1、污水處理率與投資預(yù)測(cè)

        資源性短缺和水環(huán)境污染造成的水資源危機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素，目前，全國(guó)600多個(gè)城市大約有2/3的城市缺水。在某些地區(qū)，甚至對(duì)人民基本生存條件造成極大威脅。而我國(guó)水環(huán)境問(wèn)題具有復(fù)雜性，北方地區(qū)面臨的水環(huán)境問(wèn)題不同與南方地區(qū)的問(wèn)題，主要是水資源短缺和合理利用、水污染控制和污水的回用、季節(jié)性河流的達(dá)標(biāo)(特別是功能區(qū)達(dá)標(biāo))等問(wèn)題。在南方地區(qū)則水污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化，成為突出的環(huán)境問(wèn)題。

        我國(guó)2000年廢水排放量約480億m3/年。自90年代以來(lái)，我國(guó)的國(guó)民生產(chǎn)總值連續(xù)以8％～11％的高速率的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)新世紀(jì)的頭20年內(nèi)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將保持在6％～9％的高、中速率穩(wěn)定發(fā)展?？紤]上述因素污水量增加量按5%的速率考慮。到2010年增加污水量 300億m3。

        我國(guó)中小城鎮(zhèn)建設(shè)得到了很大發(fā)展。2010年，全國(guó)設(shè)市城市達(dá)到1200個(gè)左右，建制鎮(zhèn)達(dá)到2.5～3 萬(wàn)個(gè)，到2010年，全國(guó)村鎮(zhèn)自來(lái)水普及率達(dá)到65％，小城鎮(zhèn)人均日用水量180升、村莊110升（依此計(jì)算新增城鎮(zhèn)年廢水量可能達(dá)到270億噸）。

        綜上所述，考慮現(xiàn)狀污水量、污水增量和建制鎮(zhèn)污水量，到2010年城市污水排放總量為1050億m3。根據(jù)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“九五”計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》的要求，到2010年城市污水處理率要達(dá)到50％，則需增加500億m3/a(1.4億m3/d天) 的處理規(guī)模。如果按靜態(tài)投資(考慮配套管網(wǎng))處理每立方米污水投資為2000～3000元的低限值計(jì)算，則需投資3000～4000億元。

        2、城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)重點(diǎn)

        由于我國(guó)目前還處于社會(huì)主義發(fā)展的初級(jí)階段。大多數(shù)中小城鎮(zhèn)處于不太發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)，造成污染的是量大面廣，是我國(guó)下一階段治理的重點(diǎn)。對(duì)于我國(guó)大量的中、小城鎮(zhèn)的小型城市污水處理廠，是我國(guó)水污染控制的難點(diǎn)。根據(jù)這一特點(diǎn)必須開(kāi)發(fā)中小城鎮(zhèn)適用的簡(jiǎn)易高效污水處理成套技術(shù)，重點(diǎn)要解決城市污水處理廠的三高問(wèn)題，即投資高、電耗高和運(yùn)行費(fèi)用高。國(guó)家環(huán)?？偩衷岢鲂枰⑴c我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情相適應(yīng)的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的先進(jìn)工藝技術(shù)的示范工程，示范工程應(yīng)該滿足：

        噸水投資低，噸水造價(jià)應(yīng)該控制在800元；

        運(yùn)行費(fèi)用低，噸水運(yùn)行費(fèi)應(yīng)該控制在0.3元以下；

        在工程中采用國(guó)產(chǎn)化的設(shè)備，并且采用總承包和實(shí)施運(yùn)營(yíng)的機(jī)制。

        這是解決我國(guó)中小城鎮(zhèn)污水處理的一種希望和要求。

        二、常用城市污水處理技術(shù)介紹和分析

        我國(guó)城市污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開(kāi)始逐步進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)“七五”、“八五” 和“九五”期間的努力，我國(guó)在城市污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就，成果豐碩。同時(shí)，近20年來(lái)，隨著改革開(kāi)放也不斷引進(jìn)國(guó)外新的工藝技術(shù)。就工藝技術(shù)而言，與國(guó)際上的差距已經(jīng)縮小。目前在水污染治理技術(shù)上，已能提供下列技術(shù)的工藝參數(shù)：傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)包括延時(shí)法、吸附再生法等各種新型活性污泥工藝和SBR、AB法、UNITANK和氧化溝技術(shù)等；A-O法和A2-O技術(shù)；多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)；土地處理技術(shù)等等。這些工藝在原則上可以滿足大多數(shù)城市污水治理的要求，對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥工藝和其變形工藝(除磷脫氮)這里不做全面的介紹，僅就這幾年在我國(guó)較為常用的工藝進(jìn)行介紹和分析。

