1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

城镇污水处理厂工艺设计研究

摘要：现阶段，随着中国城市化进程的不断深入，城市人口日益增多。因此，水需求和城市污水排放量也在增长。如今，一些城郊地区的工厂违反废水排放的法律，这极大地威胁了我们的用水安全，生产和生活。因此，有关部门要重视污水处理，引进先进的污水处理技术。本文旨在分析在环境工程中城市污水处理的现状，先进的污水处理技术和发展趋势，并提出改善城市污水处理的措施，以供参考。

关键词：城镇污水 污水处理工艺设计

Study on Process Design of Town Sewage Treatment Plant

Abstract：At this stage, with the deepening of urbanization in China, the urban population is increasing. Therefore, water demand and urban sewage discharge are also on the rise. Today, factories in some suburban areas violate the law of wastewater discharge, which greatly threatens our water safety, production and life. Therefore, the relevant departments should attach importance to sewage treatment, the introduction of advanced sewage treatment technology. The purpose of this paper is to analyze the status quo of urban sewage treatment, advanced sewage treatment technology and development trend in environmental engineering and put forward measures to improve urban sewage treatment for reference.

Keywords：Town sewage Sewage treatment Technological design

1引言

目前，随着城市规模的扩大，城市建设中出现了各种问题。城镇污水的排放明显影响淡水资源。如果城镇污水未经处理排放，污染物或固体废物将被带到附近水域，水域将变得富营养化。这些问题会对人们的日常用水和健康造成不良影响。为促进城市可持续发展，当地环境监理部门要重视水资源和环境污染的治理。

2城镇污水处理现状及常规工艺

2.1城镇污水处理现状

近些年来，我国大部分中小城镇都遭受着水体污染的重大挑战，绝大多数的中小城镇没有相关的污水处理系统，而余下的小部分则设备落后，污水几乎没有经过处理就排放入水体中。一系列数据向我们揭示了国内中小城镇水污染的严重程度，在污染严重的现状下，污水处理却并不令人满意，相关设施建设少，而且中小型城镇分布不集中，这样一旦污染了水体，就会波及到邻近地区的环境安全，所以水污染治理控制刻不容缓^[1]。

2.2生活污水预处理技术

格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，防止堵塞，减少后续处理产生的浮渣，保证污水出路设施的正常运行。目前常用的格栅主要包括往复移动耙机械格栅、回转式机械格栅、钢丝绳牵引机械格栅、阶梯式机械格栅和转鼓式机械格栅等。

沉砂池的工作原理是以重力分力或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无极颗粒下沉，而悬浮颗粒则随水流带走。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙，煤渣等相对密度较大的无极颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。

沉淀池按工艺布置的不同，可以分为初沉池和二沉池，初沉池是一级污水处理系统的主要处理构筑物，或作为生物处理法中的预处理的构筑物，对于一般的城镇污水，初沉池的去除对象主要是悬浮固体，可降低后续处理构筑物的有机负荷。沉淀池按池内水流方向的不同分为平流式、竖流式及辐流式等三种。

2.3活性污泥法

活性污泥法的中起主要作用的是活性污泥，在显微镜下观察这些褐色的絮状污泥，可以见到大量的细菌、真菌，还有原生动物和后生动物等多种微生物的群体，他们组成了特有的生态系统。正是这种微生物群体（主要是细菌）以污水中的有机物和其他营养物质为基质，进行代谢和繁殖，才降低了污水中的有机物的含量，同时通过污泥絮体的絮凝和吸附，可去除污水中呈悬浮或胶体状态的其他物质。活性污泥的组成主要分为四个部分：有活性的微生物（Ma）;微生物自身氧化残留物（Me）；吸附在活性污泥上没有被微生物降解的有机物(Mi)；无机悬浮固体（Mii）。有活性的微生物主要由细菌、真菌组成，通常以菌胶团形式存在，呈游离状态的较少。菌胶团分泌的多糖类物质将细菌等包裹成的黏性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能^[2]。

