城市污水处理的技术决策与工艺方案选择研究

郑兴灿　 张悦
（国家城市给水排水工程技术研究中心）

　　1　我国城市污水处理的发展形势

　　1.1城市污水处理成为水污染治理的首要任务

　　我国的江、河、湖、库、近海水域已经普遍受到污染，其中大部分水体严重污染。与此同时，近年来，我国内陆水域水体普遍出现藻华暴发现象，近海海域频繁发生赤潮现象。水质污染和水质富营养化问题不但给生态环境造成了严重危害，而且造成十分惨重的经济损失。
　　造成水体污染和水质富营养化的污染源主要来源于城市污水、工业废水和农田肥料流失；城镇是工业、人口、能源和物流高度密集的地方，随着经济发展，排放的工业废水、生活污水及其他污染物逐年增加。城市污水系指纳入和将纳入城市污水收集系统的生活污水和工业废水之混合污水，近年来，城市污水中生活污水所占比例呈逐年上升趋势。随着2000年底国务院“一控双达标”工作的完成，城市污水的集中处理将成为水污染治理的首要任务。
　　建立城市污水处理厂对改善城市水环境，保障城市社会经济发展起着举足轻重的作用。在欧美、日本等发达国家，已经普遍施行城市污水的集中二级处理、二级强化处理，以及一定程度的三级处理。近年来，我国中央政府、各级地方政府及有关部门对城市污水治理工作十分重视，将其作为当前和今后一段时期基本建设和环境保护领域中重点支持的产业之一，城市污水处理领域出现了前所未有的发展速度。
　　然而，截止到1998年底，尽管我国已经建成城市污水处理厂187座，但二级处理能力仅822万m³/d，按此计算的城市污水二级处理率仅14.1％。目前，我国城市平均每100万人有1座污水处理厂，与美国等发达国家每0.5～1万人有1座污水处理厂相比，差距很大。
　　根据国家有关规划，到2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%，设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%。近年来，国务院相继制订了淮河、辽河、海河、太湖、滇池、巢湖等流域的水污染控制总体规划，各省市也制订了相应的水污染治理规划，其中城市污水处理厂的建设与运行是重要的组成部分。根据目前的规划，我国用于城市污水处理产业的投资需求在1800亿元以上，建成后每年的运行费在70亿以上。按照国家环保局颁布的《污水综合排放标准》（GB 8978-1996），为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理或深度二级处理工艺技术。
　　毫无疑问，我国的城市污水处理行业具有很大的市场需求与产业发展前景，但同时存在严峻的资金短缺和技术设备国产化开发问题。由于城市污水处理厂建设和运行资金短缺，致使一大批规划中的城市污水处理厂迟迟不能上马，已经建设的城市污水处理厂也不能正常运行，预期的水环境目标无法实现。对大部分地区而言，当前首要解决的不仅仅是治理深度的问题，而是治理与否的问题。近年来，我国的城市污水处理厂建设主要通过利用外资，引进国外技术设备，导致工程投资大、债务负担重，并抑制了国内污水处理技术设备制造产业的发展。
　　由此可见，为了尽快提高我国的城市污水处理率，除了必须继续开发适合我国国情、切实可行、高效低耗的城市污水处理技术、工艺与设备外，还必须健全和完善城市污水处理综合性技术支持与服务体系，制定合理可行的产业技术经济政策，尽快解决城市污水处理收费及价格问题，加大建设城市污水处理厂的投资力度。
　　1.2水质富营养化与氮磷污染去除成为难题
　　流域性水污染是我国水环境的重大问题，跨省、跨地区、跨市水污染纠纷频繁发生。1995年国务院确定淮河、辽河、海河和太湖、巢湖、滇池为“九五”期间水污染防治的重点流域，并编制了这些流域的水污染防治规划和实施计划。近年来，重点流域水污染防治工作取得较大进展，淮河、太湖两大流域的重点工业污染源已经基本达标排放，主要污染物的排放量削减了大约40％，水质污染得到初步控制，但恶性水污染事故还是常有发生。
　　在出现严重有机物污染的同时，我国大部分湖泊和部分河流、近海水体还存在相当严重的水质富营养化问题。近年来，时有湖泊蓝藻、绿藻等的季节性暴发现象，滇池、巢湖等湖泊富营养化造成的蓝藻问题依然存在，甚至湖泊水质达Ⅰ、Ⅱ类标准的千岛湖、洱海也每年暴发藻华。部分河流水域如汉江、珠江、葛洲坝水库等近年来也出现了水质富营养化。1998年3、4月间香港海域和珠江口的赤潮记忆犹新，9月份渤海又发生了3000km²以上的大面积赤潮。水质富营养化问题给生态环境造成严重危害，经济损失也十分惨重。
　　在我国，水体富营养化成为突出的环境问题的另一方面是，由于长期污染，造成水体中营养盐异常高的背景浓度，使水环境变得非常脆弱，外部条件的微小变化就会使水体营养状态发生急转，引起藻华频频暴发。在这种情况下，氮磷污染物控制与去除技术、水体富营养化发展态势预测、富营养化控制技术等方面的研究及相关技术的应用成为水环境污染控制日益紧迫的重要课题。
　　1.3工业废水治理开始转向全工艺过程控制
　　为了解决工业废水污染问题，许多国家的环境决策者提出了排放污染物最小化的概念，即从污染源头进行减量，变单纯的末端治理为以清洁生产为核心的全工艺过程控制。同时发展高效、低耗的处理技术，以保障排放最小化清洁技术的实施。它作为防治工业污染，保护环境，提高工业企业整体素质，实现可持续发展战略的重大措施，已成为当今世界的历史潮流。美国的50多年的水污染防治实践表明：污染最小化技术是一种既经济又实用的方法。1992年联合国环境与发展大会将排放最小化清洁生产列入《二十一世纪议程》，并制定计划在全球推行。
　　在国际组织的支持、帮助下，我国在1994年建立了示范工程，并于1999年在3省市作全面试点。水污染排放最小化清洁集成技术包括先进生产技术、工艺改革、资源综合利用和污染物末端治理的综合技术，是综合预防的环境策略。
　　我国城市污水处理与回用技术经济水平，总体来说是效率低、成本高，缺乏水资源化处理的高效、低耗工艺及相应的设备，加上水价过低，污水回用率当然低。这就成了制约污水排放最小化清洁集成技术开发应用和低质水利用进程的关键因素之一。
　　国内外实践证明顺利推行污水排放最小化清洁生产以达到节能、降耗、减污和提高生产效率的目的，必须建立排放最小化清洁生产实施机制，对企业施加压力和给予诱导的激励政策。
　　1.4单独分散处理转为城市污水集中处理
　　虽然发达国家的水污染控制对象已经转向微量有毒有机物，致力于受污染水体水质功能的全面恢复，但广大发展中国家的水污染控制对象仍然主要是有机污染物以及氮磷营养物，遏制水污染和水质富营养化不断加剧的趋势仍然是艰巨的任务。因此，今后相当长的一段时期内，加强水污染源的末端治理依然是我国水污染控制的最主要途径。国内外的实践表明，在绝大多数情况下，采取城市污水与工业废水集中处理的方式具有非常明显的技术经济优势。
　　因此，城市市区公共污水收集系统服务范围内的工商业污水要从城市水污染防治的总体效益出发，打破行业和隶属关系的制约；要根据污染源的分布、污染物的种类，以及区域水环境的特点，解决好以污染源源头治理、辅以局部予处理为主的点源处理与污染集中控制的结合。
　　远离城市市政排水管网的独立工矿区或几个企业距离较近、污染物性质相近的产业污废水，在技术可行、经济合理的条件下，也可集中处理，或与生活污水一并处理、处置或利用，达标就近排放。
　　在工商业实施节水减污、清洁生产、污水清污分流，市政管网雨污分流，接纳的污水浓度合理提高的基础上，要发展和应用高效、节能、投资省、占地少、运营成本低的污水处理工艺技术和装备。
　　1.5小城镇污水处理不容忽视
　　目前我国拥有各种规模和性质的小城镇近48000多个，其中建制镇19200多个，吸纳2亿多居民，随着乡镇企业的迅速发展和村镇人口的不断集中，小城镇的污水排放量不断增加，但绝大多数没有有效的污水处理设施。由于缺乏必要的污水收集和处理设施，不仅造成小城镇本身的环境污染日益严重，而且成为区域性水环境的重要污染源。例如，太湖流域现有各种规模的城市为7座，而小型城镇高达978个，小城镇的污水治理成为太湖水污染防治的关键。
　　对于我国大量的小城镇，产生的污水量一般小于2万m³/d，通常在2000～5000m³/d之间，属于小型污水处理厂范围。由于受经济发展水平偏低、处理要求偏高、可供选择的经济适用技术很少和运营管理经验严重缺乏等多方面的问题，与大中型城市污水处理厂相比，小城镇小型污水处理厂的设计、建设和运营更加困难，小城镇污水治理将成为今后我国水污染控制的重点和难点之一，与此相对应，小城镇污水治理技术与设备的研究开发也是当前需要加速解决的问题。
　　投资省、运行费用低、工艺流程简单、处理效果好、运行管理简便的工艺及成套设备始终是国内外污水处理界所致力于研究与寻求的方向。对于小城镇污水，这样的需求更加突出。
　　1.6由工艺技术开发转向工艺、设备、工程、政策和经济的综合集成
　　在城市污水处理技术发展方面，一个重大的转变是，我国已经开始从单纯的工艺技术研究开发转向工艺、设备、工程、政策和经济的综合集成与产业化。
　　在过去，我国的污水处理技术研究长期以单项优势为主，且偏重于工艺性能的研究，且缺乏对不同处理系统综合研究，缺乏足够的系统性、完整性，也缺乏综合性的比较研究和技术经济评价体系，缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术和新产品就不断冲击国内市场，国产产品总是无法在市场上占有一席之地，决策失误相当频繁。最近几年，以技术设备的集成性、成套性和高效实用为基础，与工程建设和运营管理密切结合的技术决策和质量保证体系的建立得到了高度重视。
　　当代污水处理已经形成向高科技和设备集成化发展的趋势。在发达国家，水处理工艺的创新往往和配套设备的开发融为一体，一种新工艺的问世通常伴随着专利设备的产生，工艺的先进性通过集成化的设备来体现，并由设备的市场获得主要经济效益。在国际市场上，具有工艺技术优势和设备开发集成能力的工程公司，已经成为承担水工业工程项目的主体，并且在我国也有非常成功的业绩。
　　但多年来，我国对设备的开发相对滞后，进口设备占据了主要市场。由于我国城市污水处理相关设备制造企业分散且规模小，生产设备的总体质量差，成套能力弱，尤其是工艺技术与专用设备的开发和功能要求相脱节，不能依据各种水质水量变化特性实现处理工艺与相应设备的紧密结合、同步发展和整体化，从而在适用性、稳定性和可靠性等方面不能满足城市污水处理厂的建设和运行需要。这一状况已经引起国务院主要领导和业内人士的重视，污水处理设备国产化工作正大力度地向前推进。在今后的科技攻关和技术进步中，工艺研究和设备开发必将密切结合，在推广应用先进工艺技术的同时推出高质量的成套设备，为污水处理工程建设和技术改造提供全面的技术支持。
　　随着国家城市污水处理产业政策的调整，污水处理收费制度的推行，以及工程建设程序的国际接轨，招投标制度的全面实行，污水处理及成套工艺设备产业发展所需的市场条件和竞争机制正在逐步现成。
　　1.7城市污水处理水质控制指标不断增加并越来越严
　　水环境污染和水质富营养化问题的尖锐化以及公众环境意识的增强，迫使越来越多的国家和地区制定严格的污水处理和排放标准，涉及的水质控制指标、内容和数值不断改进，越来越严，使技术与经济压力明显加大。
　　1998年1月开始实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，对城镇二级污水处理厂的排放水质不仅有更加明确和详细的规定，而且对其中几项指标的要求更加严格，除了原来的二级排放标准外，新增了更加严格的一级标准，磷酸盐和氨氮排放标准的适用范围扩大到所有排污单位，此外，还增加了色度、pH值等20多个新项目。这不仅意味着新建污水处理厂所采用的工艺流程不但要具有很高的SS、BOD₅、COD去除能力，而且要具有去除营养物、色度和某些特殊有机物的能力，同时意味着许多现有污水处理厂将面临着处理工艺的改造、运行方式的改变和出水水质的改善问题。因此，迫切需要通过综合性的研究开发，推广应用一批能满足新的排放要求、处理效果好、基建和运行费用低的污水处理新技术、新工艺和更新改造技术，解决城镇污水处理厂出水COD、SS、色度和氮磷等污染物指标的达标排放问题，为新标准的全面推行以及保护有限的水资源创造先行条件。

