污水处理与资源化

摘 要

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。本文介绍了我国城市污水处理工艺，如传统活性污泥法、氧化沟工艺、 A 2/O工艺、 SBR 法 、A/B法及生物膜法的污水处理特点及其工作流程。提出了污水资源化的概念，污水回用的途径。并且详细阐述了我国城市污水资源化过程存在的问题，为水厂具体污水处理项目的工艺选择提供参考。

关键词：城市污水；处理技术；资源化

目 录

1 引言............................................................................................................................ 1

2 我国城市污水处理现状及工艺................................................................................ 1

2.1 城市污水处理现状......................................................................................... 1

2.2 城市污水处理工艺......................................................................................... 2

2.2.1 A2/0(厌氧一缺氧一好氧活性污泥法) 工艺 . ........................................ 2

2.2.2 传统活性污泥法.................................................................................. 3

2.2.3 A/B 法 . .............................................................................................. 3

2.2.4 Carrousel(卡鲁塞尔) 氧化沟工艺 ..................................................... 4

2.2.5 SBR工艺 .............................................................................................. 4

2.2.6 生物膜法.............................................................................................. 5

3 城市污水资源化及其现状分析................................................................................ 5

3.1 城市污水资源化的回用途径......................................................................... 5

3.2 污水资源化过程中存在的问题..................................................................... 6

3.2.1 城市污水处理率较低.......................................................................... 6

3.2.2 污水处理厂选址存在问题.................................................................. 6

3.2.3 城市排水管网建设不合理.................................................................. 6

3.2.4 污水资源化技术落后.......................................................................... 7

4 结论............................................................................................................................ 7

1 引言

随着城市规模和人口的不断增加，在大量水资源消耗的同时，每天产生的大量生话、生产污水，也给周围环境带来巨大压力。城市污水处理直接关系到城市居民的生话环境和人身健康，对于一个城市的中长期发展规划有着重要影响特别是在环保意识日渐强烈的现代社会，城市污水处理问题受到社会各界的普遍关注，已经成为各级政府高度重视的问题之一。当前，我国正处于城市化进程深入发展的重要阶段污水处理厂作为城市正常运转的重要基础设施，必须与城市建设同步实施。在城市发展建设工作日益繁重的今天，做好城市污水处理，保障城市排水系统的正常运转，是城市健康和谐发展的重要保障[1]。

城市污水水量稳定、经过净化的污水可以作为一种再生的水资源，具有量大、集中、水质和水量都较稳定的特点，能够用于农业、工业和市政用水，不仅可以缓解城市水资源的供需矛盾，而且还可减少对水环境的污染。因此污水再生利用已经成为解决城市缺水问题的一种有效途径，正在受到人们越来越高的重视，城市污水正被逐步回用于工业，农业，生产和生活中，但目前我国的污水回用率却很低，污水回用没有得到足够的重视。本文介绍了现阶段我国常用的污水处理工艺及其运行流程。通过对我国城市污水资源化利用有关领域的分析总结，探讨了我国城市污水资源化存在的问题，为我国污水资源化发展提供一定理论指导[2]。 2 我国城市污水处理现状及工艺

城市废水指城市内生活污水、工业废水和大气降水的混合物，其性质因城市规模、气候条件、排水体制等因素，特别是城市中工业的多少和性质、工业废水预处理程度等而异，但当对工业所排放的特殊污染物，如重金属、酸、碱、有毒物质、油类等有一定的内部治理措施时，一般的城市废水的性质是相似的. 城市废水所形成的水污染，以有机污染最为严重，表现为水体中的BOD 5， COD 超标，还含有不少难以被生物降解的、甚至是有毒有害的有机物. 此外，氮磷物质引起的富营养化污染也非常严重。

2.1 城市污水处理现状

虽然我国近年在污水处理上取得了较大发展，但是我国污水处理基础设施薄弱，污水处理设备和技术相对滞后，而我国人口基数大，城市生活污水量增长迅速，污水处理需求得不到满足，导致大量污水没有经过污水处理就排入江河流域和湖泊海洋，对周边水体环境造成污染。2007年，全国“城考”城市生活污水

集中处理率平均为51. 95%，其中有162个城市的城市生活污水未经二级处理且未达到排放标准。我国污水处理困难的主要原因有以下几点：

(1)我国还没有真正落实“污染者负担”的政策，建设污水厂依然靠国家和地方财政支持，使得污水厂建设缓慢。污水厂的污水处理成本无法和经济效益相平衡，这也是许多城市政府不愿投资污水厂的原因。