2.3.1 传统推流式

传统推流式工艺流程，污水和回流污泥在曝气池的前端进入，在池内呈推流的形式至末端，由鼓风机进行搅拌。在曝气池内进行吸附、絮凝和有机物的降解，最后进入二沉池进行处理后的污水和活性污泥的分离，部分污泥回流至曝气池，保证曝气池中活性污泥的含量，剩下的一部分作为剩余污泥的形式排放。但传统推流式曝气池也存在一些问题：一是池内呈推流态，首端污染物浓度高，耗氧的速率快；二是污水进入曝气池不能立即和污泥充分混合，易受冲击负荷的影响，适应水质，水量的能力差；三是混合液的需氧量在长度上是逐渐下降的，而充氧设备是均匀分布的，会出现前半段的供氧不足，后半段的供氧超出的现象，故有一部分氧气的浪费。

2.3.2渐减曝气法

在该曝气池中，微生物的需氧速率沿曝气池廊道逐渐降低,若采用传统的活性污泥法,沿池长均匀供氧,则必然会出现曝气池前部供氧不足而后部供氧过剩的情形,渐减曝气是解决这一矛盾的方法之一。所谓的渐减曝气法就是充氧设备的布置沿池长的方向与需氧量匹配，是布气沿程减少，使其接近需氧量，从而可以减少能耗，提高处理效率。

2.3.3吸附再生法

”生物吸附#8212;沉淀#8212;再生”的城市污水处理工艺,即高负荷生物吸附再生法。该工艺对污染物去除的作用主要包括污泥的絮凝作用、吸附作用和生物代谢作用,而以前两者的作用为主。对城市污水的生产性试验研究结果表明,该工艺能够较大程度地提高SS、COD、SCOD、BOD₅等污染物的去除率,具有明显的处理效果^[3]。

本工艺的主要特点是污水与活性污泥在吸附池内吸附时间短，而再生池是接纳已排除的剩余污泥的回流污泥，且污泥的浓度较高因此吸附再生法具有一定的抗冲击负荷能力，如果吸附池遭到破坏可由再生池进行补充。但吸附再生时间较短，限制了有机物的降解和氨氮的硝化，处理效果低于传统发法对于含溶解性有机物较多的污水，处理效果较差。

2.3.4吸附#8212;生物降解工艺（AB法）

AB法工艺将曝气池分为高低负荷两段,各有独立的沉淀和污泥回流系统。对于高浓度的污水处理,AB法具有很好的适用性,并有较高的节能效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时,优势最为明显^[4]。整个污水处理系统共分为预处理阶段、A级、B级等三个阶段，在预处理阶段只设格栅、沉砂等处理设备，不设初沉池。A级由吸附池和中间沉淀池组成，B级由曝气池和二沉池组成。

A级以高负荷或超高负荷运行[污泥负荷为2-6KgBOD₅/（kgMLSS#183;d）]，曝气池停留时间一般为30-60min，污泥龄为0.3-0.5d；B级以低负荷运行[污泥负荷一般为0.1-0.3kgBOD₅/(kgMLSS#183;d)],曝气停留时间在2-4h污泥龄15-20d。

该工艺处理效果稳定，具有抗冲击负荷能力，在欧洲有广泛的应用。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。例如，可先建A级，利用有限的资金投入，去除尽可能多的污染物质，达到优于一级的处理效果；等条件成熟再建设B级以满足更高的处理要求。

2.3.5 氧化沟

氧化沟工艺在污水处理应用广泛，由于该工艺运行简便、剩余污泥量少，不仅能够处理城市生活污水，还能处理部分工业污水，由于其应用水质比较广的优点，因此在国内外被广泛使用。氧化沟中水流是决定污水处理效果的关键参数，水流的科学性直接决定了污水处理的效果，其中氧化沟污水水头的能量主要在弯道处被损耗，在保持推流设备功率不变的条件下，需要优化弯道阻力，调整氧化沟了水流速度分布，通过调节水流防止污泥沉积^[5]。