　　2　城市污水处理的科学决策问题

　　随着我国的社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可持续发展的严重制约因素。近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建设，有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中，预计到2010年，我国要新建城市污水处理厂1000余座，污水厂的投资将达1800亿元。
　　在这一进程中，城市污水处理工程方案的优化选择，将是污水处理工程界面临的首要问题。其中，污水处理工艺方案的优化选择是确保处理厂运行性能、降低费用的关键，通常需要根据确定的标准和一般原则，从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。所要遵循的一般原则包括：处理效果稳定可靠；工艺控制调节灵活；工程实施切实可行；运行维护管理方便；投资运行费用节省；整体工艺协调优化。
　　因此，非常有必要开展城市污水处理科学决策支持系统的研究，并逐步解决城市污水处理的通用性、基础性技术问题，为城市污水处理工程的规划设计和运行管理提供合理、可靠的依据，尽量避免规划设计和运行管理中存在的某些不合理性和技术失误，及时识别假冒伪劣技术和产品。另一方面，目前我国城市污水处理新兴工艺层出不穷，并以国外引入的工艺技术为主导潮流，每一种工艺及其实施方式都有一个实用性、适用性、经济性、可靠性问题。熟悉了解国内外这些工艺的基本原理、单元构成及其实施方式，对其利弊进行客观辨证的分析，因地制宜地合理选择适用工艺技术及其实施方式，对我国城市污水处理工程的设计、建设和运行都具有重要的意义。

