全球十大污水处理厂工艺情况、项目简介、实景图 (一、二、三级污水处理工艺，超细致讲解！)

芝加哥Stickney污水处理厂是世界上最大的污水处理厂，该厂位于美国芝加哥西南部，是一座具有90多年历史的污水处理厂，该厂的进水泵站及一级处理能力超过500万m3/d，二级处理能力平均为455万m3/d，最大为545万m3/d。污泥处理能力除负担本厂所产生的污泥外，还负担着由北方污水处理厂压力输送来的及另外两座深度处理厂的污泥，采用传统活性污泥工艺。目前的实际处理水量为271万m3/d。

该厂实际上由两个分厂组成，西厂于1930年开始运行，西南厂于1939年运行。其进水泵站是世界最大的地下式污水提升泵站，污水从地下90米深的隧道中提升至污水处理厂。该厂如此之大甚至建设了铁路运输系统。

Stickney污水处理厂于1930年建成投运，为一座有3组双层沉淀池和12条污泥自然干化床组成的一级处理厂。

随着城市的发展和水源保护标准的提高，1935年开始在西厂的西南侧建设以活性污泥法为主要处理工艺的西南污水处理厂，1939年投入运行。1949年和1975年两次扩建，形成455万m3/d二级处理的规模。在污泥处理方面，经多次扩建，增设了湿式氧化站，中温消化池，真空脱水机装置，使该厂的设施更加完善。由于历史原因，其污水处理设施既有古老的双层沉淀池和污泥自然干化床，也有新颖的曝气池、污泥消化池和湿式氧化装置。

该厂位于城市的中心地区，用地受到限制，厂内建筑物的布置极为紧凑。在污水处理工艺方面，采用了传统的活性污泥法为二级处理的主要手段。矩形回流槽曝气池的容积，超过80万m3，按平均日流量455万m3计，停留时间在4h以上。二次沉淀池采用直径为38.4m的辐流式沉淀池，共96座，表面水力负荷为40.7m3/(m2˙d)。

Stickney污水处理厂采用了多种污泥处理工艺，初沉污泥在双层沉淀池下部常温消化，消化后的污泥部分经干化床自然干化，部分转送到污泥塘稳定，剩余活性污泥全部经浓缩后进人中温消化池，部分消化污泥由真空滤机脱水后烘干制成肥料，另一部分经浓缩后加压输送到污泥塘，进一步稳定并脱水，然后用船送到郊区农田施肥。

早在40年前，Sitckney污水处理厂就通过延长泥龄实现了氨氮的稳定去除。Stickney污水处理厂的平均水力停留时间（HRT）是8小时，峰值水力停留时间不到4小时，出水BOD5和SS均小于10mg/L，出水氨氮小于1mg/L。

Stickney污水处理厂目前面临的问题是升级改造，升级改造需要实现磷的去除。当局计划采用生物除磷，在现有的曝气池上增设厌氧区，并不打算采用投加填料。主要是由于（1）芝加哥地区的人口不再增长；（2）污水处理行业向着资源回收、能源回收的方向发展。目前，当局正在对厌氧氨氧化技术应用于侧流工艺进行研究。该技术在欧洲和北美发展迅速，相比于传统的硝化反硝化技术，厌氧氨氧化技术只需消耗40%的能源，而且脱氮无需碳源。

美国波斯顿鹿岛污水处理厂由马萨诸塞州水资源局管理，位于波士顿港。该厂投资超过38亿美元，于1995年开始运行。峰值处理规模是492万m3/d，日均处理规模是141万m3/d，鹿岛污水处理厂是全球第二大污水处理厂，对于保护波士顿港的水环境起着重要的作用。

污水首先经过三座提升泵站提升，然后分别经过沉砂池和初沉池，该厂有48座初沉池，每座初沉池长56米，宽12.3米，深7.2米。初沉池分为双层，可以适应鹿岛有限的土地面积。一级处理可去除50~60%的固体悬浮物和50%的病原菌。

二级处理系统采用纯氧活性污泥工艺，二级处理系统的污染物去除率达到85%。鹿岛污水处理厂每天生产130~220吨的纯氧用于二级处理。一级处理系统产生的污泥和浮渣采用重力浓缩，二级处理系统产生的污泥和浮渣采用离心浓缩。离心浓缩投加聚合物以提高效率。泵房、预处理、一级处理、二级处理系统产生的臭味采用碳吸附控制。

