2.2.1　小型污水处理厂

2.2.1.1　概念说明

城镇污水特别是小城镇或村镇生活污水，家庭生活设施使用所产生的废水是生活污水的主要来源。科学技术的进步和生活方式的多样化，人们对水的需求呈多样化趋势，越来越多的不同成分的日常消费品大量使用，使生活污水组成成分复杂化；有些地区，生活污水中还容纳一定数量和浓度的工业污水，成分更加复杂。Butler^［9］等（1995）的研究表明，不同生活设施对生活污水的质量和数量影响是不相同的。厕所卫生废水对生活污水组成成分影响程度最大，特别是氨盐含量高，排放时间集中在晚上，占夜间排放量的60%～90%；厨房洗碗废水中正磷酸盐比例高，排放高峰期出现在上午6～7时和下午6～10时。居民的生活习惯和作息时间因地区、季节和民族习惯而异，家庭生活设施的使用情况与当地经济条件、居民生活水平、年龄结构和消费群体等密切相关。

综合各方面的资料表明，实施城镇生活污水处理的难点主要如下。

①城镇生活污水成分日益复杂，各种污染成分浓度较低，波动性很大，难以正确评估生活污水的污染负荷及其昼夜、季节性变化，影响到城镇生活污水处理方法的正确选择、处理工艺与污染物去除方案的合理设计、出水水质的准确估计以及污水处理设施的正常运转^［10］。

②现有生活污水处理工艺设计大多建立在实验室或中试结果基础上，根据经验设计大规模应用工艺，在实际操作与具体实践中受外界环境变化影响很大^［11］。

③城镇生活污水处理工艺与技术的选择还受到当地社会、经济发展水平的制约和地方保护主义或其他人文因素的抵制，常常不是采用最佳的处理工艺与处理技术。

④当地自然与生态条件（如气温、降水、风向和土壤等）对所选择的处理工艺与处理技术有负面影响，使其不能发挥正常效力。

2.2.1.2　可供选择的处理工艺

（1）生物处理

污水生物处理过程是指利用微生物的新陈代谢把污水中存在的各种溶解态或胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。按照处理过程中有无氧气的参与，污水的生物处理技术可分为好氧处理工艺和厌氧处理工艺；按照污水处理生物反应器中微生物的生长状态，污水的生物处理技术又可分为以活性污泥为代表的悬浮生长工艺和以生物膜法为代表的附着生长工艺。表2-8概述了各种生物处理方法对城镇生活污水处理的情况^［12］。

从表2-8中可看出，用于小城镇或村镇污水二级处理的工艺主要是生物滤池、生物转盘（RBC）、生物接触氧化、传统活性污泥、序批式活性污泥法（SBR）和氧化沟工艺，其中生物转盘、淹没式生物反应器（生物接触氧化）、传统活性污泥、SBR等工艺对有机污染物、氮和磷有更高的去除效果，更适于作为小型污水处理设施应用。

（2）厌氧处理

厌氧处理工艺具有反应器体积小，规模灵活，工艺简单，耗能低（仅为好氧工艺的10%～15%），产生的污泥量小（为好氧工艺的10%～15%），处理过程中对营养物的需求低等多种优点，是城镇生活污水处理的首选方法之一。但是，城镇生活污水中较低的污染物浓度，则成了传统厌氧处理工艺在城镇生活污水处理中广泛应用的首要限制因素^［13］。为了解决这一技术难题，人们对传统厌氧处理工艺进行了长期的各种改进试验。改进后的厌氧处理技术在处理低浓度城镇生活污水（COD<1000mg/L）时，无论是在试验室水平上还是在应用水平上均取得了重要突破^［14］。特别是20世纪80年代以来，上流式厌氧污泥床反应器（UASB）技术开始在热带地区推广应用^［15］，基本上克服了该工艺所遇到的这一难关。

限制厌氧技术在更大范围内处理城镇生活污水的另一关键因素是低温。研究表明，污染物浓度低的生活污水由于在硝化过程中不能产生足够的热量维持厌氧细菌正常生长，在气温低的地区必须添加能量以维持热平衡，使处理成本大增。面对这一挑战，Behling等对UASB技术进行了改进，并在中温地区应用于处理生活污水，结果表明：在无外加热源时，可连续运行超过200d，但缺点是接种污泥时间仍很长。Nadon和Dague^［16］、Dague等^［17］报道了常温下应用厌氧序批式反应器（ASBR）技术处理低浓度废水，结果表明：在15～25℃处理COD浓度为400～800mg/L的人工合成废水时，去除率在80%～90%；在处理COD为600mg/L废水时，20～25℃时SCOD和BOD去除率均大于90%。厌氧处理工艺这一新的改进，为城镇生活污水处理提供了一种新途径，但是否完全可行有待进一步研究。

（3）生物膜法处理

近年来，生物膜法处理技术在城镇生活污水深度处理特别是硝化和反硝化研究方面取得了进展^{［18，19］}。Gupta等证实了好氧条件下生物转盘（RBC）技术同时去除有机物和N的可行性。Gupta^［20］等还报道了三级RBC在细菌Thiosphaera pantotropha参与下在完全好氧条件下，同步处理人工合成生活污水的结果，其中第一阶段有机物和氮去除量高达8.7～25.9g COD/（m²·d）和0.81～1.85g N/（m²·d）。Renolds^［21］等采用淹没式生物滤池处理生活污水，通过选择连续流和间歇流操作方式进行硝化和反硝化，结果表明其COD去除率大于70%，NH₃-N浓度低于5mg/L。Parker等认为控制好反冲洗和捕食性微生物可以提高生物滤池的除氮效果；Palsdottir和Bishop^［22］对塔式生物滤池的研究表明：生物膜内的捕食性蜗牛是干扰其硝化过程的主要因素。