　　3　我国城市污水处理的技术决策要素

　　3.1城市污水处理系统的规划
　　城市排水及其污水处理设施已经成为社会经济可持续发展必不可缺的基础设施，城市排水及其污水处理设施的规划建设应纳入国民经济和社会发展规划。城市污水处理系统的规划建设具有明确的目标，主要包括水源保护目标、水环境质量控制目标和污水综合利用目标3个方面。因此，首先必须根据城市水文、地理、社会、经济和污水汇集状况及发展趋势，在流域（子流域或区域）总体发展规划的指导下，制定出以城市为中心的区域水质水量管理计划，统一考虑水在工业、农业、城镇、地表地下的输送和分配以及污水的综合利用；并划定水质分区范围（区段和功能），全面规划分区内的水资源开发利用、水系保护和污水的综合治理，合理确定各项水资源和水污染治理设施的位置、规划、数量和功能要求，为城市污水处理设施的建设提供规划设计依据。随后在水质水量管理计划的基础上根据《城市建设总体规划》、《城市社会经济发展总体规划》、《城市环境保护总体规划》和《城市供水专项规划》等，制定出《城市排水专项规划》（污水处理设施建设规划）。
　　城市排水及其污水处理的统一规划，应根据城市水域及接纳水体功能区的要求和水环境容量，体现排渍、减污、分流、净化、再用功能的协调发展，综合考虑经济发展、水质目标、污水治理目标、污水产生量、需水用水排水平衡等因素，控制水质和区域水污染防治建设规划，合理确定雨污水收集输送、污水净化和综合利用设施的设置。并根据分汇水区、按系统分期配套建设。
　　城市污水处理设施的设计建设，应依据城市总体规划和水环境规划、水资源综合利用规划以及城市排水专业规划的要求，做到规划先行，合理确定污水处理设施的布局和设计规模，并优先安排城市污水收集系统的建设。
　　城市污水处理厂的规划设计，要根据污染物排放总量控制目标，城市地理地质环境、受纳水体功能与交换能力、污水排放量和污水利用等因素，选择厂址，确定建设规模、处理程度和工艺流程，力求布点合理、位置适当、规模适度。
　　城市污水的处理方式应根据本地区的经济发展水平和自然环境条件及地理位置等因素，合理选择。城市污水处理应考虑与污水资源化目标相结合，积极发展污水再生利用和污泥综合利用技术。规划和设计方案的制定必须有环境影响评价和技术经济评价作为依据。
　　3.2城市污水的收集与输送系统
　　作为城市基础设施和城市水环境污染控制的主体设施，城市排水管网和污水处理厂纳入城市建设总体规划之后，应保证其实施能与城市经济和城市建设同步发展。目前，我国大多数城市的污水处理基础设施建设欠帐严重，必须加快污水处理基础设施的规划与建设。
　　城市污水收集与输送系统的建设和正常运行是城市污水得到有效处理处置的必要前提。污水管网的完善对污水处理厂设计规模和设计水质的确定至关重要，目前我国大多数城市污水管网不配套，造成污水处理厂建设规模和水质难以合理确定，投入运行后实际值与设计值往往相差较大。在我国已经建成的城市污水处理厂中，有相当大一部分进水流量没有达到设计规模、水质浓度偏低，其主要原因就是配套管网的建设没有跟上，导致污水处理厂没有发挥应有的投资效益和环境效益，有的甚至导致污水处理设备丧失功效。因此，近中期内的关键任务就是尽快普及和健全城市排水（雨、污水）管网系统，以便有效地减轻城市及周围水体的污染，同时为城市污水的集中处理打下必备的基础。
　　城市排水管网的体制选择应根据当地具体条件，经过综合权衡和详细的费用-效益分析后确定。我国城市污水处理技术政策中规定，在城市排水规划中应明确排水体制和退水出路。对于新城区，应优先考虑采用完全分流制；对于改造难度很大的旧城区合流制排水系统，可维持合流制排水系统，合理确定截留倍数；在降雨量很少的城市，可根据实际情况采用合流制；在经济发达的城市或受纳水体环境要求较高时，可考虑将初期雨水纳入城市污水收集系统。
　　就我国的现实情况而言，城市污水管网的设计建设可采用下列技术原则：
　　（1）大型及以上城市新建区应采用分流制，如果降雨量不是很少，旧城区合流制应逐步改造成分流制，这种体制虽然费用高昂，但十分必要。原因之一是大城市总污水量、总雨水量及其污染负荷大，加上雨水的全面净化处理尚未提到议事日程，因此雨、污合流时雨季的溢流将造成冲击性的污染负荷，严重破坏水体质量。原因之二，分流制有助于实现工业废水的清、污分流，清洁或达标废水可直接入雨水管排走，从而相应地降低污水排放量和污水处理厂建设规模。原因之三，对于降水量不大、暴雨强度较低的城市，雨水管网设计时设计重现期取值可适当降低以降低造价。原因之四，大城市经济状况较好，有实行分流制的经济能力。
　　（2）如果降雨量不是很少，中型城市从规划或远期考虑宜全面采用分流制，近中期可考虑分流制与合流制并存，具体选择应根据城市总体规划和实际情况经技术经济比较后加以确定，近期应加强合流制系统截流管的建设，为城市污水处理厂的建设和运行打下基础。目前我国相当一部分中等城市未建立完整的排水管网系统，规划上应充分考虑远期分流、近中期合流的工程设施建设相衔接问题。在管材选择上宜一次到位，选择寿命长、性能好的产品。
　　（3）小型城市因汇水面积小、污染物总量不太大，加上经济实力普遍较弱，许多城市未建有效的排水管网，为了尽快改善水污染状况，在雨水量不是很大的地区可采用合流制排水系统，在建设材料上不一定非得全部采用钢筋混凝土之类较昂贵的管材，在考虑较高性能管材的同时，也可考虑采用价格较低的材料和施工手段，如石砌、砖砌暗沟、缸瓦管、明沟、明渠等作为过渡性的补充措施。
　　（4）目前大多数县城和乡镇几乎没有按规划设计程序建造的排水管网，多数为明沟暗渠排水或地表漫流；有必要规划建设规范的排水管网系统。作为近期改善环境的补充（应急）手段，目前可采取两种手段收集污水，其一是采取简易建造技术建设包括管道、暗沟、明沟在内的较完善的简易排水系统；其二是建设截流暗渠或明渠将地表污水和径流汇集起来。汇集的旱流污水可送简易污水处理设施处理后外排，汇集的雨季混合水以水塘等方式储存净化。
　　城市排水管网的总体布置应与污水处理设施、最终排放利用设施的设置相结合，使总体费用降低，得到总体优化的方案。为了节省建造费用和发挥在城区以外选点的优势，城市排水规划宜考虑将所有污水集中到一个污水厂，但对于大城市或呈分散布设的城区，则常常需要设置多个排水系统和相应的污水处理厂。
　　3.3工业废水的接纳与预处理
　　根据我国污水处理相关技术政策，全国设市城市和建制镇均应规划建设城市污水集中处理设施。达标排放的工业废水应纳入城市污水收集系统和生活污水合并处理。对不能纳入城市污水收集系统的居民区、旅游风景点、度假村、疗养院、机场、铁路车站、经济开发小区等分散的人群聚居地排放的污水和独立工矿区的工业废水，应进行就地处理达标排放。
　　城市生活污水与工业废水合并处理，从技术上、经济上、管理上都是合理可行的。但随着现代工业，尤其是污染密集型工业的发展，工业废水不仅量大而且浓度高、成分复杂，这些废水可能含有大量难降解有毒有害有机物和重金属，对城市污水处理厂的正常运行有很不利的影响，可造成污水厂运行困难、甚至完全失效。
　　为了避免工业废水对污水厂正常运行的破坏，根据国内外的实践经验，有必要通过实行城市排水许可制度，严格按照有关标准（参见表1）监督检测排入城市污水收集系统的污水水质和水量，对排入城市污水收集系统的工业废水的重金属、有毒有害物质含量进行严格的控制，确保城市污水处理设施安全有效运行。必要时，要求排污企业对排入城市污水收集系统的工业废水进行合理的厂内顶处理，使其达到国家和行业规定的排放标准。预处理的目的是去除废水中对生物处理具有毒害作用的物质或生物处理难去除的物质，而不是完全处理。实践经验表明，一般情况下只要对能引起问题的为数不多的水污染源进行适当的预处理，就能解决上述问题。