该厂共12座卵形消化池，每座高42.7米，直径27.5米，污泥消化可以显着地降低污泥产量，产生大量的沼气，沼气用于发电。消化后的污泥通过隧道运至造粒厂，进一步加工成农肥，每天可生产75吨农肥。一级、二级处理之后是消毒，首先用次氯酸钠消毒，然后投加亚硫酸氢钠脱氯，以防止排水对水生生物造成影响。最后的出水通过一条15公里长、直径7.3米的退水渠道进入水深30米的马萨诸塞州湾，出水有50个管道扩散器，迅速地将出水和周围的海水进行混合，大量的环境监测表明水环境得到了有效的保护。

鹿岛污水处理厂有一座实验室，每年的检测分析数据量超过了10万个，有效地支持工艺控制，确保出水达到处理厂的排放要求。

美国底特律污水处理厂处理能力为360万吨/日，该厂于1939年运行，在当时只有简单的一级处理，污染物去除率只有50~70%。1972年清洁水法的颁布，要求所有的市政污水处理厂实现二级处理，由此该厂建设了曝气池、二沉池、污泥处理设施。

底特律污水处理厂是北美五大湖之一伊利湖的最大磷排放源，从1970年起，底特律污水处理厂就开始化学除磷，实现出水TP小于1mg/L的目标。投加的化学除磷药剂是酸洗废液（氯化亚铁），来自于当地的钢厂。酸洗废液直接投加在进水泵站，聚合物直接投加在沉砂池之后，强化初沉池的去除效果。

底特律污水处理厂采用的是纯氧曝气工艺，矩形的曝气池全部封闭。该厂有25座直径为60米的周边进水、周边出水的二沉池，出水采用加氯消毒，消毒后排入底特律河。

上海白龙港污水处理厂位于浦东新区合庆镇朝阳村，是上海市污水治理二期工程的一个重要组成部分，2008年9月升级改造工程全部建成投产，处理规模达200万立方米/d，是亚洲最大的污水处理厂，也是世界最大的污水处理厂之一，处理能力占上海城市污水处理能力的1/3左右。它每天最多可处理172万立方米的污水，为271.7 平方公里区域内的 356 万人口提供服务。白水港地区的强劲增长使日污水处理能力必须加倍，即达到 210 万立方米。

1.污水处理

为满足近期以除磷为目标的污水处理要求，同时考虑远期达到国家规定的二级排放标准，经方案比较推荐采用近期物化法，远期再增加曝气生物滤池工艺。由于处理厂用地面积有限，故物化法选用高效沉淀池布置方案。把混合、絮凝、沉淀3个工序合并在一个构筑物内，其主要参数如下。

混合时间：64 s,投药量PAC 86 mg/L,PAM 0.5 mg/L；絮凝时间：14 min；高效沉淀池：表面负荷17 立方米/(平方米·h)，停留时间50 min，污泥回流比 4%。产生污泥量197 t/d，含水率97%，污泥量6930 立方米/d。

2.高效沉淀池

高效沉淀池近期设3组，每组6只池。远期增加2组。每组处理水量约42万 立方米/d(见图2) 。

每组具有独立反应单元，由混合区、絮凝区、推流反应区、沉淀区及污泥浓缩区组成。单池长25.9 m，宽17 m，水深8.3 m，容积2 407 立方米，停留时间64 min。在沉淀区上部设斜板，单池斜板面积170 平方米，混凝池单池容积140 立方米，尺寸6 m×3.2 m×7.3 m。

混合区配置?500混合搅拌机18套，絮凝区配置?3600絮凝搅拌机18 套，浓缩区配置?17 m浓缩刮泥机18套，剩余污泥泵18用6备，回流污泥泵18用6备。另外，设投药系统，包括混凝剂化解、稀释、配比及投加，用PLC控制。

3.污泥处理与处置

近期污泥处理量为197 t/d，经方案比较后采用污泥储存→脱水→卫生填埋+综合利用方案 (近期实施物化法)。

主要污泥处理构筑物：

(1)污泥储存池。分6格，每格13 m×13m，水深4.5 m，每格设潜水搅拌机2台，污泥先进储存池再进脱水机房。

(2)污泥脱水机房。平面尺寸13.3 m×27 m，二层式，设离心脱水机4用1备，单机容量2 600 kg/h，每天工作20 h，另有投药设备3套。经离心脱水污泥，含水率约65%，运往污泥填埋场处置。

(3)污泥堆棚。平面尺寸36 m×27 m，可堆脱水泥约7d。

(4)污泥填埋场。利用厂区围堤内空白地块作为污泥填埋场，厂内面积约27 公顷，厂外约16 公顷，厂内及厂外填埋场分别各划分为6个填埋区域，最大一个填埋区约5.5 公顷 ，用土堤分隔，隔堤上修单行车道，便于运送污泥。填埋场设垂直防渗帷幕，并设垂直与水平渗滤液收集系统及填埋气收集系统。每单元填满后采用封场作业。封场作业由45 cm植被层，PVC 防水膜，30 cm排泥层组成。经过约5年堆置，该污泥腐熟化后，重新挖出作绿化用土，空余体积再埋填污泥，这样重复循环，达到污泥综合利用的目的。

