我國水資源缺乏, 是世界13 個缺水國家之一, 全國600 多個城市中目前大約一半的城市缺水, 且水污染嚴重, 全國75%的湖泊出現(xiàn)了不同程度的富營養(yǎng)化; 90%的城市水域污染嚴重, 南方城市總缺水量的60%～70%是由于水污染造成的。 我國水體污染主要來源于超標排放的工業(yè)廢水和大量未經(jīng)處理直接進入水體的城市生活污水。據(jù)《2003 年中國環(huán)境狀況公報》公布, 2003年, 全國廢水排放總量為460 億t, 其中城市生活污水排放量247.6 億t,占污水排放總量的53.8%。城市生活污水正成為水污染的最大“ 公害”之一。因此, 城市生活污水的處理對于改善城市環(huán)境質量與居民生存環(huán)境,促進社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。 1 城市生活污水的處理現(xiàn)狀 我國污水處理面臨著水污染嚴重, 污水治理起步晚、基礎差、要求高的形勢。近些年, 城市污水處理的建設有了很大發(fā)展, 截至2005 年6 月底, 全國661 個設市城市建有污水處理廠708 座, 處理能力為4 912 萬立方米/d, 是2000 年的兩倍多; 全年城市污水處理量162.8 億立方米, 比2000 年增加了43%, 城市污水處理率達45.7%。但絕大多數(shù)城市的污水處理能力滿足不了實際需要, 全國還有297 個城市沒有建成污水處理廠, 其中,地級以上城市63 個, 包括人口50 萬以上的大城市8 個; 位于重點流域、區(qū)域“ 十五”規(guī)劃范圍內的城市54 個。全國5 萬多個城鎮(zhèn), 370 多萬個村莊, 9 億多人口居住地尚無污水處理設施。 與國際相比, 我國城市污水處理率較低, 其主要原因是我國的城市污水處理廠建設滯后。據(jù)資料介紹, 美國現(xiàn)在平均每1 萬人就擁有1 座污水處理廠, 英國和德國每7 000～8 000 人擁有1 座污水處理廠。而我國城鎮(zhèn)人口中, 平均每150 萬人才擁有1 座污水處理廠。據(jù)建設部通報的全國污水處理情況, 目前已建成的污水處理廠, 除正在調試運行的外, 尚有不能正常運行的, 其原因主要有: 第一, 對污水處理組織管理不力, 致使有的污水處理廠已建成半年甚至近一年仍未運行。第二, 一些已建成污水處理廠的城市仍未開征污水處理費, 或收費標準和征繳率低, 污水處理設施運行經(jīng)費難以保障。第三, 污水收集管網(wǎng)建設滯后, 污水處理廠運行負荷率低, 甚至難以運行。第四, 地方配套資金不落實, 影響污水處理廠調試運行。另外, 還有部分城市污水處理廠設計規(guī)模偏大, 過度超前, 造成設施能力部分閑置不能充分發(fā)揮效益。 2 目前城市污水處理工藝及存在的問題 污水處理的主要方法有物理、化學、物理化學和生物方法。這些方法可以單一使用, 也可以針對不同的污水水質組合使用。污水生物處理法是19 世紀末出現(xiàn)的污水治理技術, 現(xiàn)今已成為世界各國處理污水的主要手段。我國現(xiàn)階段的城市污水處理主要以生物法為主, 物理法和化學法起輔助作用。目前我國城市污水處理廣泛使用的水污染治理技術有傳統(tǒng)活性污泥法, 延時曝氣活性污泥法, SBR, AB, UNITANK 和氧化溝工藝, AO 和A2O 等。這些工藝被證明是行之有效的水污染控制技術。 2.1 傳統(tǒng)活性污泥法 傳統(tǒng)活性污泥法已經(jīng)有近90 年的歷史, 其主要處理構筑物是曝氣池和沉淀池。污水中的有機物在曝氣池內停留一段時間后, 絕大部分被曝氣池中的微生物吸附, 隨即氧化分解成無機物。在沉淀池中, 呈絮狀的微生物絮體———活性污泥下沉, 而上部的清液溢流排放。為了保持曝氣池中污泥的濃度, 沉淀后的部分活性污泥又回流到曝氣池中。該工藝的特點是有機物去除率高、污泥負荷高、池容積小、電耗省、運行費用低。此法穩(wěn)定可靠, 已經(jīng)積累了豐富的設計和管理經(jīng)驗, 但普通曝氣法占地多,建設投資大, 僅能滿足BOD5, CODCr, SS 三項出水指標, 且該工藝容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象, 除磷和脫氮效果差。 2.2 SBR 法 間歇式活性污泥法又被命名為序列間歇式反應器法（ SequencingBatch Reactor） 或序列間歇式（ 序批式） 活性污泥法, 簡稱SBR 法。它是一種按間歇曝氣方式運行的活性污泥處理技術, 采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式, 非穩(wěn)定生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應, 靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是運行的有序和間歇操作, SBR 技術的核心是SBR 反應池, 該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,無污泥回流系統(tǒng)。