清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系
周律　　馬金　　張曉健

　　 城市化是現(xiàn)代化的一個標(biāo)志，中小城市是溝通大城市與小城鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)的橋梁，大城市和小城鎮(zhèn)的發(fā)展都離不開中小城市。
　　我國中小城市劃分是指根據(jù)管理工作的需要，按市區(qū)(不包括市轄縣)的非農(nóng)業(yè)人口總數(shù)多少對城市規(guī)模進行劃分。在我國城市規(guī)模的分類為：城市人口在20萬人以下的為小城市，20～50萬人為中等城市。
　　全國中小城市眾多，僅小城市占全國城市總數(shù)的60%以上，全國中小城市建設(shè)好了，國家的整體面貌就會發(fā)生根本變化；反之，如果只是少數(shù)幾個大城市發(fā)展，眾多的中小城市還很落后，那我們的國家談不上現(xiàn)代化，也很難躋入世界市場，參與國際競爭。所以，要十分重視中小城市的建設(shè)與發(fā)展。
　　全國400個中小城市，每年排放廢水10O億立方米左右，水污染十分嚴(yán)重。發(fā)展中小城市是中國未來城市化的重點和方向。中小城市的健康發(fā)展，是促進區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、保障人民健康和國家走向持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。目前中小城市的水污染不僅加劇了水資源的短缺，而且造成流域內(nèi)居民發(fā)病率上升。
　　在我國中小城市中，建設(shè)城市污水處理廠是水污染防治的骨干工程。建設(shè)城市污水處理廠是納入流域、區(qū)域水質(zhì)管理規(guī)劃并納入社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容。為貫徹執(zhí)行《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國水污染防治法》，使全國水環(huán)境狀況基本上同國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高相適應(yīng)，必須盡快扭轉(zhuǎn)我國城市水環(huán)境污染的局面。因此，污水處理設(shè)施的建設(shè)和運行是我國中小城市當(dāng)前水污染控制的重點。
　　中國在中小城市污水處理方面尚缺乏適用技術(shù)和設(shè)備制造技術(shù)，缺乏管理經(jīng)驗。建立中國中小城市污水管理體制和方法，掌握一批在中小城市具有代表性的污染源的治理技術(shù)和城市污水處理技術(shù)，可以大大推動我國污水處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和促進中小城市持續(xù)發(fā)展。

　　1　我國中小城市城市污水處理適用技術(shù)和工藝

　　國務(wù)院環(huán)境保護委員會《關(guān)于防治水污染技術(shù)政策的規(guī)定》中指出：積極開發(fā)和研究高效、低能耗和能源部分自給的人工生物處理等城市污水處理技術(shù)和工藝流程，以節(jié)約投資、降低維護費和運行費。建設(shè)部、國家環(huán)保總局和科技部新近聯(lián)合頒布的《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策(城建［2000］124號)》對我國城市污水的治理從處理工藝到具體的措施都作出了規(guī)定。結(jié)合我國的特點，中小城市城市污水處理適用技術(shù)和工藝的重要特點是“高效低耗”，高效低耗城市污水處理技術(shù)和工藝，目前并無一明確的數(shù)值界定，其特征必定會隨不同的時間隨技術(shù)的進步以及不同的應(yīng)用條件而有所不同。從我國目前技術(shù)水平和經(jīng)濟水平的情況來看，適合我國中小城市使用的這類技術(shù)或工藝應(yīng)具備以下特征：

　　.噸水投資應(yīng)該控制在100O元以下(不包括征地和特殊的地基處理費用)。
　　.噸水直接運行費(主要包括工藝能耗、藥劑費和人工費)應(yīng)該控制在O.30元以下(如考慮脫氮除磷噸水直接運行費應(yīng)該控制在0.40元以下)，其中對一般城市污水噸水處理能耗在O.20kWh左右。
　　.盡量減少操作管理人員數(shù)量，操作管理人員數(shù)量為現(xiàn)有污水廠人員的1/3-1/2。
　　從當(dāng)前污水處理工藝和技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用的情況看，在采用國內(nèi)工藝設(shè)備、日處理規(guī)模小于10萬噸的前提下，下面所列是技術(shù)可行且適合我國中小城市的高效低耗城市污水處理技術(shù)和工藝：
　　.強化一級處理技術(shù)
　　.污水生態(tài)工程處理技術(shù)
　　.污水物理化學(xué)處理技術(shù)
　　.厭氧及不完全厭氧處理技術(shù)
　　.高負(fù)荷生物化學(xué)污水處理工藝
　　.高負(fù)荷生物濾池/固體接觸和生物曝氣濾池生物附著生長技術(shù)處理城市污水工藝
　　.現(xiàn)有城市污水處理的革新工藝