4.中水回用

本厂经一级加强处理后的污水，确定2500 立方米/d规模作为中水回用，采用曝气生物滤池工艺，处理后达到中水水质标准，供厂内使用。

中国香港昂船洲污水处理厂的处理规模为176万吨/日，是全球最大的污水处理工厂之一。

昂船洲污水处理厂采用了化学辅助一级处理方法和先进设备来处理污水。因成效显着，该厂被誉为世界上采用化学强化一级污水处理最具效率的设施之一。污水处理厂在2001全面投入使用，投加的药剂为三氯化铁及聚合物，处理工艺可去除污水中约80%的悬浮物和70%的BOD，处理标准达到SS<55mg/L、BOD5<75mg/L，经处理的排放水会通过深海排放管道在维多利亚港西面水域排放。

为了减少空间耗用，沉淀池采用了双层式的设计，污泥采用离心脱水，脱水后的含固率约30%，然后用密封式容器把脱水后的污泥送往堆填区弃置。污泥处理设施每天可处理的污泥最高可达900吨。

为了加强昂船洲污水处理厂的长远气味管制措施，渠务署于2009年10月底展开合约编号DE/2009/02，为现有46个沉淀池及相关设施建造气味密封系统。此气味密封系统于2012年6月底全面启用，系统包括覆盖总面积25,000平方米的沉淀池玻璃纤维强化塑胶覆面、两台采用生物滴滤塔技术及硫化氢移除率达99%的辟味装置和每小时抽风量达到112,000立方米的抽风系统，气味密封系统会将覆盖后密封空间下的空气抽走及处理后才排放。整项合约于2012年9月初顺利完工，自气味密封系统启用以来，昂船洲污水处理厂内及周边的硫化氢浓度亦显着减少。

网友吐槽：香港居然不用执行GB18918-2002标准，BOD5居然是小于75mg/L

美国洛杉矶Hyperion是洛杉矶市历史最悠久、最大的污水处理厂，于1925年开始运行，受洛杉矶市公共事务部卫生工程局管理，处理规模174万吨/日。

在1950 年开始改造进行部分水二级处理，在1998 年实现了全部二级处理。在90年代当局投入了16亿美元进行了技术改造以达到联邦法规要求的二级处理标准。处理工艺包括粗格栅、沉砂池、初沉池，纯氧活性污泥工艺、二沉池。

该厂有27座初级沉淀池，池内有链条式刮泥机，初沉池前投加三氯化铁及阴离子聚合物，经加药后的一级处理系统其SS及BOD5去除率分别由65~70﹪及35~40﹪提升至80~85﹪及50~55﹪。

二沉池之后是20座厌氧消化池，每天产生的500吨污泥运输至Green Acres Farm在Kern县，用做农肥。农场生长的植物包括小麦、苜蓿草，这些植物用做牛奶场的饲料，每天45吨的污泥用于堆肥，每天可产生750万立方英尺的沼气用于发电。

埃及开罗Gabal el Asfar污水处理厂的处理规模为174万吨/日，位于开罗东北部，处理着开罗城里600万居民的生活污水。

处理工艺包括格栅、提升、除砂、初沉池、生物处理、加氯消毒，污泥处理采用浓缩、脱水、消化，沼气用于发电。该厂的出水灌溉着40多公顷的试验农田，农田种植着橄榄、柠檬、各种鲜花、棉花。

Seine Aval 污水处理厂是欧洲最大的污水处理厂，处理规模为174万吨/日，位于巴黎西北23公里处，于1940年运行。与其他污水处理厂不同，这座污水处理厂看起来更不像是污水处理厂。处理厂各个单元的周围都种植了树木，污泥处理池上种植了草坪，一切看起来更像是公园。

该厂采用了威立雅公司的曝气生物滤池和Actiflo工艺（除磷）。SeineAval污水处理厂对改善当地的生态产生了积极的影响，过去塞纳河里只有两种鱼，如今已经到了35种。

日本东京森崎污水处理厂的处理规模是157万吨/日，是日本最大的污水处理厂，于1967年运行。它由东、西两部分污水设施和进行污泥处理的南部污泥成套处理设备构成，水处理区域为大田区的全部、品川区，目黑区和世田谷区的大部、以及涩谷和衫并区的一部分。

