城市污水处理工艺技术研究进展

李莲芳，尤春波

（1．江西省水产科学研究所，江西 南昌330039；2．中南林业科技大学林学院，湖南 长沙410004）

城市污水处理工艺技术研究进展

李莲芳1，尤春波2

（1．江西省水产科学研究所，江西 南昌330039；2．中南林业科技大学林学院，湖南 长沙410004）

目前随着经济和社会的发展，水资源日益稀缺，如何对受污染的水资源进行处理，使其资源化已成为世界各国缓解水资源危机的重要途径之一。因此，城市污水处理工艺技术的研究和发展引起了人们的广泛关注。从我国城市污水处理工艺的类型以及优缺点出发，比较各种工艺在我国的应用现状，阐述我国城市污水处理的研究进展，并展望城市污水处理工艺的发展方向，旨在为以后具体污水处理项目的工艺选择提供参考。

污水处理；技术；工艺

Abstract：With the development of the economics and society and the increasing water resources scarity，sewage water treatment presents an important way in both pollutants reduction and water scarcity relief．Consequently，the development in processing technologies of municipal sewage has greatly drawn people＇s attention．The paper begines with introduction about various processing technologies of municipal sewage in recent China．Then their associated advantages and disadvantages are examined as well．Furthermore，possible processing technology development is discussed and conclusion is drawn．

Key words：wastewater treatment；technology；technical process

水孕育着人类的文明，与人类的生活息息相关，但随着经济和社会的发展，水资源遭到了极大的破坏，严重影响了人类的生存和经济、社会的发展。因此，如何对受污染的水资源进行处理，使其资源化已成为世界各国缓解水资源危机的重要途径之一。

我国有文字记载的给水处理从明矾净水开始，而比较完整的现代自来水厂是创建于1882年的上海杨浦水厂［1］。到改革开放的近20年来，我国污水处理事业取得了迅速的发展，但仍然滞后于城市发展的需要［2］。从20世纪末至今，特别是随着国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关课题的建立，我国污水处理的新技术取得了可喜的科研成果，某些项目达到了国际先进水平。据统计，截至2009年底，已有81．7%的设市城市建成污水处理厂；全国县城污水处理厂覆盖率约达32．6%。2010年，根据住建部的要求，我国将进一步做好城镇污水处理工作，完成新增日处理能力1 500万m3建设任务，并力争年底前全国半数以上省（区、市）实现“县县建成污水处理厂”。

目前我国城市污水处理应用的工艺很多，但各种工艺都有很多的优缺点，尤其是很多项目没有具体结合水质情况来选择工艺，造成出水水质不达标或运行成本过高，这些都将是以后我们亟待解决的。因此，本文综述了当前我国城市污水处理工艺技术的研究进展，比较了各种处理工艺的处理效果，旨在为以后具体污水处理项目工艺的选择提供参考。

1 城市污水处理工艺的类型与应用现状

1．1 城市污水处理工艺的类型

目前，城市污水处理工艺的类型很多，根据微生物的生长方式、代谢形式及为其提供的反应器形式等，本文现总结目前我国城市污水处理工艺的主要类型如下，见图1。

图1 我国污水处理技术分类

1．2 各种工艺在我国的发展现状

近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，正高速推进城市污水处理工艺的发展，从工艺类型上看，活性污泥法是我国现有城市污水厂的主要工艺类型，占到八成以上；其余的工艺类型包括一级处理，强化一级处理，人工湿地等［3］。各种工艺在我国的发展现状可从时空两方面来描述，见表1。

2 我国城市污水处理的工艺研究进展

2．1 活性污泥法

活性污泥法处理系统，实质上是自然界水体自净的人工强化模拟［4］。长期以来，城市生活污水多采用活性污泥法，它是世界各国应用最广的一种生物处理流程，具有处理能力高，出水水质好的优点［5］。该方法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系统组成。废水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。

表1 城市污水处理工艺在我国的应用现状

当前流行的活性污泥法的处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A2／O法、A／O法等。各工艺对污水的处理效果见表2。SBR系列工艺包括传统 SBR、CAST、MSBR、ICEAS、OCO、UNITANK等，氧化沟系列工艺包括BardenphA2C、五段卡鲁塞尔BardenphA2C、A2O结合氧化沟等，A2／O系列工艺包括传统A2／O工艺、改良型A2／O工艺、Bardenpho工艺、UCT及 MUCT、VIP工艺等。这些工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其自身的特点。而反应器运行稳定，对有机质去除率高是这一类技术的共同特点。各反应器的结构特点及其在水处理领域的应用效果多有报道［6－11］，不再详述。同时活性污泥法，在多年的运用与改进过程中，仍发现一些问题，如基建费、运行费高，能耗大，管理复杂，易出现污泥膨胀现象，设备不能满足高效低耗的要求，脱氮除磷效果有待进一步提高等，这些问题对活性污泥工艺的进一步改进提出了新的更高的要求［12－13］。

