城市污水處理技術與工程建設范文
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關鍵詞：污水處理城市污水
城市污水是城市發展中的產物。城市污水的早期處理是通過污水收集系統收集排放到附近下游水體，使其經過水體的稀釋和自然凈化變污為清，變成我們可以循環利用的資源。但是隨著城市社會經濟發展的規模越來越大，排放的污水越來越多，水質越來越復雜，水體有限的自然凈化能力已經不堪污水治理的重負了。大量的污水傾泄入水體和土壤，破壞了水體和土壤的自然生態，使水體物種消失、魚蝦絕跡、變成了臭河死湖，土壤里重金屬和有毒物質富集，污染物通過食物鏈危害我們的身體健康，造成巨大的經濟損失，制約了城市社會經濟的可持續性發展，使我們不得不開展污水處理工程，改善自己的生存環境。
國際上，大規模的水污染治理是在第二次世界大戰后，隨著50年代經濟蓬勃發展帶來的60年代日益嚴重的環境污染而展開的，如英國的泰晤士河和歐洲的萊茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。在污水處理設施中城市排水管線和污水處理廠的興建和運行是在水污染控制中發揮著骨干作用。至70年代末，美國投入了數千億美元興建了18000余所城市污水處理廠，英國、法國、德國各耗費了巨額資金興建了7000至8000座城市污水處理廠，這些污水處理廠的投入運行對這些國家的水體污染改觀起了關鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經驗。80年代，這些國家的污水處理水平又有進一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設施，對水體質量改善和水環境保護起了重大的作用。
我國從70年代提出“環境保護是我國的基本國策”后，興建了一批污水處理設施和城市污水處理廠，特別是在改革開放以來，在工業廢水治理和城市污水處理方面取得了一些進展。據1995年統計，在全國643座城市中，已經投入數百億元資金建成了大中型城市污水處理廠167座，其中包括像天津市紀莊子污水處理廠、天津市東郊污水處理廠、北京市高碑店污水處理廠、上海市蘇州河污水截流工程等國內外知名的特大型城市污水治理項目。這些污水治理項目已經在水體污染、改善水體環境方面發揮了突出的作用，并推動了我國城市污水處理技術的發展和積累了大量的建設管理經驗。但是這些進展與我國社會經濟發展的速度相比還很不適應，與環境治理發達國家相比還有很大差距。目前，在全國684個城市中我國僅有200余座在建和建成的城市污水處理廠，并且集中在80多個城市中，全國大約還有600個城市沒有城市污水處理廠，全國城市污水處理率目前僅達到20%左右，這一狀況與國家提出“至2000年使水環境污染不斷惡化的趨勢得到控制，至2010年使總體環境質量得到改善”的發展目標是不相稱的。全國城市污水處理情況見表1。作為發展中國家，我們現在還沒有美國、德國、法國那樣的經濟實力，投入那樣多的資金用于城市污水處理工程，但是我們應該在加快發展經濟的同時，研究和分析別人的經驗和技術，在治理控制水污染工作中，少走彎路，發揮有限資金的最大效用，力爭改善我們自己生存和發展的生態環境。
城市污水處理技術經濟特點
我國的污水治理工作是從工業廢水治理開始的，近30年來，我們建造和運行了成千上萬座工業廢水處理站，這些技術和經驗在今后大規模的城市污水處理工程中是可以借鑒的。
工業廢水處理的特點是：針對性強，技術變化多。主要技術有隔油、氣浮、混凝、沉淀、重力過濾和膜過濾、活性炭吸附、臭氧氧化、離子交換、電解、電滲析、反滲透等專用技術來分離減少工業廢水中的油、色、重金屬、有毒有害物質，在工業廢水治理中也常常用到水解酸化、接觸氧化、表面曝氣、純氧曝氣、厭氧和好氧活性污泥法等生化技術。
由于工業廢水處理設施一般規模小、技術性強，工藝組合靈活，結構通常為鋼制，即使內部管線穿插較多，運行維護也不太困難。工業廢水處理在技術上是與城市污水處理類同的，但是如果把工業廢水處理設施的設計思路簡單地套用在城市污水處理工程中會帶來很多預想不到的問題。
城市污水處理廠的特點是規模大、占地大、設施尺寸大、單元多，處理設施通常為鋼筋混凝土結構，因此相應地要求整體工藝構成要簡單，單體設施構成也要簡化，盡量減少管線穿插和復雜結構，以便減少全廠設施設備的維修管理總量。正因為城市污水處理設施規模大，投入多，它的結構堅固簡單，使用年限長，規模效益好，單位處理成本較低，運行效果比較穩定，在環境治理上發揮的作用突出，因此一經確定要搞城市污水處理工程時，要根據城市污水處理工程的特點，借鑒他人的經驗與技術，慎重選擇工藝、考慮方案，即：整體工藝構成要簡單，單體設施構成要簡化，便于維護，便于運行，能耗盡可能低，占地盡可能省，運行效果要穩定。