该厂有四座污泥消化池，每座直径28米，高19.5米，消化池产生的沼气可以产生3兆瓦的电力。

处理后的水大部分排入东京湾。其一部分经过砂滤后被用于中心内部的冷却和冲洗厕所等。此外，还有一部分提供给大田区和品川区的环卫工厂。产生的污泥大部分使用连接设施被压送到南部污泥成套处理设备进行处理，部分污泥在中心脱水后用船从海上运到南部污泥成套处理设备。

美国华盛顿Blue Plains污水处理厂由DC Water 负责管理，该厂处理规模为143万吨/日，于1938年投入运行，当时还是一级处理。1959年升级到了二级处理。

工艺是两段法，第一段是去除BOD，然后沉淀分离，然后再进行硝化、反硝化。

Blue Plains污水处理厂是全球最大的深度处理处理厂，该厂运用很多创新的技术，其中最为知名的一项技术是污泥热水解技术（Cambi），该技术的应用使得厌氧消化的产气量显着提高，污泥热电联产的能量达到了13兆瓦。Blue Plains污水处理厂是北美首次使用该技术的污水处理厂，这项技术已经在欧洲的15多座污水处理厂得到了应用。来源：化工707

一、二、三级污水处理工艺，超细致讲解！看完你就是污水处理专家了！

一、二、三级污水处理工艺，超细致讲解！

1）物理方法：格栅过滤、沉淀法、浮选法、离心分离、膜分离法等

2）化学方法：混凝、化学沉淀、中和、萃取、氧化还原、电解等

3）生物方法：好氧、厌氧法

1）一级处理：机械处理

2）二级处理：主体工艺为生化处理

3）三级处理：控制富营养化和重新回用

1.格栅

分类：按形状可分为平面格栅、曲面格栅；按栅条的间隙分为粗格栅、中格栅、细格栅。

工作原理：由一种独特的耙齿厂装配成一组回转格栅链。在电机减速器的驱动下，耙齿链进行逆水流方向回转运动。耙齿链运转到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对自清运动，绝大部分固体物质靠重力落下，而另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清扫干净，这样的原理。

2.沉砂池

作用:从污水中分离密度较大的无机颗粒，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。

种类：平流式（重力式）沉砂池、曝气式沉砂池

3.调节池

作用：为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对污水的水量和水质进行调节；酸性污水和碱性污水在调节池内进行混合，可达到中和的目的；短期排出的高温污水也可用调节的办法来平衡水温。

4.沉淀池

常见的几种沉淀池类型：平流式沉淀池、竖流式沉淀池、幅流式沉淀池、斜流式沉淀池

（1）平流式池：构造简单，沉淀效果较好，但占地面积较大，排泥存在的问题较多，目前大、中、小型污水处理厂均有采用；

（2）竖流式池：占地面积小，排泥较方便，且便于管理，然而池深过大，施工困难，造价高，因此一般仅适用于中小型污水处理厂使用；

（3）辐流式池：最适宜于大型水处理厂采用，有定型的排泥机械，运行效果较好，但要求较高的施工质量和管理水平；

（4）斜流式池：主要适用于初沉池，在给水处理中应用较广，沉淀效率高，停留时间短，占地少，缺点是容易滋生藻类等，排泥困难、易堵塞，维护不便。

（5）气浮：

作用：气浮法又称为浮选法，它是在污水中通入空气，产生微小气泡作为载体，使污水中的乳化油、微小悬浮物等污染物黏附在气泡上。利用气泡的浮升作用上浮到水面，通过收集水面上的泡沫或浮渣达到分离杂质、净化污水的目的。

1.污水的二级处理又称为生物处理

污水的生物处理就是利用微生物的氧化分解及转化功能，以污水的有机物(少数以无机物)作为微生物的营养物质，采取一定的人工措施，创造一种可控制的环境，通过微生物的代谢作用，使污水中的污染物质被降解、转化，污水得以净化。

（1）污水生物处理分类:好氧生物处理、厌（兼）氧生物处理

对于好氧生物处理中的传统活性污泥法、氧化沟、序批式活性污泥法统称为活性污泥法；其中生物滤池、生物转盘、流化床、气提式反应器（ABS）统称为生物膜法。

2.活性污泥法工艺流程其中工艺有：

（1）传统的SBR法：SBR工艺即间歇活性污泥法，它由一个或多个曝气反应池组成，污水分批进入池中，经活性污泥净化后 ,上清液排出池外即完成一个运行周期。每个工作周期顺序完成进水 、反应 、沉淀 、排放 4 个工艺过程。