表1 污水排入城市下水道水质标准（CJ 3082-1999） 序号 项目名称 单位 最高允许浓度 序号 项目名称 单位 最高允许浓度 1 pH值 6.0～9.0 19 总铅 mg/L 1.0 2 悬浮物 mg/L 150(400) 20 总铜 mg/L 2.0 3 易沉固体 mg/L·15min 10 21 总锌 mg/L 5.0 4 油脂 mg/L 100 22 总镍 mg/L 1.0 5 矿物油类 mg/L 20.0 23 总锰 mg/L 2.0(5.0) 6 苯系物 mg/L 2.5 24 总铁 mg/L 10.0 7 氰化物 mg/L 0.5 25 总锑 mg/L 1.0 8 硫化物 mg/L 1.0 26 六价铬 mg/L 0.5 9 挥发性酚 mg/L 1.0 27 总铬 mg/L 1.5 10 温度 ℃ 35 28 总硒 mg/L 2.0 11 生化需氧量(BOD₅) mg/L 100(300) 29 总砷 mg/L 0.5 12 化学需氧量(COD_cr) mg/L 150(500) 30 硫酸盐 mg/L 600 13 溶解性固体 mg/L 2000 31 硝基苯类 mg/L 5.0 14 有机磷 mg/L 0.5 32 阴离子表面活性剂(LAS) mg/L 10.0(20.0) 15 苯胺 mg/L 5.0 33 氨氮 mg/L 25.0(35.0) 16 氟化物 mg/L 20.0 34 磷酸盐(以P计) mg/L 1.0(8.0) 17 总汞 mg/L 0.05 35 色度 倍 80 18 总镉 mg/L 0.1 注：括号内数值适用于有城市污水处理厂的城市下水道系统

　　3.4城市污水处理程度的确定
　　根据城市污水处理技术政策，设市城市和重点流域及水资源保护区的建制镇，必须建设二级污水处理设施，可分期分批实施。受纳水体为封闭或半封闭水体时，为防治富营养化，城市污水应进行二级强化处理，增强除磷脱氮的效果。非重点流域和非水源保护区的建制镇，根据当地经济条件和水污染控制要求，可先行一级强化处理，分期实现二级处理。
　　3.4.1污水处理的水质对象及方法
　　按污水处理的水质净化对象分类，城市污水（生物）处理技术经历了3个发展阶段。在发展的早期，人们认识到有机污染物对环境生态的危害，从而把有机物即碳源生化需氧量（BOD₅）和悬浮固体（SS）的去除作为污水处理的主要水质目标。到60～70年代，随着二级生物处理技术在工业化国家的普及，人们发现仅仅去除BOD₅和SS还是不够的。氨氮的存在依然导致水体的黑臭或溶解氧浓度过低，这一问题的出现使二级生物处理技术从单纯的有机物去除发展到有机物和氨氮的联合去除，即污水的硝化处理。到70～80年代，由于水质富营养化问题的日益严重，污水氮磷去除的实际需要使二级（生物）处理技术进入了具有除磷脱氮功能的深度二级（生物）处理阶段。而采用物理、化学方法对传统二级生物处理出水进行除磷除氮处理及去除有毒有害有机化合物的处理过程通常被称作三级处理或深度处理。
　　因此，可以认为城市污水处理厂的主要处理对象包括COD、BOD₅、SS和氮、磷营养物质。根据这些污染物的无机或有机属性，溶解态和非溶解态，按去除对象和设备归类，城市污水处理方法主要包括：
　　·去除粗大颗粒悬（漂）浮物：格栅和筛网；
　　·去除大颗粒沉淀物：沉砂池；
　　·脱除油脂和类似的漂浮物：除油池、浮选池，带隔油设备的沉淀池或沉砂池；·去除细微悬浮物：沉淀池、浮选池、化学絮凝沉淀、砂滤池；
　　·去除溶解、半溶解和极细微的有机物以及特殊的无机物：各种生物处理设施、物理处理设施或化学处理设施。
　　上述处理设备和设施还可按机械法、化学法和生化法归类。一般情况下，生化处理部分是城市污水处理工艺的核心，也是工艺方案选择的主要对象。在不同地区和不同环境条件下，水体环境的功能划分及确定的水体水质标准往往差异甚大，因而污水处理的目标及相应的处理程度也就不同。
　　3.4.2水质目标和水质标准
　　城市污水和污泥经过有效处理之后，其排放、利用和处置的去向往往因地而异，因此必须根据当地的具体情况，依据国家和地方的有关水质标准和接纳水体的等级划分（水质目标），合理确定城市污水处理厂的污水处理程度和水质指标。
　　最主要的标准为《污水综合排放标准》（GB8978－1996）和《地表水环境质量标准》（GHZB 1－1999）（见表2、表3）。
　　1．《污水综合排放标准》（GB8978－1996）
　　该标准是GB8978－88的修订，对城镇污水二级处理厂的主要出水指标规定如表2所示。除了保留原来的二级标准外，该标准新增了更加严格的一级标准（BOD₅≤20 mg/L，SS≤20 mg/L，COD≤60 mg/L，磷酸盐≤0.5 mg/L，氨氮≤15 mg/L）。国外城市污水二级生物处理厂一般按BOD₅和SS两项指标控制，不考虑COD。对于工业废水处理或污水二级化学处理来说，把COD列为考核指标是合理而且必要的。但对于城市污水生物处理来说，一般情况下由于不具备特殊或强化的COD去除能力，处理厂的出水COD基本上取决于进水的水质特性，标准中确定的COD≤60 mg/L（一级标准）和COD≤120 mg/L（二级标准）似乎缺乏足够的技术依据。与GB8978－88相比，GB8978－1996确定的磷酸盐排放标准非常严格，而且扩大到所有排污单位。
　　根据GB8978－1996确定的排放标准，今后绝大多数城市污水处理厂都要考虑除磷处理，大部分城市污水处理厂要考虑硝化处理或脱氮处理。

表2 污水综合排放标准（GB8978-1996）（摘录） 序号 污染物 适用范围 一级标准 二级标准 三级标准 3 SS
（mg/L） 城镇二级污水处理厂 20 30 / 其他排污单位 70 200 400 4

BOD₅
（mg/L） 甘蔗制唐、苎麻脱胶、湿法纤维板工业 30 100 600 甜菜制唐、酒精、味精、皮革、化纤浆粕工业 30 150 600 城镇二级污水处理厂 20 30 / 其他排污单位 30 60 300 5 COD
（mg/L） 甜菜制唐、焦化、合成脂肪酸、湿法纤维板、染料、洗毛、有机磷农药工业 100 200 1000 酒精、味精、医药原料药、生物制药、苎麻脱胶、皮革、化纤浆粕工业 100 300 1000 石油化工工业（包括石油炼制） 100 150 500 城镇二级污水处理厂 60 120 / 其他排污单位 100 150 500 11 氨氮
（mg/L） 医药原料药、染料、石油化工工业 15 50 / 其他排污单位 15 25 / 13 磷酸盐
(以P计) 一切排污单位 0.5 1.0 /

