小城镇污水处理厂处理工艺研究进展

摘要：不同国家对污水处理厂规模的划分有不同的标准。根据我国国情，小型污水处理厂规模一般小于五万吨/天，大多数位于小城镇。本文分析我国小型城镇污水特点，对适应小城镇的污水处理工艺进行比较，探讨小城镇污水处理工程及建设发展方向。

关键字：小城镇 污水 处理工艺

Abstract: Different countries and regions have different standards for the scale of small sewage treatment plants. According to the actual situation of China, small sewage treatment plants are generally smaller than 50,000 m³/d, and are generally built in small towns. This paper analyzes the characteristics of small town sewage in our country, compares the wastewater treatment process in small towns, and discusses the development direction of sewage treatment engineering and construction in small towns.

Key words: Small towns sewage Treatment process

一、前言

近年来，随着中国经济的不断发展，小型城镇的数量也不断增加。经济快速发展的同时也带来了诸多环境问题，水污染问题便是其中之一。因为小城镇的基础设施建设跟不上发展的脚步，诸多小城镇污水未处理达标就直接排放，给环境带来了巨大的危害，严重影响到人们的健康。因此，小城镇的污水处理势在必行。

二、小型城镇污水特点

小城镇污水的特点是由诸多因素决定的。

1首先是排放量小。因为小城镇的人口规模较小，一般情况下污水排放量在3000-30000m³/天。

2其次是水质特征较固定。因为小城镇大多以工农业为主，且发展水平较低。所以污水组成里大部分是生活污水，少部分工业污水也是以农产品加工废水为主。可以得出小城镇污水水质特点：N、P含量高，重金属和有毒有害物质含量少，水质和水量波动比较大，时变化系数较大。

三、小城镇污水对处理工艺的要求

针对上文小城镇污水特点及小城镇自身发展条件，所用工艺也必须具有针对性：

1针对小城镇污水时变化系数大的特点，所选工艺也必须抗冲击负荷能力要强。

2小城镇经济发展水平不高，所选工艺也应尽量造价低、管理运行费用低。

3工艺的剩余污泥要尽量少，避免二次污染，同时也减少污泥处置费。

4小城镇污水处理专业人员较少，因此工艺应简便易行，维护管理方便。^[1]

四、适用于小城镇的污水处理工艺

国内外现有的污水处理技术较多，应用到小城镇污水处理设施建设中的污水处理工艺可分为四类:一级强化处理工艺、生化处理工艺、精细生化工艺、人工强化自然工艺。

绝大多数采用的是二级生化处理工艺，其主体处理工艺类型包括氧化沟、A/A/O工艺、A/O工艺、人工湿地、CAS(CASS/CAST)工艺、曝气生物滤池（BAF）和SBR工艺，这六大类工艺覆盖了全国79.67％以上的小城镇污水处理设施的主体工艺类型。此外，用于小城镇污水处理的二级生化处理工艺的还有MBR、生物滤池、水解 AICS等工艺。

根据前文关于小城镇污水特点的叙述，限于技术人员匮乏、经济能力等因素，小城镇污水处理适用技术工艺需要具有以下特点：1工程投资少；2运行费用低；3具有一定的抗水质水量冲击能力；4运行管理、设备维护简便。

根据上述要求，初期筛选出A/O、A/A/O、氧化沟、SBR、CASS/CAST、MBR、曝气生物滤池(BAF)、生物接触氧化八种工艺作为小城镇污水处理适用技术工艺备选方案，下文将对上述八种污水处理技术工艺的原理、优缺点作简要介绍。^[2]

4.1 (厌氧好氧)工艺

A/O(Anaerobic/Oxic)工艺是厌氧区和好氧区组成的除磷工艺,其工艺流程如下：

污水与含磷回流污泥同步进入厌氧池，聚磷菌在厌氧的不利环境条件下，将菌体内的磷分解、释放，并摄取有机物。之后泥水混合液进入曝气池，在好氧条件下聚磷菌可过量吸收磷，同时污水中大部分有机物也在该池内得到氧化降解。

但是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]

4.2 A/A/O工艺

A/A/O工艺由厌氧段、缺氧段和好氧段三段组成，是典型的生物除磷脱氮工艺，该工艺属于推流式前置反硝化型工艺，能够使厌氧、缺氧和好氧三段相对独立，可根据进水条件和出水要求，灵活控制三段的时空比例和运转条件，在碳源充足的条件下，具有较高的脱氮率。^[4]

