ICEAS

偏高的问题是普遍存在的,因此,要对设计的污水水量和污水水质整体考虑,留余地过大,既增加投资亦会使设备闲置或低效运行。合理确定城市污水水质是城市污水处理厂建设的一个非常重要的因素,要引起高度重视,避免有限的建设资金浪费。 4. 3 城市污水处理的工艺选择要求

符合国家城市污水处理及污染防治技术政策,是城市污水处理工艺选择的基本要求。同时,城市污水处理的具体工艺选择要符合以下要求: 4. 3. 1 技术的合理性

要求技术先进而成熟,对水质变化适应性强,出水达标且稳定性高,污泥易于处理。针对出水有回用要求的要选用深度处理工艺,对有脱氮、除磷要求的要考虑具有脱氮、除磷效果的工艺。 4. 3. 2 经济节能

“运行费用低、造价低和占地少”是经济节能的基本要求。对于城市污水处理,运行费用主要是“两大因素”:一是提升泵房电耗,一般占运行费用的20% ～30% ,主要与出水水位标高、进水管底高程和工艺流程损失有关;二是鼓风机房电耗,一般占运行费用的50% ～60% ,主要与进出水BOD5 或氨氮等要求有关。因此不同工艺本身对电耗影响较小,即工艺对运行费用的影响相对较小,但造价和占 地则不同,在比较工艺的积极性方面主要是投资和占地因素间的比较。 4. 3. 3 易于管理

操作管理方便,设备可靠且维修简单是基本要

求。目前城市污水处理所采用工艺基本上是基于活性污泥法类型的,因此,曝气设备的选择是运行管理的关键。目前,国内广泛使用的曝气方式可分为机械曝气和鼓风曝气2种:机械曝气设备主要有表面曝气机、转刷(转碟)曝气机等,在使用上设备可靠耐用、维护简单,但效率低、动力消耗大;鼓风曝气设备主要有穿孔管、固定式微孔曝气器及可变微孔管等,总的说来,鼓风曝气较机械曝气的充氧效率高、动力消耗低,但维修时需将构筑物中水放空,维护复杂。尤其是近些年广泛采用的效率最高的橡胶膜微孔曝气器,曝气膜片在污水的侵蚀下很容易损坏,而且在悬浮物较高的情况下易堵塞。所以近几年一些新上马的污水处理厂为了减少运行管理的不便而采用效率低、动力消耗大的机械曝气技术。B iolak工艺采用的悬挂链移动曝气装置具备微孔橡胶曝气器的效率,又因为可以在正常运行的情况下直接将曝气器提出水面检修,不失为未来发展的一个方向。 4. 3. 4 重视环境

污水处理厂的厂区平面布置与周围环境相协调,注意厂内噪声控制和臭气的治理,绿化、道路与分期建设结合好。最大限度地消除二次污染是污水处理厂进行工艺选择必须考虑的因素之一。 4. 4 优选的城市污水处理工艺

在符合国家城市污水处理及污染防治技术政策的条件下,从国内已建污水处理厂的实际建设、运行和管理的经验看,国内的城市污水处理厂的建设和污水处理工艺选取一般考虑诸如:处理规模、受纳水体环境要求、城市经济发展水平和土地资源条件等因素。

4. 4. 1 二级及二级强化污水处理工艺的优选当前适用的污水处理工艺主要为氧化沟(包括其变形工艺)和SBR (包括其变形工艺)工艺,氧化沟和SBR 工艺均可以控制氮、磷,由于氧化沟和SBR工艺占地面积有较大差别,在氧化沟和SBR污水处理工艺之间选择主要考虑土地资源条件,土地资源条件紧张的地区宜采用SBR污水处理工艺,土地资源条件丰富的地区宜采用氧化沟污水处理 工艺。

4. 4. 2 一级强化污水处理工艺的优选

当没有脱氮、除磷要求,在非重点流域和非水源保护区的建制镇建设污水处理厂时,根据当地经济条件和水污染控制要求,可先实行一级强化处理,预留建设二级以上深度处理的能力。

国内运行效果较好的一级强化污水处理工艺主要为AB 法前段工艺,内蒙古自治区赤峰市中心城区污水处理厂就是采用AB法前段污水处理工艺处理城市污水。 4. 4. 3 较优的城市污水处理工艺

城市污水处理工艺优选遵循的原则:符合国家城市污水处理及污染防治技术政策、技术合理、经济节能、易于管理和环境影响小等。针对不同规模、不同背景条件、不同受纳水体要求,根据城市污水原水水质、出水要求和污水处理设施的规模,污泥处置方法及当地温度、工程地质、征地费用和电价等因素进行通盘慎重考虑,建立以工艺、技术、投资、运行、管理、效率、设备和工程等评价因子的多参数评价体系,用此评价体系对选取的城市污水处理工艺进行评价和优选,将评价结果交由专家采用“头脑风暴法”进行再评价和优选。同时,参考全国城市污水处理厂运行的定性与定量评价结果,综合评估出性能较优的城市污水处理工艺(表4)。 4. 5 小城镇污水处理工艺