　　2　我國中小城市城市污水處理關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1用于二級處理的一級處理強化技術(shù)作為城市污水廠二級生物處理的前置處理——一級處理，其功能為去除污水中的漂浮物和懸浮物。由于一級處理投資少，動力消耗低，不但可去除一部分有機物，而且對后續(xù)二級生物處理影響較大。采用強化一級處理技術(shù)，可以降低城市二級污水處理廠的投資。
　　二級處理的一級處理強化技術(shù)分為兩類：一類側(cè)重于物化機理，一類側(cè)重于微生物的絮凝吸附原理。
　　化學(xué)強化一級處理工藝對TP、SS、BOD和重金屬等的處理效果較好，耐沖擊負(fù)荷的能力也較強。系統(tǒng)的基建投資、占地面積小于活性污泥法(包括A/O、A2/O等工藝)，而且運行管理靈活簡便、處理過程穩(wěn)定可靠、近期投資環(huán)境效益好。同時采用高效絮凝劑技術(shù)，具有投資低廉(為生化法的1/5-1/10)，運行費用低的優(yōu)點。
　　微生物絮凝劑強化一級處理，由于微生物絮凝劑絮凝效果好、投加量小、適用面廣、無二次污染、絮體易于分離等優(yōu)點，因而在廢水脫色、油水分離、污泥脫水、畜牧場廢水處理、瓦廠廢水處理等方面已有廣泛應(yīng)用，效果顯著。生物絮凝吸附法強化一級處理工藝，是利用微生物的絮凝吸附作用強化一級處理，與二級生物處理的本質(zhì)區(qū)別在于二級生物處理主要利用生物氧化作用，將有機物礦化；而生物法強化一級處理則主要利用微生物的絮凝吸附作用快速去除污染物質(zhì)，同時伴有少量的生物氧化。這就決定了它必然要比二級生物處理產(chǎn)生更多的污泥，但由于不投加任何藥劑，其產(chǎn)泥量比物化處理產(chǎn)泥量少。
　　用于二級處理的一級處理強化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)如下：
　　.無機絮凝劑與其它種類的絮凝劑復(fù)配使用的最佳協(xié)同作用效果；
　　.高效、廉價絮凝劑的優(yōu)選；
　　.微生物絮凝劑在城市污水處理中的應(yīng)用研究；
　　.生物絮凝吸附的工藝條件控制；
　　.冬季低溫條件下的運行參數(shù)選擇：
　　.一級處理工藝設(shè)備的優(yōu)化選型。
　　2.2曝氣生物濾池工藝
　　曝氣生物濾地工藝的主要特點如下：
　　占地面積小，基建投資省。曝氣生物濾池之后不設(shè)二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投資。
　　出水水質(zhì)高。由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，一般不超過10mg/L。　　氧的傳輸效率很高，曝氣量小，供氧動力消耗低。曝氣生物濾池中，氧的利用效率可達20%—30%，曝氣量明顯低于一般生物處理法。
　　抗沖擊負(fù)荷能力強，耐低溫。曝氣生物濾池可在正常負(fù)荷2—3倍的短期沖擊負(fù)荷下運行，而其出水水質(zhì)變化很小。
　　易掛膜，啟動快。曝氣生物濾池在水溫10-15攝氏度時，2—3周即可完成掛膜過程。
　　此外，曝氣生物濾地采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于后期改、擴建。
　　曝氣生物濾他在應(yīng)用中尚需解決的關(guān)鍵技術(shù)如下：
　　.濾地填料的比選；
　　.曝氣生物濾地和曝氣系統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計；
　　.曝氣生物濾池處理我國典型城市污水的水力負(fù)荷、容積負(fù)荷；
　　.生物膜活性的研究；
　　.生物氧化、脫氮和截留SS的特性；
　　.曝氣生物濾地反沖洗的基本要求和控制參數(shù)。
　　2.3革新的氧化溝工藝
　　現(xiàn)代氧化溝工藝具有運行靈活、處理效果好、脫氮效果好、污泥穩(wěn)定程度高等工藝特點。如交替式氧化溝工藝通過將2—3條既聯(lián)系又相對獨立的單溝組合起來，通過改變氧化溝和操作方式，設(shè)置了相對獨立的缺氧區(qū)與好氧區(qū)，形成A/O和A2/O的工藝環(huán)境，不僅可達到去除BOD、SS的目的，而且可達到生物脫氮除磷的目的。從目前國內(nèi)氧化溝的應(yīng)用來看，其突出的工藝優(yōu)點是基建費用低，操作簡單，運行穩(wěn)定，易于維護管理，剩余污泥量少而且穩(wěn)定，處理效果穩(wěn)定可靠，出水水質(zhì)好。
