第20章城市污水处理系统 20.1城市污水处理工艺系统选择的基本恩想与原则 20.1.1污水处理系统在水社会循环中的位置 建立循环型城市是21世纪各国城市建设的基本方针。地球上的资源、能 源、都是有限的，只有物展具资源循环型的社会，才能取得持续的发展。而 水的健康循环、污水再生回用、污水热能与污水污泥的有效利用都是建设循环 型城市的重要方面 按照传统的概念，城市排水系统的功能是及时排除雨、污水，防止内涝 保护城市生活环境和防止排放水域水质污染的基础设施。面对我国水环境严重 污染的今天和人类社会持续发展的根本利益，排水系统的传统功能应上升到 维系健康水循环、恢复自然水环境、保障水资源可持续利用的高度。它与传统 功能的区别在于特别重视污水再生、强调健康的水循环，让自然界有限的水 资源不断地、循环地为人类社会的生活、工农业生产、水生态环境服务。 在水的社会循环中，给水系统好比人体的动脉，排水系统是静脉，而污水 再生水厂是人体的心脏。动脉、静脉和心脏来保障人体健康的血液循环。污水 处理与再生是保障水质、维持健康水循环、恢复良好的水环境和水资源可持续 利用的关键：是人与自然协调的桥梁。污水再生于水的社会循环与自然循环中 都占据重要位置，污水深度处理与污水、污泥有效利用的每一个进步，都是对 人类社会的贡献。 20.1.2污水处理工艺系统选择的基本思想与原则 污水处理工艺系统设计与建设的基本出发点是实现排水系统的社会功能， 设计的基本思想是保障水的健康循环，排放水量与水质对排放水体没有不良 影响。为了达到这一目的，应视污水为城市第二水源，是稳定的淡水资源， 不应立足于及时排除，而应想方设法有效利用，从而减少城市取自于自然 水体的水量和向自然水体排放的污染负荷。 污水污泥主要来自于粪便污水、厨房废水，它截流了传统的农家肥料。在 城市水冲厕所普及之前，城市居民粪使是农田的重要肥源，这符合农田肥分 —作物—人类食物—排泄物—农田肥料的物质循环规律。由此，在
水冲厕所和排水系统完善的时代，从农田可持续利用以及氮、磷的物质循环而 论，污水污泥的基本处置方式还应该是回归农田，做农业肥料。这是污泥处 理与处置流程的基本思想。 基于水循环和物质循环的基本思想，污水处理工艺流程的选择应考虑如 下原则： (1)节省能源、节省资源：人类赖以生存的地球上的资源和能源都是有限 的，世界上的能源危机越来越严重，而污水处理在世界性节省能源、节省资 源的活动中占据一定地位。据估计，在几年内全国污水处理率将达到30%， 其电力消耗将占全国总电力消耗的0.5%以上。为恢复自然水环境，促进污 水处理与有效利用的发展和正常运行，开发和选择节省能源的污水处理工艺 系统是重要的一环。污水处理工艺系统是一个整体系统工程，应尽量减少系统 消耗的能量，增大产生与回收的能量。如果系统消耗能量称为E,产生回收 的能量称为EG,则系统的实际耗能量EC=E-EG最小，是节省能源、节省资 源的原则。对于工艺系统中单独构筑物则不追求消耗能源与产生能源之差为最 小。如果一个构筑物能源消耗的削减而引起另一构筑物能源消耗增加，就没有 实际意义。 (2)节省占地：在城市规划中土地资源是很紧张的，大城市寸土寸金的 情况并不少见，留给污水处理厂的用地往往极为有限。在方案选择中、在工程 设计投标中，单位水量的占地血积往往是主要选择指标。污水与污泥处理工艺 系统应尽量提高单位容积及单位面积负荷：尽可能布局紧凑：尽量少占用土地 面积，留给绿化用地和预留发展用地。 (3)结合当地地方条件充分考虑处理水的有效利用一包括农业灌溉、工 业冷却、城市杂用水、绿化、景观、城市小河湖泊的补充用水等等。充分考虑 到污水热能利用、污泥制作有机肥料和其他资源化处置。 (4)根据排放水体、污水回用对象的要求正确确立污水处理程度，并且要 充分考虑将来污水处理程度的提高。 (⑤)在满足处理程度与出水水质的条件下，选择工艺成熟、有运行经验的 先进技术。 (6)特别应注意，任何工艺技术、流程都有一定的适用条件，所以要认 真研究当地气象、地面与地下水资源、地质、给排水现状与发展规划，根据 现状与预测污水产生量来选择污水处理工艺与流程布置