全国分布着为数众多的小城镇(2000个以上) ,小城镇由于受资金、技术力量和人员素质等方面的制约,不可能像大中城市那样建设集中城市污水处理厂。有针对性地找到适合小城镇污水处理的工艺,在现阶段就显得尤为重要。我国小城镇的污水处理工艺较多,但真正投资省、运行费用低、处理效果好、工艺流程及运行管理简单的污水处理工艺较少,在对国内外中小城镇污水处理工艺进行了大范围筛选,认为以下几种污水处理工艺较适合广大中小城镇,并有着较好的利用前景。

适合小城镇的污水处理工艺有:(1)一体化氧化沟污水处理工艺;(2)传统SBR工艺及其变形污水处理工艺;

(3)B IOLAK悬挂链式污水处理工艺等。 5 城市污水处理工艺的技术经济指标

5. 1 国内已建污水处理设施的基本技术经济指标根据国家经济贸易委员会、建设部和原国家机械局三部委局[ 1 ]对国内已建成的36家污水处理厂的建设经济指标的统计,这36家污水处理厂的基本情况是: > 20 万t/d的有6 座, 10 ～20 万t/d的有

16座, 1～10万t/d的有14座;规模最大的是北京高碑店污水处理厂(100万t/d) ,最小的四川新都污水处理厂( 1万t/d) , 36家污水处理厂的总处理规模为443. 3万t/d。 国内36家已建污水处理厂技术经济指标统计结果为: 5. 1. 1 综合投资指标

处理规模443. 3万t/d的城市污水处理设施总投资为743 415万元(平均约1700元/ t,统计的投资包括污水厂工程、部分管网工程、综合利用的发电及堆肥等工程) ,其中国内资金624 125万元,国外贷款119 290万元,国内投资占总投资的84%。5. 1. 2 污水处理厂(城市污水处理设施的厂内部分)投资指标36家污水处理厂投资一般为800～1600元/ t,国内资金建设的城市污水处理厂平均投资为1164元/ t,利用国外贷款建设的城市污水处理厂平均投资为1517元/ t,利用国外贷款建设的项目比国内资金高约30%。

对于一个处理工艺已确定的污水处理厂,不论采用国外设备还是采用国内设备,其土建投资大致相同,按设备投资占总投资的30%计算,采用国外设备的污水处理厂设备价格是国产设备的2倍。5. 2 污水处理工艺的优选技术经济指标

城市污水处理投资大,运行费用高,为降低污水处理投资和运行成本,因地制宜地进行工艺方案(主要是生物处理方案)比较是必须的。对污水处理方案的比较力求客观全面,在同等进水、出水条件下,其设计

参数应包括对各种污染物的去除率、曝气时间、污泥负荷和容积负荷、曝气量及氧的利用率(及动力效率)和污泥产量(及污泥指数)等做全面分析,数据丰富可以做到集思广益,扬长避短,根据技术上合理,经济上合算,管理方便,运行可靠且有利于近、远期结合的原则,进行污水处理工艺方案的优化选择。 在对国内污水处理设施建设投资及运行费进行广泛调研的基础上,认为不包括管网工程、引进污水处理设备和引进沼气发电设备,较优的城市污水处理厂建设投资及1000元/ t左右; 运行费用的技术经济指标为:

(1)污水处理设施建设投资宜控制在(2)污水处理设施运行费(包括折旧费)宜控制在0. 5元/ t左右。 6 结 论

污水处理工艺的选择是建设城市污水处理设施的重要一环,是城市污水处理厂建设的基础性工作之一。选择合适的污水处理工艺,将影响城市污水处理厂的建设投资、管理运营的难易、运营成本、处理效果、社会效益和环境效益等诸方面,是非常重要的工作。

本文作者以10万t/d以下城市污水处理工艺的国家产业政策要求为基础,对已建城市污水处理厂污水处理工艺进行综合排序,给出现在及将来有发展前途的城市污水处理工艺及综合排序,推荐了有发展前景的城市污水处理新工艺。本文对我国10万t/d以下城市污水处理工艺选取及确定的原则、关注的问题进行了重点介绍,给出了优选的城市污水处理工艺,同时给出了我国城市污水处理设施的建设及运营的技术经济指标。作者希望本文对我国10万t/d以下城市污水处理工艺的介绍和探讨,能对城市污水处理工艺选取和确定有一定的借鉴作用。

在城市污水处理工艺的筛选和确定上,作者认为根据本城市污水的水质、经济发展水平和受纳环境水体的功能等诸要素进行多方案比选是必须的,也是必要的。污水处理工艺的选择及确定要坚持:“方案选择和比选要‘厚积’、方案的定夺要‘薄发’”。