表2 活性污泥法各工艺对污水的处理效果 %

2．2 生物膜法

生物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成生物膜来处理废水的一种方法，是土壤自净的人工化和强化［14］。生物膜法主要用于从废水中去除溶解性有机污染物，主要特点是微生物附着在介质“滤料”表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般直接来自大气［5］。

生物膜法最早出现的工艺是将污水喷洒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，经过不断改进和发展，出现了一些新的人工生物处理设备。在它的基础上，衍生出了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等工艺。近年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床、空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床、活性生物滤池等工艺，还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。各工艺对污水的处理效果见表3。

如今，生物膜法处理技术在城镇生活污水深度处理特别是硝化和反硝化研究方面取得了很大进展［15－19］，因而广泛应用于石油、印染、造纸、农药、食品等工业废水的处理。

表3 生物膜法各工艺对污水的处理效果 %

生物膜法具有处理效率高、耐冲击负荷性能好、产泥量低、占地面积少、便于运行管理等优点，其缺点为滤料表面积小，BOD容积负荷小；附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差；靠自然通风供氧，容易产生厌氧；需要较多的填料和支撑结构，基建投资较大［20］。如何克服这些缺点，将成为生物膜法以后发展的主要方向。

2．3 厌氧生物处理法

厌氧生物处理法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源［21］。

由于处理效率低、速度慢、甲烷菌对环境要求严格且不易控制等缺点，厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理［22］。但是，由于近年来随着能源危机及环境污染的加重，厌氧生物处理这种既节能又产能的特点，起到了缓和污水处理厂“建得起，养不起”的矛盾。因此，厌氧生物处理法引起了人们的重视，其理论研究和实际应用都取得了很大的进展，诞生了一大批新的厌氧生物处理技术，如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法以及上流式厌氧污泥床反应器（UASB）。各工艺对污水的处理效果见表4。厌氧生物处理法的主要限制因素：较低的污染物浓度和低温，在经过了长期的各种改进试验后，也基本得到克服［23－25］。

表4 厌氧生物处理法各工艺对污水的处理效果 %

目前，厌氧生物处理法的发展趋势是与其它生物处理方法联用，如厌氧－ 好氧复合工艺等，它们具有投资少、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。目前厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，不仅能脱磷脱氮，而且运行维护方便、经济等方面发展。

2．4 生态处理法

生态处理法主要有水体净化法和土壤净化法两类，主要的处理工艺有稳定塘，土地处理法，人工湿地技术。各工艺对污水的处理效果见表5。水体净化法常用于生物稳定塘，其净化机理同活性污泥法相似；土壤净化法有土壤渗滤和污水灌溉，其净化机理与生物膜法相似。

表5 生态处理法各工艺对污水的处理效果 %

生态处理法不但费用低廉、运行管理简便，而且对难生化降解有机物、氮磷营养物和细菌的去除率都高于常规二级处理，达到部分三级处理的效果，而其基建费用和处理成本只分别为二级处理厂的1／5～1／3和1／20～1／10。此外，在一定条件下，生物稳定塘还能作为养殖塘加以利用，污水灌溉则可将废水和其中的营养物质作为水肥资源利用，获得除害兴利、一举两得的效果。所以，近10多年来，这类废水处理技术又恢复了生机，并在国内外得到迅速发展。90年代起，我国在综合氧化塘、生态塘、人工湿地技术、污水土地处理系统的理论研究与应用推广方面得到了大力的发展，并取得了较好的成绩。

诚然，在该技术得到世界各国青睐的同时，我们也不得不看到其存在的一些弊端，诸如氧化塘占地面积达，处理效率低，停留时间长，污水处理系统集中表现出的对公共卫生状况的影响问题，可能引起地下水的富营养化的问题。这些弊端正是这一领域急需解决的重点技术性问题，并势必直接影响着这一技术的应用与推广效果［26－27］。

3 展望

目前我国污水处理厂工艺的应用已经摒弃了以前所谓的一阵风的现象，而是处于一种百花齐放的状态，即各种污水处理工艺在我国都得到了一定规模的应用，其中以A／O、A2／O及其变形工艺、氧化沟、SBR为主。

（1）目前各种工艺结合起来应用的例子越来越多，优势互补的效果也比较明显，相信在未来会成为一种趋势。

（2）随着两型社会和新农村建设，生态处理法将逐渐引起大家的关注，得到更大范围的应用，这也是符合科学发展观的。

（3）到目前为止，对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破，往往是一些局部的改进，但在曝气方式上取得了较大的进展。活性污泥法的另一个发展趋势是朝多功能方向发展，如培养或驯化专用细菌等。

（4）现行的“混凝＋沉淀＋过滤＋消毒”的常规处理组合仍将在新世纪的初期得到延续，但不是简单重复，而应是“强化”或“优化”了的工艺组合，并针对不同的水源条件和水质要求，辅以预处理和深度处理。