(2)污水收集管网滞后，使得建设成的污水厂负荷率低，不能完全达到设计处理量。

(3)污水厂的管理和监督机制混乱，使得污水厂无法正常运行。

(4)一些地区并未真正意识到污水处理的重要性和紧迫性，使得污水厂污水处理设施在损坏时需要保养维修时却得不到资金，污水厂停工停产[3]。

2.2 城市污水处理工艺

城市污水是我们人类在生活中产生的污水，其中含有大量的有机物，也含有细菌，寄生虫卵，病毒等。其特点是氮、磷、硫含量非常高。现在的污水处理技术，按其作用原理和去除的对象可分为物理法、化学法、生物法等。由于我国城市人口众多，城市生活污水产生集中所以我国的城市污水处理一般采用集中式处理，我国城市污水处理系统包括一级处理，二级处理。一级处理一般利用格栅截留，沉淀，离心分离等物理方法去除污水中悬浮物，沙砾等物质，通常作为二级处理的前处理。二级处理一般为生物处理，可以大幅度去除污水中旱胶体和溶解状态的有机污染物质，经过二级处理后，污水一般可达到排入水体的水质标准。我国目前的城市污水处理工艺主要有：CCAS 工艺，传统活性污泥法，氧化沟工艺，A/B， A/O， A 2/O， SBR ， UNITANK 工艺，生物膜法等。

2.2.1 A2/0(厌氧一缺氧一好氧活性污泥法) 工艺

它把除磷、脱氮和降解有机物3个生化过程巧妙地结合起来。磷在厌氧区释放，在好氧区吸收，达到除磷目的。污染物在好氧区被氧化降解，去除COD 和BOD 5，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继而转化为亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮。该工艺由于污泥回流，污泥处理工作量大，节能差且工艺条件比较复杂[4]。A 2/O工艺流程图见图1。

图1 A 2/O工艺流程图

2.2.2 传统活性污泥法

活性污泥工艺是污水处理的主要工艺，其主主要处理构筑物是曝气池和沉淀池。传统活性污泥工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式。污水中的有机物在曝气池内停留一段时间后，大部分被曝气池中的微生物吸附，随即氧化分解成无机物。在沉淀池中，呈絮状的微生物絮体—活性污泥下沉，而上部的清液溢流排放。为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀后的部分活性污泥又回流到曝气池中。此法经过长期的完善十分稳定可靠，同时对传统活性污泥工艺进行的各种改进，产生了很多种不同的活性污泥工艺[5]。

2.2.3 A/B 法

A/B法是吸附生物降解法(Absorption Bio-degradation)的简称，属高负荷活性污泥法。该工艺不设初沉池，由污泥负荷较高的A 段和污泥负荷较低的B 段串联组成，并分别有独立的污泥回流系统。该法存在污泥量大、构筑物及设备较多、建设投资和处理成木高、运行管理复杂的缺点[6]。

与普通活性污泥法相比，在处理较高浓度的城市污水方面，A/B法工艺的净化机制比较特殊且优越性也多。A/B法工艺是把传统活性污泥法的曝气池分为A 段和B 段两段，A 段在对有机物质吸收、吸附起主要作用，B 段主要是对吸收、氧化起作用。A/B法工艺流程见图2。

图2 A/B法工艺流程

2.2.4 Carrousel(卡鲁塞尔) 氧化沟工艺

Carrousel(卡鲁塞尔) 氧化沟工艺是1967年由荷兰的DHV 公司开发研制。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷[7]。实践证明该工艺具有节省投资、提高处理效率、可靠性较好、管理方便和运行维护费用低等优点。卡鲁塞尔是使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。根据水力学流态原理，卡鲁塞尔氧化沟具有既有完全混合式反应器特点，也有推流式反应器特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。Carrousel 系统平面结构见图3。

图3 Carrousel 系统平面结构图

2.2.5 SBR工艺

SBR 工艺是一种利用微生物在反应器中按照一定时间顺序间歇式操作的污水处理技术，但鉴于当时曝气器易堵塞，自动控制水平低，运行操作管理复杂等原因，很快就演变成为连续式活性污泥法[8]。

典型的SBR 处理系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段运行，如图4所示。即反应器在一定时间间隔内充满污水，以间歇处理方式运行，处理后混合液沉淀一段时间后，从池中排除上清液，沉淀的活性污泥则留于池内，用于再次与污水混合处理污水，这样依次反复运行，则构成序批式处理工艺。SBR 技术基本运行操作流程见图4。

图4 SBR技术基木运行操作

2.2.6 生物膜法

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜) 进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，运动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。主要类别:生物滤池、普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等：生物转盘：生物接触氧化法：好氧生物流化床等。

3 城市污水资源化及其现状分析

城市污水资源化是将城市排放的大量污水进行净化处理以后，进行直接或间接的再利用，使之成为城市水资源的一个重要组成部分[2]。

3.1 城市污水资源化的回用途径

直接回用和间接回用是城市污水资源化的两种途径。(1)直接回用，是指人们有意识地、有计划地将经适当处理的城市污水直接回用于需水部门。(2)间接回用，是从受生活污水或工业污水污染的地表水源或地下水源取水供给各类用户使用属间接水回用，是目前世界各地最普遍采用的水回用方式。