CASS工艺初探

CASS工艺全称为循环式活性污泥法，其前身是ICEAS工艺，两者均是由美国的Goronszy教授开发而成的，并分别在美国和加拿大取得专利（CASS）。CASS 池为一间歇式反应器，在此反应器中活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行。因此，它是SBR 工艺及ICEAS 工艺的一种更新变型。随着计算机的日益普及，CASS 工艺由于其投资小、运行费用低、处理效率高，尤其是优异的脱氮除磷功能而越来越得到重视。该工艺已广泛应用于城市污水和各种工业废水的处理，目前全世界有400 多座各种规模的CASS 污水

处理厂正在运行或建造中。 （一）CASS 工艺的组成和运行

CASS 工艺特指设有一个分建或合建式生物选择器的可变容积，以序批曝气-非曝气方式运行的充-放式间歇活性污泥处理工艺，在一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离的处理功能。整个系统以推流方式运行，而各反应

区则以完全混合的方式实现同步炭化和硝化-反硝化功能。

1、CASS 工艺的组成

与传统的间歇反应器不同，每个CASS 反应器至少由二个区域组成，即生物选择区和主反应区，但也可在主反应区前

设置一兼氧区，如下图所示。

反应器的工艺构造

生物选择区设置在反应器的进水处，是一容积较小的污水污泥接触区（容积约为反应器总容积的10%）。进入反应器的污水和从主反应区内回流的活性污泥（回流量约为日平均流量的20%）在此相互混合接触。生物选择器是按照活性污泥种群组成动力学的规律而设置的，创造合适的微生物生长条件并选择出絮凝性细菌。在生物选择区内，通过主反

应区污泥的回流并与进水混合，不仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而且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。生物选择器还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。在生物选择器中，污泥回流液中存在的少量硝酸盐氮（约为2mg/L）可得到反硝化，反硝化量可达整个系统反硝化量的20%左右。选择器可定容运行，亦可变容运行，多池系统中的进水

配水池也可用作选择器。

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氮的反硝化作用。主反应区则是最终去除有机底物的主要场所。运行过程中，通常将主反应区的曝气强度以及曝气池中溶解氧强度加以控制，以使反应区内主体溶液中处于好氧状态，保证污泥絮体的外部有一个好氧环境进行硝化；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，而较高的硝酸盐浓度（梯度）则能较好地渗透到絮体内部，有效地进行反硝化，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。 2、CASS工艺的运行

CASS工艺以一定的时间序列运行，其运行过程包括进水-曝气、沉淀（泥水分离）、上清液滗除和进水-闲置等四个阶

段并组成其运行的一个周期（如下图所示）。

工艺的循环操作过程

（1）进水，曝气阶段开始；（2）曝气阶段结束；（3）沉淀阶段开始； （4）沉淀阶段结束，撇水阶段开始；（5）撇水阶段及排泥结束；

（6）进水、闲置阶段（视具体运行情况而定）

与传统意义的SBR 工艺不同，CASS 工艺在进水阶段，不设单纯的充水过程或缺氧进水混合过程。CASS 工艺在沉淀阶段无进水，保证了沉淀过程在静止的环境中进行，并使排水的稳定性得到保障；在操作循环的曝气阶段（同时进水）完成生物降解过程；在非曝气阶段完成泥水分离；排水装置是移动式自动滗水器，借此将每一循环操作中所处理的污水经沉淀后排出系统。一个运行周期结束后，重复上一周期的运行并由此循环不止。循环过程中，反应器内的水位随进水而由初始的设计最低水位逐渐上升到最高设计水位，因而是一个变容积的运行过程。下图所示为某一CASS 污水

厂在进水曝气阶段氨氮浓度、硝酸盐氮浓度及溶解氧浓度的典型变化曲线。

进水曝气阶段氨氮、硝酸盐氮及溶解氧浓度典型变化曲线

CASS 反应器的主要设计参数有：最大设计水深可达5~6米，MLSS 为3.5~4.0g/L，充水比（每一循环的进水量占整个池子有效容积的百分数）为30%左右，最大滗水速率为30mm/min，固液分离时间1h，设计SVI为140，单循环时间（即一个运行周期）通常为4h（标准处理模块）。处理城市污水时，CASS 中生物选择器、缺氧区和主反应区的容积比一

般为1：5：30，具体可根据水质和“模块”试验加以确定。

（二）CASS 工艺的特点

CASS 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新的废水处理工艺，与传统的活性污泥法

和SBR 工艺相比，CASS 工艺具有以下几个方面的特征和优点：

（1）在反应器入口处设一生物选择器，并进行污泥回流，保证了活性污泥不断地在选择器中经历了一个高絮体负荷

（S0/X0）阶段，从而有利于系统中絮凝性细菌的生