20.2城市污水处理工艺系统 20.2.1城市污水的组成 城市污水是排入城市污水系统的污水的总称，包括居民生活污水、工业废 水和降水。 生活污水是居民在日常生活中使用过的、并为生活废料所污染的水，其中 含有较多有机污染物，如蛋白质、脂肪和糖类，还含有洗涤剂以及病原微生 物和寄生虫卵等。 生活污水是城市污水的主要组成部分，在一般条件下，城市污水都具有 相同的生活污水的特征。表20-1即为典型的生活污水水质。 典型生活污水水质 表20-1 序 浓度(mg/L) 浓度(mg/L) 序号 号 指标 指标 高 中常低 高 中常低 总固体 可生 1200 720 350 16 物降 750 300 200 (TS) 解C0D 溶解 性可 溶解性总 2 850 500 250 17 生物 体 76 150 100 降解 COD 悬浮 性可 挥发性固 525 115 18 生物 375 150 100 体 300 降解 COD 非挥发性 325 200 105 体 多 总氨 85 10 20 (TN) 悬浮物 有机 5 350 220 100 35 15 8 (S) 6非挥发性 75 55 20 21 氨 50 25 12
悬浮物 挥发性志 亚硝 275 165 80 22 0 浮物 酸盐 硝酸 可沉降物 20 10 0 盐 生化需氧 总砖 0 量(BOD5) 400 200 00 24 溶解性生 有机 10 200 100 50 25 5 1 化需氧量 磷 悬浮性生 无机 11 200 100 50 10 3 化需氧量 氯化 总有机磷 12 290 160 80 物 200 100 60 (T0C) (C1) 碱度 化学需氧 1000 10 250 28 (Cac 20 量(COD 0) 溶解性化 14 00 150 100 油脂 150 100 学需氧量 悬浮性化 15 600 250 150 学需氧量 工业废水是工厂企业在生产过程中产生的废水，由于使用原料和生产工 艺的不同，工业废水的成分十分复杂，水质差异很大。工业废水可分为生产 废水和生产装置冷却废水两类。生产废水是指在生产过程中形成，并被生产原 料、半成品或成品等废料所污染的水，也可称为生产污水。冷却废水在生产过 程中并未直接参与生产工艺，未被生产原料、半成品或成品所污染，只是受 热污染，温度有不同程度的提高。在城市污水中，工业废水量有时达到60% 以上。含有重金属或其他有毒有害物质的工业废水在排入城市管网之前必须进 行局部除害处理。冷却废水尤其是高温冷却废水，应当做热源加以利用。水经 处理和再生回用，多余水排人雨水管网或就近直接排入水体。 包含生活污水和工业废水的城市污水必须经认真处理或深度净化后才能排 入水体、灌溉农田及作为城市再生水用户的水源。 降水包括雨水和冰雪融化水。初期降雨水和冰雪融化水污染较重，应考虑
处理后排放 20.2.2城市污水处理工艺系统的组成 1.污水处理基本方法 污水处理基本方法，就是采用各种技术与手段（或称处理单元），将污 水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得 到净化。 现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处 理法3类。 物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮固体状态的污染物质0方 法有：筛滤法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。 化学处理法：利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污 染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等）。主要方法有中和、混凝、电解、 氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用于处理 生产污水。 生物化学处理法：是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶休状 态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类，即利用好氧 微生物作用的好氧法（好氧氧化法）和利用厌氧微生物作用的厌氧法（厌氧还 原法)。前者广泛用于处理城市污水及有机性生产污水，其中有活性污泥法和 生物膜法两种：后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥 城市污水与生产污水中的污染物是多种多样的，往往需要采用几种方法 的组合，才能去除不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的与排放标准。 2.城市污水处理工艺系统组成 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和深度处理。 (1)城市污水一级处理系绕 1)组成与功能 城市污水一级处理作用是去除污水中的固体污染物质，从大块垃圾到粒 径为数毫米的悬浮物。系统主要由格凝、沉砂池和沉淀池组成，有时也采用筛 网、微滤机和预曝气池。污水进入沉砂池前，应经格杆处理，栅条间隙为 16-25mm(机械清除)或25~40m(人工清除)，用于截留污水中大块杂物， 为后续构筑物的正常工作创造条件。污水中的无机杂质颗粒（砂粒）应在沉 砂池中加以去除。为得到较干净的沉砂，近年来曝气沉砂池采用较多。沉淀池 是城市污水一级处理的主要构筑物，去除污水中可沉降悬浮性固体颗粒和少 量漂浮物。大型城市污水处理厂一般采用辐流式沉淀池或平流式沉淀池，沉淀 池的功能见表20-2。为提高一级处理净化效果，有时将活性污泥处理系统的