城市污水的直接回用由再生水厂通过输水管道，或其它输水设施直接送给用户使用：间接回用则由一级污水处理厂，或者再生水厂将处理后的出水直接排入水体，由用户再从水体中使用。直接回用有三种通用的模式：1) 再生水厂系统敷设再生供水管网，与城市供水管网一起形成双供水系统。一部分专供工业低质用水使用，另一部分专供城市绿化和景点使用；2) 由再生水厂敷设专用管道供大厂使用。这种方式用途单一，比较实用；3) 人型公共建筑和住宅楼群的污水，就地处理、回收、循环再用。间接回用方式可以分为有意图间接回用和无意图间接回用。有意图间接回用是有计划地将再生水和新鲜水混合后再使用，这就取决于时

间和空间的安全保证。再生水从排入水体到被利用的时间滞后，以及混合后的物理化学净化作用，使再生水在自然生态系统中获得进一步的净化[9~12]。

实践表明，城市污水资源化利用是实现水资源可持续利用的重要环节。城市污水经过净化处理后成为再生水资源，数量非常巨大，是城市的第二水源，可用于作物的灌溉、工业冷却水、城市绿化用水、环境用水等。城市污水就近可得，污染比海水轻得多，比长距离引水、海水淡化、雨水利用更为实际可行[13]。

3.2 污水资源化过程中存在的问题

目前我国的城市污水资源化利用取得了一些进展，但与发达国家相比，我国污水资源化无论在规模上还是涉及的领域上都存在着较大的差距，我国的污水资源化仍然有许多问题需要解决：

3.2.1 城市污水处理率较低

城市污水处理率偏低，是影响我国污水资源化全而启动的直接原因。2000年，我国城市污水每日排放量约为1.01x109m ，而污水处理率却只有20%~30%。同时，对于城市污水，我国目前的工作重点仍然是治理污染，而污水回用工程的建设投资要比污水处理工程大，所以我国许多地方很难给予污水资源化足够的重视和经济支持。因此尽快提高城市污水处理率，加速经济建设步伐，是推动污水资源化全面推广的前提。

3.2.2 污水处理厂选址存在问题

许多城市污水处理厂为了防止水域污染，多在城市水域的下游建立，远离市区，污水收集管网较长, 造成长距离输送，没有考虑日后再生利用的发展需要。所以，缺水城市应以再生水利用为目标，优化调整污水处理设施的布局规划。

3.2.3 城市排水管网建设不合理

各地对城市污水的处理考虑较多的是排水管网终端的集中式处理，而对于污水流经整个城市的过程却缺少控制，尤其是在城市排水系统不健全的地区。致使一些分布于城区的沟渠水体倍受污染，一段时间后这些水体也就成了名副其实的“臭水”。现在一些有条件的区采取了“截污、清淤、引水”等治理措施，使水体在感官上有了很大的改善，但同时也破坏了水体的自净体系和功能，使水体抵抗外界污染的能力减弱。由于我国的城市排水管网较多采用的仍然是合流制管道，雨季时大量污水随雨水从截污干管的溢流井排入水体，而造成严重的污染。

3.2.4 污水资源化技术落后

我国城市污水再生利用技术和设备的开发难以满足快速增长的再生利用工程建设和运行管理的需求，城市污水再生利用技术缺乏集成化、综合整合、产业化和工程化，需要对已有技术不断改进和更新，加强新工艺、新流程、新技术和设备产品的研究、开发和推广应用，并注重示范性工程的研究和建设。着重解决城市污水再生利用于农业、生态、市政和工业中的水质净化技术、水质稳定技术、水质保障技术、安全用水技术、工程技术、运行管理技术和成套技术设备问题

[14~16]。

4 结论

上述介绍的各种污水处理工艺绝大部分已经被国内外水厂污水处理采纳，均是实际运行可用、可行的污水处理工艺。通过全面介绍每一种工艺的运行原理，为建设水厂选择最适用的污水处理工艺提供了依据。但是各水厂建设污水处理工艺一般应根据城市污水水质特征、排放污水量的大小以及要求处理达标程度等要求选择相应的污水处理工艺，保证污水处理后出水水质稳定、工艺简单、管理方便、设备可靠、投资省、占地少、效率高、运行成本低。

在我国，水资源短缺和污水量的日益剧增已经严重影响了水资源的可持续发展，进而影响了整个社会的可持续发展。城市污水再生利用是保证未来城市可持续发展的重要水资源，也是解决未来城市缺水问题的有效途径。因此，目前我国当务之急是，加快城市污水处理设施建设的步伐，加快污水收集管网配套能力，为污水资源化创造必要的条件。规划建设污水处理设施，要以实现污水综合利用为目标，同步规划和建设污水再生利用设施。合理确定污水处理厂的规划布局、处理规模和工艺方案，促进污水处理和资源化利用的协同发展。必须从我国的实际出发，制定相应的经济政策促使污水资源化产业发展早日走上健康有序的轨道，尽快发挥它潜在的社会效益、环境效益和经济效益。

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