城市生活污水处理若干问题论文

浅谈城市生活污水处理的若干问题

摘要：随着城市化进程的加快和经济建设的飞速发展，城市污水排放量也迅速增长，大量未经处理的污水的任意排放，不仅造成城市及水环境的污染，更加危害百姓身体健康，同时额制约了城市各方面的发展速度。本文介绍了城市生活污水的来源和特点，提出了城市生活污水的处理方法。

关键词：生活污水；污水处理；处理方法 1 引言

在全球经济快速发展的今天，环保问题，特别是城市污水处理已成为各国研究的热点。城市污水治理对改善城市水环境，保障城市经济发展起着关键的作用。随着城市污水排放量增加，环境基础设施建设又跟不上城市化发展速度，致使城市生活污水成为水污染的一个重要来源。因此，如何处理城市生活污水是一个值得关注的大问题。

2 城市污水处理存在的问题

(1)我国近些年社会经济持续高速发展给环境带来越来越大的压力。到今天为止，我国城市排放污水每年达到约500多亿吨，处理的污水占排放不到1/5。这个数字相对发达国家来说少得可怜。而发达国家的污水处理率都在80%以上。除此之外，很多污水处理车间乃至厂家处理后的污水也没有达到环保要求，还会对环境产生很多危害。

(2)管网收集系统建设滞后，特别一些城市中心区雨污分流还没

有实现，污水处理设施难以充分发挥效益。目前我国处理设施严重不足，城市排水管网普及率及管道收集率较低，许多厂管网不能配套，一些城市污水处理厂不能满负荷运作，现有的处理设备还存在着设计水平低、设备质量低运行稳定性较差等诸多问题，而且更新改造和达标改造资金短缺、运行费用不足。

(3)各级政府筹集资金或借债资金方式等组建的污水处理厂，很多时候被各级政府委托排水厂机构管理，各种运行费用的来源都靠政府，政府财政状况的好坏决定了各种运营费用的多少。这就容易导致因为财政资金缺乏有效监控，产生浪费现象。在这种情况下，各级政府筹集资金污水处理厂的管理组缺乏成本的意识，将导致人浮于事、陈旧的管理方式、工作不讲究效率等现象的重复发生。 3 城市生活污水的主要来源

生活污水主要来自家庭、商业、机关学校、旅游服务业及其他城市公用设施。城市生活污水污染物含量主要是有机物，如淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、糖类、矿物油等，其中cod(化学需氧量)、bod(生物需氧量)、tkn(凯氏氮)、tn(总氮)、tp(总磷)也较高。生活污水经一级物理处理、二级生化处理后codcr、bod5、tkn、nh3-n等大幅度降低，但tn、tp仍较高，排入水体后易造成水体的富营养化，使藻类大量生长繁殖，造成赤潮和水华。藻类生物原生质的组成是c106h263o110n16p，可知水中含少量的氮、磷就能促使藻类大量生长，而当藻类代谢大量死亡时，就使水域水体腐败发臭水质恶化。

4 城市污水治理的重要性及迫切性 4．1 城市可持续发展的需要

随着我国城镇化进程的加快，乡镇企业迅速发展，城镇污水排放量也不断增加。然而由于过去 “重建设，轻环保”的旧观念，城镇基础设施建设远远落后于城镇建设，缺乏必要的污水收集系统和污水处理设施。不仅直接污染了小城镇自身生态环境，而且造成了江河、湖泊水体的严重污染，已成为区域性水环境的重要污染源。对小城镇居民饮用水安全和生存环境构成严重威胁，制约了小城镇的可持续发展。

4．2 流域生态环境保护的需要

小城镇在城镇总数中所占比例大且呈分散型，是继大、中城市污水治理后的一个新战略目标。根据有关报道，预计今后我国70％以上的生活污水将来自城镇及小区。由此可见，小城镇污水治理关系到我国环境状况和可持续发展的目标，有着十分重要的战略意义。

5 城市生活污水处理方法

5．1 膜分离技术的进展及在生活污水处理中的应用 鉴于膜分离技术在污水处理中通过固液分离机制去除污染物和细菌方法有独到的优势。人们对膜分离技术应用于给水和污水处理方面进行了多途径的开发和应用。膜分离技术(如微滤、超滤)在城市生活污水处理应用方面也有了较大进展，已经部分商业化用作回用水。kyu—hong和song，设计的中空纤维膜微滤系统，小规模处