SBR工艺的特点是具有一定的调节均化功能，可缓解进水水质、水量波动对系统带来的不稳定性。工艺处理简单，处理构筑物少，曝气反应池集曝气、沉淀、污泥回流于一体，可省去初沉池、二沉池及污泥回流系统，且污泥量少，易于脱水，控制一定的工艺条件可达到较好的除磷效果，但也存在自动控制和连续在线分析仪器仪表要求高的缺点。

（2）CASS工艺：CASS工艺是一种连续进水式SBR曝气系统,不仅具有SBR工艺简单可靠、运行方式灵活、自动化程度高的特点，且除磷脱氮效果明显。这一功能主要实现于CASS池通过隔墙将反应池分为功能不同的区域 ,在各分格中溶解氧、污泥浓度和有机负荷不同 ,各池中的生物也不相同。整个过程实现了连续进、出水。同时在传统的SBR池前或池中设置了选择器及厌氧区 , 提高了除磷脱氮效果(见图2) 。

（3）MSBR 法：MSBR工艺是20世纪80，年代初期发展起来的污水处理工艺 ，经过不断改进和发展，目前最新的工艺是第三代工艺，其工作原理如图3所示。

（4）UNITANK 系统

SEGHERS 公司提出的 UNITANK 系统是 SBR法的又一种变形和发展，它集合了 SBR和传统活性污泥法的优点 , 一体化设计 , 不仅具有SBR系统的主要特点 , 还可以像传统活性污泥法那样在恒定水位下连续运行 。

UNITANK 系统的特点是构筑物结构紧凑 ,一体化 。可根据好氧过程的 DO 检测与缺氧和厌氧过程的ORP在线检测 ,通过改变供气量 , 切换进出水阀门 ,改变好氧 、缺氧及厌氧的反应时间等 , 高水平地实现系统的时间和空间控制 ,高效地去除污水中的有机物及脱氮除磷 ,且水力负荷稳定 。

交替改变进水点 ,可以相应改善系统各段的污泥负荷 ,进而改善污泥的沉降性能( 见图4) 。脱氮除磷过程更能通过抑制丝状菌生长来控制污泥膨胀。3 个池可以被完全加盖封闭或建在地下，废气可以收集处理，既有利于布置 、保温，又避免系统对周围环境产生不良影响( 见图 5) 。

目前,我国石家庄高新技术产业开发区污水处理厂日处理污水 10 万t ,就是采用的该工艺 。

（5）AB法是吸附－生物降解工艺的简称，是由德国亚琛工业大学（Aachen）宾克（Bohnke）教授于20世纪70年代中期开创。该工艺于80 年代初应用于工程实践。

目前, 国内已有多家城市污水处理厂采用了AB 法工艺。与传统活性污泥法相比，AB法主要有下列特征：未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；B段由曝气池和二次沉淀池组成；A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自由独特的微生物群体，有利于功能的稳定。

AB法工艺：

其他其他SBR演变工艺：ICEAS工艺、IDEA工艺、DAT-IAT工艺

3.生物膜法：

好氧生物膜法是根据土壤自净的原理发展起来的。从好氧微生物对有机物降解过程的基本原理上分析，生物膜法和活性污泥法是相同的，两者主要不同在于活性污泥法是靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则是主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。

（1）厌氧生物处理的机理

可分为四个阶段：水解阶段、酸化阶段(也叫发酵阶段)、产乙酸阶段、产甲烷阶段。

• 水解阶段：水解细菌将不溶性有机物转变成可溶性有机物,将高分子溶性有机物转变成小分子有机物(通过细菌胞外酶作用)

• 酸化阶段：水解阶段产生的小分子水解产物在酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞外,这一阶段的主要产物有VFA、醇类、乳酸、CO2、NH3、H2S等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。

• 产乙酸阶段：在此阶段，酸化阶段的产物被进一步转化为乙酸、H2、碳酸等以及新的细胞物质。

• 产甲烷阶段：在此阶段，乙酸、H2、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为CH4、CO2和新的细胞物质。

近年来, 我国已经开始重视三级处理工艺的研究开发，目前用得比较多的三级处理工艺可以分为常规工艺、MBR 技术和LM深度处理技术。

1.常规工艺

常规的三级处理工艺是在生物处理之后增加混

凝、过滤、消毒等常规处理过程 ,有砂滤、膜滤、反渗

透、UV 消毒、液氯、臭氧消毒等 。一般来说这些处理

方式单位水处理成本比较低, 在经济上比较可行。

2.MBR技术

MBR 技术又称为膜生物反应器技术,利用了膜分离的选择性和高效性,同时又利用了生物处理工程的有效性和彻底性,将水中的有害物质最大限度地除去。MBR 工艺的特点是用膜分离系统代替了普通活性污泥法中的二沉池, 减少了传统工艺大部分的处理单位 ,节省了大量投资,而且耗能和一般传统的水处理工艺相近。污水在处理设备中的停留时间短，对COD，NH3-N 的去除率极高 ,出水水质达到了生活杂用水水质的标准。

