周 律(清华大学环境科学与工程系，北京100084) 
 
摘要 结合我国当前的水污染控制现状，提出了我国城市污水处理高效低耗技术和工艺应该具备的主要特征，并筛选了切实可行的处理技术和工艺。最后论述了推行这些处理技术和工艺所要进一步解决的技术关键。
关键词 城市污水 高效低耗 关键技术

1 引言
    城市污水处理厂是城市水污染防治的骨干工程，建设城市污水处理厂是纳入流域、区域水质管理规划并纳入社会经济发展规划的重要内容。为使全国水环境状况基本上同国民经济的发展和人民生活水平的提高相适应，必须尽快扭转我国城市水环境污染的局面。因此，污水处理设施的建设和运行是我国当前水污染控制的重点。
    国家已要求城市污水集中处理率近期达到20％，虽然我国现有城市污水处理厂300多座，但距国家的要求还有较大的差距，因此需要建设大量的城市污水处理厂，而目前我国城市建设资金远不能满足这方面的需求。解决资金的途径之一是采用新的处理工艺和技术以降低工程造价节约资金。此外，为保证城市污水处理厂有效运行，降低污水厂的运行费用也是十分重要的内容。因而推广应用高效低耗处理技术和工艺正是当前城市污水处理重点要解决的问题。

2 城市污水处理高效低耗技术和工艺
    “高效低耗”城市污水处理技术和工艺，目前并无一明确的数值界定。高效低耗城市污水处理技术和工艺特征必定会随时间的不同、技术的进步以及应用条件的不同而有所不同。从我国目前技术水平和经济水平的情况来看，在我国，这类技术或工艺应具备以下特征：
    (1)投资应该控制在l 000元／t以下(不包括征地和特殊的地基处理费用)。
    (2)直接运行费(主要包括工艺能耗、药剂费和人工费)应该控制在0．30元／t以下(如考虑脱氮除磷直接运行费应该控制在0．40元／t以下)，其中每吨水处理能耗在0．20kW·h／m3·d左右。
    (3)尽量减少操作管理人员数量，操作管理人员数量为现有污水厂人员的1／4—1／3。
    从当前污水处理工艺和技术研究、开发和应用的情况看，在采用国内工艺设备、日处理规模小于20万t的前提下，下面所列是技术可行且适合我国国情的高效低耗城市污水处理技术和工艺：
    (1)强化一级处理技术。
    (2)城市污水生态工程处理技术。
    (3)城市污水物理化学处理技术。
    (4)厌氧及不完全厌氧处理技术。
    (5)高负荷生物化学污水处理工艺。
    (6)高负荷生物滤池／固体接触和生物曝气滤池生物附着生长技术处理城市污水工艺。
    (7)现有城市污水处理的革新工艺。

