治理小城市污水的主要方法

治理小城市污水的主要方法摘要对小城市污水的水质水量进行分析说明，并就此提出适用于小城市的污水处理工艺应具备抗负荷冲击、运行管理简便、造价低廉等特点，同时以实例说明厌氧缺氧好氧法（A2/O工艺）、氧化沟工艺（OD工艺）、序批式活性污泥法（SBR工艺又称为间歇式活性污泥法）、吸附生物降解活性污泥法（AB工艺）较为适合小城市污水处理。关键词小城市污水治理工程设计A2/O工艺氧化沟SBR工艺AB工艺1、引言我国现有设市城市668个包括直辖市4个，地级市222个和县级市442个，其中20万人口以下的县级市有382个。另外还有不设市的县城1693个。小城市是指市区和近郊区人口不足20万人的城市。实际上大多数县级市和县城的人口均在10万以下，一般为5万10万人，3万5万人的县级市和县城也不在少数。从城市概念上来看，建制镇亦属“城市“范畴，建制镇的人口规模从500030000人不等，这部分小城市的数量更是数以万计1。城市污水是指纳入和尚未纳入城市污水收集系统的生活污水和工业废水之混合的污水。迄今为止，绝大部分小城市中的城市污水仍然处于不加治理直接排放到水体的状态，这成为水体环境污染的主要来源。因此，要改善我国水环境被污染的状况，保护我国紧缺的水资源，除了要刻不容缓地对大中城市的城市污水进行处理外，小城市也应该成为关注的重点，加快小城市的城市污水处理步伐2。按照国家的部署和要求,我国小城市污水处理设施建设的步伐在加快,一大批城市污水处理设施在建设或在规划和设计之中,由于小城市污水处理厂的工艺繁多,且各种工艺各有利弊,污水处理工艺的选择成为建设项目业主、设计单位和政府主管部门的难题3。2、小城市的城市污水量如前所述，大部分小城市的人口变化幅度在05万10万人之间。考虑到城市化进程的加快和区域性排水情况的增多，估计今后若干年内人口规模5万10万人的小城市会多起来，若按10万人口规模考虑，对照城市给水工程规划规范GB5028298有关条文进行城市用水量的测算，采用城市单位人口综合用水量指标03万06万M3/万人D，则一般小城市的最高日城市用水量约为3万6万M3/D4。由于污水处理厂的规模是按平均日计算的，因此上述城市用水量应除以KD日变化系数。小城市的KD可采用15，则平均日用水量约2万4万M3/D。再考虑到产污系数K产和截污系数K截的共同影响，如K产和K截均采用09，则K产K截08，即小城市的城市污水量约为15万3万M3/D5，这个数字是规划概念上的数字，并不是一个精确的数值。由于我国幅员广大，气候相差悬殊经济水平发展也很不平衡，加上水资源的分布差异较大，因此城市污水量必然相差很大，所以这个数字可以更大些也可以再小些。但它反映了我国小城市污水量的一个大体水准，这对于确定小城市污水处理工程的规模和采用什么工艺具有参考意义6。3、小城市的城市污水水质31城市性质我国大多数小城市属于综合性城市，即居住、商贸、工业混杂在一起，以居民生活污废水为主，工业废水所占比重不大。当然也有部分小城市例外，在山东省就有一些小城市由于乡镇企业的飞速发展而集中了大批具有地方特色的工业企业。诸如平邑县集中了很多的大理石板材加工厂，临沂市集中了大量食品加工厂，淄博市钢铁工业发达而莱芜市区的精细化工工业和食品加工业众多7。这些小城市的工业废水量所占比重就相当大。而大部分小城市的城市污水性质相差不大，一般BOD为100150MG/L，COD为250300MG/L，SS为200MG/L左右8。对于那些工业废水量所占比重较大从而影响到城市污水处理效果的小城市来说，则应根据具体情况采取相应的措施，如将工业废水进行预处理后再进入城市污水系统或将工业废水集中进行工业废水的联片处理等。32城市现有的排水系统不少小城市的排水系统是雨污合流系统，而且年代已久，质量很差，有的还是砖石渠道，即使是管道也存在不少问题。这样的系统在雨季或在地下水位高的时候，大量雨水和地下水进入，造成污水的浓度很低。很多小城市居民住宅的粪便污水是通过化粪池直接排入水体的生活废水在化粪池后和化粪池出水相混合。这种生活污水BOD的浓度很低，往往只有3040MG/L9，对生化处理不利。因此，在建设污水处理厂的同时应将原有的排水系统加以完善和改造，如将合流制改成分流制，对原有的化粪池应该去除，在居民住宅内部也不再需要将粪便污水和生活废水分开，可以合成一根管道等。采用上述措施就可以使小城市的城市污水水质保持在正常水平上，从而能保证城市污水处理厂达到较高的处理效率10。33气温、水资源以及经济发展水平气候炎热的地区、水资源丰富的地区及经济发展水平较高的地区，用水量就大，排水量亦大城市污水浓度相对较低。相反，则污水浓度相对较高。4、治理小城市的污水的主要方法41小城市污水处理工艺特点小城市的污水处理工艺应能满足以下条件111处理工艺适应能力强。处理工艺应具有较强的适应冲击负荷的能力，因为小城市污水量昼夜变化很大，从而水质波动较大。2要求管理简单、运行稳定、维修方便。这对于小城市尤为重要，因为小城市往往技术力量比较薄弱。3所选择的处理工艺具有可以方便地改变其处理流程的能力。这主要为了满足数量众多的小城市的各种不同需求。如有的小城市地处封闭水体，污水需要除磷脱氮；而有些小城市附近有大江、大河，只需要处理BOD即可。这就要求所选择的处理工艺流程能很方便地创造好氧、缺氧、厌氧的环境。4基建投资和运行费用低。42小城市污水处理工艺示例符合上述条件的处理工艺有多种，现举厌氧缺氧好氧法（A2/O工艺）、氧化沟工艺（OD工艺）、序批式活性污泥法（SBR工艺，又称为间歇式活性污泥法）、吸附生物降解活性污泥法（AB工艺）四个典型城市污水处理工艺并加以说明12。