采用单一的活性污染法或生物膜法处理生活污水时，由于方法上的差异，各自的优点和缺点都十分明显（表2-9）。但是，如果两者结合使用，这些优缺点可以起到互补的作用，从而可以“掩盖”其中的缺点。

大量的试验研究和工程实践证实，采用生物膜和悬浮生长工艺相结合的联合处理工艺可以克服单一生物膜法或活性污泥法工艺的不足。Chen-Lung^［23］利用RBC处理生活污水，出水与生物膜管道技术联合应用除氮，进水流速为1cm/s，能将TN浓度控制在10mg/L，出水可用于农灌用水。RBC/SC处理系统比单纯RBC能提高污染物去除效率，其中SS、总COD和SCOD的去除率分别提高26%、18%和17%。

吸附生物降解工艺（AB法）是在常规活性污泥和两段活性污泥法基础上发展起来的生物处理技术^［24］。A段为高负荷的生物吸附区，B段为低负荷处理区。为满足深层次的水处理要求，特别是对除磷脱氮的要求，对经典A/B工艺进行联合工艺的改进：将B段替换成其他工艺，如曝气生物滤池、A/O法、A²/O法、氧化沟、序批式活性污泥法（SBR）等；对A段采取多种运行方式（厌氧、缺氧、好氧等）。Su^［25］等将RBC结合到A²/O工艺中，在去除城市污水中的有机碳、氮和磷方面效果显著。Martin^［26］等改造三级RBC处理厂时将二沉池污泥回流，对BOD₅和SS的去除率分别提高50%和40%。

（4）一级强化处理

城市生活污水强化一级处理工艺的快速发展在很大程度上得益于其基建投资少、单位污染物去除费用较低、能较大程度地提高污染物的去除率，消减污染负荷。特别是，由于该工艺运行管理简便灵活，处理过程稳定可靠，很适于我国中小城镇生活污水处理的实际应用，尤其适于资金紧张地区的生活污水处理。

强化一级处理技术可分为化学强化一级处理工艺（CEPT）和生物强化一级处理工艺。在对生活污水处理过程中，CEPT的处理效果明显^［27］，一般悬浮固体去除率可达90%、BOD去除率为50%～70%、细菌去除率为80%～90%、TP为80%～90%。而常规一级处理去除率为SS 50%～60%、BOD 25%～40%、TP 10%。特别是在除磷方面，一般单采用生物除磷工艺很难满足1.0mg/L出水水质要求，CEPT可以满足这一出水水质的要求。利用回流一级污泥的絮凝吸附作用强化一级沉淀处理生活污水，当条件适当时COD和SS的去除率分别为60%～70%和70%左右。由于CEPT还具有不易受气候条件限制等优点，可在寒冷地区进行推广应用于处理城镇生活污水。

当前，强化一级处理技术面临的主要挑战是：污泥产量大，对污泥的处理难度和处理费用增加，而且有的絮凝剂存在生物学毒性和生态学上的安全性问题，当采用这些絮凝剂进行强化时容易造成对环境的二次污染。

2.2.1.3　工程适应性分析

供农村污水处理选择使用的小型污水处理工艺均来自城市污水处理工艺，其技术的成熟度、可靠性高，受自然环境的限制影响相对于自然净化处理系统而言要小。

国外农村生活污水处理的工程实践证明，采用传统活性污泥法、SBR法、生物膜法、生物滤池法、氧化沟法等技术，因处理效益高、占地面积小、缓冲性能好、对污水的适应性好、运行管理的可控性高以及对环境的二次污染少，在有条件的地区推广应用容易达到国家排放标准并实现减排目标。

由于小型污水处理工艺的基建投资、运行成本和能耗消耗较环境生态工程的高。就目前而言，要在我国农村全面推广时机并不成熟，特别是较高的运行费用和能耗，谁来买单的问题必须解决。但在农户和人口较为集中、没有可供利用的土地的农村，为满足新农村污水处理的需要，小型污水处理工艺“以资金换土地”的方案也是十分值得采用的。

2.2.1.4　工程案例

（1）芬兰污水处理厂

在芬兰，联合的下水道系统经常被一个村镇或者是多于50人的居住点应用，很多商业上的方法可以应用。其缺点是一个联合的下水道系统需要达成明确的合作的共识以及劳动力的分配，就好像股东之间分配利益一样。有关当事人的职位、各个点之间的距离、地理条件和土壤的类型都能够成为这个系统地理位置的选择的制约因素。其优点是所有的花销（建筑、维护和运行的费用）会在合伙人之间分配。而且会有为分散处理系统的设施提供的一些津贴。因为有很多使用者以及相对稳定的废水水力负荷，所以净化的效率是稳定可靠的。选择一个最好的位置来建立一个联合处理系统有很强的可行性。

（2）英国污水处理厂

在英国，在某些地区不适合用现代污水处理设备，又不能和主要的下水系统连接上，这时建造小型的污水处理工程是最有效且经济的选择。在这些建造污水处理工程的地区程序和工艺的选择是相似的。

最普遍的生物处理单元有传统的生物滤池和旋转生物接触池两种。英国农村污水初沉池及生物滴滤池如图2-6和图2-7所示。

1）活性污泥单元　在英国以下3种活性污泥单元最为常见：延时曝气池、接触稳定池、氧化沟。

2）三级处理　小型/农村污水处理工程中可以采用的方法有草地、上流澄清池、废水氧化塘和芦苇床处理系统（图2-8）。

①出水排放。排放到内陆或者有潮水域；排入地下岩层；排入土地。

②各种方法的使用范围。见表2-10。

可行性分析：处理水量相对较大，投资建设费用也较大，有一定的可行性。