3 高效低耗城市污水处理技术或工艺的关键
3．1 用于二级处理的一级处理强化技术
    作为城市污水厂二级生物处理的前置处理----一级处理，其功能为去除污水中的漂浮物和悬浮物。由于一级处理投资少，动力消耗低，可去除一部分有机物，减小后续二级生物处理负荷。采用强化一级处理技术，可以降低城市二级污水处理厂的投资。
    二级处理的一级处理强化技术分为两类：一类侧重于物化机理，另一类侧重于微生物的絮凝吸附原理。
    化学强化一级处理工艺对TP、SS、BOD5和重金属等的处理效果较好，耐冲击负荷的能力也较强。系统的基建投资和占地面积小于活性污泥法(包括A／0、A2／0等工艺)，而且运行管理灵活简便、处理过程稳定可靠、近期投资环境效益好。同时采用高效絮凝剂技术，具有投资低廉(为生化法的1／5----1／10)，运行费用低的优点。
    微生物絮凝剂强化一级处理，由于微生物絮凝剂絮凝效果好、投加量少、适用面广、无二次污染、絮体易于分离等优点，因而在废水脱色、油水分离、污泥脱水、畜牧场废水处理等方面已有广泛应用，效果显著。
    生物絮凝吸附法强化一级处理工艺，是利用微生物的絮凝吸附作用强化一级处理，与二级生物处理的本质区别在于二级生物处理主要利用生物氧化作用，将有机物矿化；而生物法强化一级处理则主要利用微生物的絮凝吸附作用快速去除污染物质，同时伴有少量的生物氧化。这就决定了它必然要比二级生物处理产生更多的污泥，但由于不投加任何药剂，其产泥量比物化处理为少。
    用于二级处理的一级处理强化技术的关键技术如下：
    (1)无机絮凝剂与其它种类的絮凝剂使用的最佳协同作用效果。
    (2)高效、廉价絮凝剂的优选。
    (3)微生物絮凝剂在城市污水处理中的应用研究。
    (4)生物絮凝吸附的工艺条件控制。
    (5)冬季低温条件下的运行参数选择。
    (6)一级处理工艺设备的优化选型。
3．2 曝气生物滤池工艺
    曝气生物滤池工艺的主要特点如下：
    占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀他的占地和投资。
    出水水质高。由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，一般不超过10mg／L。
    氧的传输效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。
    曝气生物滤池中，氧的利用效率可达20％—30％，曝气量明显低于一般生物处理法。
    抗冲击负荷能力强。曝气生物滤池可在正常负荷2—3倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小。
    易挂膜，启动快，曝气生物滤池在水温10-15℃时，2-3周即可完成挂膜过程。
    此外，曝气生物滤池采用模块化结构，便于后期改、扩建。
    曝气生物滤池在应用中尚需解决的关键技术如下：
    (1)滤池填料的比选。
    (2)曝气生物滤池和曝气系统的规范设计。
    (3)曝气生物滤池处理我国典型城市污水的水力负荷、容积负荷。
    (4)生物膜活性的研究。 
    (5)生物氧化、脱氮和截留SS的特性。
    (6)曝气生物滤池反冲洗的基本要求和控制参数。
3．3 革新的交替式氧化沟工艺
    交替式氧化沟工艺在现有氧化沟工艺中，具有明显的优势，如运行灵活、脱氮效果好等。交替式氧化沟工艺通过将2-3条既联系又相对独立的单沟组合起来，通过改变氧化沟和操作方式，设置了相对独立的缺氧区与好氧区，形成A／0和A2／0的工艺环境，不仅可达到去除BOD5、S5的目的，而且可达到生物脱氮除磷的目的。该工艺的突出优点是基建费用低，操作简单，运行稳定，易于维护管理，剩余污泥量少而且稳定，处理效果稳定可靠，出水水质好。
    交替式氧化沟工艺的关键技术如下：
    (1)革新的交替式氧化沟工艺脱氮、脱磷特性。
    (2)大型氧化沟水力流态特征。
    (3)革新的曝气系统设计。
    (4)影响脱碳、脱氮、脱磷的关键工艺参数。
    (5)革新的交替式氧化沟配套系统的合理设计。
3．4 革新的SBR工艺
    SBR法已经发展为城市污水处理的实用技术之一。其变种也有十几种之多，如UNITANK工艺、TCBS工艺、MSBR工艺等。革新的SBR工艺在城市污水应用中的重点是尽可能降低基建和运行费用，简化操作过程，提高系统的可靠性和灵活性。
    革新的SBR工艺在城市污水处理中的关键技术如下：
    (1)为达到同时硝化反硝化的目的，准确控制溶解氧的设计。
    (2)合理的滗水体积确定。
    (3)典型污水水质脱碳、脱氮、脱磷的关键工艺参数。
    (4)高效连续流SBR工艺的设计。
    (5)配套系统的合理设计。
3.5 城市污水生态工程处理技术
    这类技术的最大特点是，运行维护费用低廉、运行可靠简易且节省能源。
    城市污水生态工程处理技术，包括氧化塘系统和土地处理系统，近年来我国一些中小城镇修建的污水氧化塘运行结果表明，设计施工和运行维护良好的氧化塘系统，其出水水质(SS、DOD5、CODcr等)接近或达到常规二级处理出水水质，如辅之以必要的强化措施，完全可以达到《污水综合排放标准(GB8978—1996)》的规定。对于水生植物塘、养鱼塘等生物或生态净化塘，其脱氮除磷和去除细菌能力等都高于二级处理，达到部分三级处理的效果，而塘系统的基建单
价仅为常规二级处理厂的1／5—1／3，运行维护费为常规二级处理的1／2。
    当前城市污水生态工程处理技术的重点技术包括：采用多种人工强化措施提高氧化塘的去污效率，如利用风能向塘内充氧，人工养殖水生动、植物，在塘内挂膜增大微生物栖息场所，布设人工软性、硬性填料等，对系统进行改善、组合，使之具备高效、快速和多功能的特点。采用光催化降解法，提高处理效率。在水中加入一定的光敏半导体材料，利用太阳能净化污水。
    城市污水生态工程处理技术的关键技术如下：
    (1)城市污水生态工程处理技术的设计路线。
    (2)城市污水生态工程数学模型、工艺参数的优化。各处理单元的优化和组合，最优处理单元的设计。如何选取最佳的工艺组合形式，充分发挥单元构筑物的容积效率，在最小占地面积、最低工程造价情况下，达到城市污水出水水质标准的要求。
    (3)城市污水生态工程处理工艺的关键结合点的联接。
    (4)城市污水生态工程处理工艺生态调控点的特征和不同工况下的控制。

作者简介 周律，男，1963年出生，毕业于清华大学，博士学位。现主要从事环境工程方面的科研和教学工作。