　　排入GB3838III类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入GB3097中的二类海域）的污水，执行一级标准。
　　排入GB3838中IV、V类水域和排入GB3097中三类海域的污水，执行二级标准。
　　排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准

表3 地表水环境质量标准基本项目标准值（GHZB 1－1999）（摘录） 序号 参 数 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 9 硝酸盐(以N计)mg/L 10以下 10 20 20 25 10 亚硝酸盐(以N计)mg/L 0.06 0.1 0.15 1.0 1.0 11 非离子氨,mg/L 0.02 0.02 0.02 0.2 0.2 12 凯氏氮,mg/L 0.5 0.5(渔0.05) 1(渔0.05) 2 2 13 总磷(以P计)mg/L 0.02
(湖库0.002) 0.1
(湖库0.002) 0.1
(湖库0.002) 0.2
(湖库0.002) 0.2
(湖库0.002) 16 COD,mg/L 15以下 15 20 30 40 17 BOD,mg/L 3以下 3 4 6 10

　　I类：主要适用于源头水、国家自然保护区。
　　II类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等。
　　III类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。
　　IV类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。
　　V类：主要适用于农业业用水区及一般景观要求水域。
　　2．《地表水环境质量标准》（GHZB 1－1999）。该标准对与城市污水处理厂出水有关的主要指标作了相应规定（见表3）。一般要通过数学模型对环境容量作出预测后，才能求算出允许的排放总量，从而确定处理程度和工艺流程。
　　3.5城市污水处理工艺选择的主要原则
　　城市污水处理厂的设计和建设包括污水处理程度和规模的确定、厂址选择、污水及污泥处理工艺选择、总平面布置、工艺流程确定、处理构筑物等方面的内容。
　　在处理程度或允许的出水排放总量确定以后，就可以据此列出所有能够满足要求的工艺流程(方案)。选择可行的几种处理工艺方案，通过全面技术经济比较后确定处理工艺流程和设计参数。
　　城市污水处理工艺方案的选择一般应体现以下总体要求：满足要求，因地制宜，技术可行，经济合理。也就是说，在保证处理效果、运行稳定，满足处理要求（排放水体或回用）的前提下，使基建造价和运行费用最为经济节省，运行管理简单，控制调节方便，占地和能耗最小，污泥量少。同时要求具有良好的安全、卫生、景观和其它环境条件。
　　3.5.1满足处理功能与效率要求
　　城市污水处理厂工艺方案应确保高效稳定的处理效果，城市污水处理设施出水应达到国家或地方规定的水污染物排放控制的要求。对城市污水处理设施出水水质有特殊要求的，须进行深度处理。这是污水处理最重要的目标，也是污水处理厂产品的基本质量要求。而排放标准的确定主要取决于处理出水的最终处置方式，如果排入水体，则取决于接纳水体的功能质量要求和水体的环境容量，如果回用，则取决于回用水用户对水质的要求。
　　3.5.2规模与工艺标准因地制宜
　　污水处理厂工艺方案的确定必须充分考虑当地的社会经济和资源环境条件。要实事求是的确定城市污水处理工程的规模、水质标准、技术标准、工艺流程以及管网系统布局等问题；处理规模大小对处理工艺的影响很大，城市污水处理设施建设应按照远期规划确定最终规模，以现状水量为主要依据确定近期规模。污水处理厂的实际设计规模应根据污水收集量和分期建设、水质目标确定，污水收集量取决于管网完善程度和汇水区内的生活、工业污水产生与允许纳入量，以及管网入渗或渗漏水量等因素。
　　在决定处理工艺方案时，要因地制宜，结合当地条件和特点，有所侧重，尤其是排放与利用的相结合，不同处理工艺的组合。例如在一个处理厂内，一部份采用强化一级处理加排海（江）工程；一部份采用二级处理后用于农田灌概；还有一部份采用深度处理后回用于工业。要根据当地财力情况，充分考虑处理工艺的分期、分级实施。比如说，可以先采用一级处理或强化一级处理，以后再建二级处理，或一部份采用一级处理，另一部份采用二级处理（国内外均有先例）。污泥处理应根据污泥的出路（农用、填埋、排海等），确定是否需要进行消化处理。
　　3.5.3技术成熟可靠切实可行
　　根据城市污水处理技术政策，城市污水处理设施建设，应采用成熟可靠的技术。根据污水处理设施的建设规模和对污染物排放控制的特殊要求，可积极稳妥地选用污水处理新技术。
　　因此，必须合理把握工艺先进性和成熟性（可靠性）的辨证关系。一方面，应当重视技术经济指标的先进性，同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。城市污水处理工程不同于一般点源治理项目，它作为城市基础设施工程，具有规模大、投资高的特点，且是百年大计，应该确保百分之百的成功。工艺的选择必须注重成熟性和可靠性。因此，强调技术的合理，而不是简单地提倡技术先进。必须把技术的风险降到最小程度。在最近颁布的城市污水处理的技术政策中规定“对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用。”也是强调了可靠性原则。
　　3.5.4经济合理效益显著
　　节省工程投资与运行费用是城市污水处理厂建设与运行的重要前提。合理确定处理标准，选择简捷紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时，必须充分考虑节省电耗和药耗，把运行费用减至最低。对于我国现有的经济承受能力来说，这一点尤为重要。较高的性能价格比经济指标同样是先进性的重要体现。
　　因此，城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、受纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。工艺选择的主要技术经济指标包括：处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。
　　3.6城市污水处理工艺选择的水质因素
　　进水水质水量特性和出水水质标准的确定是污水处理工艺选择的关键环节，也是我国当前污水处理工程设计中存在的薄弱环节。
　　污水管网的完善，对污水处理厂设计规模和设计水质的确定至关重要，目前我国大多数城市管网不配套（尤其是淮河流域），造成污水厂规模和水质难以确定，投入运行后实际值与设计值往往相差较大，效能难以充分发挥。这个问题必须加以解决。
　　对于污水处理工艺方案及其设计参数的确定，进行必要的水质水量特性分析测定和动态工艺试验研究是国际通行的做法，有些发达国家甚至开展连续多年的全面水质水量特性测定和中试研究。在国内，由于体制和资金来源等方面的问题，在污水处理工艺方案的确定过程中虽然不太可能开展大规模的前期试验研究，但进行水质特性分析与短期动态工艺试验的条件还是具备的，不应该忽视。
　　因此，污水处理技术政策中要求，应切合实际地确定污水进水水质，优化工艺设计参数。必须对污水的现状水质特性、污染物构成进行详细调查或测定，作出合理的分析预测。在水质构成复杂或特殊时，应进行污水处理工艺的动态试验，必要时应开展中试研究。积极审慎地采用高效经济的新工艺，对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用。
　　一般城市污水主要污染物是易降解有机物，所以目前绝大多数城市污水处理厂都采用好氧生物处理法。如果污水中工业废水比重很大，难降解有机物含量高，污水可处理性差，就应考虑增加厌氧处理改善可处理性的可能性，或采用物化法处理。
　　污水的有机物浓度对工艺选择有很大关系。当进水有机物浓度高时，AB法、厌氧酸化/好氧法比较有利。AB法中的A段只需较小的池容和电耗就可去除较多的有机物，节省了基建费和电耗，污水有机物浓度越高，节省的费用就越多。厌氧处理要比好氧处理显著节能，但只有在浓度较高时才显示出优越性。当有机物浓度低时，氧化沟、SBR等延时曝气工艺具有明显的优势。
　　在要求除磷脱氮的场合须选用稳定可靠的生物除磷脱氮工艺。
　　3.7城市污水处理厂污泥的处理处置
　　在我国的城市水污染治理中，污水厂污泥处理处置费用约占工程投资和运行费的24%～45%（发达国家如美国及欧洲国家已占污水处理厂总投资的50%～70%）。污水处理厂污泥处理处置高昂的投资及其运行费用，一方面使得目前国内大部分污水厂未对污泥进行稳定处理或处理工艺的配套设施不完善，另一方面也使得建有完善污泥处理设施的污水厂常因其运行费用较高而基本停用。随着我国城市污水处理设施的普及，处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量将有较大的增长，预计到2010年，我国城市污水处理厂的湿污泥年产量将达2000余万t，污泥的处理处置已成为迫在眉睫的难题。而通过技术改进和革新，降低污水处理厂的污泥产生量；研究开发先进的污泥处理工艺，提高污泥处理系统的效率，降低污泥处理成本；研制出技术先进、经济高效的国产污泥处理成套设备，改变目前大量使用进口设备，导致污泥处理投资费用高居不下的状况；积极进行污泥资源化研究等是解决当前及今后我国城市污水污泥处理处置问题的有效途径。
　　根据我国污水处理技术政策，（1）城市污水处理产生的污泥，应采用厌氧、好氧和堆肥等方法进行稳定化处理。也可采用卫生填埋方法予以妥善处置。（2）处理能力在10万m³/d以上的污水二级处理设施产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理，产生的沼气应综合利用。（3）处理能力在10万m³/d以下的污水处理设施产生的污泥，可进行堆肥处理和综合利用。（4）采用延时曝气技术的污水处理设施，污泥需达到稳定化。采用物化一级强化处理的污水处理设施，产生的污泥须进行妥善的处理和处置。（5）经过处理后的污泥，达到稳定化和无害化要求的，可农田利用；不能农田利用的污泥，应按有关标准和要求进行卫生填埋处置。
　　3.8城市污水处理厂出水的再生利用
　　在我国，花费大量投资建设了城市污水处理厂，但经过处理后的再生水并没有得到充分利用，有的地区甚至还将处理后的再生水与未经处理的污水混入一起同流合污，有的地区没有将再生水合理回用却直接排入大海造成淡水资源的浪费。因此，在城市污水处理决策中应充分考虑污水的再生利用。
　　城市污水处理厂出水可用作农业用水、市政杂用水、工业冷却用水、工业生产用水、地下水补充等；另一方面，城市污水处理厂出水也可看作是水文循环的组成部分，将合乎质量要求的出水排放到河流水体中，使河流水体能维持或变成供下游使用的原水源，不仅经济可行，而且可减少风险并发挥河流水体自净能力。
　　在我国的城市污水处理技术政策中，提倡各类规模的污水处理设施按照经济合理和卫生安全的原则，实行污水再生利用。发展再生水在农业灌溉、绿地浇灌、城市杂用、生态恢复和工业冷却等方面的利用。城市污水再生利用，应根据用户需求和用途，合理确定用水的水量和水质。污水再生利用，可选用混凝、过滤、消毒或自然净化等深度处理技术。
　　3.9城市污水处理厂二次污染防治
　　城市污水处理设施建设，必须充分重视防治二次污染，妥善采用各种有效防治措施。在污水处理设施的前期建设阶段的环境影响评价工作中，应进行充分论证。为保证公共卫生安全，防治传染性疾病传播，城市污水处理设施应设置消毒设施。在环境卫生条件有特殊要求的地区，应防治恶嗅污染。城市污水处理设施的机械设备应采用有效的噪声防治措施，并符合有关噪声控制要求。城市污水处理厂设计要充分考虑安全防护设施的设置，确保运行管理人员的健康与安全。城市污水处理厂经过稳定化处理后的污泥，用于农田时不得含有超标的重金属和其它有毒有害物质。卫生填埋处置时严格防治污染地下水。

