关于城市污水处理厂建设的相关问题探讨

【摘要】：污水处理厂在控制水环境污染方面发挥着重要作用，城市污水处理厂布局规划是处理厂建设与管理的一个关键问题，污水处理厂布局集中与分散一直是争论的焦点。集中建设污水处理厂可以体现规模效益，且便于管理；而小型分散的污水处理厂易于建设，有利于处理后污水的就近利用。从国内外城市污水处理厂建设的发展历史来看，大中型集中污水处理厂仍将在治理水污染、改善水环境质量方面发挥重要作用，随着城镇建设步伐的加快，污水资源化受到广泛重视，污水处理厂布局有分散化、小型化的趋势。因此，今后城市污水处理厂布局应按照集中与分散相结合、污水处理与利用相结合的原则，合理安排污水处理厂布局方案，促进污水处理与回用设施的建设。本文立足城市污水处理厂建设的相关问题进行探讨。

【关键词】：污水处理厂 合理 建设 问题 布局

一、污水处理厂布局规划应考虑的主要因素

污水处理厂布局规划是污水管道和污水处理厂建设的关键，科学合理的处理厂规划方案，可以降低污水管道和处理厂的建设和运行费用，并有利于污水的回用和排放。在编制污水处理厂布局规划应考虑以下主要因素：

1、处理厂规模要考虑大中小相结合

如前所述，大型集中污水处理厂具有明显的规模效益，且来水水质稳定，易于日常运行管理。但处理厂过于集中，必然造成污水管道工程量加大，整个污水系统的初期投资较高，实施困难。因此，污水处理厂布局应因地制宜，规模大、中、小相结合。

2、污水处理厂厂址的选择上要考虑上中下游相结合

在传统的处理厂布局规划中，一般都将处理厂安排在城市的下游，这样可以使尽可能多的污水自流进入处理厂。另外，对于污水排放也比较有利，经处理后的污水排入下游河道，避免造成对上游水系的污染。但是，将处理厂全部放在城市下游对于北方缺水城市利用处理后的污水是很不利的，这一做法正在逐步改变。在城市上游设置污水处理厂需要非常慎重，要与处理厂退水的利用规划相结合。

3、污水处理厂布局上要考虑集中与分散相结合

污水处理厂建设的集中与分散一直是关于处理厂布局争论的焦点，这一问题并没有绝对正确的答案，必须根据城市的特点综合考虑现状污水管道系统、处理厂用地条件、污水排放与回用情况等因素，综合分析后确定。

4、应充分考虑污水回用的需求

水资源短缺已经成为我们面临的一个重要问题，目前我国有300多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水，污水资源化已成为解决水资源不足的一项有效措施。例如北方缺水城市在编制污水处理厂布局规划时一定要将污水回用作为一个重要因素加以考虑。

二、污水处理厂的建设

1.分散与集中

城市污水处理厂的规模大小，一般取决于城市规划。城市污水处理厂是城市排水系统的重要组成部分，恰当地选择污水处理厂的位置，进行合理的规划，关系到城市排水系统的总投资，关系到城市环境保护、水源保护、再生水的利用以及整个排水系统的经营维护和管理费用。一般情况下，污水处理厂的位置往往决定了污水处理厂的规模。总之，城市污水处理厂的规模应从厂址选择入手，结合投资能力、投资效益、近期实现的可能性和城市总体规划的要求综合考虑。

从城市污水处理总体上来说，根据排水出路确定污水处理厂的规模，也不考虑投资能力，单纯从经济上分析，当然污水处理厂规模大，其单方造价、管理费用都比修建小型污水处理厂显得经济。但是，要修建大型污水处理厂，首先要建设一个庞大的排水系统，包括几百至上千公里管道及许多中途泵站，才能将污水收集后集中输送到污水处理厂。这个污水收集系统的投资将超过污水处理厂，而我们近期又缺乏资金，污水收集系统建不起来就更谈不上建污水处理厂。为此，应该根据城市近期的投资能力，从修改排污水规划入手，适当缩小排水系统，争取用较少的资金使系统完善起来，并随城镇建设的发展，逐年修建一批小型廉价的污水处理厂。

城市污水的资源化已是缺水地区的重要课题，因为城市污水已经被证实是可靠的水资源，而随着水处理技术的进步，污水再生技术已经广为应用。在这种情况下，增加一些投资，改善污水处理厂本身的环境保护条件，使城市污水可就近处理、就近回用是非常值得的。因为城市污水就近处理，可以节省大量管道投资；而处理达标后就近排放，为污水资源化、进行再生回用创造了条件。如果污水处理厂的出口远离再生水的回用点，又将出现回用水工程的管道投资过大问题，使本来就不容易推行的污水再生回用事业更加困难，这一点是十分清楚的。