該工藝具有以下優(yōu)點: 第一, 理想的推流過程使生化反應推動力增大, 污水在理想的靜止狀態(tài)下沉淀, 需要的時間短、效率高, 運行效果穩(wěn)定, 出水水質好; 第二, 耐沖擊負荷, 池內有滯留的處理水, 對污水有稀釋、緩沖作用, 有效抵抗水量和有機污物的沖擊; 第三, 反應池內存在DO, BODS 濃度梯度, 有效控制活性污泥膨脹; 第四, SBR 法系統(tǒng)本身也適合于組合式構造方法, 利于污水廠的擴建和改造; 第五, 實現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)的交替, 具有良好的脫氮除磷效果; 第六, 工藝流程簡單、占地面積小、造價低。存在的缺點是: 對自動控制技術和連續(xù)在線分析儀表要求高,操作復雜, 難于管理。該方法適用于水量、水質排放均勻的工業(yè)廢水。 2.3 氧化溝法 氧化溝法是活性污泥法的一種變形, 屬于低負荷、延時曝氣活性污泥法。廢水和活性污泥的混合液在環(huán)狀的曝氣渠道中不斷地循環(huán)流動, 因此又被稱為“ 循環(huán)曝氣池”。氧化溝法具有處理工藝及構筑物簡單、無初沉池和污泥消化池（ 一體式氧化溝還可以取消二沉池和污泥回流系統(tǒng)） 、有機物去除率較高、脫氮、除磷（ 溝前增設厭氧池） 、綜合指標較優(yōu)、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點, 但存在負荷低、占地大、電耗大、運轉費用偏高的缺點, 適用于中小規(guī)模的低負荷污水處理廠。 2.4 A/B 法 A/B 法是吸附生物降解法（ Absorption Bio- degradation） 的簡稱。該工藝不設初沉池, 由污泥負荷較高的A 段和污泥負荷較低的B 段串聯(lián)組成, 并分別有獨立的污泥回流系統(tǒng)。該工藝從20 世紀80 年代開始應用于生產(chǎn)實踐, 具有一些獨特的特點。但該法存在污泥量大、構筑物及設備較多、建設投資和處理成本高、運行管理復雜的缺點。 2.5 UNITANK 法 此工藝是以活性污泥法為基礎的一種新工藝（ 由比利時史格斯公司開發(fā)） 。本工藝的特點是將曝氣和沉淀組成一體的新工藝, 不是形式上的合并, 而是工藝上的創(chuàng)新, 是將池子分成若干格, 首末兩端交替曝氣和沉淀。它周期性變更進水、出水方向, 可省去污泥回流系統(tǒng), 并且布置緊湊, 用地省, 連續(xù)運轉, 省電耗, 結構設計簡單經(jīng)濟, 但該方法不具備脫氮除磷功能。 2.6 A/O 法 A/O 法是在傳統(tǒng)活性污泥法基礎上發(fā)展起來的一種缺氧—好氧生物法處理工藝。該工藝中好氧池和缺氧池形成硝化———反硝化系統(tǒng), 具有明顯的脫氮作用, 但需要進行嚴格的控制, 管理水平的要求比較高。 2.7 A2/O A2/O 法即厭氧/缺氧/好氧工藝, 它把除磷、脫氮和降解有機物3 個生化過程巧妙地結合起來。磷在厭氧區(qū)釋放, 在好氧區(qū)吸收, 達到除磷目的。污染物在好氧區(qū)被氧化降解, 去除COD 和BOD5, 同時在硝化菌作用下, 有機氮轉化的氨氮繼而轉化為亞硝酸氮和硝酸氮, 含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧區(qū)進行反硝化脫氮。該工藝由于污泥回流, 污泥處理工作量大, 節(jié)能差, 且工藝條件比較復雜。 3 新型和高效的城市污水處理技術的開發(fā) 我國城市污水處理普遍采用的上述工藝是歐美等發(fā)達國家在20 世紀六七十年代根據(jù)歐洲國家排放標準制定的工藝。進入20 世紀90 年代后, 一些西方國家污水處理率達到90%以上, 每年僅有一兩個城市污水處理廠的建設項目, 城市污水處理市場需求萎縮, 失去了開發(fā)新工藝的動力。而我國對污水處理新技術開發(fā)仍有巨大的需求和動力。王凱軍認為: 在最近一個時期內, 我國城市污水處理廠主要以延時曝氣的氧化溝和SBR 工藝為主是不適合我國國情的。對于我國這樣一個污染嚴重、資源短缺的發(fā)展中國家, 先進的處理工藝開發(fā)應適合我國國情, 遵循高效、低耗和低成本的原則。 目前我國城市污水處理工藝的發(fā)展趨勢是高效反應器的發(fā)展, 其中對沉淀和分離性能的改進, 生物的量和質的提高以及充氧性能的改善是高效反應器發(fā)展的要點。開發(fā)各類效率高、投入低、可達到一定治理深度的城市污水處理新技術, 對于經(jīng)濟尚不夠發(fā)達而污染急待治理的我國, 尤其是對于沒有污水處理的17 000 多個建制鎮(zhèn), 在一段時期內都具有重要意義。其中以厭氧—好氧生物處理工藝、水解—好氧處理工藝、流化床和曝氣生物濾池等為代表的低耗、高效工藝有望滿足這一需求。