3.LM 深度处理工艺

LM深度处理工艺是一种全新的生态处理工艺 ,在厌氧池加好氧池的基础上加入了改进的曝气氧化塘和高效湿地两个深度处理单元, 使出水水质达到了生活杂用水的标准。其工艺流程是: 生物厌氧池—封闭好氧池—开放好氧池—澄清池—人工湿地—UV消毒—蓄水池—回用,或者以接触氧化池和生态氧化槽代替封闭好氧池和开放好氧池。LM 深度处理工艺的特点是剩余污泥少、运行费用低、管理方便,还具有美化景观的功能，该方法和其他水处理工艺相比比较经济。

4.运用状况及其发展趋势

目前我国的三级处理工艺中运用一般的常规处理工艺较多, 现阶段 MBR方法也有了广泛运用, 比如在北京长安街生活小区的回用水处理。

就我国目前的实际情况来看 ,由于常规工艺处理比较方便 ,且应用技术也较成熟, 一般在选取工艺时仍选用常规处理工艺。国内外目前广泛研究的主要是通过微滤和反渗透技术来处理二级处理后的污水, 以达到回用水的标准,图 10 是该处理工艺流程的典型例子。湿地系统在国外有着广泛的应用 ,目前我国也开始了这方面的研究工作 。由于我国环境污染加剧，淡水资源巨减,相信三级处理工艺必将越来越受到重视。

技术 | 看完你就是污水处理专家了！

来源： 晨曦 化工707 化工707

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污水处理的需求是伴随着城市的诞生而产生的。城市污水处理技术，历经数百年变迁，从最初的一级处理发展到现在的三级处理，从简单的消毒沉淀到有机物去除、脱氮除磷再到深度处理回用。其中，活性污泥法的问世更是具有划时代的意义，而今年正值活性污泥法诞生100周年。城市污水处理技术今后究竟将如何发展？对此，不如先让我们回顾一下那些年城市污水处理走过的路。
 

　　一级处理阶段

　　城市污水处理历史可追溯到古罗马时期，那个时期环境容量大，水体的自净能力也能够满足人类的用水需求，人们仅需考虑排水问题即可。而后，城市化进程加快，生活污水通过传播细菌引发了传染病的蔓延，出于健康的考虑，人类开始对排放的生活污水处进行处理。早期的处理方式采用石灰、明矾等进行沉淀或用漂白粉进行消毒。明代晚期，我国已有污水净化装置。但由于当时需求性不强，我国生活污水仍以农业灌溉为主。1762年，英国开始采用石灰及金属盐类等处理城市污水。

　　二级处理阶段

　　有机物去除工艺

　　生物膜法

　　十八世纪中叶，欧洲工业革命开始，其中，城市生活污水中的有机物成为去除重点。1881年，法国科学家发明了第一座生物反应器，也是第一座厌氧生物处理池—moris池诞生，拉开了生物法处理污水的序幕。1893年，第一座生物滤池在英国Wales投入使用，并迅速在欧洲北美等国家推广。技术的发展，推动了标准的产生。1912年，英国皇家污水处理委员会提出以BOD5来评价水质的污染程度。

　　活性污泥法

　　1914年，Arden和Lokett在英国化学工学会上发表了一篇关于活性污泥法的论文，并于同年在英国曼彻斯特市开创了世界上第一座活性污泥法污水处理试验厂。两年后，美国正式建立了第一座活性污泥法污水处理厂。活性污泥法的诞生，奠定了未来100年间城市污水处理技术的基础。

　　活性污泥法诞生之初，采用的是充-排式工艺，由于当时自动控制技术与设备条件相对落后，导致其操作繁琐，易于堵塞，与生物滤池相比并无明显优势。之后连续进水的推流式活性污泥法（CAs法）（如图1）出现后很快就将其取代，但由于推流式反应器中污泥耗氧速度沿池长是变化的，供氧速率难以与其配合，活性污泥法又面临局部供氧不足的难题。1936年提出的渐曝气活性污泥法(TAAs)和1942年提出的阶段曝气法(SFAS)，分别从曝气方式及进水方式上改善了供氧平衡。1950年，美国的麦金尼提出了完全混合式活性污泥法。该方法通过改变活性污泥微生物群的生存方式，使其适应曝气池中因基质浓度的梯度变化，有效解决了污泥膨胀的问题。