2. 污水资源化使污水处理厂有向小型、分散化发展的趋势

近几年来我国城市污水处理厂建设步伐明显加快，大中城市污水处理普及率逐步提高。一些小城镇、工业开发区、别墅区和度假村等也开始建设污水处理厂站。由于这些小城镇、工业开发区、别墅区和度假村相对独立，规模不是很大，所建设的污水处理厂站规模都不大，从而促进了小型、分散处理厂站的建设。

从近几年污水处理厂建设的情况来看，污水处理厂的建设有向小型化、分散化发展的趋势，出现这样的情况主要是由于两个因素造成的，一是缺水城市和缺水地区越来越重视处理后污水的再生利用；另一个因素是随着污水处理厂的普及，一些小城镇和远离城镇的别墅区和渡假村也都开始兴建污水处理设施，进一步促进小型污水处理设施的建设。

三、污水处理厂的节能措施

1.曝气系统

曝气过程是活性污泥法的中心环节，也是污水处理过程中能耗最大的工序。曝气系统的节能主要有以下几方面：

1.1 选择高效的曝气设备

仅从降低能耗的角度考虑，表面曝气的性能要优于穿孔管曝气，微孔扩散器效率高于中气泡、大气泡扩散器，亦优于表面曝气机。但是表面曝气机械不需要修建鼓风机房，不需设置大量布气管道和曝气器，因此与微孔扩散器相比，表面曝气虽然直接能耗和间接能耗低，但氧的利用率低，在设计中，应综合考虑采用。

.1.2 合理布置曝气器

活性污泥法的曝气器应按微生物反应规律布置，使供气量在曝气池的各段内与该段微生物反应需氧相适应。如传统活性污泥法就应布置成渐减曝气的形式，否则，就会出现前段供氧不足，后段供氧过剩的现象，既不节能，也影响处理效果。

2.污水（泥）提升泵

提升泵的节能应首先从设计入手，进行节能设计；对于已投产的污水处理厂，提升泵节能的关键在于控制方式，只有实行提升过程的最优控制，才能达到节能的目的。

2.1 合理确定水泵的型号和台数

选用流量与扬程尽量达到设计要求的污水提升泵，尽量减少水泵台数，选用高效率的污水泵。如，液下泵、潜污泵与普通卧式离心泵相比，安装形式简单，没有吸水管与启动辅助设备，直接能耗相同时，间接能耗要低得多；WG/WGF型污水泵在同一工况下比PW型污水泵效率高，另外，水泵机组尽量采用同一泵型，以便维修管理，不同流量大小搭配的水泵，型号尽量一致。对污水提升流量调节时，要避免阀门调节来节省能耗，可采用调速泵或多台定速泵组合调节的形式。当采用水泵调速时，应该选用大机组和台数少的调速水泵。

2.2合理降低水泵的扬程

目前我国进行污水处理厂的设计时，水头损失普遍偏高，导致水泵的扬程计算值偏高。从水泵的有效功率Nu = rQH可以看出，r 、Q一定时，Nu与H成正比，因此降低水泵的扬程节能效果显著。降低水泵的扬程可以采取以下措施：

（1）污水处理厂的各个构筑物总体布置尽量紧凑，尽量减少弯头和阀门，连接管路尽量短，从而最大限度减少水头损失。

（2）减小跌流的落差，例如将非淹没式的堰改成淹没式的堰，水流的落差可以减小25cm。

（3）尽量利用自然地势，实现污水自流或者利用自然落差补偿部分污水管路水头损失。

（4）采用阻力系数系数小的管材，减少污水的沿程水头损失。

2.3 采用合理的流量控制

污水量往往随着季节、天气、用水时间等变化，目前理性的做法是采用最大流量作为选泵依据，实际上水泵全速运转的时间不超过10%，相当部分时间水泵处于低效运转。由水泵的轴功率N=Nu/n（n为运行效率）可见，水泵处于高效运转状态下可以节省大量电能。因此应选择合适的调控方式，合理确定泵流量，保持泵的高效运转。目前主要的水泵调控方式有：

（1）对位控制

对位控制就是在吸水池水位发生变化时，根据事先确定的水位等级，控制对应水泵机组的自动开停，以适应泵站来水量的变化。这种控制方式简单易行，使用方便，应用广泛。但是，这种方式吸水池水位的变化幅度较大，水泵扬程也随之发生相应的变化。因此，节能效果不好，而且水泵起动频繁，忙闲不均。

（2）自动流量及配编组控制

多台定速水泵流量级配编组控制，就是根据泵站的实际来水量，将泵站中的几台水泵组成几种流量级配，使泵站的出水量比较接近实际的来水量。这样就可以保证吸水池中的水位较长时间地稳定在高水位上，从而使水泵的工作扬程减小，最终达到节能的目的。

