1、城市污水處理廠的規(guī)模劃分
根據(jù)我國的實(shí)際情況，大體上可分為大型、中型和小型污水處理廠。
規(guī)模>10×10^4 m³/d的是大型污水廠，一般建在大城市，基建投資以億元計，年運(yùn)營費(fèi)用以千萬元計，目前全國已建成十多座。
中型污水處理廠的規(guī)模為(1～10)×10^4 m3/d，一般建于中、小城市和大城市的郊縣，基建投資幾千萬至上億元，年運(yùn)營費(fèi)用幾百萬到上千萬元，目前全國已建成幾十座，正建的有上百座，今后一段時間還將大量增加。
規(guī)模<1×10^4 m3/d的是小型污水處理廠，一般建于小城鎮(zhèn)，基建投資幾百萬到上千萬，年運(yùn)營費(fèi)用幾十萬到上百萬；由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，目前這類污水廠剛剛在沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的小城鎮(zhèn)出現(xiàn)，今后會越來越多，最終小型污水廠的數(shù)量將超過大中型污水廠。
2、城市污水處理廠的主要工藝
城市污水的主要污染物是有機(jī)物，因此目前國內(nèi)外大多采用生物法。也有采用化學(xué)法的，比如采用化學(xué)強(qiáng)化一級處理，但這種工藝的去除率不高，出水達(dá)不到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，只適用于某些特定的對出水水質(zhì)要求不高的地方。
在生物法中，有活性污泥法和生物濾池兩大類，生物濾池的處理效率不高，衛(wèi)生條件較差，我國只有少數(shù)幾座生物濾池城市污水處理廠，而活性污泥法占絕大多數(shù)。
活性污泥法有很多種型式，使用廣泛的主要有三類：①傳統(tǒng)活性污泥法和它的改進(jìn)型A/O、A2/O工藝，②氧化溝，③SBR工藝。
傳統(tǒng)活性污泥法是應(yīng)用較早的工藝，它去除有機(jī)物的效率很高，在處理過程中產(chǎn)生的污泥采用厭氧消化方式進(jìn)行穩(wěn)定處理，對消除污水和污泥的污染很有效，而且能耗和運(yùn)行費(fèi)用都比較低，因而得到廣泛應(yīng)用。近20年來，水體富營養(yǎng)化的危害越來越嚴(yán)重，去除氮、磷列入了污水處理的目標(biāo)，于是出現(xiàn)了活性污泥法的改進(jìn)型A/O法和A2/O法。A/O法有兩種，一種是用于除磷的厭氧—好氧工藝，一種是用于脫氮的缺氧—好氧工藝；A2/O法則是既脫氮又除磷的工藝。
氧化溝是活性污泥法的一種變型，在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)活性污泥法，是一種首尾相接的循環(huán)流，通常采用延時曝氣，在污水凈化的同時污泥得到穩(wěn)定。它不設(shè)初沉池和污泥消化池，處理設(shè)施大大簡化。氧化溝具有傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，去除有機(jī)物的效率很高，也具有脫氮的功能。如果在溝前增設(shè)厭氧池，還可同時除磷。氧化溝這種高效、簡單的特點(diǎn)，使它在中小型城市污水處理廠中得到廣泛應(yīng)用。
SBR是序批式活性污泥法，它的基本特征是在一個反應(yīng)池中完成污水的生化反應(yīng)、沉淀、排水、排泥，不僅省去了初沉池和污泥消化池，還省去了二沉池和回流污泥泵房，處理設(shè)施比氧化溝還要簡單，而且處理效果好，有的SBR工藝還具有很強(qiáng)的脫氮除磷功能。SBR工藝對自控要求高，過去自控設(shè)備不過關(guān)，這種工藝無法推廣，近年來自控技術(shù)和儀表應(yīng)用于污水處理已經(jīng)過關(guān)，因而SBR工藝得到大力推廣，成為業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的一種工藝。
3、大型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝
大型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝是傳統(tǒng)活性污泥法及其改進(jìn)型A/O法、A2/O法。目前世界上絕大多數(shù)國家(包括我國)的大型污水廠大多采用傳統(tǒng)活性污泥法、A/O和A2/O法，我國的北京高碑店污水廠、天津紀(jì)莊子污水廠和東郊污水廠、沈陽市北部污水廠、鄭州市污水廠、杭州市四堡污水廠、成都市三瓦窯污水廠等都采用這種工藝，這不是偶然的，因為這種工藝對大型污水廠具有難以替代的優(yōu)點(diǎn)：
1.耗能低、運(yùn)營費(fèi)用低