理生活污水，由于微生物降解了60％的toc(总有机碳)。其中的悬浮颗粒和固体主要通过膜吸附作用从水中得以清除，结果使出水水质中cod、bod、toc、ss(悬浮物)和浊度分别低于30mg／l、10mg／l、10mg／l、2mg／l和1ntu，满足回用水标准。abdessemedi21报道了絮凝-吸附-微滤系统处理生活污水，出水可回用，出水水质中浊度和cod分别为从18ntu、77mg，l降到0．5nut、13ml。膜污染是膜分离技术在污水处理应用中的一个难题。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体、溶质大分子由于物理化学相互作用或机械作用而在膜表面或孔内吸附、沉积，造成膜孔经变小或堵塞，使膜产生透过流量和分离特性发生不可逆变化，导致处理水的质量和数量下降。膜污染防治技术目前主要有：① 对滤液进行前处理。各种混凝技术对滤液进行前处理能有效去除有颗粒物。强化一级处理工艺与膜技术联合作用能有效降低膜污染。② 改善操作环境，有关研究证实双向搅动、物理冲洗、改变曝气等方式能有效降低膜污染。③定期对膜组件进行清洗。尽管如此，膜污染还是随使用时间的延长而增加。直到现在，膜污染仍是制约膜技术在处理城镇生活污水应用中的最重要因素。防治膜污染而采取的种种措施使膜法水处理耗能相对较高。故与其他水处理方法结合应用的新型、低能耗合成膜法水处理工艺成为水处理领域研究的热点之一。膜生物反应器就是由膜分离技术与生物反应器结合的生物化学反应处理系统。gande就该膜生物反应器处理生活污水，从能耗角度(特别是曝气和循环泵的费用上)研究了一体式和分体式两类反应器，结果表明：

在处理特殊废水(如n浓度高废水)和废水回用情况下膜反应器是非常有效的，但分体式的耗能要高于一体式，而后者的膜建设和维护费用则较高。uedam等研制的加压浸没式膜生物反应器是膜生物反应器研制过程中的又一进展。通过抬高进水水位，利用膜组件外部水的压力形成压力差，并串联一个厌氧硝化池除n，可使其能耗大大降低。该反应器在处理城市生活污水时的连续运行结果证实：①膜在连续运行400d期间，经过清洗．处理效果稳定；②bod、t0c、ss、tn和tp的平均去除率分别为99％、93％、100％、79％和74％；③短期抗冲击能力显著；④ 平均耗能低，为2．4kwh／m。chiemchaisrim等研究了应用膜生物反应器和中空纤维膜分离组件。该装置在小规模污水处理运行中，无污泥排放、有机物高度稳定化，通过控制曝气速率，脱氮效率高达90％。chiemchaisri随后对曝气的方式加以改进以增大膜得通量。lee等旧在膜生物反应器中加入铝盐或沸石，结果表明能有效降低膜污染，同时除磷、脱氮效果明显。总之，通过开发新型有机、无机及复合经济型膜材料，采用经济、有效手段防止膜污染，加强膜技术与其它水处理技术联合应用，可大大促进分离技术在城镇生活污水处理中的实际应用。 5．2 强化一级处理技术的发展及在生活污水处理中的应用 城市生活污水强化一级处理工艺的快速发展，在很大程度上得益于它基建投资少、单位污染物去除费用较低、能较大程度地提高污染物的去除率，消减污染负荷。特别是，由于该工艺运行管理简便灵活，处理过程稳定可靠，很适合于我国中小城镇生活污水处理

的实际应用，尤其适合于资金紧张地区的生活污水处理。强化一级处理技术可分为化学强化一级处理工艺和生物强化一级处理工艺，有研究表明在对生活污水处理过程中，cept的处理效果明显，一般悬浮固体去除率可达90％、bod去除率为50～70％、细菌去除率为80 90、tp为80 90％。而常规一级处理去除率为：ss为50～60％、cod为25～40％、tp为10％。特别是在除磷方面，一般单采用生物除磷工艺很难满足1．0mg／l出水水质要求。cept可以满足这一出水水质的要求。

