项目简介：
芝加哥Stickney污水处理厂是世界上最大的污水处理厂，该厂位于美国芝加哥西南部，是一座具有90多年历史的污水处理厂，该厂的进水泵站及一级处理能力超过500万m3/d，二级处理能力平均为455万m3/d，最大为545万m3/d。污泥处理能力除负担本厂所产生的污泥外，还负担着由北方污水处理厂压力输送来的及另外两座深度处理厂的污泥，采用传统活性污泥工艺。目前的实际处理水量为271万m3/d。
该厂实际上由两个分厂组成，西厂于1930年开始运行，西南厂于1939年运行。其进水泵站是世界最大的地下式污水提升泵站，污水从地下90米深的隧道中提升至污水处理厂。该厂如此之大甚至建设了铁路运输系统。
工艺情况：
Stickney污水处理厂于1930年建成投运，为一座有3组双层沉淀池和12条污泥自然干化床组成的一级处理厂。
随着城市的发展和水源保护标准的提高，1935年开始在西厂的西南侧建设以活性污泥法为主要处理工艺的西南污水处理厂，1939年投入运行。1949年和1975年两次扩建，形成455万m3/d二级处理的规模。在污泥处理方面，经多次扩建，增设了湿式氧化站，中温消化池，真空脱水机装置，使该厂的设施更加完善。由于历史原因，其污水处理设施既有古老的双层沉淀池和污泥自然干化床，也有新颖的曝气池、污泥消化池和湿式氧化装置。
该厂位于城市的中心地区，用地受到限制，厂内建筑物的布置极为紧凑。在污水处理工艺方面，采用了传统的活性污泥法为二级处理的主要手段。矩形回流槽曝气池的容积，超过80万m3，按平均日流量455万m3计，停留时间在4h以上。二次沉淀池采用直径为38.4m的辐流式沉淀池，共96座，表面水力负荷为40.7m3/(m2˙d)。
Stickney污水处理厂采用了多种污泥处理工艺，初沉污泥在双层沉淀池下部常温消化，消化后的污泥部分经干化床自然干化，部分转送到污泥塘稳定，剩余活性污泥全部经浓缩后进人中温消化池，部分消化污泥由真空滤机脱水后烘干制成肥料，另一部分经浓缩后加压输送到污泥塘，进一步稳定并脱水，然后用船送到郊区农田施肥。
早在40年前，Sitckney污水处理厂就通过延长泥龄实现了氨氮的稳定去除。Stickney污水处理厂的平均水力停留时间(HRT)是8小时，峰值水力停留时间不到4小时，出水BOD5和SS均小于10mg/L，出水氨氮小于1mg/L。
Stickney污水处理厂目前面临的问题是升级改造，升级改造需要实现磷的去除。当局计划采用生物除磷，在现有的曝气池上增设厌氧区，并不打算采用投加填料。主要是由于(1)芝加哥地区的人口不再增长;(2)污水处理行业向着资源回收、能源回收的方向发展。目前，当局正在对厌氧氨氧化技术应用于侧流工艺进行研究。该技术在欧洲和北美发展迅速，相比于传统的硝化反硝化技术，厌氧氨氧化技术只需消耗40%的能源，而且脱氮无需碳源。
项目简介：
美国波斯顿鹿岛污水处理厂由马萨诸塞州水资源局管理，位于波士顿港。该厂投资超过38亿美元，于1995年开始运行。峰值处理规模是492万m3/d，日均处理规模是141万m3/d，鹿岛污水处理厂是全球第二大污水处理厂，对于保护波士顿港的水环境起着重要的作用。
工艺情况：
污水首先经过三座提升泵站提升，然后分别经过沉砂池和初沉池，该厂有48座初沉池，每座初沉池长56米，宽12.3米，深7.2米。初沉池分为双层，可以适应鹿岛有限的土地面积。一级处理可去除50~60%的固体悬浮物和50%的病原菌。
二级处理系统采用纯氧活性污泥工艺，二级处理系统的污染物去除率达到85%。鹿岛污水处理厂每天生产130~220吨的纯氧用于二级处理。一级处理系统产生的污泥和浮渣采用重力浓缩，二级处理系统产生的污泥和浮渣采用离心浓缩。离心浓缩投加聚合物以提高效率。泵房、预处理、一级处理、二级处理系统产生的臭味采用碳吸附控制。