421厌氧缺氧好氧法A2/O工艺4211A2/O工艺具有以下优点13A2/O工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺的停留时间。A2/O工艺在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。A2/O工艺污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。A2/O工艺运行中勿需投药，两个A断只用轻缓搅拌，并不增加溶解氧浓度，运行费用不高。4212A2/O工艺存在的缺点14除磷技术难以提高。除磷效果很难再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此。脱氮技术难以提高。脱氮效果也很难进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高。进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧DO，减少在沉淀池的停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现、但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。4213A2/O工艺图15422氧化沟工艺（OD）4221氧化沟具有以下特点工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。运行稳定，处理效果好16。氧化沟的BOD平均处理水平可达到95左右。能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为2030D，污泥在沟内已好氧稳定13，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低17。可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般80。但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施18。基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD和NH3N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD和脱氮情况下更省。同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。4222氧化沟系统的构造特征19氧化沟系统是由曝气设备、出水堰和自动控制设备组成。氧化沟一般呈环形沟渠装，平面多为椭圆或圆形。单边进水装置简单，只要一根进水管。出水多采用溢流堰式。4223氧化沟在水流混合方面的特征在流态上介于完全混合推流之间，流速在0306M/S20。可分为富氧区和缺氧区。4224氧化沟在工艺方面的特征21不设初沉池。可以不设二沉池。BOD负荷低00502KGBOD5/（KGMLSSD）。泥龄时间长，可达1530D。采用表面曝气机械曝气。能脱N、P，脱N效果好，脱P效果相对不好。4225氧化沟曝气装置的作用22向混合液提供氧气。使有机物、活性污泥、溶解氧混合。推动水流以一定流速循环流动。防止污泥沉淀。4226典型的氧化沟形式卡罗塞式氧化沟、奥贝尔式氧化沟、交替工作式氧化沟、曝气沉淀池合建式氧化沟。4227BMTS型合建式氧化沟图234228实际例子24山东省兖州市为县级市，2000年人口为85万人，2010年规划人口为15万人。截污率2000年采用06，2010年采用075。2000年污水总量为19万M3/D。该市污水水质BOD为100150MG/L；COD为300350MG/L；SS为200250MG/L。污水处理厂采用4座卡鲁塞尔氧化沟，每座氧化沟处理能力为1万M3/D，每座尺寸为76M28M39M。现已建成2座，2010年再增加2座。氧化沟主要设计参数为污泥负荷010KGBOD/KGMLSSD；污泥泥龄15D；悬浮固体平均浓度35G/L；污泥产率065KGSS/KGBOD。每池采用3台表面曝气机，每台功率55KW，变频调速。423序批式活性污泥法（SBR工艺又称为间歇式活性污泥法）4231SBR工艺具有以下优点25SBR工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要初次沉淀池和调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资30以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。处理效果好。SBR工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的尽管是处于完全混合状态中，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。有较好的除磷脱氮效果。SBR工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。污泥沉降性能好。SBR工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。SBR工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。