剩余活性污泥作为生物絮凝剂加入沉淀池中，使用铝盐、铁盐等絮凝剂也能提 高净化效率。一级处理产生的污泥和沉渣，必须妥善处置。 沉淀池去除能力 表20-2 指标 去除效果 运行条件 去除率为10%30%，根 据悬浮物的去除率而定 去除率为35%60%，与污 水的S5浓度有关 停留时间1.5-2.5h S5>300mg/L,去除率≥ 表面负荷12m/(m2h) c 50% SS<300mg/L,去除率 K50% 2)典型处理流程城市污水一级处理典型流程如图20-1所示。 城市污达格栅→沉砂沉淀 直接排放 ↓或进入二级处理 栅渣处置沉砂处置污泥干化脱水 图20-1污水一级处理典型流程 3)应用 沿海或靠近较大水体的城市，经充分论证，可暂时采用污水一级处理方 案，污水经处理后直接排海或排入地面水体：城市污水进行二级处理前，先 进行一级处理，可减轻二级处理负荷，保证二级处理系统正常工作：城市 污水进入稳定塘处理系统前，需进行一级处理，避免稳定塘产生淤积，延 长使用年限：城市污水进入土地处理系统前，也应进行一级处理，避免污 水中杂质堵塞土壤颗粒间空隙，并提高土地处理的处理程度。 (2)城市污水的二级处理系统 二级处理系统是城市污水处理厂的核心，它的主要作用是去除污水中呈 胶体和溶解状态的有机污染物（以OD或C0D表示）。通过二级处理，污 水的B0D5、SS去除率达85%95%，出水水质均可降至20-30mg/L,一般可
达到排放水体和灌溉农田的要求。 各种类型的生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法以及自然生物处理技 术，只要运行正常，都能够取得良好的处理效果。 污泥是污水处理过程中的产物。城市污水处理产生的污泥含有大量有机物， 富有肥分，可以作为农肥使用，但又含有大量细菌、寄生虫卵以及从生产污水 中带来的重金属离子等，需要作稳定与无害化处理。污泥处理的主要方法有减 量处理（如浓缩法、脱水等）和稳定处理（如厌氧消化法、好氧消化法等） 污泥处置的主流应是经堆肥、干燥、造粒、制作有机肥料和有机复合肥回归于 农田，另外也不乏干燥焚烧、填地投海、制造建筑材料的工程实例。 对于某种污水，采用哪几种处理方法组成系统，要根据污水的水质、水 量，回收其中有用物质的可能性、经济性，受纳水体的具体条件，并结合调 查研究与经济技术比较后决定，必要时还需进行试验。 传统二级处理典型流程见图20-2。 传统二级处理典型流程见图20-2。 污泥回施 消毒投 格 化气用 污泥利用 污泥浓缩池泥消化 税水与干燥设备 图20-2活性污泥法典型工艺流程图 污水处理由格栅、沉砂池、初次沉淀池、曝气池和二次沉淀池组成。曝气 池是污水生物处理的关键设备，根据需要通过改变进水方式运行，曝气池可 以按标准活性污泥法、生物吸附再生法和分步流入法等运行。曝气池多采用鼓 风曝气供氧，中、微孔曝气装置对氧的利用率较高，为常用的曝气器。二级 处理出水，经消毒处理后排放或进行深度处理。 污泥消化可采用一级消化或二级消化，消化后的污泥进行脱水干化处理。 大型污水处理厂常用带式压滤脱水机。 活性污泥法处理系统，BOD和SS去除率高、出水水质较好、工作稳定可 靠、有较成熟的运行管理经验。 (③)城市污水的深度处理系统
为了进一步减少向天然水体排放的污染物量，特别是为了污水再生回用 有时需对二级处理出水再进行进一步的深度处理。 20.3活性污泥法处理系统实例 1普通活性污泥法处理系统 普通活性污泥法适用于我国广大地区的大、中、小型污水处理厂，具有耐 冲击负荷，处理效果稳定，设计运行经验丰富的优点。 广州开发区污水处理厂设计规模3×10m/d,采用以表面曝气为主的传统 活性污泥工艺，主要处理广州开发区西区的工业废水和生活污水，其中工业 废水占70%以上。由于服务区为工业园区，工厂的进水水质、水量波动比较 大。进水的B0D,浓度最高为656mg/L,最低为52mg/L,平均176mg/L:进水 的SS浓度最高为629mg/L,最低为92mg/L,平均278mg/L:进水的C0D 最高为1100g/L,最低为102mg/L,平均392mg/L。