该厂共12座卵形消化池，每座高42.7米，直径27.5米，污泥消化可以显着地降低污泥产量，产生大量的沼气，沼气用于发电。消化后的污泥通过隧道运至造粒厂，进一步加工成农肥，每天可生产75吨农肥。一级、二级处理之后是消毒，首先用次氯酸钠消毒，然后投加亚硫酸氢钠脱氯，以防止排水对水生生物造成影响。最后的出水通过一条15公里长、直径7.3米的退水渠道进入水深30米的马萨诸塞州湾，出水有50个管道扩散器，迅速地将出水和周围的海水进行混合，大量的环境监测表明水环境得到了有效的保护。
鹿岛污水处理厂有一座实验室，每年的检测分析数据量超过了10万个，有效地支持工艺控制，确保出水达到处理厂的排放要求。
项目简介：
美国底特律污水处理厂处理能力为360万吨/日，该厂于1939年运行，在当时只有简单的一级处理，污染物去除率只有50~70%。1972年清洁水法的颁布，要求所有的市政污水处理厂实现二级处理，由此该厂建设了曝气池、二沉池、污泥处理设施。
工艺情况：
底特律污水处理厂是北美五大湖之一伊利湖的最大磷排放源，从1970年起，底特律污水处理厂就开始化学除磷，实现出水TP小于1mg/L的目标。投加的化学除磷药剂是酸洗废液(氯化亚铁)，来自于当地的钢厂。酸洗废液直接投加在进水泵站，聚合物直接投加在沉砂池之后，强化初沉池的去除效果。
底特律污水处理厂采用的是纯氧曝气工艺，矩形的曝气池全部封闭。该厂有25座直径为60米的周边进水、周边出水的二沉池，出水采用加氯消毒，消毒后排入底特律河。
项目简介：
上海白龙港污水处理厂位于浦东新区合庆镇朝阳村，是上海市污水治理二期工程的一个重要组成部分，2008年9月升级改造工程全部建成投产，处理规模达200万立方米/d，是亚洲最大的污水处理厂，也是世界最大的污水处理厂之一，处理能力占上海城市污水处理能力的1/3左右。它每天最多可处理172万立方米的污水，为271.7 平方公里区域内的 356 万人口提供服务。白水港地区的强劲增长使日污水处理能力必须加倍，即达到 210 万立方米。
工艺情况：
1.污水处理
为满足近期以除磷为目标的污水处理要求，同时考虑远期达到国家规定的二级排放标准，经方案比较推荐采用近期物化法，远期再增加曝气生物滤池工艺。由于处理厂用地面积有限，故物化法选用高效沉淀池布置方案。把混合、絮凝、沉淀3个工序合并在一个构筑物内，其主要参数如下。
混合时间：64 s,投药量PAC 86 mg/L,PAM 0.5 mg/L;絮凝时间：14 min;高效沉淀池：表面负荷17 立方米/(平方米˙h)，停留时间50 min，污泥回流比 4%。产生污泥量197 t/d，含水率97%，污泥量6930 立方米/d。
2.高效沉淀池
高效沉淀池近期设3组，每组6只池。远期增加2组。每组处理水量约42万 立方米/d。
每组具有独立反应单元，由混合区、絮凝区、推流反应区、沉淀区及污泥浓缩区组成。单池长25.9 m，宽17 m，水深8.3 m，容积2 407 立方米，停留时间64 min。在沉淀区上部设斜板，单池斜板面积170 平方米，混凝池单池容积140 立方米，尺寸6 m×3.2 m×7.3 m。
混合区配置500混合搅拌机18套，絮凝区配置3600絮凝搅拌机18 套，浓缩区配置17 m浓缩刮泥机18套，剩余污泥泵18用6备，回流污泥泵18用6备。另外，设投药系统，包括混凝剂化解、稀释、配比及投加，用PLC控制。
3.污泥处理与处置
近期污泥处理量为197 t/d，经方案比较后采用污泥储存→脱水→卫生填埋 综合利用方案 (近期实施物化法)。
主要污泥处理构筑物：
(1)污泥储存池。分6格，每格13 m×13m，水深4.5 m，每格设潜水搅拌机2台，污泥先进储存池再进脱水机房。
(2)污泥脱水机房。平面尺寸13.3 m×27 m，二层式，设离心脱水机4用1备，单机容量2600 kg/h，每天工作20 h，另有投药设备3套。经离心脱水污泥，含水率约65%，运往污泥填埋场处置。