　　4　城市污水处理工艺的主要类型与特点

　　4.1引言
　　工艺技术路线的选择是城市污水处理技术决策的核心部分，所有建设单位都希望能找到适合当地环境条件、处理效果好确实能解决污染问题、运行管理简单、投资和运行费用最低的技术路线。遗憾的是，这样的工艺总是难以找到，目标与现实往往相差甚远。要想达到预定的目标总是要付出代价的，对城市污水处理而言，目前能得到的所有处理技术，包括最便宜的技术，其投资和运行费用均相当可观。就目前的体制和经济发展水平来说，资金问题最难解决，因此首要的任务是解决资金渠道问题，技术选择的任务则是从实际情况出发从已有的经过验证的所有技术中优选出效果好尽可能便宜的技术路线，本简介的目的在于提供相关依据和方法，并对各种工艺的技术经济性能、适用条件作简要的介绍。
　　4.2污水处理厂的工艺组成与处理等级
　　4.2.1城市污水处理工艺流程
　　典型的城市污水处理工艺流程主要包括机械处理、生化处理（水线）、污泥处理等工段。由机械处理和生化处理构成的系统属于二级处理系统，其BOD₅和SS去除率可达到90%～98%。处理效果介于一级和二级处理之间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理，主要有高负荷生物处理法和化学法两大类，BOD₅去除率45%～75%。具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理。为了去除特定的物质，在二级处理之后设置的处理系统属三级处理，例如化学除磷，絮凝过滤，活性炭吸附等。
　　4.2.2机械处理工段
　　机械（一级）处理工段包括格栅、沉砂池、初沉池等构筑物，以去除粗大颗粒和悬浮物为目的，处理的原理在于通过物理法实现固液分离，将污染物从污水中分离，这是普遍采用的污水处理方式。机械（一级）处理是所有污水处理工艺流程必备工段（尽管有时有些工艺流程省去初沉池），城市污水一级处理BOD₅和SS的典型去除率分别为25%和50%。在生物除磷脱氮型污水处理厂，一般不推荐曝气沉砂池，以避免快速降解有机物的去除；在原污水水质特性不利于除磷脱氮的情况下，初沉池的设置与否以及设置方式需要根据水质特性和后续工艺加以仔细分析和考虑，以保证和改善除磷脱氮等后续工艺的进水水质。
　　4.2.3污水生化处理
　　污水生化处理属于二级处理，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、生物膜法、生物稳定塘法和土地处理法等四大类。目前大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转变成无害的气体产物（CO₂）、液体产物（水）以及富含有机物的固体产物（微生物群体或称生物污泥）；多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀法固液分离，从净化后的污水中除去。
　　由此可见，污水处理工艺的作用仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将污染物富集到污泥中，包括一级处理工段产生的初沉污泥、二级处理工段产生的剩余活性污泥以及三级处理产生的化学污泥。由于这些污泥含有大量的有机物和病原体，而且极易腐败发臭，很容易造成二次污染，消除污染的任务尚未完成。污泥必须经过一定的减容、减量和稳定化无害化处理并妥善处置。污泥处理处置的成功与否对污水厂有重要的影响，必须重视。如果污泥不进行处理，污泥将不得不随处理后的出水排放，污水厂的净化效果也就会被抵消掉。
　　各种机械处理、生物处理和污泥处理处置技术设备的选择与不同组合，以及构筑物的设计构成了各种各样的污水处理厂工艺和工程方案。设计人员的职责在于根据具体条件和处理水质目标把各种可能性灵活地结合起来，以便形成在经济上合算又具有实用价值的总体处理工艺流程，避免在几种局部性的定型处理法中简单比选。有关城市污水处理厂的主要工艺类型及工程方案的选择在后续部分将作进一步的讨论。
　　4.3活性污泥法污水处理工艺的组成
　　活性污泥法的工艺及其实施方式的组成包括4个要素，即：
　　·处理系统的泥龄（或污泥负荷）
　　·电子受体的供给方式（即厌氧、缺氧和好氧状态）及其分布
　　·整个反应池内的流态组成及分布
　　·各种设备和构筑物，尤其是曝气设备。
　　泥龄和电子受体的供给方式是活性污泥法污水处理工艺的核心，直接关系到出水水质、反应池容积和污泥产生量。反应池内的流态对处理系统的运行特性和性能具有相当大的影响。各种设备和构筑物是实现工艺思想和设定目标的具体手段。不同泥龄、不同流态和不同曝气设备的组合构成了各种各样的活性污泥法变型工艺。
　　根据泥龄（污泥负荷）的不同，活性污泥法可分成3类，高负荷系统（泥龄0.5～2d），以去除BOD₅和SS为目标，BOD₅去除率在40%～75%之间；中负荷常规活性污泥系统（泥龄3～7d），常规系统以去除BOD₅和SS为目标，加厌氧区可以高效除磷；中低负荷活性污泥硝化系统（泥龄7～15d）和低负荷系统（泥龄15d以上），以BOD₅、SS和氮磷为去除目标。一般来说，泥龄越长，污泥的稳定化程度越高，延时曝气系统污泥负荷很低（泥龄25d以上），污泥可基本上得到稳定。
　　值得特别注意的是，泥龄和污泥负荷虽然相关，却有本质的差别。对应特定的处理目标和水质要求，往往需要相同的泥龄。在不同的水质条件环境下或不同的工艺方案中，由于生物反应池进水组成特性的不同，相同泥龄所产生的污泥量和污泥组成差别很大，对应的污泥负荷也就存在明显差别，以MLSS作为污泥量计量基础时尤为明显。这就意味着在生物除磷脱氮系统或泥龄较长的系统中，采用污泥负荷概念进行工艺设计往往缺乏合理性，更不用说工艺的优化。在本章的后续部分将对这个问题作进一步的讨论。
　　曝气池的流态可分成3种基本类型，推流式、完全混合式和循环流，循环流实际上是推流和完全混合的特殊组合方式。流态的分布与所选择的曝气混合设备类型和布置方式密切相关。曝气混合设备起供氧及混合作用，以满足活性污泥代谢作用的耗氧需求并保持活性污泥处于悬浮状态。曝气设备主要包括扩散曝气、机械曝气和纯氧曝气3种类型，扩散曝气属底部曝气，其流态趋向于推流；而机械曝气多数属于表面曝气，其流态趋向于完全混合和循环流。
　　这4个要素在时间、空间和实施方式上的不同组合形式构成了各种各样的污水处理技术（流程）方案（参见表4）。