其工艺流程如下图所示：

A/A/O工艺的优点：

1对COD、BOD5、SS等具有较高的去除率；

2对N、P也具有较高的去除效果；

3运行费用低。

4占地少^[5]

A/A/O工艺的缺点：

1由于二沉池的贮泥区处于厌氧或缺氧状态下，如果沉淀污泥未能及时的排出，沉淀污泥中的聚磷菌将很容易再次发生释磷现象，造成出水中磷含量超标；

2如果缺氧池（A2）的反硝化过程不够彻底，容易在二沉池中发生反硝化脱氮，造成污泥上浮，从而影响出水水质；

3脱氮与除磷环境有所冲突，同步脱氮除磷的效果难以进一步提高；

4由于A/A/O工艺配有两套回流系统，管路复杂，致使工程费用增加；

5所需构筑物较多，占地面积较大。

4.3氧化沟

氧化沟（Oxidation Dictch，简称OD），又称连续循环式反应池或”循环曝气池”。与传统工艺相比,特点是:将”池”改为”沟”。氧化沟为封闭的环状沟，由多沟串联氧化沟及二次沉淀池、污泥回流系统组成，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。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卡罗塞尔（Carrouscl）氧化沟。如下图所示：

氧化沟工艺的优点：

1氧化沟污泥负荷低，曝气时间长，污泥持续处于内源代谢阶段，剩余污泥量少且稳定，一般不需要进行污泥厌氧消化处理；

2出水水质好，运行稳定、可靠性高；

3具有较好的抗冲击负荷的能力；

4对N、P也具有较高的去除效果；

5处理流程简单，操作管理方便。

氧化沟工艺的缺点：

1容易因缺氧、pH异常、水温过高或C、N、P比失衡而出现污泥膨胀；

2由于没有独立的除磷系统，脱氮除磷效果有限；

3氧的利用效率低，能耗较大，不经济。

4.4 SBR工艺

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。^[6]

SBR工艺的优点：

1沉淀性能好；

2有机物去除效率高；

3提高难降解废水的处理效率；

4抑制丝状菌膨胀；

5可以除磷脱氮，不需要新增反应器；

6无二沉池，污泥不回流，流程简便。^[7]

SBR工艺的缺点：

1单个SBR池无法连续进出水，需要建设多个SBR反应池或是污水储存池才能保证SBR工艺的连续运行；

2SBR工艺自动化控制要求较高，要求自动控制系统质量好，运行可靠；

3对操作人员要求较高，要求操作人员具备一定的自动控制系统知识和电气知识。

4.5 CASS工艺

CASS（Cyclic-Activated-Sludge-System）是周期循环活性污泥法的简称。最早产生于美国，90年代初引入中国，目前，由于该工艺的高效和经济性，应用势头迅猛，受到环保部门的广泛关注和一致好评。

CASS工艺是将序批式活性污泥法(SBR)的反应池沿长度方向分为两部分，CASS池分预反应区和主反应区。前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，在主反应区后部安装了可升降的滗水装置,实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气沉淀、排水于一体。^[8]

CASS工艺的主要优点：

1工艺流程简单、占地面积小、投资较低、运转费用低。与传统活性污泥工艺相比，建设费用可节省10%～25%，占地面积可减少20%～35%；

2CASS工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器，生化反应推动力较大；

3CASS工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用，沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多,沉淀效果较好；

4运行灵活，抗冲击能力强；

5不易发生污泥膨胀；

6适用范围广，适合分期建设；

7污泥产量低，污泥性质稳定。

CASS工艺的缺点：

1微生物种群之间的复杂关系有待研究；

2生物脱氮效率难以提高；

3除磷效率难以提高；

4控制方式较为单一。^[9]

4.6 膜生物反应器(MBR)工艺

膜生物反应器(MBR)工艺是一种将将膜组件的高效固液分离作用和生物反应器内微生物降解作用有机结合起来的污水处理新工艺。该处理工艺兼具活性污泥和膜处理的优点，能有效去除有机物和重金属，达到较高的出水标准。^[10]

膜生物反应器(MBR)工艺优点：

1构筑物结构紧凑，占地面积小；

2工艺处理效率高，出水水质好，可以从根本上解决污泥膨胀问题；

3容积负荷高，抗负荷冲击能力强；

4剩余余污泥少，减少了污泥处理工作量、处理费用；

5MBR处理系统设备化、自动化程度高。

膜生物反应器(MBR)工艺缺点：

1由于膜组件价格昂贵，导致膜生物反应器(MBR)工艺基建成本高，一次性投入资金大；

2运行过程中膜污染严重、膜清洗困难；

3由于MBR工艺需要保持较高的污水压力，不断更换坏损的膜纤维及组件，导致膜生物反应器(MBR)工艺污水处理成本较高。

4.7 曝气生物滤池（BAF）工艺

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称BAF）工艺在生物接触氧化工艺的基础上，引入给水处理中的过滤思想而产生的一种好氧生物膜污水处理处理的新工艺。^[11]

