净水技术|南方地区部分污水处理工艺现状及技术分析
小编导读 来自同济大学环境科学与工程学院的董亚楠、罗穆喜、李想、王洪涛和李风亭等人于2014年7月至9月调研了中国南方部分污水处理工艺现状，调研地点主要包括上海、浙江、江苏、湖北、广西、广东等地，范围涵盖城市污水处理、农村生活污水处理、工业废水处理等，主要工艺包括膜生物反应器、活性污泥法、腐殖填料滤池、人工快渗、人工湿地等。原文发表在《净水技术》2016年第五期，本文略有删减。
❶工业废水处理
MBR工艺处理线路板废水
（1）线路板废水处理工程概况
该线路板厂主要生产金色裱带裱壳、五金文具，会产生含有重金属的废水。因此该公司建立专门的污水处理工程，采用活性污泥和MBR工艺（如图1所示），设计处理量为500t/d，目前实际处理量为300 t/d，建成投资约300万人民币。由于该厂为电镀类行业，污水厂主要处理的污染物是Cu、Ni以及COD等。
该工艺中涉及到的氧化剂破络法，是利用强氧化剂破坏络合物，并且释放铜离子。该污水处理系统产泥量约1~2 t/d，污泥通过板框压滤机脱水后，运送到具有处理含重金属污泥资质的单位进行处理，污泥处理费用约1 000元/t。该污水厂的污水水质达到国家电镀类重金属排放标准，药剂成本约7~12元/t，电耗约0.6 kWh/t。
（2）技术分析
目前以MBR为主体的废水处理工艺在我国的工业废水处理中大量使用，该处理工艺同时具有活性污泥和膜处理的优点，能有效去除有机物和重金属，达到较高的出水标准。但是这类重金属废水及其污泥处理处置的系统流程比较复杂，对工艺设计、运行维护的要求比较高，成本较高，需要消耗大量的药剂，较难应用到经济欠发达的地区或国家。从长远来看，随着经济水平和污水处理技术的发展，在线路板污水及其他一些工业废水处理中采用此类处理工艺是有可能的。
印染废水处理
（1）广东省某印染厂废水处理工程
该印染废水处理工程实际处理水量为2 000 t/d左右，主要的处理工艺为AO，经提标改造，在AO工艺后新建了一套深度处理工程（Fenton氧化工艺），如图2、图3所示。经过处理后的废水回用量约60%。出水水质达到或超过《广东省地方标准水污染物排放限值》（DB 4426—2001）。
该处理工艺电耗约0.5 kWh/t。沉淀池污泥进入污泥池，通过带式压滤机对污泥进行脱水，脱水后含水率为80%，脱水后的污泥外运处理。
（2）技术分析
该厂的工艺相对比较简单，设有很大的调节池，不同车间排出的水混在一起，相当于先进行了一个中和的过程，节省了大量调节pH的药剂，节约了处理成本。值得强调的是，出水达到回用标准后，60%可在企业内部进行回用，节约了宝贵的水资源。该处理工艺结合化学和生物处理的优点，适合处理高浓度的有机废水，但是，其处理效果受进水水质影响大，当进水中含有有毒物质时，容易对生物处理阶段的污泥造成危害。从经济的角度考虑，主体工艺的水解酸化和接触氧化对于许多发展中国家是一个比较可行的选择，但是深度处理的Fenton工艺成本较高，应用于经济欠发达的地区尚存在一定困难。目前，随着高浓度、难降解工业废水的出现，活性污泥及高级氧化技术也具有一定的应用前景。
❷城市污水处理
氧化沟和AAO工艺处理混合污水
浙江省某污水处理厂
（1）概况
该污水处理厂一期设计规模为污水处理量为30万t/d，采用氧化沟工艺。服务区域面积约200 km2，人口约120万。二期设计规模为日处理污水为30万t，采用的是“厌氧酸化水解和AAO鼓风延时曝气生物脱氮除磷”工艺。污水来源为大约50%的生活污水和50%的工业废水。工业废水主要来自于印染、造纸、化工以及电镀等其他企业。
（2）工艺流程
污水厂一期采用表面曝气氧化沟的处理工艺，流程如图4所示。
一期的初沉池污泥使用板框压滤机进行脱水处理，处理后污泥含水率能达60%左右，投加的药剂有石灰和FeCl3。二沉池的污泥通过离心机进行脱水处理后含水率达80%左右，主要添加阳离子PAM和聚合Fe2(SO4)3。处理后的污泥送往就近电厂焚烧处理，还有部分污泥用于制砖。
二期采用AAO (anaerobic-anoxic-oxic)处理工艺，工艺流程如图5所示。剩余污泥处理方法和一期中的二沉池中的污泥的处理方法相似，先离心脱水后送往电厂焚烧，该厂每天总的产泥量约400 t。