(3)污泥堆棚。平面尺寸36 m×27 m，可堆脱水泥约7d。
(4)污泥填埋场。利用厂区围堤内空白地块作为污泥填埋场，厂内面积约27 公顷，厂外约16 公顷，厂内及厂外填埋场分别各划分为6个填埋区域，最大一个填埋区约5.5公顷 ，用土堤分隔，隔堤上修单行车道，便于运送污泥。填埋场设垂直防渗帷幕，并设垂直与水平渗滤液收集系统及填埋气收集系统。每单元填满后采用封场作业。封场作业由45 cm植被层，PVC 防水膜，30 cm排泥层组成。经过约5年堆置，该污泥腐熟化后，重新挖出作绿化用土，空余体积再埋填污泥，这样重复循环，达到污泥综合利用的目的。
4.中水回用
本厂经一级加强处理后的污水，确定2500 立方米/d规模作为中水回用，采用曝气生物滤池工艺，处理后达到中水水质标准，供厂内使用。
项目简介：
中国香港昂船洲污水处理厂的处理规模为176万吨/日，是全球最大的污水处理工厂之一。
工艺情况：
昂船洲污水处理厂采用了化学辅助一级处理方法和先进设备来处理污水。因成效显着，该厂被誉为世界上采用化学强化一级污水处理最具效率的设施之一。污水处理厂在2001全面投入使用，投加的药剂为三氯化铁及聚合物，处理工艺可去除污水中约80%的悬浮物和70%的BOD，处理标准达到SS<55mg/L、BOD5<75mg/L，经处理的排放水会通过深海排放管道在维多利亚港西面水域排放。
为了减少空间耗用，沉淀池采用了双层式的设计，污泥采用离心脱水，脱水后的含固率约30%，然后用密封式容器把脱水后的污泥送往堆填区弃置。污泥处理设施每天可处理的污泥最高可达900吨。
为了加强昂船洲污水处理厂的长远气味管制措施，渠务署于2009年10月底展开合约编号DE/2009/02，为现有46个沉淀池及相关设施建造气味密封系统。此气味密封系统于2012年6月底全面启用，系统包括覆盖总面积25,000平方米的沉淀池玻璃纤维强化塑胶覆面、两台采用生物滴滤塔技术及硫化氢移除率达99%的辟味装置和每小时抽风量达到112,000立方米的抽风系统，气味密封系统会将覆盖后密封空间下的空气抽走及处理后才排放。整项合约于2012年9月初顺利完工，自气味密封系统启用以来，昂船洲污水处理厂内及周边的硫化氢浓度亦显着减少。
项目简介：
美国洛杉矶Hyperion是洛杉矶市历史最悠久、最大的污水处理厂，于1925年开始运行，受洛杉矶市公共事务部卫生工程局管理，处理规模174万吨/日。
工艺情况：
在1950 年开始改造进行部分水二级处理，在1998 年实现了全部二级处理。在90年代当局投入了16亿美元进行了技术改造以达到联邦法规要求的二级处理标准。处理工艺包括粗格栅、沉砂池、初沉池，纯氧活性污泥工艺、二沉池。
该厂有27座初级沉淀池，池内有链条式刮泥机，初沉池前投加三氯化铁及阴离子聚合物，经加药后的一级处理系统其SS及BOD5去除率分别由65~70﹪及35~40﹪提升至80~85﹪及50~55﹪。
二沉池之后是20座厌氧消化池，每天产生的500吨污泥运输至Green Acres Farm在Kern县，用做农肥。农场生长的植物包括小麦、苜蓿草，这些植物用做牛奶场的饲料，每天45吨的污泥用于堆肥，每天可产生750万立方英尺的沼气用于发电。
项目简介：
埃及开罗Gabal el Asfar污水处理厂的处理规模为174万吨/日，位于开罗东北部，处理着开罗城里600万居民的生活污水。
工艺情况：
处理工艺包括格栅、提升、除砂、初沉池、生物处理、加氯消毒，污泥处理采用浓缩、脱水、消化，沼气用于发电。该厂的出水灌溉着40多公顷的试验农田，农田种植着橄榄、柠檬、各种鲜花、棉花。
项目简介：
Seine Aval 污水处理厂是欧洲最大的污水处理厂，处理规模为174万吨/日，位于巴黎西北23公里处，于1940年运行。与其他污水处理厂不同，这座污水处理厂看起来更不像是污水处理厂。处理厂各个单元的周围都种植了树木，污泥处理池上种植了草坪，一切看起来更像是公园。