总之，具有脱氮除磷，产泥量少、且污泥达到稳定，高效率，低投入，低运行成本，成熟可靠，且能适用于小城镇污水处理的的工艺将是工艺选择的首选，并成为工艺改进与研究的导航仪。

［1］ 邵 青．水处理及循环再利用技术［M］．北京：化 学工业出版社，2004．

［2］ 田文龙，刘瑶环．我国污水处理事业的现状和发展趋势［J］．中国科技信息，2006（3）：110．

［3］ 王 宇．城市污水处理厂工艺类型与优化选择研究［J］．河南化工，2010，27（4）：34．

［4］ Stratful I，Brett S，Scrimshaw M B，et al．Biological phosphorus removal，its role in phosphorus recycling［J］．Environmental Technology，1999，20（7）：681－695．

［5］ 李 伟，陈 朴．简述城市生活污水的处理方法［J］．高等教育研究，2008，25（1）：94－96．

［6］ Hiroshi ISHIDA．废水生化深度处理［J］．盛斌译．世界环境，1995，2：14－15．

［7］ Richard O，Mines J R．Bionutrient removal with a sequencing bath reactor［J］．Water Air and Soil Pollution，1998，107（1）：81－89．

［8］ 张 统．生物吸附氧化法（AB法）的理论与实践［J］．环境污染与防治，1993，4：51－55．

［9］ 朱明权．循环式活性污泥法（CAST）的应用及其发展［J］．中国给水排水，1996，12（6）：4－10．

［10］ 张本兰，廖连华，裴 健，等．SBR活性污泥中的主要微生物类群及其基本生态规律初探［J］．环境科学进展，1994，3：32－34．

［11］ 周 律，钱 易，杨肇健，等．三沟式氧化沟处理城市污水的效应［J］．中国给水排水，1997，13（5）：4－7．

［12］ 钱 易．现代废水处理新技术［M］．北京：中国科学技术出版社，1993．

［13］ 徐国勋．超高速活性污泥法的试验研究［J］．城市环境与城市生态，1996，9（2）：1－5．

［14］ 陈 坚．环境生物技术［M］．北京：中国轻工业出版社，2002：87．

［15］ Gupta S K，Raia S，Gupta A B．Simultaueoas nitrification and denitrification in RBC［J］．Envion Technol，2001，15：143－150．

［16］ Cupta A B，Gupta S K．SimultaneoJa carbon and nitrogen removal from high strength domestic wastewater in an aerobic RBC biofilm［J］．Water Research，2001，35（7）：1 714－1 722．

［17］ Renolds S L，Kalluri R，Schultz T E．Down under submerged system provides better biological treatment ［J］．Ind Wastewater，2005，5（5）：43．

［18］ Parker D，Jacobs T，Bower E，et al．Maximizing nitrification ratesthrough biofilm control：research review and full－scale applic－cation［J］．Water Sci Technol，1997，36（1）：255．

［19］ Palstottir G，Cishop P．Nitrifying biotower upsets due to snails and their cmtroi［J］．Water Sci Technol，2006，36（1）：247．

［20］ 于 玲．污水的生物处理工艺［J］．河北化工，2009，32（11）：40－42．

［21］ 杨世平，阎立华，程 琳．废水生物处理技术及其研究进展［J］．辽宁化工，2009，38（9）：636－638．

［22］ 徐 驰．浅谈城市生活污水处理发展现状和工艺［J］．江西农业学报，2010，22（1）：160－162．

［23］ 安宁宁．城市生活污水处理技术趋势［J］．天津化工，2009，23（3）：53－55．

［24］ Behling E，Diaz A，Colina G，et al．Domestic wastewater treatment using a UASB reactor［J］．Bioresource Technology，2006，61（3）：239－245．

［25］ Nadon U J，Dague R R．Effects of temperature and hydraulic．retention time on anaerobic sequencing batch reactor treatment of lower strength wastewater ［J］．Water Research，2004，31（10）：2 455－2 466．

［26］ 郭笃发，姜爱霞．污水土地处理系统的应用分析［J］．环境科学进展，1995，3（6）：64－69．

［27］ 郭笃发，陈友云．污水土地处理系统的研究现状［J］．山东师范大学学报：自然科学版 ，1994，9（2）：85－88．

Reviews on Processing Technologies of Municipal Sewage Treatment

LI Lianfang1，YOU Chunbo2

（1．Jiangxi Institute of Fishery Sciences，Nanchang 330039，China；2．School of Forestry ＆ Technology，Central South University，Changsha 410004，China）

X703．1

A

1674－2842（2012）05－0024－04

2012－03－16

李莲芳（1985－）女，湖南永州人，硕士研究生，主要研究方向为环境化学，E－mail：1li2lian3fang＠163．com。