近幾十年在國內外城市污水處理工程實踐中，采用較多的城市污水處理工藝有傳統活性污泥法，吸附再生法、分段進水法、AB法、A/O法、A/A/O法、SBR法、氧化溝法、一體化池（UNITANK）等等，而各種工藝中又有一些變化了和改進了新形態。幾種不同污水處理工藝技術特點見表2。
幾種不同污水處理工藝技術特點
以上列舉的這些城市污水處理工藝，其核心設施—曝氣池都是敞開的，一般在池底裝有曝氣器或者在池面裝有曝氣機，設施結構較為簡單，便于檢修和維護，其中：
AB法由于采取了兩次生化處理，工藝的單元構成較復雜，產生的污泥也不穩定，需要污泥處置設施對其進行穩定化處理和處置，管理環節多，建設投入比較多（1500～2000元/(m3/d)），污水處理單位成本也高（0.7～1.0元/m3）。但是，由于該工藝是針對高濃度城市污水處理而設計的，去除單位污染物的建設投入和運行消耗并不高，是一種特殊場合宜用的城市污水處理工藝。
傳統活性污泥法、分段進水法、吸附再生法屬于中等負荷的污水處理工藝，該工藝出水水質穩定且較好，運行管理比較簡單，但是由于污泥不穩定，需要增加設施進行穩定化處理，增加了運行管理環節，加大了基建投入（1000～2000元/(m3/d)），但是污泥產生的沼氣可用來發電或直接驅動鼓風機，使污水處理總能耗低（0.15～0.20kWh/m3），運行成本低（0.25元/m3左右），由于其明顯的經濟性，特別是在大型城市污水處理項目建設中（＞20萬m3/d），是國內外廣泛采用的城市污水處理工藝。
氧化溝、序批池（SBR）、一體化（UNITANK）都是屬于低負荷污水處理工藝，出水水質非常好。由于負荷低、一般不再設置初沉池，而二沉池也往往和曝氣池組合為一；由于泥齡長、污泥較為穩定，一般可以不再作穩定化處理而直接處置或
者應用，省去了污泥穩定化設施，大大簡化了工藝構成，使運行管理非常簡單，但是負荷低、泥齡長也使生化部分大大增加，增加了污水處理設施的建設投入，提高了能耗（0.28kWh/m3左右），提高了運行消耗成本。這一類工藝還有一個特點是負荷變化范圍寬，在需要的時候也可以按中等負荷運行，適應城市水污染治理的階段需要。這一類工藝比較適合規模較小（＜20萬m3/d），技術力量較薄弱的中小城市的城市污水處理。
隨著人們對水環境保護的關注不斷提高，政府對城市污水處理廠也提出了更高的水質要求。為了在降解BOD污染物的同時也能去除造成水體富營養化的氮和磷，國內外近幾年較多地采用了生物脫氮除磷處理技術——A/O法和A/A/O法。這兩種工藝既可以在傳統的活性污泥法、分段進料法上應用，也可以在氧化溝、序批池（SBR）和一體化法（UNITANK）中使用，以進一步提高出水水質。
以上是城市污水處理所采用的主體工藝，除此之外，在實際的城市污水處理工程中，完整的污水處理工藝還應包括預處理部分、一級處理部分、污泥處理部分以及最終的污泥處置部分、深度處理部分。而且，這些部分的設施、設備的選擇和考慮也是構成城市污水處理廠技術經濟指標的重要內容，是建設管理好一座城市污水處理廠并使其發揮應有的環境效益、經濟效益、社會效益的重要因素。
城市污水處理廠的預處理部分通常包括格柵除污機、水泵和除砂設備。格柵除污機的作用是截流大塊物質以保護后續水泵設備管線正常運行。多數城市污水處理廠的進水泵房前設置兩道格柵，前一道為粗格柵，后一道為細格柵。為了節省資金，一般粗格柵為手動而細格柵為自動。粗格柵的柵條間距為100～250mm，細格柵的柵條間距為10～25mm。格柵的種類很多：有鏈條式、鋼絲繩式、液壓式、回轉式、步進式和弧形格柵，過去國內采用較多的是鏈條式和鋼絲繩式格柵，效果不好，因此在80年代90年代國內進口了一批自動格柵，近幾年回轉式和步進式兩種自動格柵采用較多，使用效果較好，而且國內制造的產品質量也很高。
城市污水預處理的第二個組成部分是進水泵房。進水泵房的作用是通過抽升和泵送污水提高水頭以保證污水可靠重力流過后續的建在地面上的各種處理構筑物，由于潛水泵房構成簡單、建設投入少，管理簡便，近幾年潛水泵采用較為普遍。
城市污水預處理的第三個重要組成是除砂設施，其作用是去除污水中裹攜的砂、石和大塊顆粒物，以減少在后續管線中的沉淀，避免堵塞；減少在后續構筑物中的沉淀，避免形成死區，影響構筑物的功效；減少在后續物料輸送中的混雜量，降低設備磨損和損壞，對于那些有污泥消化系統的城市污水處理廠，除砂系統運行效果的好壞至為重要。對那些沒有污泥消化系統的城市污水處理廠，如果除砂系統運行不穩定，使設施中大量積砂，終將造成停水清砂，影響設施運行，增加清理養護費用。在我國城市污水處理廠中，采用的除砂設施主要有：平流沉砂池，曝氣沉砂池和最近幾年新出現的漩渦沉砂池，其中曝氣沉砂池除砂效果最好，而漩渦沉砂池運行衛生條件比較好。