进水水质成分复杂， 难降解、有毒物质含量高，日处理水量波动也很大，在1×104×10m/d的 范围内变化，因此污水处理难度较大，运行管理要求较高。 采用表面曝气普通活性污泥法的设计参数：进水水质为BOD,=200mg/L,SS 250mg/L;出水水质要求达到国家二级排放标准，即B0D≤30mg/L,SS≤30 mg/L,C0D≤120mg/L。工艺流程图见图20-3，主要构筑物规格和数量见表 20-3. BOD、SS的平均去除率可达到90%以上，出水BOD5、SS的平均值 分别为10.2mg/L,21mg/L:C0D去除率可达到80%以上，出水C0D,平均为 58.7mg/L。 一沉 气 制沉污 ,回流污泥 、污泥 图203广州开发区污水处理厂工艺流程
广州开发区污水处理厂主要构筑物的规格和数量 表20-3 筑物名称 规格 有效容积(m) 数量 气 56 醒气池 12mx12×4.5m 污泥浓池 深圳滨河污水处理厂原水水质波动较大，进水BOD,浓度最高450mg/L, 最低80mg/L,平均进水的B0D,浓度190mg/L。进水SS浓度在120~240mg/L 之间，平均SS浓度146mg/L。最高C0D.浓度2000mg/L,最低C0D.浓度 200mg/L,平均进水C0D.浓度大于380mg/L。 设计工艺流程采用普通活性污泥法，工艺设计参数： 进水水质：B0D,=200mg/L,SS=240mg/L 出水要求：达到国家二级处理排放标准，即pH=6.5-8.5,SS<30mg/L, B0D。〈30mg/L,C0D.(120mg/L.。 工艺流程图见图20-4。 工艺流程图见图20-4。 原污水—一相格槽—一污水梨房—一 领格桥 睡气沉砂池 出水一 二沉池 气洁 污泥处理一一上 图204深圳滨河污水处理厂工艺流程 (A)粗格栅机械格栅的栅条间距采用20m。 (B)曝气沉砂池曝气沉砂池的前端设置细格栅，格栅的间距为10m。沉 砂池为平流池，采用机械刮砂机进行除砂。 (C)初次沉淀池初沉池是2座直径25m的圆形辐流式沉淀池，池边 水深3.14m,沉淀时间1.5h。设计去除悬浮固体60%，去除B0D,负荷25%30%。 (D)曝气池曝气池分为2组，每组4廊道，两组池并联使用。总有 效容积8350m,水深6m。水力停留时间8h,污泥负荷 0.2kgBOD/(kgMILSSd). (E)二次沉淀池二沉池是2座直径30m的圆形辐流式沉淀池，池边
水深3.97m,沉淀时间2.5h (F)污泥回流泵站二沉池活性污泥回流采用3台700m螺旋回流泵，回流 率85%，无备用。 (G)脱水机污泥脱水采用带式脱水机，性能稳定，工作效率高，但是卫生 条件较差。 深圳滨河污水处理厂活性污泥系统对有机物、悬浮物能够高效率去 除，BOD、SS的去除率可达到90%以上，出水BOD、SS满足国家二级处理排放标 准，低于30mg/L:C0D:的去除率可达到80%以上，出水C0D:低于120mg/L, 平均为32.88mg/L,浓度在60mg/L以下的频率为89.2%. 2.厌氧-好氧活性污泥法 1)厌氧-好氧除磷工艺系统(A/Op) 大连市开发区第一污水厂是我国最早采用厌氧-好氧活性污泥法除磷工艺 (A/0p)的示范工程。污水总规模6×104m/d,一期工程3×10m/d。设计 运行参数为：BOD污泥负荷0.21-0.31kgB0D,/(kg.SS·d),TP负荷2.86-6.02× 10kgP/kgMLSS·d),TP/B0D比值0.011-0.38，多年运行效果良好，出B0D 为10-15mg/L,TP在0.5mg/L之下，SS在10-20mg/L之间，总体处理效果 明显好于普通活性污泥法。 天津咸阳路污水处理厂规模45×10m/d,进水水质指标，根据多年监 测资料分析定为：C0D.=400mg/L,B0D,=220mg/L,SS=220mg/L,NH,-N 40mg/L,TP=3.5mg/L.出水水质标准为：C0D,=120mg/L,B0D,=30mg/L,SS =30mg/L,N,-N=25mg/L,磷酸盐（以P计）1mg/L.采用生物除磷工艺，可以 节省能源，节省投药量，减少运行费用。污水处理流程如图20-5。 污水 水 →初沉池一 “生物反应 三沉池，一出水 A段 回流污泥 出砂 剩余污混 图20-5天津阳路污水处理厂处理流程 为了保证厌氧/好氧工艺的除磷效果，采取了活性污泥分段回流的新工 艺，即约25%~30%回流污泥回流到厌氧池，以保持池内理想的厌氧工况，提高 除磷效果：其余回流污泥回流到睡气池，同时提高生物硝化效果。 2)厌氧/缺氧/好氧同步脱氨除磷工艺系统(A/0)