新型高效污水处理新技术的发展趋势和市场展望

2、氧化沟工艺

氧化沟在欧美各国得到了广泛的重视，发展速度很快。据统计到 1977 年为止在西欧有超过 2000 多座派司维尔型氧化沟投入运行。荷兰 DHV 公司发明的卡鲁塞尔氧化沟在全世界范围已有 800 多座投入运行(1996)。法国 OTV-Kurger 公司开发的 D 型氧化沟已占丹麦氧化沟总数的 80%。美国 Envirex 公司开发的 Orbal 氧化沟，最大处理规模已达 90 万 m3/d。

从90 年代至今是我国氧化沟技术大发展的阶段，预计已有上百座氧化沟污水处理厂投入运行。氧化沟技术仍然是当前污水处理的热点。从应用和研究情况来看，我国氧化沟技术水平与国际先进水平相比差距很大。究其原因是我国没有系统地研究过氧化沟技术与设备，目前我国已引进数种氧化沟技术，有条件来分析比较和吸收消化。因此，认真分析和总结这方面的经验和教训显得十分必要。

氧化沟属于活性污泥工艺的一种变形，但是在其发展过程中也形成了其很多独有的优点和特点：

a) 构造形式具有多样性

基本型式的氧气沟的曝气池呈封闭的沟渠形，沟渠形状和构造则多种多样。可呈圆形和椭圆形等形状，可为单沟或多沟系统，多沟系统可是一组同心相通的沟渠，也可是互相平行、尺寸相同的多组沟渠。有与二沉池分建，也有合建的氧化沟。多种多样的构造形式，赋予了氧化沟灵活机动的运行性能，以满足不同的出水水质要求。例如，结构形式决定氧化沟从整体流态上是完全混合的，但在局部又具有推流特性。这对除磷脱氮工艺也是极其重要的，氧化沟内可以形成缺氧和好氧交替出现的区域。

b) 氧化沟曝气设备的多样性

曝气装置的作用除供氧外，还要提供沟渠内不小于 0.3m/s 的流速，以维持循环及活性污泥的悬浮状态。常用的曝气装置有转刷、转盘、表面曝气器和射流曝气等，不同的曝气装置导致了不同的氧化沟型式。氧化沟的曝气强度可通过出水溢流堰和直接调节曝气器的转速调节。

c) 简化了预处理和污泥处理

氧化沟的水力停留时间和污泥龄长，悬浮状有机物可以与溶解性有机物一起同时得到较彻底的稳定，所以氧化沟不要求设置初沉池。氧化沟排出的剩余污泥已得到高度稳定，剩余污泥量较少。因此不再需要进行厌氧消化，而只需进行浓缩与脱水。一体式氧化沟还可以不设二次沉淀池。

三、城市污水处理技术问题的思考

1、关于城镇污水处理主导工艺的思考

对于引进的工艺技术，在与国外咨询公司合作过程中，大部分较好的实现了预定的目标。但是，往往我们自己设计的污水处理工程项目，在实施的过程中有会出现各种应用不当的问题。这是因为以往我国污水处理技术研究偏重于工艺开发研究，对一种工艺的了解缺乏足够的系统性、完整性，也缺乏对整个处理工艺综合性的比较研究和技术经济评价体系。这也造成我国城市污水处理，在技术选择上摇摆不定、不断刮风。首先 80 年代末流行 AB 工艺、然后在 90 年代出开始流行三沟氧化沟(其他形式的氧化沟)，目前又流行 SBR(或 UNITANK)工艺的原因所在。缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术和新产品就不断冲击国内市场，成熟技术和国产技术总是无法在市场上占有一席之地。这是我国城市污水领域存在的问题之一。

西方国家经过一、二十年的治理工作，一些国家污水处理率达到 90%以上。在这一时期(1960-1970 年)在城市污水处理领域出现大量各种形式的污水处理新工艺，如：活性污泥的 AO 工艺、A2O 工艺、卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、SBR 工艺(IECAS、CASS 等等)、纯氧(富氧)曝气、深井曝气、流化床和厌氧-好氧处理等一系列新的处理工艺。而进入 90年代，西方国家城市污水处理市场需求萎缩，一个国家一年仅有一、两个城市污水处理厂的建设，所以在技术上失去了开发新工艺的动力。可数的新工艺的发展，也是基于这些国家老的污水处理厂超负荷改造的需要(曝气生物滤池)和水回用的需求(膜生物反应器)。社会需求是技术发展的最好驱动力，而我们国家对污水处理工艺有极大的迫切的需求，我国对污水处理技术开发仍有巨大的动力。

2、从可持续性思考城镇污水处理工艺技术

目前我国城市污水处理厂普遍采用的工艺是国外在水污染控制过程中，被证明是行之有效的技术。并且是欧美等发达国家所采用的主导技术，我国与欧美等国家与工艺几乎处在同一水平上，但是我国的国民生产总值远远低于上述国家，采用以上技术是否能够完全适合我国的国情，是我们需要考虑的一个问题。这需要从技术的先进性和是否代表了可持续发展的方向两个方面来考虑。