5．3 生物处理方法的发展及在城镇生活污水处理中的应用 污水生物处理过程是指利用微生物的新陈代谢把污水中存在的各种溶解态或胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。按照处理过程中有无氧气的参与。污水的生物处理技术可分为好氧处理工艺和厌氧处理工艺：按照污水处理生物反应器中微生物的生长状态，污水的生物处理技术又可分以活性污泥为代表的悬浮生长工艺和以生物膜法为代表的附着生长工艺。其中氧化沟法处理工艺和cass较为常用。 5．3．1氧化沟法

氧化沟法工艺是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，是传统活性污泥工艺的一种变形。与传统工艺相比，其特点是：将“池”改为“沟”，氧化沟为封闭的环状沟，也称为连续循环曝气池，其流态具备推流式和完全混合式的双重特点，因而抗冲击负

荷能力强。氧化沟的曝气形式主要以表曝为主，常见的曝气设备有水平轴转刷、转碟、垂直轴叶轮表爆机等。除此以外，氧化沟工艺还具备构造简单、操作管理简便、出水水质好、处理效率稳定等特点。

氧化沟工艺从五十年代发展至今已有多种形式。从运行方式上，可分成三大类：连续工作式、交替工作式和半交替工作式。较典型的连续工作式氧化沟有carrousel及orbal氧化沟，较典型的交替工作式氧化沟为t型氧化沟，de型氧化沟为半交替工作式氧化沟。 carrousel氧化沟是1967年由荷兰dhv公司发明的一种污水处理技术。其形状可以是“田径跑道”式，也可以由多个类似“跑道”串联而成，一般采用垂直轴叶轮表面曝气机。传统的carrousel氧化沟没有明显的缺氧区，反硝化主要靠同步反硝化，混合液的回流比也无法控制，因而脱氮效率不高。

carrousel 2000工艺流程框图

在原carrousel系统的基础上，dhv公司和其在美国的专利特许公司eimco又推出了carrousel 2000系统，如图5-3所示。 carrousel 2000氧化沟与传统carrousel氧化沟的不同之处在于沟内增设了预反硝化区（占氧化沟体积的15％），这种设计使系统中有了专门的缺氧区，并且混合液的量可通过回流调节门予以控制，因而脱氮效果得以明显地改善。

实际上，carrousel 2000氧化沟的除磷脱氮原理与a/a/o工艺

是一致的，只是carrousel 2000氧化沟不需设置专门的混合液回流设备而已，因此比a/a/o工艺运行费用略低，投资更省，故在我国得到了广泛的应用。

由于carrousel 2000氧化沟采用的是垂直轴叶轮表面曝气机，其服务水深最大仅达4.5m，因而氧化沟的占地面积偏大，充氧动力效率偏低，这在一定程度上限制了carrousel 2000氧化沟的应用。为了解决这个问题，将垂直表面叶轮曝气机曝气改为微孔曝气，同时在池中增设潜水搅拌机推流，从而增加了服务水深，减少了占地面积，获得了比表面曝气更高的动力功率，是一种值得大力推广的污水处理工艺。

a2/o氧化沟工艺流程图 5．3．2cass工艺

cass工艺是循环式活性污泥法（cyclic activated sludge system，cass）的简称，也被称为casp（cyclic activated sludge process）。cass工艺是goronszy教授在iceas的基础上开发出来的，是sbr工艺的一种新的形式。cass方法在20世纪70年代开始得到研究和应用。反应器工艺是以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优良特点的废水处理新工艺，尤其适合于要求脱氮除磷功能的城市污水处理。

cass工艺实质上为具有除磷脱氮功能的间歇式反应器，在此反应器中进行交替的曝气—不曝气过程的不断重复，将生物反应过程

及泥水的分离过程结合在一个池子中完成。因此，它是sbr工艺及iceas工艺的一种最新变型，目前已广泛应用于国内外城市污水处理工程。

cass反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区是设置在cass前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。兼氧区不仅具有辅助厌氧或兼氧条件下运行的生物选择区对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化作用，主反应区则是最终去除有机物的场所。