表4 几种典型污水处理技术的工艺构成与实施方式 污水处理技术
商业性名称 主要去除目标
（工艺类型） 典型泥龄
（d） 电子受体
供给方式 反应池流态组成及分布 典型曝气设备 固液分离 常规活性污泥法 有机物 3～6 好氧 推流 底部鼓风曝气 二沉池 完全混合性污泥法 有机物 3～6 好氧 完全混合 表面机械曝气 二沉池 AB工艺 A段 有机物 0.5～1 好氧或兼氧 推流 底部鼓风曝气 沉淀池 B段 有机物（及氮） 3～6
（10～15） 好氧或缺氧/好氧 推流或循环流 鼓风或机械曝气 二沉池 常规A/O 有机物及磷 3～6 厌氧/好氧空间交替 推流 底部鼓风曝气 二沉池 常规A/A/O 有机物及氮磷 10～15 厌氧/缺氧/好氧空间交替,内回流 推流为主,局部完全混合 底部鼓风曝气 二沉池 改良A/A/O 有机物及氮磷 10～15 缺氧/厌氧/缺氧/好氧空间交替,
内回流，进水分流 推流为主,局部完全混合 底部鼓风曝气 二沉池 倒置A/A/O 有机物及氮磷 7～12 缺氧/厌氧/好氧空间交替,进水分流 推流为主,局部完全混合 底部鼓风曝气 二沉池 UCT系列 有机物及氮磷 10～20 厌氧/缺氧/缺氧/好氧空间交替,
2个内回流 完全混合池串联 机械或鼓风曝气 二沉池 CARROSEL氧化沟 有机物及氮 10～15 缺氧/好氧空间交替 循环流 机械曝气 二沉池 ORBAL 有机物及氮 10～15 缺氧/好氧空间交替 循环流串联 机械曝气 二沉池 三沟氧化沟 有机物及氮 10～15 缺氧/好氧空间交替 循环流串联交替 机械曝气 反应/沉淀 UNITANK 有机物及氮 5～15 好氧(或缺氧/好氧)时间交替 循环流串联交替 鼓风或机械曝气 反应/沉淀 SBR 有机物及氮磷 10～15 厌氧/缺氧/好氧时间交替 完全混合 鼓风曝气 反应/沉淀 CASS 有机物及氮磷 10～15 厌氧/缺氧/好氧空间及时间交替 完全混合 鼓风曝气 反应/沉淀 厌氧池+氧化沟 有机物及氮磷 10～15 厌氧+缺氧/好氧 完全混合与循环流的串联交替 机械曝气 二沉池

　　4.4一级与一级强化处理工艺
　　一级处理和一级强化处理，主要作为消减污染物总量的措施，一般应用于下列场合：
　　通过一级处理或一级强化处理，较大幅度地消减污染物总量后排入大江、大河或海洋，以合理利用环境容量；
　　作为城市污水处理厂分期分段建设的手段，以便根据经济实力，经济有效地逐步实现环境治理目标。
　　处理工艺的选择应依据城市污水处理设施建设的规划设计要求、建设规模和可利用的水环境容量。可选用常规一级处理、化学强化一级处理、AB法前段工艺、水解好氧法前段工艺、高负荷活性污泥法等技术。污泥一般采用浓缩后厌氧消化处理，或直接浓缩脱水处理。
　　4.5二级及二级强化处理工艺
　　城市污水处理厂工艺流程包括一级处理部分、二级处理部分和污泥处理部分。这3部分的工艺选择是相互关联的。
　　在一级处理中，一般情况下，粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池是所有污水处理厂的必备单元。在污水生物除磷系统中一般不采用曝气沉砂池。初沉池的设置与否则取决于：
　　（1）进水SS浓度及其构成；
　　（2）后续二级处理工艺；
　　（3）污泥处理工艺。
　　如果污泥采用厌氧消化方式处理，一般考虑设置初沉池，但后续生物处理工艺对进水浓度及水质构成比例关系有要求时（例如除磷脱氮工艺），应考虑设置初沉池的不利影响。如果污泥采用延时曝气法稳定处理，一般不设置初沉池，但进水SS浓度较高且含高比例无机物时，宜设置初沉池，以消除无机悬浮物对后续工艺的不利影响，初沉污泥可直接浓缩脱水或经过好氧消化后浓缩脱水。
　　对于大型污水处理厂，污泥一般采用厌氧消化稳定处理；对于中小型污水处理厂污泥可采用好氧消化处理，一般为延时曝气同池好氧稳定。
　　污水生物处理工艺的选择主要取决于出水水质要求，没有除磷脱氮要求时（即二级处理），大中型污水处理厂一般可采用中等泥龄的常规活性污泥法或AB法等两段法处理工艺，污泥采用厌氧消化；对部分中型污水处理厂和大多数小型污水处理厂，污泥通常采用延时曝气好氧消化方式，由于泥龄较长，有必要考虑一定程度的氮磷去除，以提高环境效益，并降低能耗。部分小型污水处理厂还可以采用生物膜法处理。
　　有较高的除磷脱氮要求时（二级强化处理），除大型污水处理厂外，可以不考虑污泥厌氧消化，而是结合生物脱氮所需的较长泥龄进行好氧稳定；脱氮一般采用硝化/反硝化原理，除磷一般采用生物除磷，必要时增加化学除磷。处理工艺及其实施方式主要取决于进出水水质和处理规模。
　　根据已有资料，我国城市污水水质浓度特点与处理厂出水水质标准如表5所示。