目前政府往往简单认为一个城市有污水处理厂，就是经济和环境协调发展，符合了可持续发展的原则。对可持续发展全面理解应该根据世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》的报告中对可持续发展的定义：“可持续发展是即满足当代人的需求，而又不损害后代人满足其需求的能力的发展”。从技术层面考虑需要判断污水处理工艺是否符合可持续发展原则，需要从可持续发展的公平性原则(是否体现资源和环境共享)、持续性(是否满足资源和环境的永续性利用)和共同性原则(是否有利于解决全球性环境问题)方面来考虑。

目前国内大多采用国外引进的延时曝气的氧化沟、SBR 等工艺。首先，这些工艺是上世纪六、七十年代开发的工艺，是根据西方，特别欧洲国家排放标准制订的工艺。例如采用延时曝气低负荷工艺特别适合北欧国家的气候条件(冬季低温)，而延时曝气对污泥是采用好氧稳定的方法，采用耗能的方法进行污泥稳定化处理。适合了这些国家的国情和社会、经济发展情况。

事实上，低负荷曝气池的池容和设备是中、高负荷活性污泥工艺的几倍，在建筑材料和土地资源上是高消耗，相应的投资要高数倍;其次，延时曝气系统能耗比中、高负荷活性污泥要高 40～50%左右。同时，能耗增加会带来了直接运行费的增加，能耗增加也会还要增加间接投资。据资料报道目前国内每 kW 发电能力除尘脱硫需要投资 500～1000 元，则每万吨污水增加的脱硫投资需要 25～50 万元。按脱硫投资为电站投资 10%计，则增加的电厂投资为 250～500 万元，是污水处理投资的 50%以上。对于我国这样一个资源不足、能源日益短缺、人口众多的发展中国家，是否适合推广这种低负荷的活性污泥工艺是值得推敲的问题。从可持续发展角度讲，采用延时曝气这种高资源占用和能源消耗的低负荷工艺，并以耗能的方式取得污泥的稳定工艺是不适合可持续发展的基本原则的，也是不适合中国国情的。我们应该开发科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少反应器。

3、关于城镇污水处理厂污泥处理的思考

城市污水污泥处理和处置方面在我国还刚刚起步，与国外先进国家相比尚有较大差距。随着大量污水处理厂的投产，污泥产量将会有大幅度的增加。污泥厌氧消化的投资高，污泥处理费用约占污水处理厂投资和运行费用的 20%～40%。在我国仅有的十几座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多，有些池子根本就没有运行。这也是导致我国近年大量采用带有延时曝气功能的氧化沟等技术的原因。采用高效(高负荷)、低耗污水处理工艺的关键之一是解决城市污水厂污泥处理技术和问题，可以讲具有特点的解决我国城镇污水工艺的进步，在很大程度上取决于污泥处理和利用技术的进步。为了解决这一问题有必要加强污泥处理与利用的研究。

另外，在一个小区域内的物质、能量(粮食、蔬菜等)是从周边地区流向中小城镇，污水处理产生的污泥是这种流动的结果，从生态平衡角度讲这些物质是需要回到周边的生态系统中，否则长期发展会造成一个区域内土壤生态的失衡。因此从污泥最终处置的出路来看，中小城镇的污泥农用是最为可行和现实的处置方案。

四、城市污水处理新工艺新技术介绍

1、生物化学反应理论基础 

人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充分, 而对兼氧性微生物的研究不够。各种类型有机污染物的厌氧(缺氧)、好氧降解反应过程汇总如下。

好氧(缺氧)过程 厌氧(缺氧)过程

1) COD®H2O+CO2 (传统好氧)

2) COD ® CH4+CO2(传统厌氧)

3) NH4+ ®NO2- ®NO3- (硝化)

4) NO3-( NO2-)® N2 (厌氧或缺氧(短程)反硝化)

5) PO4-+生物-P ®生物-P(厌氧)

6) NH4++NO2-® N2 (厌氧氨氧化)

7) H2S ®S0 (微需氧或缺氧)

8) SO4= ® H2S (厌氧反应)

9) R-Cl® CO2 + Cl- (好氧反应)

10) RCCl® CH4+ CO2+ Cl- (厌氧反应)

反应式(1、2 和 3)为传统厌氧和好氧工艺，其他均为兼性菌的反应。事实上，利用兼性细菌的工艺人们早已涉及，如，对去除 N、P 的 A2O 或 AO 工艺(反应 4、5)，利用兼性菌在好氧条件下进行好氧代谢，而在厌氧条件下进行厌氧代谢。在含有硫酸盐的有机废水中，厌氧反应将有机物和硫酸盐分别转化为有机酸和硫化氢(反应 8)。产生的硫化氢被微需氧细菌直接氧化为硫元素。这可以用来去除硫化物并回收硫元素(反应 7)。

Kuenen 等发现某些细菌在硝化、反硝化应用中能利用 NO2-或 NO3-作电子受体将NH4+氧化为 N2 和气态氮化物(反应式 5);在这一反应的基础上，正在开发 ANAMMOX 工艺和 OLAND 等工艺。最新研究表明一些在好氧状态下难降解芳香族和卤代烃在厌氧条件下容易分解(反应 9、10)。

以上反应为一些新工艺的化学反应基础，其基本原理是新工艺开发的基础和生长点。成功的利用兼性微生物的典型工艺是北京环保所在 80 年代开发的水解-好氧处理工艺。水解池利用水解和产酸微生物，将污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物,使得污水在后续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。

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