该厂2014年1月到6月的进出水水质情况（一期与二期合并），此污水厂出水的SS、BOD和TP与排放标准较为接近，其他指标则远低于排放标准。
（3）技术分析
以氧化沟和AAO工艺为主体的大型混合废水处理，一般用于处理市政污水。另外，本污水处理厂的管理模式非常具有借鉴意义。该市的工厂比较集中，采用管网分级管理有利于污水的集中和处理。由当地专业的污水公司收集污水，然后分别将达到纳管标准的污水纳入处理厂管网，这样不仅为企业的污水排放提供了便利，也有利于纳入管网污水的输送和处理。目前工业废水排放量日渐增多，但是缺乏必要的预处理，大部分直接进入市政管网，给城市污水厂造成巨大的压力。建立工业园区可以把生活污水和工业废水分开处置，针对不同的废水类型，采取更有效节能的处理方式，还可采取对纳管废水按等级收费的措施，督促企业进行工业废水的预处理。
CASS和AAO工艺处理混合污水
（1）江苏省某污水处理厂概况
该污水厂位于某经济开发区，为约55 km2内城镇生活污水和工业废水提供服务。目前设计处理能力为8万t/d，其中一期为1.5万t/d，二期为2.5万t/d，一、二期主要是处理工业污水，其中印染厂的废水占50%，三期主要是处理生活污水。一二期采用的是物化法+CASS工艺，三期是AAO工艺，提标后，处理后的水质达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。
（2）工艺特点
该污水厂一、二期采用物化法+CASS处理工艺，工艺流程如图6所示。
剩余污泥通过离心机脱水后，含水率在80%左右，然后送往电厂焚烧，处理费用加运费约300元/t，离心脱水时需要投加PAM。该处理工艺的电耗约0.45 kWh/t。
三期采用AAO工艺，工艺流程如图7所示。污泥的处理处置和一、二期相同，该厂产泥量约42 t/d。
（3）技术分析
该污水处理厂涉及到的CASS工艺和AAO工艺，在中国南方地区的城市污水处理厂使用较为普遍。该工艺处理量大，出水水质高，但是，由于曝气所涉及到的能耗较高，导致在很多经济落后的地区难以推广使用。对于一些经济条件相对较好的国家和地区，可以考虑使用。
❸农村污水处理
腐殖填料生物滤池处理农村生活污水
（1）腐殖填料生物滤池工艺
腐殖填料生物滤池工艺（humified media filter，HF工艺）是利用腐殖填料结合人工强化手段构建的一种生活污水分散处理技术。本HF工艺处理污水量为40~50 t/d，吨水投资约4 000元，占地面积为100 m2左右，污水处理成本主要是电耗（约0.15元/t）。处理后的水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级B标准。
图8 腐殖填料生物滤池现场图
此外，为了避免堵塞的情况发生，该工艺有两套独立的运行系统交替运行，建成后，仅需操作工作站按钮就能运行。
考虑到随着运行时间的增长，出水中TP的排放量会增加。由于该污水处理站建在地下，所建的地方属于较为空旷的荒地，地表长有植物，所以，如果使处理后的污水从地表流过，相当于是生物滤池和人工湿地的结合。在不增加投资成本的情况下，对排出污水可起到二次净化水质的作用，既提高了出水的水质又美化了周围环境，并且基本不产生植被处理处置费用。
（2）技术分析
腐殖填料生物滤池技术是一项低成本、低能耗、高效率的处理技术，工艺简单，维护方便，节省了大量的污水收集管渠和投资建成费用和周期，并且，对维护人员的专业水平要求低。腐殖填料生物滤池适合处理分散排放的生活污水，其利用垃圾作为填料，还可解决当地生活垃圾处理问题。但是，存在的问题是，虽然理论上可实现完全自动控制，但是在实际运行中，由于天气等外界条件的影响，可能导致现场电控设施停运，影响处理效果，因此，仍需要专门人员进行维护，或者通过远程数据传输进行实时监控，以免停运的情况发生。
人工快渗用于西部农村污水分散处理
（1）工程概况
该生活污水处理工程设计处理量为150 t/d，服务总人口超过408人，主要是附近小学的排出的生活污水，污水处理设施及配套管网总投资约80万。该工程使用的核心工艺为人工快渗技术。