        1、沉淀和曝氣、間歇和連續(xù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的序批式(SBR)反應(yīng)器

        傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器在運(yùn)行操作上形成了曝氣和沉淀相結(jié)合的特點(diǎn)，這體現(xiàn)了SBR反應(yīng)器最為本質(zhì)的特點(diǎn)之一。同時(shí)，這要求SBR反應(yīng)器必須充分利用了現(xiàn)代電子和自動(dòng)化技術(shù)。SBR反應(yīng)器的發(fā)展過(guò)程呈現(xiàn)了多樣性，有CASS、CAST、ICEAS、MSBR等多種新型SBR反應(yīng)器。各種SBR反應(yīng)器的發(fā)展體現(xiàn)了與傳統(tǒng)活性污泥相互融合的趨勢(shì)。具體表現(xiàn)為從間歇進(jìn)水、間歇出水的傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器，發(fā)展到連續(xù)進(jìn)水、間歇出水和連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水并帶回流污泥的SBR反應(yīng)器。以及出現(xiàn)了UNITANK這種融合氧化溝、SBR和活性污泥工藝新型的綜合性工藝。這體現(xiàn)了間歇式的SBR和連續(xù)式活性污泥工藝相互融合的特點(diǎn)。

        UNITANK從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，它已經(jīng)不屬于SBR，與交替運(yùn)轉(zhuǎn)的三溝氧化溝非常相似，更接近于傳統(tǒng)的活性污泥法，這是UNITANK工藝最為顯著的一個(gè)特點(diǎn)。UNITANK在恒水位下交替運(yùn)行，總有一個(gè)池子作為沉淀池，這是UNITANK第二個(gè)特點(diǎn)。對(duì)于大型污水處理廠沉淀功能的滿足，是UNTANK工藝的制約因素。標(biāo)準(zhǔn)UNITANK系統(tǒng)三個(gè)方形池之間構(gòu)成級(jí)串的形式，彌補(bǔ)了單個(gè)反應(yīng)器完全混合的缺點(diǎn)，這是 UNITANK系統(tǒng)第三個(gè)特點(diǎn)。

        UNITANK最為根本的問(wèn)題之一是中溝和邊溝地位不一致，邊溝有一段時(shí)間兼作沉淀池，而中溝總是曝氣。造成中池污泥濃度過(guò)低而邊池污泥濃度過(guò)高，池容利用率降低等一系列問(wèn)題。UNITANK的發(fā)明人在離開(kāi)SEGHERS公司之后，提出一新工藝——LUCAS工藝。LUCAS工藝最為顯著的特點(diǎn)是四個(gè)反應(yīng)器(也可用兩個(gè)或三個(gè)反應(yīng)器)作用完全對(duì)等，其采用輪換方式作為曝氣池和沉淀池。由于每一個(gè)反應(yīng)器的地位平等，所以LUCAS工藝既保留了UNITANK工藝的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)。

        通過(guò)對(duì)SBR工藝特點(diǎn)和不同研究者的研究結(jié)果進(jìn)行匯總(不考慮由于SBR反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致的直接結(jié)果，如：投資低和運(yùn)行費(fèi)用低等)，SBR反應(yīng)器眾多優(yōu)點(diǎn)可歸納如下：

        經(jīng)典SBR反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)和原因分析

        優(yōu)點(diǎn) 原因

        1、沉淀性能好 在沉淀過(guò)程沒(méi)有進(jìn)水的擾動(dòng)屬于理想沉淀狀態(tài)；

        2、有機(jī)物去除效率高 是理想推流式反應(yīng)器，從單元操作理論其效率明顯的高于完全混合式的反應(yīng)器

        3、提高難降解廢水的處理效率 具有微生物的多樣性，可形成厭氧、缺氧和好氧等多種生態(tài)條件，有利于難降解有機(jī)物的降解

        4、抑制絲狀菌膨脹 利用膨脹理論中的“選擇性準(zhǔn)則”防止污泥膨脹

        5、除磷脫氮，不需要新增反應(yīng)器 生態(tài)多樣性(出現(xiàn)厭氧、缺氧和好氧狀態(tài)多種狀態(tài))

        6、不需二沉池和回流，工藝簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)