大多数情况下，氧化沟系统需要二沉池，但有些场合可以在廊道内进行沉淀以完成泥水的分离过程，如一体化氧化沟或三沟式氧化沟。

2.4生物膜法

生物膜法是一大类生物处理法的统称，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池及生物流化床等工艺形式，其共同的特点是微生物附着生长在滤料或填料表面上，形成生物膜。污水和生物膜接触后，污染物被微生物吸附转化，污水得到净化。生物膜法对水质、水量的变化适应性较强，污染物去除效果好，是一种被广泛采用的生物处理方法，可单独应用，也可以和其他污水处理工艺混合使用。目前所采用的生物膜法多数是好氧工艺，主要用于中小规模的污水处理，少数是厌氧的。

2.4.1曝气生物滤池

曝气生物滤池 （BAF）是一种由普通生物滤池发展而来的新型污水处理工艺，可在一个单元反应器内净化水质。BAF 的工作原理是以填料作为载体，在反应器底部进行曝气。当污水流经填料时，充足的营养物质和溶解氧为微生物的生长提供了较好的条件。当微生物富集到一定程度时，能够在填料表面形成生物膜。微生物的代谢、絮凝作用与填料的物理吸附、 截留作用以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用三方面相互配合，从而达到净化废水的目的^[6]。

与出传统的活性污泥法相比，曝气生物滤池中活性微生物的浓度要高得多，反应器体积小，且不需要二沉池，占地面积小，还具有模块化结构、便于自动控制和臭气少等特点。

2.4.2生物转盘法

1954年在联邦德国的 Heilbronn 建成世界上第一座生物转盘污水处理厂后，在欧洲已有上千座，发展十分迅速。近年来, 我国不少学者也进行了生物转盘工艺的研究，效果较好。

生物转盘的主要由下面四部分组成：盘片、转动轴、处理槽、驱动装置。生物转盘去除污水中有机污染物的机理，与生物滤池基本相同，但在构造形式与生物滤池很不相同。生物转盘的主体是垂直固定在水平轴上的一组圆形盘片和一个同它配合的半圆形水槽。微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%-50%的盘面（转轴以下的部分）浸没在废水中，上半部敞露在大气中。工作时，废水流过水槽，电动机转动转盘，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中的有机物，敞露时吸收大气中的氧气。转盘的转动带进空气并引起水槽内废水紊动, 使溶解氧均匀分布。生物膜的厚度约为0.5-2.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池^[7]。

生物转盘上生物膜生长的表面积很大，不会发生像生物滤池中滤料堵塞的现象，因此，容许的进水有机物浓度可以较高，适宜处理高浓度有机废水。但是，由于转盘的直径受尺寸的限制，当处理废水量过大时，氧化槽的有效水深有限，占地面积较大等因素限制，使生物转盘法仅适用于中小型废水排放量的废水处理工程^[8]。

2.5 污水的脱氮除磷工艺

污水生物脱氮处理过程中氮的转化主要包括氨化、硝化和反硝化的作用；其中氨化可在厌氧和好氧的条件下进行，硝化作用可在好氧条件下进行，反硝化作用是在缺氧条件下进行。生物脱氮是指含氮化合物经过氨化、硝化、反硝化后，转变为N₂而被去除的过程。

生物除磷最基本的原理即是厌氧-好氧或厌氧-缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物具有厌氧释磷及好氧超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。

2.5.1 A²/O工艺和倒置A²/O工艺

A²/O法处理工艺是厌氧-缺氧-好氧（ Anaerobic-Anoxic-Oxic）处理工艺的简称， 如图1所示。该工艺是20 世纪中期由美国的一些专家为开创一项能够同步完成脱氮、除磷的污水处理工艺，在厌氧-好氧（A/O）法脱氮工艺的基础上进行改进而成的^[9]。

图1

A²/O工艺对有机物的降解主要在缺氧和好氧单元^[10]，该工艺需要注意的问题是，进入沉淀池的混合液通常需要保持一定的溶解氧浓度，以防止沉淀池中反硝化和污泥厌氧释磷，但只会导致回流污泥和回流混合液中存在一定的溶解氧，回流污泥中存在硝酸盐对厌氧释磷也存在一定的影响，同时，系统所排放的剩余污泥中，仅有一部分污泥是经历了完整的厌氧和好氧的过程，影响了污泥充分吸收磷。系统污泥龄因为兼顾硝化细菌的生长而不可能太短，导致除磷效果难以进一步提高。