四、城市污水处理厂的工艺选择

具体工程的选择要求包括：

①技术合理。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。

②经济节能。耗电小，造价低，占地少。

③易于管理。操作管理方便，设备可靠。

④重视环境。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。

（1）好氧生物处理技术是世界各国城市污水处理厂普遍采用的污水处理工艺，分为活性污泥法和生物膜法两种。活性污泥法是水体自净的人工强化，是使微生物群体“聚居”在活性污泥上，活性污泥在反应器-曝气池内呈悬浮状，与污水广泛接触，使污水净化的技术；生物膜法是土壤自净的人工强化，是使微生物群体以膜状附着在物体的表面上，与污水接触，使污水净化的技术。活性污泥法、生物膜法及其变种变工艺，各有特点和应用条件，在选择的时候，应根据各地区的水质、水量、受纳水体、气候、环境、经济情况等条件确定。

（2）厌氧-好氧活性污泥法工艺（A/O法），是具有生物选择机能并兼有脱氮除磷功能的标准活性污泥法变法。所谓厌氧就是生化反应段内溶解氧趋于零状态。在这种环境下迫使专性好氧微生物-丝状菌代谢机能锐减，抑制了其繁殖，起到了厌氧生物选择作用，从而可以防止污泥膨胀现象发生。A/O活性污泥法工艺在普遍活性污泥法前段加入厌氧段，通过污泥负荷的变化来实现除磷或脱氮的功能。在A/O法的基础上又发展了A2/O法，即在厌氧、好氧段之间加入缺氧段以实现同步除磷脱氮，由于其污泥负荷适应范围较小，因此在实际运行中往往按偏重于除磷或脱氮之一功能进行。A/O法、A2/O法工艺由于出水水质稳定、能耗不高。

（3）氧化沟法，于五十年代由荷兰人巴斯维尔所开发，主要有卡鲁塞尔（Carrousel）式、三沟式、一体化式、奥贝尔（Orbal）式等几种技术形式。氧化沟法是一条闭合的生化反应沟渠，以转碟或转刷为充氧和水流动力，流程简单，对运行管理要求较低，多用于延时曝气，产生污泥量少，污泥易于脱水。氧化沟法在我国南方地区及中西部地区得到广泛应用。

（4）活性污泥法工艺在净化机制上，没有什么突破，历经几十年的发展与革新，现已拥有以传统活性污泥法为基础的多种运行方式，如A/O除磷工艺、A/O脱氮工艺、A2/O同步脱氮除磷工艺、氧化沟工艺、A/B法、各种SBR法、载体活性污泥法、一体化活性污泥法等等。近十几年来，活性污泥法最大进步就是将厌氧机制引入到生化反应池之中来，使厌氧和好氧状况在生化池中同时存在或反复周期性地实现，但其基本流程原理与标准法是一致的。

（5）载体活性污泥法，是在活性污泥法反应池内投加固体颗粒或软性、半软性填料，以增加单位反应空间的微生物量，提高反应器容积负荷。是一种活性污泥法与生物膜法的良好结合，一般适于污水厂挖潜改造，提高处理能力，其核心技术为专利填料。

⑹A/B法（Absoption-Biodegradation），是两级生化反应系统。一级为生物吸附，污泥负荷高，反应时间短（30分钟）；二级为一般生化反应池，污泥负荷同普通活性污泥法。A/B法的一、二级都有自己的二次沉淀池和污泥回流系统，多用于浓度高的生活污水，其国内典型应用为乌鲁木齐河东污水处理厂和青岛海泊河污水处理厂。

（7）生物膜法，是另一种广为采用的污水生化处理方法。这种处理法是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型生物附着在载体或滤料上生长繁殖，并在其上形成膜性生物污泥-生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。

（8）间歇式循环延时曝气活性污泥法（ICEAS-Intermittent Cyclic Extended System）是在1968年由澳大利亚新威尔士大学与美国ABJ公司合作开发的。1976年世界上第一座ICEAS工艺污水厂投产运行。ICEAS与传统SBR相比，最大特点是：在反应器进水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水，无明显的反应阶段和闲置阶段，因此处理费用比传统SBR低。该工艺在我国典型的应用为昆明第三污水处理厂，在国内影响较大。

总之，因地制宜地进行工艺方案（主要是生物处理方案）比较是必要的。对工艺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、曝气量和氧的利用率（及动力效率）、污泥产量（及污泥指数）等作全面分析，数据丰富就可以集思广益，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，进行工艺方案的优化抉择。

参考文献：

[1] 张建文，张海燕.城市污水处理厂运行管理优化方案.城市环境与城市生态，第14卷4期，2001年8月：18。

[2] 周金全.城市污水处理工艺设备及招标投标管理.北京：化学工业出版社，2003。

[3] 杨敏，张建强，李亚澜，污水处理工程中节能问题的探讨，工业安全与环保.第31卷第2期，2005年：23。

作者简介：姓名，陈守应；出生年：1976，性别男，民族：汉族，工作单位：贵州楚天环保有限公司，职称：中级；主要研究方向为污水处理。

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