傳統(tǒng)活性污泥法、A/O和A2/O法與氧化溝和SBR工藝相比優(yōu)勢是能耗較低、運(yùn)營費(fèi)用較低，規(guī)模越大這種優(yōu)勢越明顯。對于大型污水廠來說，年運(yùn)營費(fèi)很可觀，比如規(guī)模為40×10^4 m3/d的污水廠，1 m3污水節(jié)省處理費(fèi)1分錢，一年就節(jié)省146萬元。
這種工藝的能耗和運(yùn)營費(fèi)低的原因是：a.設(shè)置初沉池，利用物理法以最小的能耗和費(fèi)用去除污水中相當(dāng)一部分有機(jī)物和懸浮物，降低二級處理的負(fù)荷，顯著節(jié)省能耗；b.污泥采用厭氧消化，它比氧化溝和SBR工藝的同步好氧消化顯著節(jié)省能耗，是一種公認(rèn)的節(jié)能工藝。
這種工藝的基建投資一般情況下比氧化溝和SBR工藝高，但隨著規(guī)模的增大，氧化溝和SBR的基建費(fèi)也成倍增加，而常規(guī)活性污泥法的投資則以較小的比例增加，兩者的差距越來越小。當(dāng)污水廠達(dá)到一定規(guī)模后，常規(guī)活性污泥法的投資比氧化溝與SBR還省，所以，污水廠規(guī)模越大，常規(guī)活性污泥法的優(yōu)勢就越大。
2.管理水平提高
常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺點(diǎn)是處理單元多，操作管理復(fù)雜，特別是污泥厭氧消化要求高水平的管理，消化過程產(chǎn)生的沼氣是可燃易爆氣體，更要求安全操作，這些都增加了管理的難度。但由于大型污水廠背靠大城市，技術(shù)力量強(qiáng)，管理水平較高，能滿足這種要求，因而常規(guī)活性污泥法的缺點(diǎn)不會成為限制使用的因素。
根據(jù)我國目前的現(xiàn)實(shí)情況，同時由于排水管網(wǎng)系統(tǒng)不夠完善，大多數(shù)城市污水的有機(jī)成分不高，加之污泥厭氧消化的管理和沼氣的利用還缺乏成熟的經(jīng)驗，這些因素都降低了包含污泥厭氧消化工序的常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的經(jīng)濟(jì)性。因此，對于規(guī)模為(10～20)×10^4 m3/d的城市污水處理廠，有時可能采用SBR和氧化溝工藝更為經(jīng)濟(jì)，在這種情況下，有必要對各種工藝進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定工藝。
4、中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝
中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝是氧化溝和SBR，它們的共同特點(diǎn)是：
1、去除有機(jī)物效率很高，有的還能脫氮、除磷或既脫氮又除磷，而且處理設(shè)施十分簡單，管理非常方便，是目前國際上公認(rèn)的高效、簡化的污水處理工藝，也是世界各國中小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝。
2、在10×10^4 m3/d規(guī)模以下，氧化溝和SBR法的基建費(fèi)用明顯低于常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法；對于規(guī)模為(5～10)×10^4 m3/d的污水廠，氧化溝與SBR法的基建費(fèi)用通常要低10%～15%。規(guī)模越小，兩者差距越大，這對缺少資金建污水廠的中小城市很有吸引力。
即使在10×10^4 m3/d規(guī)模以下，氧化溝和SBR法的電耗和年運(yùn)營費(fèi)用仍高于常規(guī)活性污泥法，但如果與基建費(fèi)用一起來比較，基建費(fèi)加上20年的運(yùn)營費(fèi)總計還是比常規(guī)活性污泥法低些。規(guī)模越小，低得越多，規(guī)模越大，差距越小，當(dāng)規(guī)模為10×104 m3/d時，兩類工藝的總費(fèi)用大致相當(dāng)。因此，對于中小型污水廠采用氧化溝與SBR法在經(jīng)濟(jì)上是有利的。
3、氧化溝與SBR工藝通常都不設(shè)初沉池和污泥消化池，整個處理單元比常規(guī)活性污泥法少50%以上，操作管理大大簡化，這對于技術(shù)力量相對較弱、管理水平相對較低的中小型污水處理廠很合適。
4、氧化溝和SBR工藝的設(shè)備基本上實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，在質(zhì)量上能滿足工藝要求，價格比國外設(shè)備便宜好幾倍，而且也省去了申請外匯進(jìn)口設(shè)備的種種麻煩。
5、氧化溝和SBR工藝的抗沖擊負(fù)荷能力比常規(guī)活性污泥法好得多，這對于水質(zhì)、水量變化劇烈的中小型污水廠很有利。