该工艺显著的特点是运行成本低、操作简单。由于农村生活污水出水水质比较稳定，这对于人工快渗而言非常有优势，出水水质好，能达到或超过《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级B标准。
（2）技术分析
由于人工快渗系统运行费用低，出水水质好，运行管理简单，基本无剩余污泥，加上一些偏远地区的农村土地较为充裕，所以人工快渗适合在土地资源丰富的地方应用。但当进水中悬浮物过多时，可能会导致渗滤池堵塞。此外，目前该技术对TP的去除效果较为有限，可在出水的地方加生态塘或者是在前段预处理部分加药沉淀，这样既能避免渗滤池堵塞，又能提高对TP的去除效率。另外，在预处理部分也可以添加反硝化滤池，外加一部分碳源，提高对TN的去除效率，或者使人工快渗与人工湿地相结合，进一步去除水中的氮磷，但人工湿地的引入将涉及到植被的处理处置费用。
生物膜和人工湿地处理生活污水
（1）概况
该污水处理工艺的处理量为120 t/d，可用于300多户的生活污水处理，占地面积约120 m2，处理后的水质能够达到GB 8978—2002一级A类标准。工艺流程如图10所示。
在潜流湿地系统中，污水在湿地床的内部流动，一方面可以充分利用基质表面生长的生物膜、丰富的根系及表层土和基质的截留等的作用，以提高其处理效果和处理能力，另一方面则由于水流在地表下流动，故具有保温性能好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好等优点。该系统是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统。
图11 潜流湿地系统现场图
人工湿地的植被选择可根据当地的具体情况而定，需要考虑到植被一年四季的生长周期以及根系的生长和深度，滤床的堵塞问题。该系统运行总体较为稳定，但对进水水质有较高要求，一般适用于农村生活污水处理。
（2）技术分析
相对于集中的污水处理系统，人工湿地适合处理相对较分散的污水，再加上其建设和管理成本相对较低，技术简单，很容易推广，适用于污水处理技术欠发达的地区。并且，人工湿地的建成不仅能够净化水质，还能与当地景观和生态结合，产生一定的经济、环境和社会效益。但是人工湿地面临的一个突出问题是后期的维护，尤其是湿地的堵塞以及冬季低温时期处理效果变差的问题。此外，在设计初期，需要对植被的选择有全面的了解，以避免由于植被处理处置问题，造成资源和经济的浪费。人工湿地适合运用在土地资源充足，气候常年适宜植物生长的地区或者国家，并且具有广阔的潜力。
结 论
中国南方污水处理的工艺多种多样，在城市污水处理、工业废水处理、农村污水处理方面都有成熟的技术和经验，通过了解这些工艺技术的运行情况，对其他的地区或国家具有很强的借鉴意义。然而，值得注意的是，对于MBR等污水处理工艺而言，虽然近年来在我国推广应用很快，但是对能耗的要求较高，所以应用到一些经济水平十分落后，能源短缺的地区或国家还需要一个较长的过程。从全球的污水处理现状来看，目前由于传统的活性污泥法和氧化沟工艺相对投资较少，并且容易操作，因此被广泛使用。然而，对于很多发展中国家而言，由于受到经济条件以及药剂和设备的约束，导致许多工艺无法应用。目前氧化塘工艺在许多发展中国家得到广泛的应用，但是负荷较低，占地面积大，处理效率低。如果能结合我国南方的人工快渗、腐殖填料滤池、人工湿地等工艺进行优化升级，将有助于提升总体的污水处理水平。
表6为本次调研涉及到的污水处理工艺在我国城镇的应用比例情况。因为时间和人力所限，所调研的对象较为有限，未能包括更多的技术。事实上，中国南方地区涉及范围较广，污水处理的工艺多样化，还有很多其他经济适用的技术，有巨大的优势或潜力。
表6 我国城镇污水处理厂处理工艺应用情况
本文对文章中部分章节和数据做了删减处理，如需阅读全文可参见《净水技术》2016年第五期“科研成果与理论创新”专栏，或登录知网进行下载。
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