        SBR反應(yīng)器充分利用了生物反應(yīng)過(guò)程和單元操作過(guò)程的一些基本原理(表4)。不同的SBR反應(yīng)器由于流態(tài)、池型或操作方式的改變可能僅僅具有上述特點(diǎn)的一條或幾條。同時(shí)，經(jīng)典的SBR反應(yīng)器也存在一定問(wèn)題，比如：

        a) 處理連續(xù)進(jìn)水時(shí)，對(duì)于單一SBR反應(yīng)器的應(yīng)用需要較大的調(diào)節(jié)池；

        b) 對(duì)于多個(gè)SBR反應(yīng)器進(jìn)水和排水的閥門(mén)自動(dòng)切換頻繁；

        c) 無(wú)法解決大型污水處理項(xiàng)目連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水的處理要求；

        d) 設(shè)備的閑置率較高和污水提升水頭損失較大等等。

        2、氧化溝工藝

        氧化溝在歐美各國(guó)得到了廣泛的重視，發(fā)展速度很快。據(jù)統(tǒng)計(jì)到1977年為止在西歐有超過(guò)2000多座派司維爾型氧化溝投入運(yùn)行。荷蘭DHV公司發(fā)明的卡魯塞爾氧化溝在全世界范圍已有800多座投入運(yùn)行(1996)。法國(guó)OTV-Kurger公司開(kāi)發(fā)的D型氧化溝已占丹麥氧化溝總數(shù)的80％。美國(guó)Envirex公司開(kāi)發(fā)的Orbal氧化溝，最大處理規(guī)模已達(dá)90萬(wàn)m3/d。

        從90年代至今是我國(guó)氧化溝技術(shù)大發(fā)展的階段，預(yù)計(jì)已有上百座氧化溝污水處理廠投入運(yùn)行。氧化溝技術(shù)仍然是當(dāng)前污水處理的熱點(diǎn)。從應(yīng)用和研究情況來(lái)看，我國(guó)氧化溝技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距很大。究其原因是我國(guó)沒(méi)有系統(tǒng)地研究過(guò)氧化溝技術(shù)與設(shè)備，目前我國(guó)已引進(jìn)數(shù)種氧化溝技術(shù)，有條件來(lái)分析比較和吸收消化。因此，認(rèn)真分析和總結(jié)這方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)顯得十分必要。

        氧化溝屬于活性污泥工藝的一種變形，但是在其發(fā)展過(guò)程中也形成了其很多獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

        a) 構(gòu)造形式具有多樣性

        基本型式的氧氣溝的曝氣池呈封閉的溝渠形，溝渠形狀和構(gòu)造則多種多樣?？沙蕡A形和橢圓形等形狀，可為單溝或多溝系統(tǒng)，多溝系統(tǒng)可是一組同心相通的溝渠，也可是互相平行、尺寸相同的多組溝渠。有與二沉池分建，也有合建的氧化溝。多種多樣的構(gòu)造形式，賦予了氧化溝靈活機(jī)動(dòng)的運(yùn)行性能，以滿足不同的出水水質(zhì)要求。例如，結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定氧化溝從整體流態(tài)上是完全混合的，但在局部又具有推流特性。這對(duì)除磷脫氮工藝也是極其重要的，氧化溝內(nèi)可以形成缺氧和好氧交替出現(xiàn)的區(qū)域。

        b) 氧化溝曝氣設(shè)備的多樣性

        曝氣裝置的作用除供氧外，還要提供溝渠內(nèi)不小于0.3m/s的流速，以維持循環(huán)及活性污泥的懸浮狀態(tài)。常用的曝氣裝置有轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)盤(pán)、表面曝氣器和射流曝氣等，不同的曝氣裝置導(dǎo)致了不同的氧化溝型式。氧化溝的曝氣強(qiáng)度可通過(guò)出水溢流堰和直接調(diào)節(jié)曝氣器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

        c) 簡(jiǎn)化了預(yù)處理和污泥處理

        氧化溝的水力停留時(shí)間和污泥齡長(zhǎng)，懸浮狀有機(jī)物可以與溶解性有機(jī)物一起同時(shí)得到較徹底的穩(wěn)定，所以氧化溝不要求設(shè)置初沉池。氧化溝排出的剩余污泥已得到高度穩(wěn)定，剩余污泥量較少。因此不再需要進(jìn)行厭氧消化，而只需進(jìn)行濃縮與脫水。一體式氧化溝還可以不設(shè)二次沉淀池。