4232SBR工艺的缺点26设备的闲置率高。污水提升阻力损失较大。水量小时，SBR的运行费用比传统的活性污泥法省20左右，但大水量时，SBR运行费用与传统法相近。可见SBR法对大水量的处理优势不明显。处理水量大时，来水与间歇进水不匹配的问题难以解决。此时需多套SBR反应器并联运行，阀门切换频繁，操作程序复杂。4233SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期27。4234SBR工艺的特点SBR工艺它集调节池、曝气池、沉淀池为一体,不需设污泥回流系统。4235SBR工艺操作过程284236实际例子29山东省即墨市为县级市是海岛城市，人口较多，但淡水资源缺乏，因此人均用水量较低。该市2005年规划人口16万人，2010年规划人口为20万人。污水处理厂的规模远期为6万M3/D，近期为2万M3/D。近期规模较小的原因是该市污水收集系统很不完善，因此近期污水截污率在设计中仅考虑05左右。该市污水水质BOD为160MG/L；COD为320MG/L；SS为220MG/L。污水处理厂远期采用6座MSBR池，近期建2座。每座的处理能力为1万M3/D，每座尺寸为50M40M45M。MSBR池主要设计参数如下污泥负荷02KGBOD/KGMLSSD；污泥泥龄20D；悬浮固体平均浓度3G/L。每座MSBR池采用18台增氧泵进行供氧。424吸附生物降解活性污泥法（AB工艺）4241AB工艺优点30对有机底物去除效率高。可以除去难降解的有机物。系统运行稳定，耐冲击能力强。主要表现在出水水质波动小，有极强的耐冲击负荷能力，有良好的污泥沉降性能。有较好的脱氮除磷效果。（但脱氮除磷操作时控制的参数较多，操作复杂）。节能。运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用2025。投资省2025。4242AB工艺缺点31容易产生臭气。A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作，使A段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。当对除磷脱氮要求很高时，A段不宜按AB法的原来去除有机物的分配比去除BOD5560，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮17。污泥产率高。A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。4243AB工艺主要特点未设初沉池，全系统分为预处理段、A段、B段，共三级。A、B两段污泥各自回流。A、B段由吸附池，中间沉淀组成，B段由曝气池、二沉池组成。4244AB工艺流程图324245A段和B段特征33A段B段负荷高负荷率为总负荷率的3060BOD去除率为4070出水SS和BOD一般小于10MG/L污泥产率较高污泥产量较少对有机物的去除，主要靠污泥絮体的吸附作用，生物降解只占1/3左右污泥龄较长，有利于硝化反应4246AB工艺主要设计参数34吸附级氧化级主要设计参数A段B段污泥负荷2060KGBOD/KGMLSSD01503KGBOD/KGMLSSD水力停留时间（HRT）30MIN2030H污泥龄（C）0305D1520D溶解氧（DO）0207MG/L1020MG/L5、讨论综上所述，A2/O工艺、氧化沟、SBR工艺和AB工艺较为适合小城市的污水处理采用。鉴于数量庞大的小城市在城市污水水量、水质方面具有共性，本人认为可以由有关部门组织编制A2/O工艺、氧化沟、SBR工艺和AB工艺的单元构筑物标准通用图集，规格系列可以分成5000M3/D，10000M3/D，20000M3/D3种，并配以相应的机械电器和自控的成套设备。根据这4种单元构筑物可组成从500040000M3/D甚至更大些规模的污水处理厂，从而满足人口规模不同的小城市需要。这必将大大促进小城市的污水处理事业的发展，对改善生态环境和保护水资源大有裨益，具有显著的社会、环境和经济效益。6、结论随着我国经济的不断发展和人们环保意识进一步增强，小城市镇的污水处理已经提到议事日程上来。针对小城市镇污水处理特点，制订切实可行的工艺方案已刻不容缓。7、参考文献1陈喜红宋丽平环境法规与标准M，北京高等教育出版社，20072叶文虎张勇环境管理学M,北京高等教育出版社，20003孙慧修郝以琼龙腾瑞排水工程（上册）M，北京中国建筑工业出版社，19984任伯帜熊正为水资源利用与保护M,北京机械工业出版社，20095王桥，张宏，李旭文环境地理信息系统M,北京科学出版社，20046李本纲，陶澍地理信息系统在环境模型研究中的应用J,环境科学，1998，19287907邹润丽环境管理M，北京科学出版社，2010,8谌永红给水排水工程M，北京中国环境科学出版社，20089姚运先环境化学M,广州华南理工大学出版社200910JCHINTONGISANDREMOTESENSINGINTEGRATIONFORENVIMNMENTALAPPLICATIONSINTJOFGIS，1996，10787789011高延耀顾国维周琪水污染控制工程M,北京高等教育出版社，199512郭正张宝军水污染控制与设备运行M,北京高等教育出版社，200713奚旦立孙裕生环境监测M,北京高等教育出版社，199414SVENEJORGENSENASYSTEMSAPPROACHTOTHEENVIRONMENTALANALYSISOFPOLLUTIONMINIMIZATIONMBOCARATONLEWISPUBLISHERS,