　　随着在实际生产生的广泛应用和技术上的不断革新改进，20世纪40-60年代，活性污泥法逐渐取代了生物膜法，成为污水处理的主流工艺。

　　1921年，活性污泥法传播到中国，中国建设了第一座污水处理厂—上海北区污水处理厂。1926年及1927年又分别建设了上海东区及西区污水厂，当时3座水厂的日处理量共为3.55万吨。

　　脱氮除磷工艺

　　20世纪50年代，水体富营养化问题凸显，脱氮除磷成为污水处理的另一主要诉求。于是，在活性污泥法的基础上衍生出了一系列的脱氮除磷工艺。

　　除磷工艺

　　50年代初，摄磷菌被发现并用于除磷。（如图2）

脱氮工艺

　　1969年，美国的Barth提出采用三段法除氮（如图3），第一段是好氧段，主要去除有机物，第二段加碱硝化，第三段是厌氧反硝化，除氮。

　　1973年，Barnard在原有工艺基础上，将缺氧和好氧反应器完全分隔，污泥回流到缺氧反应器，并添加了内回流装置，缩短了工艺流程，也就现在常说的缺氧好氧（A/O）工艺（如图4）。

　　A2O工艺

　　70年代，美国专家在A/O工艺的基础上，再加上除磷就成了A2O工艺（如图5）。我国1986年建厂的广州大坦沙污水处理厂，采用的就是A2O工艺，当时的设计处理水量为15万吨，是当时世界上最大的采用A2O工艺的污水处理厂。

　　氧化沟工艺

　　A2O工艺是将生物处理厌氧段和好氧段进行了空间分割，而氧化沟则为封闭的沟渠型结构，结合了推流式和完全混合式活性污泥法的特点，集曝气、沉淀和污泥稳定于一体。污水和活性污泥的混合液不断地循环流动，系统中能够形成好氧区和缺氧区，进而实现生物脱氮除磷（如图6）。氧化沟白天进水曝气，夜间用作沉淀池。活性污泥法相比 , 其具有处理工艺及构筑物简单、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优势。

　　1953年，荷兰的公共卫生工程研究协会的Pasveer研究所提出了氧化沟工艺，也被称为“帕斯维尔沟”。1954年，在荷兰的伏肖汀（Voorshoten）建造了第一座氧化沟污水处理厂，当时服务人口仅为360人。60 年代，这项技术在欧洲、北美和南非等各国得到了迅速推广和应用。据统计，到1977年为止，在西欧有超过2000多座的帕斯维尔型氧化沟投入运行。

　　1967年，荷兰DHV公司开发研制了卡鲁塞尔（Carroussel）氧化沟。它是一个由多渠串联组成的氧化沟系统。卡鲁塞尔氧化沟的发展经历了普通卡鲁塞尔氧化沟、卡鲁塞尔2000氧化沟和卡鲁塞尔3000氧化沟三个阶段。

　　1970年，美国的Envirex公司投放生产了奥贝尔（Orbal）氧化沟。它由3条同心园形或椭圆形渠道组成，各渠道之间相通，进水先引入最外的渠道，在其中不断循环的同时，依次进入下一个渠道，相当于一系列完全混合反应池串联在一起，最后从中心的渠道排出。

　　交替式工作氧化沟是由丹麦克鲁格（Kruger）公司研制，该工艺造价低，易于维护，通常有双沟交替和三沟交替（T型氧化沟）的氧化沟系统和半交替工作式氧化沟。

　　两段法工艺

　　早期的两段法只是将一套活性污泥法的两组构筑物串联，一段和二段曝气池体积相同，且多合并建设，大部分有机物在第一段被吸附降解，第二段的污泥负荷很低，其出水水质要优于相同体积曝气池的单级活性污泥法（如图7）。然而，由于第一段曝气池体积减小了一倍，相当于污泥负荷增加了一倍，处在易发生污泥膨胀的阶段，运行管理较为困难。

　　20世纪70年代中期，德国的Botho Bohnke教授开发了AB工艺（如图8）。该工艺在传统两段法的基础上进一步提高了第一段即A段的污泥负荷，以高负荷、短泥龄的方式运行，而B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长，A段由于泥龄短、泥量大对磷的去除效果很好，经A段去除了大量的有机物以后B段的体积可大大减小，其低负荷的运行方式可提高出水水质。但是由于A段去除了大量的有机物导致B段碳源缺失，所以在处理低浓度的城市污水时该工艺的优势并不明显。

　　其后，为了解决脱氮时硝化菌需要长泥龄，除磷时聚磷微生物需要短泥龄的矛盾，开发了AO-A2O工艺（如图9）。该工艺由两段相对独立的脱氮和除磷工艺组成，第一段泥龄短，主要用于除磷，第二段泥龄长、负荷低，用于脱氮。