一級處理設施主要是初次沉淀池，目的是通過它將污水中的懸浮物沉降去除，減少后續處理的能耗，和二次沉淀池一樣，其池形有圓形和方形兩種。圓形池運行穩定，但占地較大；方形池占地少，能耗小，但是對刮吸泥機的質量依賴較高。目前國內已經可以制造較高質量的橋車式刮吸泥機，應該盡快開發鏈條式刮吸泥機。對于采用低污泥負荷的序批式（SBR）、一體化池（UNITANK）、氧化溝等活性污泥法工藝的城市污水處理廠，通常不再設置初次沉淀池，而有時甚至連二次沉淀池也省略合并到曝氣池中去了。
二級處理是污水處理的主體工藝，主要由曝氣池和二次沉淀池組成，目的是通過微生物的新陳代謝將污水中大部分污染物變成二氧化碳和水，微生物隨后同凈化的污水一起流入二次沉淀池，微生物沉淀在池底，而凈化的水則源源不斷地通過出水堰流出污水處理廠，匯入周圍的水體。二級處理中使用的設備也是整個城市污水處理廠的心臟設備，主要是鼓風機、曝氣機和曝氣器。中小型污水處理廠可以使用多級低速離心風機和陶磁曝氣頭，這樣鼓風機噪聲小、曝氣頭充氧效率高；采用氧化溝工藝的可以采用轉刷或轉碟；大型污水處理廠最好使用單級高速離心風機，以便控制和優化鼓風機的送風量，節能降低成本。離心風機、曝氣機和曝氣頭國內都可以制造。
污泥處理和污泥處置主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥和農用及填埋。在我國濃縮、脫水技術是較成熟的，國產濃縮攪拌柵和污泥脫水機都可以使用，但是應該盡早開發出可用的濃縮脫水一體化機。
當污水處理廠采用污泥消化技術時，污泥得到了穩定、肥效得到了改進，不僅有利于污泥的進一步處置和利用，還減少了污泥脫水中絮凝劑的用量；污泥消化產生的沼氣可以用來發電，1m3的污泥（含水率約96%）可產生10m3左右的沼氣，可發12kWh左右的電，余熱還可以用來加熱污泥，總的能量利用率達到70%以上，可補充城市污水處理廠20%～40%的電耗和節省相當大的一部分煤耗，有很好的效益，對降低城市污水處理的運行成本將起到較重要的作用。但是，在我國的187座城市污水處理廠中，有污泥消化設施的不多，穩定運行和發電的不多。這里有技術上的原因，也有管理上的原因，還有方方面面的限制，因此我國在這一方面應積極總結經驗教訓，努力推廣和發展這一技術，在大型城市污水處理廠的建設中，應爭取多建造污泥消化設施。
在中小型城市污水處理廠中，特別是采用低負荷工藝的污水處理廠，泥已經基本穩定，在沒有重金屬和有害物質污染的條件下，經過脫水之后應經過進一步處置后爭取農用。近幾年我國在污泥制肥方面有不少成功的，深度也已經開發制作了一些專用堆肥和制肥設備，應該繼續努力，擴大規模，推廣污泥資源的再利用。表3是國外部分國家的污泥處置的情況。
國外部分國家污泥處置情況
深度處理是為了滿足高標準的受納水體要求和回用于工業等特殊目的而進行處理，通用的技術有混凝沉淀和過濾，有時還要加氯消毒。隨著城市社會經濟的高水平發展，深度處理是未來社會的需要。
除了以上技術因素之外，城市污水處理設備的國產化，城市污水處理廠的體制和機制改革，運行管理人員的素質水平和崗位設置數量，附屬設施的數量，社會化服務的水平，廠區綠化等公共工程的考慮也是決定城市污水處理廠現代化水平和總體經濟指標的重要因素。因此在評價某項城市污水處理工程的經濟技術性能時，在比較了不同的污水處理工藝和選用的設施設備質量的基礎上，還要考慮到上述非技術因素和當地的具體條件與要求，才能得出科學和實事求是的結果。
結論
（1）城市污水處理設施規模大，投入多，結構堅固簡單，使用年限長，規模效益好，單位處理成本較低，運行效果比較穩定，在環境治理上發揮的作用突出，因此要根據當地的條件和處理要求，借鑒他人的經驗與技術，慎重選擇工藝、考慮方案。
（2）AB法是針對高深度城市污水處理的，氧化溝、序批池（SBR）、一體化池（UNITANK）負荷低，工藝構成簡單，管理簡單方便，出水水質好，適用于中小規模的污水處理廠；傳統活性污泥法等中等負荷的污水處理工藝較適用于大型城市污水處理工程，在這樣的工程中，應盡量考慮污泥消化，以回收能源降低運行成本。
（3）為了減少城市污水處理廠建設投資和運行，設備國產化、城市污水處理廠的體制和機制的改革、管理崗位的設置、附屬設施的數量及其他因素也應通盤考慮。
