以有多种运行方式，可以下向流的方式运行，也可以是上向流的方式运行，采用上向流的曝气生物滤池往往采用轻质滤料。曝气生物滤池工艺也可与其他生物处理工艺一样采用多级串联工艺。采用两级串联工艺为进一步降解污水中难降解的有机污染物和达到严格的出水水质提供了可靠的保证，可以获得了优良的处理效果，保证了出水的稳定性。
2.4 三相内循环流化床反应器
内循环三相流化床反应器，作为一种新型的三相流化床，其反应器的诸多特性主要体现在气、液循环、载体流态的特殊运行规律。由于在内循环三相生物流化床反应器内装有大量细小的载体，并使之处于循环流化状态，为微生物的附着生长提供巨大的表面积，同时保证良好的混合和传质条件(图2)。因此本质上该反应器是一种生物膜法处理工艺。
三相内循环流化床不仅具有一般好氧流化床的特点，还具有以下特点： 强化一级处理的工作的特点如下：
① 流化性能好，反应器处于完全混合状态：反应器内大部分载体都参与循环流动，载体流化具有良好的均匀性，这为生物膜形成提供了条件；
② 氧的转移效率高：由于大量液体循环流动，在此过程中会夹带一些细小的气泡，延长气-液接触时间，提高了氧的转移效率。氧利用率可达30%～50%；
③ 载体流失量少，不需专门的脱膜设备，大大简化了原来的流化床处理污水所需的辅助设备。
在投配容积负荷达10kgCOD/m3.d以内时，可获得70%～80％左右的COD去除率，与传统活性污泥相比去除污泥负荷可提高10倍左右。内循环三相生物流化床进入正常运行后，COD去除率均达75%以上，尤其是进水浓度较高时，去除率可达90%以上。这说明流化床具有较强的抗冲击能力。
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