　　在AO-A2O工艺基础上奥地利研发出了Hybrid工艺（如图10），该工艺的两段之间有三个内回流装置，可以为第一段曝气池提供硝态氮、硝化菌以及为第二段曝气池提供碳源。第一段主要是去除有机物和磷，第二段是硝化功能，并靠第一段曝气池回流混合液进行反硝化脱氮。

　　SBR工艺

　　序批式活性污泥法(SBR)工艺是在时间上将厌氧段与好氧段进行分割。20 世纪70 年代初由美国Irvine公司开发。它在流程上只有一个基本单元，集调节池、曝气池和二沉池的功能于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等。经典 SBR 反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机（如图11、 12）。

　　80 年代初，连续进水的 ICEAS 工艺诞生（如图13）。该工艺在传统的SBR工艺基础上，在反应池中增加一道隔墙 ,将反应池分隔为小体积的预反应区和大体积的主反应区,污水连续流入预反应区,然后通过隔墙下端的小孔以层流速度进入主反应区，解决了间歇式进水的问题。

　　随后， Goranzy 教授开发了 CASS /CAST 工艺。与ICEAS工艺类似，在反应池前段增加了一个选择段,污水先与来自主反应区的回流混合液在选择段混合，在厌氧条件下，选择段相当于前置厌氧池,为高效除磷创造了有利条件。

　　90 年代，比利时的西格斯公司在三沟式氧化沟的基础上开发了 UNITANK 系统。它由 3 个矩形池组成,其中外边两侧的矩形池既可做曝气池,又可做沉淀池,中间一个矩形池只做曝气池该工艺把传统 SBR的时间推流与连续系统的空间推流有效地结合了起来。

　　MSBR法即改良型的SBR( Modified SBR)，采用单池多格方式,结合了传统活性污泥法和SBR技术的优点。反应器由曝气格和两个交替序批处理格组成。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格交替分别作为SBR和澄清池。该工艺可连续进水且可使用更少的连接管、泵和阀门。

　　脱氮除磷新工艺

　　近几十年，能源、资源的短缺已经引起了广泛的关注，进一步脱氮除磷及对能源节约及资源回收的需求成为了污水处理工艺发展的主流方向。一批新兴脱氮除磷技术得以应用。

　　ANAMMOX-SHARON 组合工艺。

　　1994年，荷兰Delft大学开发了厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术，厌氧氨氧化菌在缺氧环境中，能够将铵离子(NH4+)用亚硝酸根(NO2-)氧化为氮气。

　　该工艺与传统反硝化工艺相比是完全自养，不需任何有机碳源。

　　1998年，荷兰Delft大学基于短程硝化反硝化原理开发了SHARON工艺，首例工程在荷兰鹿特丹DOKHAVEN水厂。其基本原理是在同一反应器内，先在有氧条件下利用亚硝化细菌将氨氧化成NO2-；然后再在缺氧条件下已有机物为电子供体将亚硝酸盐反硝化，形成氮气。工艺流程缩短且无需加碱中和。与传统活性污泥法相比可减少25%的供氧量及40%的反硝化碳源，有利于资源能源的回收利用，更适用于碳氮比浓度较低的城市废水。

　　目前，以SHARON工艺为硝化反应器，ANAMMOX工艺为反硝化反应器，与传统工艺相比能够节省60%的供氧和100%的碳源。

　　三级处理阶段

　　近十几年，随着污染加剧，水资源短缺严重，人类对水质提出了更高的要求，污水深度处理与回用技术兴起。污水处理厂的侧重点不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水质。膜技术开始显现其独特优势。

　　生物膜技术在20世纪60-70年代，随着新型合成材料的大量涌现再次发展起来，主要工艺有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等。目前，应用较多的膜处理技术主要有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）和膜生物反应器（MBR）技术。本世纪初的新加坡“Newwater ”水厂就是采用在二级处理后加超滤膜及反渗透膜的方式进行再生水回用处理。

　　以史为鉴，可知兴替。回顾整个历史过程，城市生活污水处理的足迹随着人类健康的需求、水环境质量的变化、污水的处理程度在一级级的加深，同时操作管理、资金占地等成本问题又推动了水处理工艺技术的不断进化，其操作、占地、程序步骤、能源资源的投入都在一点点地简化。人们对水质的需求越来越高，而处理过程却越来越趋于简便。有趣的是，无论近几年业界所看好的厌氧生物技术还是源分离最终的土地灌溉，城市污水处理似乎又回到了它最初的形式，尽管其中蕴含的科技含量早已不可同日而语。大繁若简，最终还是归于自然。 来源：化工707   通用机械   water8848