生物选择器

在循环式活性污泥法工艺中设有生物选择器，生物选择器是设置在cass前端的小容积区（容积约为反应器总容积的10%），水力停留时间为0.5～1 h，通常在厌氧或兼氧条件下运行。生物选择器的设置是利用活性污泥种群组成动力学的规律，创造合适的絮凝性细菌生长的环境。生物选择器的机理和作用在20世纪70年代和80年代分别由chudoba和wanne进行了深入的研究。大量研究结果表明，设计合理的生物选择器可有效地抑制丝状菌的大量繁殖，克服污泥膨胀，提高系统的稳定性。所以选择器的最基本功能是防止产生污泥膨胀。

此外，选择器中还可以比较显著的反硝化作用（回流污泥混合液中通常含有硝态氮），其所去除的氮可占总去除率的20%左右。 cass工艺工程实例

兼氧区

cass反应器中硝化和反硝化过程在曝气阶段同时进行。运行时控制供氧强度以及曝气池中溶解氧浓度，使絮凝体的外周能保证有一个好氧环境进行硝化；同时，由于溶解氧浓度得到控制，氧在污泥絮体内部的渗透传递作用受到限制，而较高的硝酸盐浓度（梯度）则能较好地渗透到絮体的内部，因此在絮体内部能有效地进行反硝化过程。通过污泥回流，将部分硝酸盐氮带入生物选择器和兼氧区中，因此在其中也有部分反硝化功能。另外，在曝气停止后的非曝气阶段中，沉淀污泥床中也存在一定的反硝化作用。

在完全混合反应区之前兼氧区是在厌氧或兼氧条件下运行的，对进水水质水量的变化有缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化的作用。其对大分子物质发生水解的作用，对于难降解物质的去除、提高有机物的去除率有一定的促进效果。因为生物除磷的效果很大程度上取决于进水中所含有的易降解基质的含量，在兼氧区中活性污泥通过水解酶分解大量易降解的溶解性基质为挥发酸，这些易降解物质可用于后续的生物除磷过程，对整个系统的生物除磷功能起着非常重要的作用。系统中通过曝气和非曝气阶段使活性污泥不断地经过好氧和厌氧的循环，这些反应条件将有利于聚磷细菌在系统中的生长和累积，因此系统具有生物除磷的功能。根据goronszy等人的研究，当微生物体内吸附和吸收大量易降解物质而且处在氧化还原电位为+100～-150 mv的交替变化的环境中时，系统具有良好的生物除磷功能。

主反应区

主反应区是最终去除有机底物的主场所。运行过程中，通常将主反应区的曝气强度加以控制，以使反应区内主体溶液处于好氧状态，而活性污泥结构内部则基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内的传递受到限制，而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，从而使主反应区中同时发生有机污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用。该区主要完成降解有机物和硝化/反硝化过程。 污泥回流/排除剩余污泥系统

cass反应器设置了三个反应区，在池子的末端设有潜水泵，污泥通过潜水泵不断地从主曝气区抽送至选择器中（污泥回流量约为进水流量的20%左右），所设置的剩余污泥泵在沉淀阶段结束后将工艺过程中产生的剩余污泥排出系统，剩余污泥的浓度一般为10 g/l左右。主反应区污泥回流到选择区与进水混合，可以充分利用活性污泥的快速吸附作用，加速对溶解性底物的去除并对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。 （5）运行阶段

cass是连续进水工艺，运行工序也由曝气、沉淀、滗水组成。一般也采用多个池子为一组（一般为2个）。循环开始时，由于充水，池子中的水位由某一最低水位开始上升，经过一定时间的曝气和混合后停止曝气，以使活性污泥为一个静止的环境中沉淀。在完成沉淀阶段后，由一个移动式滗水堰排出已处理的上清液，使水位

下降至池子所设定的最低水位，然后再重复上述过程。为保持池子中有一个合适的污泥浓度，需要根据产生的污泥量排出相应的剩余污泥。排除剩余污泥一般在沉淀阶段结束后进行，排出的污泥浓度可达10 g/l左右。 cass工艺流程图 6 结束语

城镇对于我们社会主义现代化事业具有举足轻重的战略地位。城镇建设步伐的加快，势必会带来环境污染的加剧。我国的城市污水处理正逐步兴起，全国各大城市将会相继建立更大规模的污水处理厂，进一步提高城市污水的处理能力，促进城市经济的可持续发展。

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