表5 城市污水典型水质浓度和处理出水水质标准（单位：mg/L） COD BOD₅ SS TN NH₃-N T-P 高浓度污水 1000 400 600 100 50 12 中等浓度污水 450 200 250 40 25 6 低浓度污水 250 120 150 25 15 4 超低浓度污水 150 60 100 15 10 2 二级排放标准 ≤120 ≤30 ≤30 ≤25 ≤1.0 一级排放标准 ≤60 ≤20 ≤20 ≤15 ≤0.5

　　对于中等以上浓度污水，达到一级排放标准所需的处理功能为：生物除磷+化学除磷+硝化/反硝化，达到二级排放标准所需的处理功能为：生物（或化学）除磷+硝化/反硝化。对于低浓度污水，单独生物除磷效果较差，所需的处理功能为：生物除磷+化学除磷，一般不需要硝化处理。对于除磷功能需求不大的水质情况，也建议按生物除磷方式设计，厌氧池可以起到选择器的作用，有效控制污泥膨胀，改进污泥沉降性能。
　　生物除磷效果的好坏主要取决于厌氧池进水的 快速生物降解有机物/TP有效比值，该有效比值取决于厌氧池进流（进水及回流污泥）的快速生物降解有机物浓度、磷浓度、硝酸盐浓度和溶解氧浓度。因此，水质特性的分析确定对工艺设计有很大的影响，硝酸盐的控制是工艺设计的关键。
　　对于大部分城市污水，就满足排放标准来说，所需要的处理程度为具有除磷和部分硝化功能的城市污水二级处理。由于硝化作用主要受硝化菌比增长速率、泥龄和温度控制，活性污泥中的硝化分成不硝化、部分硝化和完全硝化三种情况，其中部分硝化属于不可控制的高度不稳定过程，因此活性污泥系统中硝化作用只能按完全硝化或不硝化这两种方式设计，不能按部分硝化的方式设计。
　　当处理系统按硝化设计时，从生物除磷角度及降低能耗角度考虑，处理系统都必须具备反硝化能力，但反硝化程度应根据具体情况确定。出水总氮和总磷有要求时，根据总氮及除磷要求综合考虑反硝化程度。出水总氮无要求但出水总磷控制较严时，可根据除磷要求考虑反硝化程度，主要目的是消除回流污泥硝酸盐对生物除磷的不利影响。
　　污水除磷包括生物除磷和化学除磷，生物除磷出水浓度可以达到1 mg/L，化学除磷出水浓度可以达到0.5 mg/L。对于二级排放标准，可以采用生物除磷为主，必要时增加化学除磷；对于一级排放标准，可以采用生物除磷与化学除磷相结合的方式，以降低化学药剂的消耗量。
　　4.6自然净化处理工艺
　　在严格进行环境影响评价、满足国家有关标准要求和水体自净能力要求的条件下，可审慎采用城市污水排入大江或深海的处置方法。在有条件的地区，可利用荒地、闲地等可利用的条件，采用各种类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术。城市污水二级处理出水不能满足水环境要求时，在条件许可的情况下，可采用土地处理系统和稳定塘等自然净化技术进一步处理。采用土地处理技术，应严格防止地下水污染。
　　4.7污泥处理处置工艺
　　4.7.1污泥浓缩
　　常见的污泥浓缩技术及其性能简述如下：
　　（1）工艺过程重力浓缩：在沉淀池中通过形成高浓度污泥层完成；费用低，在一定的性能范围内简单有效；但对污水处理工段的性能可能产生不利影响，有效性受物理因素的限制，运行操作灵活性不高；一般适用于初沉污泥、化学性污泥和生物膜污泥的浓缩。
　　（2）单独的重力浓缩：在独立的重力浓缩池中完成；简单有效，有助于提高污水工段的性能；但投资费用较高，停留时间较长时可能产生臭味，而且不是所有污泥都有效；但用于生物除磷剩余污泥浓缩时，会出现磷的大量释放，其上清液需要采用石灰法进行除磷处理；适用于初沉污泥、化学污泥和生物膜污泥。
　　（3）空气气浮：操作简便，使用高分子可提高处理能力和固体回收率；有一定臭味，动力费用高，对污泥沉降性能（SVI）敏感；适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统，尤其是生物除磷系统的剩余污泥。
　　（4）离心浓缩：自成系统，效果好，操作简便；但投资较高，动力费用较高，且需要较高水平的维护；适用于大中型污水厂，生物和化学污泥。
　　（5）带式重力浓缩机：投资低，运行费适中，效果好，对各种性能的污泥适应性强；受高分子影响，湿度大，需要仔细操作；适用于各种生物污泥。
　　4.7.2污泥脱水
　　污泥脱水技术及其性能简介如下：
　　（1）带式压滤机：设备简单，投资适中，操作简易，开关容易，可间歇运行；非封闭系统，具有臭味、湿度大、控制难问题，需要仔细操作；适用于各种规模污水处理厂及各种污泥。
　　（2）离心脱水机：自成系统，运行时不需过多监视，干度较好；但需要特别维护，一般不适于间歇运行；适用于能连续运行的大中型污水厂，大量固体的处理。
　　（3）板框压滤：含固率高；运行费高、间歇批次运行，维护量较大，运行操作较困难，适用于小量污泥处理或干度要求高的情况。
　　（4）污泥干化床：费用低；占地面积大，卫生条件差；适用于小型污水厂消化污泥。
　　（5）污泥塘：费用低，操作简单；占地大，有臭味；适用于中小型污水厂或生物塘。
　　4.7.3污泥稳定
　　污泥稳定技术和性能分述如下：
　　（1）厌氧消化：已有丰富经验，能耗低，可以通过沼气利用回收能源，操作简易，致病菌破坏率高，具有一定的贮泥作用；投资较高，没有减容作用；适用于大中型污水厂，污泥利用和填埋。
　　（2）好氧消化：有两种方式，单独好氧消化或延时曝气同池好氧稳定；有丰富实践经验，投资较低，操作简易，设备简单，能存贮污泥；运行费用较高，致病菌破坏率较低，没有减容效果；适用于中小型污水厂，污泥利用。
　　（3）堆肥：致病菌破坏率很高，产品可在城区及乡村应用；费用较高，存在臭味和灰尘问题，材料处理量大；适用于重金属和有毒有害有机物含量很低的污泥。
　　（4）焚烧：仅残留灰分，减容减量明显；投资高，设备复杂，运行费用高，运行管理难度较大；适用于所有类型污水处理厂。
　　（5）碱性稳定：易实施，投资费用低；运行费用较高，运行操作较困难，污泥不能长期在处理厂内存储；适用于暂时性和过渡性应用。