　　在應(yīng)用中，氧化溝工藝需進一步的完善關(guān)鍵技術(shù)如下：
　　.革新的氧化溝工藝脫氮、脫磷特性；
　　.大型氧化溝水力流態(tài)特征：
　　.革新的曝氣系統(tǒng)設(shè)計；
　　.影響脫碳、脫氮、脫磷的關(guān)鍵工藝參數(shù)；
　　.革新的氧化溝配套系統(tǒng)的合理設(shè)計。
　　2.4革新的SBR工藝
　　SBR法從問世以來，已經(jīng)發(fā)展為城市污水處理的實用技術(shù)之一。其變種也有十幾種之多，如UNITANK工藝、TCBS工藝、MSBR工藝等。革新的SBR工藝在城市污水應(yīng)用中的重點是盡可能降低基建和運行費用，簡化操作過程，捉高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
　　革新的SBR工藝城市污水處理中的關(guān)鍵技術(shù)如下：
　　.為達到同時硝化反硝化的目的，準(zhǔn)確控制溶解氧的設(shè)計；
　　.合理的潷水體積確定；
　　.典型污水水質(zhì)脫碳、脫氮、脫磷的關(guān)鍵工藝參數(shù)；
　　.高效連續(xù)流SBR工藝的設(shè)計；
　　.革新的SBR工藝配套系統(tǒng)的合理設(shè)計。
　　2.5污水生態(tài)工程處理技術(shù)
　　這類技術(shù)的最大特點是，運行維護費用低廉、運行可靠、簡易且節(jié)省能源和實現(xiàn)污水資源化。
　　城市污水生態(tài)工程處理技術(shù)，包括氧化塘系統(tǒng)和土地處理系統(tǒng)。近年來我國一些中小城市修建的污水氧化塘運行結(jié)果表明，設(shè)計施工和運行維護良好的氧化塘系統(tǒng)，其出水水質(zhì)(SS、BOD、COD等)接近或達到常規(guī)二級處理出水水質(zhì)，如輔之以必要的強化措施，完全可以達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的規(guī)定。對于水生植物塘、養(yǎng)魚塘等生物或生態(tài)凈化塘，其脫氮除磷和去除細(xì)菌能力等都高于二級處理，達到部分三級處理的效果，而塘系統(tǒng)的基建費單價僅為常規(guī)二級處理廠基建單價的1/5-1/3，運行維護費為常規(guī)二級處理的1/2。
　　當(dāng)前城市污水生態(tài)工程處理技術(shù)的重點與技術(shù)包括：采用多種人工強化措施提高氧化塘的去污效率，如利用風(fēng)能向塘內(nèi)充氧，人工養(yǎng)殖水生動、植物，在塘內(nèi)掛膜增大微生物棲息場所，布設(shè)人工軟性、硬性填料等，對系統(tǒng)進行改善、組合，使之具備高效、快速和多功能的特點。采用光催化降解法，提高處理效率。在水中加入一定的光敏半導(dǎo)體材料，利用太陽能凈化污水。
　　城市污水生態(tài)工程處理技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)如下：
　　.城市污水生態(tài)工程處理技術(shù)的設(shè)計路線；
　　.城市污水生態(tài)工程數(shù)學(xué)模型、工藝參數(shù)的優(yōu)化。各處理單元的優(yōu)化和組合，最優(yōu)處理單元的設(shè)計。如何選取最佳的工藝組合形式，充分發(fā)揮單元構(gòu)筑物的容積效應(yīng)，在最小占地面積、最低工程造價情況下，達到城市污水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求；
　　.城市污水生態(tài)工程處理工藝的關(guān)鍵結(jié)合點的聯(lián)接；
　　.城市污水生態(tài)工程處理工藝生態(tài)調(diào)控點的特征和不同工況下的控制。

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