回流混合液

与常规A²/O工艺相比,倒置A²/O工艺省去了混合液内回流,适当加大了污泥回流比,其工艺流程 如图2所示:

图2

根据进水水质不同,通过缩短初沉时间或者取消初沉池来满足倒置A²/O工艺的需要:初沉时间的缩短,一方面使得沉砂池出水中的微生物和部分或全部有机物直接进入生化反应系统,增加了反应池进水的有机物总量,保证了脱氮除磷新工艺对碳源的需要,提高了生化反应系统对氮、磷的去除效率;另一方面为微生物提供了良好的栖息场所,使系统的生物种类和数量都大幅度提高^[11]。

因此，倒置A²/O工艺对基质的利用率较高，更易实现”厌氧池”要有较高的有机物浓度；在缺氧池应有充足的有机物；而在好氧池的有机物浓度应较小的碳源分配目标，具有较强的抗碳源冲击能力，使得脱氮除磷更稳定可靠。这也说明低碳源情况下，在厌氧和缺氧过程中，提高有机物的利用率是维持正常运行的关键^[12]。

2.5.2 改良的UCT工艺

UCT工艺是南非开普敦大学开发类似A²/O工艺的一种脱氮除磷工艺。UCT 工艺与 A²/O工艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池，这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷率。增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流，由缺氧池向厌氧池回流的混合液中含有较多的溶解性 BOD，而硝酸盐很少，为厌氧段内所进行的有机物水解反应提供了最优的条件^[13]。工艺流程见下图3：

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图3

改良的UCT工艺比A²/O工艺多了一套混合液回流系统，流程较为复杂。

2.5.3 SBR工艺

SBR 工艺运行过程中，SBR 技术的核心是SBR 反应池。按照废水处理时间，一个池体共分为进水阶段、反应阶段、沉降阶段、排放阶段和闲置阶段，在此期间完成均化、初沉、生物沉解、终沉等活性污泥处理过程。在反应器内预先进行培养驯化一定量的活性污泥，当废水进入反应器池体中与之前培养驯化的活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将废水中的有机物降解并使微生物细胞增殖，最后再将微生物细胞物质与水沉淀分离，这样依次反复运行构成了序批式处理，实现污水处理效果^[14]。自动控制系统的发展和完善；为SBR工艺的应用提供了物质基础和控制手段。但因为SBR工艺是间歇运行的，为了解决连续进水的问题，至少需要设置两套SBR设施，进行切换运行，其间歇出水也给后续处理带来不便。

3 城镇污水处理的发展趋势和前景

在未来的生活污水处理过程中，会根据实际的污水情况运用合理的技术和工艺，降低污水处理的资源消耗。目前很多城市通过强化一级处理的方式解决污水处理问题，在出水过程中没有进行工艺的消毒，使之达不到污水再生利用的标准 ^[15]。所以未来的城市处理污水会根据污水厂的处理工艺进行综合的改进和完善，对当地的城市污水进行充分的研究和调研，选择合适的污水处理技术，然后根据实际情况设计合理的实施工艺，以提高处理的效果和效率。同时不断创新消毒技术和污水处理技术和工艺，全面提升污水处理的水平和质量，以达到污水处理的要求^[16]。

4结语

随着经济的飞速发展和水资源的污染程度不断加，城镇污水的处理难度也日益增大。然而，由于环境问题的严峻现实及人们对美好环境的向往，污水处理技术显得越来越重要。因此，各国学者在污水的处理方面进行了深入的探讨，相信随着科学的不断进步，各种处理方法的不断改进，污水的处理方法也将变得越来越完善，向着操作简单、经济，副产物少，更加安全、可靠的方面发展。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本人的课题为：根据苏北某市y镇总体规划，拟建设一座20.8万m³/d的城镇污水处理厂，要求采用生物处理工艺，处理出水达到《城镇污水厂污染物排放标准》（gb18918-2002）一级b排放标准,并尽量提高出水水质。研究内容如下：

（1）完成污水及污泥处理工艺设计计算

①经过方案比选，确定污水处理工艺流程；