BAF工艺的运行方式是周期运行，由过滤、反冲洗两个阶段组成一个完整的运行周期。污水在经过预处理后从底部（或顶部）进入滤池，同时，通过设置在滤池底部的曝气设备进行曝气，污水和空气流处于顺流（或逆流）状态。根据进水位置以及水流方向的不同，BAF工艺可以分为上向流和下向流两种。下图是一种下向流曝气生物滤池构造示意图：

曝气生物滤池的优点：

1由于BAF结合了生物降解和滤料截留的双重去除作用，有机物、SS去除能力强、处理效果好；

2由于BAF滤池受气温影响小，因此十分适合处理寒冷地区的小城镇污水；

3耐水质水量冲击负荷能力强；

4不需二沉池，工艺流程简单，占地面积少。

曝气生物滤池的缺点：

1BAF工艺的进水一般要求进行预处理，一定程度上增加了工艺的复杂性；

2进水悬浮物浓度较大时，工艺运行周期短，反冲洗频繁；

3同步生物除磷效果不好，磷难以达标排放，一般需要采用化学除磷措施，增加了药剂的使用量；

4剩余污泥较多，污泥稳定性较差。

4.8生物接触氧化

生物接触氧化工艺又称淹没式生物滤池（Submerged Biofilm Reactor），是由生物滤池和接触曝气氧化池演变而来的一种生物膜法污水处理技术。典型的生物滤池工艺由氧化池(床或生物反应器)、填料(载体)、布水装置和曝气系统四部分组成。

生物接触氧化工艺的优点：

1处理效率高，能适应较宽范围的污水有机负荷变化，具有较强的抗水质水量冲击负荷能力；

2剩余污泥产量少且稳定，污泥处理费用低，无需污泥回流，运行费用较低；

3水力停留时间短，反应器体积小，占地面积较少；

4设备简单，操作、维修简便；

5污泥浓度高、泥龄长，对于一些较难降解的有机物具有较强的分解能力，且不易发生污泥膨胀。

生物接触氧化工艺的缺点：

1当负荷过高或者是填料较厚时，运行过程中脱落的生物膜容易造成填料堵塞；

2生物膜有时会瞬时大块脱落，影响出水水质；

3由于需要较多的填料、支撑结构，导致基建费用增加。

4.9小城镇污水处理适用技术工艺优缺点对比分析

五、结论及展望

1.随着我国水污染治理的工作重点从大中城市向小城镇乃至村镇的下移，小城镇污水处理技术的研发与应用日趋重要。

2.小城镇污水通常具有污染源分散、规模小、随机性强等特点。^[12]

3.目前我国小城镇处理厂具有资金投入不足、污水处理设施”效率不高”，运营管理能力不强、投资主体过于单一、市场化不充分等特点。^[13]

4.小城镇污水处理厂建设应当科学谋划，合理布局，因地制宜。重视设计质量，提高工艺自主创新能力和水平，做到一厂一设计。

5.投资少、占地省、环境污染小、治理效率及自动化程度高，并能与周边环境相协调的建设模式将成为我国小城镇污水处理厂建设的趋势和发展方向。^[14]

6.政府在加大资金投入的同时也应当完善政策，探索出一条适应我国城镇污水处理发展的建设运行管理模式，最终实现社会、经济、环境的和谐发展。^[15]

六、参考文献

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[2]马威. 小城镇污水处理适用技术工艺的分析与评价[D].西安建筑科技大学,2013.

[3]吕臻.CASS工艺在中国西南地区小型污水处理厂的工程化应用[D].吉林大学,2010.

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[12]王晓昌,袁宏林,赵庆良.小城镇污水处理技术的发展与实践[J].给水排水,2015,51(08):1-3 29.

[13]孙雨石.浅析我国小城镇污水处理厂建设及运营[J].城市道桥与防洪,2013(04):119-120 124 13.