正是由于上述種種原因，氧化溝和SBR在國內(nèi)外都發(fā)展很快。美國環(huán)保局(EPA)把污水處理廠的建設(shè)費(fèi)用或運(yùn)營費(fèi)用比常規(guī)活性污泥法節(jié)省15%以上的工藝列為革新替代技術(shù)，由聯(lián)邦政府給予財政資助，SBR和氧化溝工藝因此得以大力推廣，已經(jīng)建成的污水廠各有幾百座。歐州的氧化溝污水廠已有上千座，澳大利亞近10多年建成SBR工藝污水廠近600座。在國內(nèi)，氧化溝和SBR工藝已成為中小型污水處理廠的首選工藝。
5、氧化溝工藝的主要分類和特點(diǎn)
氧化溝工藝大體上可以分為四類：
1.多溝交替式氧化溝
它的特點(diǎn)是合建式，沒有單獨(dú)的二沉池，采用轉(zhuǎn)刷曝氣。它有單溝、雙溝和三溝式，最典型的是邯鄲三溝式氧化溝。這種氧化溝具有SBR工藝的特點(diǎn)，也可算是SBR的一種類型，它的脫氮除磷效果不穩(wěn)定，如果要求脫氮除磷，需增加一些設(shè)施。
2.卡魯塞爾氧化溝
它是分建式，有單獨(dú)的二沉池，采用表曝機(jī)曝氣，溝深大于多溝交替式氧化溝，長沙水質(zhì)凈化二廠就是這種工藝，它的脫氮除磷效果也不夠理想，如果要求脫氮除磷，也需增加一些設(shè)施。
3.奧貝爾氧化溝
它也是分建式，有單獨(dú)二沉池，采用轉(zhuǎn)碟曝氣，溝深也較大，現(xiàn)在四川、北京、山東、浙江等地都在采用，它的脫氮效果很好，但除磷效率不夠高，要求除磷時還需采取一些措施。
4.一體化氧化溝
是合建式，沉淀池建在氧化溝內(nèi)，已在四川成都市新都污水廠和山東高密市污水廠應(yīng)用。它既是連續(xù)進(jìn)出水，又是合建式，且不用倒換功能，從理論上講最經(jīng)濟(jì)合理，但在一些具體技術(shù)問題上還不十分成熟，因此影響了它的推廣使用。
6、SBR工藝的主要分類和特點(diǎn)
SBR工藝主要有以下幾種類型：
1.傳統(tǒng)式SBR工藝
它的所有操作都是間歇的、周期性的，四川巴中污水廠就是這種工藝。它的脫氮除磷效果不夠穩(wěn)定，如要求脫氮除磷，需做一些改進(jìn)。
2.ICEAS工藝
即間歇式循環(huán)延時曝氣活性污泥法，它用隔墻將反應(yīng)池分為兩部分，前面是預(yù)反應(yīng)區(qū)，后面是主反應(yīng)區(qū)，采用連續(xù)進(jìn)水，間歇曝氣、沉淀、排水、排泥，已用在昆明第三、第四污水廠。它可以脫氮除磷，但效果不夠理想。
3.DAT—IAT工藝
即連續(xù)曝氣和間歇曝氣相結(jié)合的工藝，反應(yīng)池中部用隔墻分為兩部分，前邊的DAT連續(xù)曝氣，后邊的IAT間歇曝氣、沉淀、排水、排泥，已用于天津開發(fā)區(qū)污水處理廠。它的脫氮除磷功能一般，需增加設(shè)施才能提高脫氮除磷效率。
4.CAST工藝
即循環(huán)式活性污泥法，它的反應(yīng)池用隔墻分為選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、排泥都是間歇周期性運(yùn)行。它的脫氮除磷效果好，防止污泥膨脹的性能好，目前深圳、天津和云南的一些污水處理廠都采用此種工藝。
5.UNITANK工藝
是三個矩形池并聯(lián)，按照類似三溝式氧化溝的周期運(yùn)行模式工作，但把轉(zhuǎn)刷曝氣改為鼓風(fēng)曝氣，可加大池深，把出水可調(diào)堰改為固定堰，簡化了排水，上海石洞口污水處理廠就是采用這種工藝，它的功能和三溝式氧化溝類似。
7、氧化溝和SBR工藝的比較
氧化溝和SBR工藝有很多共同特點(diǎn)，也有各自的特點(diǎn)和適用性，在選定方案時需要仔細(xì)分析。
1.從基建投資看
SBR工藝是合建式，一般情況下征地費(fèi)和土建費(fèi)較氧化溝低，而設(shè)備費(fèi)較氧化溝高，總造價的高低則要視具體情況決定。
a. 地價高，對氧化溝不利。
b. 進(jìn)水BOD濃度高，反應(yīng)容積與沉淀容積的比值高，對氧化溝有利；BOD濃度低，反應(yīng)容積與沉淀容積的比值低，對SBR有利。
2.從運(yùn)營費(fèi)用看
SBR工藝通常用鼓風(fēng)曝氣，氧化溝工藝通常用機(jī)械曝氣。一般說來，在供氧量相同的情況下，鼓風(fēng)曝氣比機(jī)械曝氣省電；第二方面，SBR工藝是合建式，不用污泥回流(有的少量回流)，氧化溝工藝是分建式要大量回流，電耗較大；第三方面，SBR工藝是變水位運(yùn)行，增大了進(jìn)水提升泵站的揚(yáng)程。綜合考慮，通常氧化溝工藝的電耗要比SBR工藝大些，運(yùn)營費(fèi)要高些。
3.從運(yùn)行差異看
氧化溝工藝是連續(xù)運(yùn)行，不要求自動控制，只是在要求節(jié)能時用自動控制；SBR工藝是周期間歇運(yùn)行，各個工序轉(zhuǎn)換頻繁，需要自動控制。
4.從沉淀差異看
SBR工藝是靜態(tài)沉淀氧化溝工藝是動態(tài)沉淀，因而SBR的沉淀效率更高，出水水質(zhì)更好。
原標(biāo)題：大中小型污水處理廠的工藝選擇！