[14]刘江国.小城镇污水处理厂建设存在的问题及发展趋势[J].环保科技,2017,23(02):58-60 64

[15]黄贤文,张海红,冯求宝,钟店.城镇污水处理现状分析及对策[J].绿色科技,2014(03):53-56

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、题目

某污水处理厂一期工程

二、工程概况

（1）建设内容：污水处理厂厂区内生产设施、公用设施及其它附属设施和厂内管网及出水管。

（2）建设规模：污水处理厂一期工程建设规模为日污水处理量2万吨，按4万吨/天的处理规模建设污水处理厂的公共部分（包括预处理单元、综合楼、配电间、维修间和脱水机房的土建工程）。

（3）建设地点：污水处理厂的厂址位于向阳河北侧，常集村全庄组与黄庄组间地块，占地12755m²，约19.13亩。

三、设计依据

1、污水处理厂一期工程可行性研究报告；

2、业主提供的高邮市湖西污水处理厂一期工程红线图。

四、设计内容

污水处理工艺及主要构筑物设计。

①污水水量的计算；设计方案对比论证；

②污水、污泥等处理工艺流程确定；

③污水、污泥等单元构筑物的详细设计计算，（包括设计流量计算、参数选择、计算过程等，并配相应的单线计算草图）；

④厂区总平面布置说明；污水处理工程建设的技术经济初步分析等。

五、工艺处理方案设计原则

污水处理工艺的选择应根据设计进水水质、处理程度要求、用地面积和工程规模等多因素进行综合考虑，各种工艺都有其适用条件，应视工程的具体条件而定。

选择合适的污水处理工艺，不仅可以降低工程投资，还有利于污水处理厂的运行管理以及减少污水处理厂的常年运行费用保证出厂污水水质达标排放。

污水的进水水质情况及出水排放要求，结合当地的技术力量、管理水平、社会维修服务能力等实际情况，同时在吸纳国外污水处理先进经验的基础上，贯彻先进性、经济性与可靠性并重的原则，采用新技术及新工艺，稳妥可靠地确定污水、污泥处理工艺及技术参数。确保设计方案工艺先进、成熟可靠、有成功的实例、抗冲击负荷能力强、适应污水的现状水质，并保证出水水质全面达标、能够实现生产管理的自动化，同时又要做到经济合理、节约能源、降低运行管理费用。

在方案设计中必须充分考虑污水厂的建筑布局、与周围环境的协调、绿化覆盖率及噪音等问题，并最大限度地消除噪音、臭气带来的环境污染。

六、污水处理工艺方案选择

6.1水质处理要求分析

经可研分析，湖西地区污水收集系统落后，没有分流制或截流制排水管网，污水为生活污水和工业污水的混合水体。

高邮市湖西污水处理厂一期工程进出水水质（除pH外，单位为mg/L）

污水处理厂处理后的出水排入向阳河，根据受纳水体的功能和地方政府环境管理的要求，确定污水处理厂出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。

出厂污泥含水率小于80％。

6.2 工艺要求

1该镇污水处理厂可用地面积较小，所以尽量采用节省占地面积的工艺；

2厂址附近有生活区需进行全厂除臭；

3污水必须有效脱氮除磷；

4设计处理水量20000m³/d，属于小型污水处理厂；

5高效节能，简单易行，尽量减少投资和日常运行费用；

6积极稳妥采用新技术，充分利用国内外先进技术和设备。

6.3 工艺比选

结合实际水质、水量以及工艺要求，初步选择适用于小型污水处理厂的A/A/O、Carrouscl氧化沟、CASS和BAF工艺作为备选方案。

下面进行具体比较：

1工艺具体比较：

2经济指标比较

经多方案比较发现，CASS工艺相比其他工艺具有一定技术优势，还具有占地省、投资小、运行灵活的优点，最终确定污水处理采用以CASS法为主体的工艺。污泥处理采用浓缩-机械脱水工艺，外运填埋处理；臭气采用高能离子除臭系统去除。

6.4 工艺流程

城市污水经厂外截污干管运输进入污水处理厂，经过提升泵房提升后，进入粗格栅、细格栅和旋流沉砂池，去除漂浮物和砂粒，砂粒经螺旋分离机分离后外运；沉砂池的出水自流进入CASS池。CASS池主要分为生物选择区和主反应区，在这两个区内，污水经过曝气、沉淀、滗水和闲置四个阶段，完成生物脱氮除磷作用，出水经紫外消毒和计量后排放。

剩余污泥通过污泥泵排入储泥池，储泥池污泥由螺杆泵提升至浓缩脱水一体机，脱水后的污泥由皮带输送机输送到污泥料斗。储泥池排出的上清液以及脱水机排出的压滤液自流进入厂内泵房。