工艺情况：
该厂采用了威立雅公司的曝气生物滤池和Actiflo工艺(除磷)。SeineAval污水处理厂对改善当地的生态产生了积极的影响，过去塞纳河里只有两种鱼，如今已经到了35种。
项目简介：
日本东京森崎污水处理厂的处理规模是157万吨/日，是日本最大的污水处理厂，于1967年运行。它由东、西两部分污水设施和进行污泥处理的南部污泥成套处理设备构成，水处理区域为大田区的全部、品川区，目黑区和世田谷区的大部、以及涩谷和衫并区的一部分。
该厂有四座污泥消化池，每座直径28米，高19.5米，消化池产生的沼气可以产生3兆瓦的电力。
处理后的水大部分排入东京湾。其一部分经过砂滤后被用于中心内部的冷却和冲洗厕所等。此外，还有一部分提供给大田区和品川区的环卫工厂。产生的污泥大部分使用连接设施被压送到南部污泥成套处理设备进行处理，部分污泥在中心脱水后用船从海上运到南部污泥成套处理设备。
项目情况：
美国华盛顿Blue Plains污水处理厂由DC Water 负责管理，该厂处理规模为143万吨/日，于1938年投入运行，当时还是一级处理。1959年升级到了二级处理。
工艺是两段法，第一段是去除BOD，然后沉淀分离，然后再进行硝化、反硝化。
Blue Plains污水处理厂是全球最大的深度处理处理厂，该厂运用很多创新的技术，其中最为知名的一项技术是污泥热水解技术(Cambi)，该技术的应用使得厌氧消化的产气量显着提高，污泥热电联产的能量达到了13兆瓦。Blue Plains污水处理厂是北美首次使用该技术的污水处理厂，这项技术已经在欧洲的15多座污水处理厂得到了应用。
（来源：化工707）
原创 2016-01-15 编辑整理/鲁蒂 中宜环科环保产业研究
表 1：城镇污水处理厂工程建设发展趋势
另一个要思考的问题是，现有污水处理厂和新建污水处理厂的提标建设有何差异？首先，随着排放标准和环境质量要求的普遍提高，已有的城市污水处理厂都面临着原地提标改造或异地搬迁这两种模式的抉择。从总体上来讲，在超大和大型城市中，异地搬迁新建扩建 的较多，也较典型，比如成都、天津、 杭州等地都出现了这种情况，多厂归并和超大型化。国际上，新加坡也很典型，原先有十几座污水处理厂，他们的目标是将其转变成两座超大型的污水处理厂（再生水厂）。另外一种类型就是原地提标改造，但需要同时解决标准提升和景观环境建设（邻避）问题。
表 2 是北京市颁布的城镇污水处理厂污染物排放标准。可以看出，所有新建、改建和扩建的污水处理厂，都要达到所谓的“Ⅳ类水”标准。而所说的“Ⅳ 类水”其实是假Ⅳ类水，并不是真正意义上的Ⅳ类水，因为总磷和总氮的限值明显没有达到Ⅳ类水的标准要求，而且即便算是Ⅳ类水的标准，也是河流的水质标准，不是湖库的水质标准。而对绝大部分城市水体来讲，不管这个河道有多长，都已经不是真正意义上的河，而只是一个河道形状的湖库系统。那么河道形的湖库水体系统执行的照理应该是 湖库水质标准，而这个河流水质标准就 偏低得多。就北京地区来讲，考虑到现有的城镇污水处理厂执行的标准和现在的国标是完全一样的，可以直白地说， 北京的Ⅳ类水并不是真实的，大部分污水处理厂并没有实现“Ⅳ类水”的标准， 只有新建和改建之后，才算是少数指标 达到河流Ⅳ类水要求的准“Ⅳ类水”。 北京这个“Ⅳ类水”标准考虑得比较合理的地方是，提高氨氮排放标准，把总氮排放标准值控制在比较合理可行的水 平。但把CODcr 排放标准值分别调整为30 mg/L和20mg/L，就属于比较荒谬且缺乏足够科学依据的。
再看看天津（表3），这是2015年最新颁布的地方排放标准，与北京标准相比，CODcr最低限值为30 mg/ L不是20 mg/L，其他指标与北京标准类似。天津要求所有现有污水处理厂从2018年1月1号开始执行这一标准，而北京没有明确的实施期限。这些地方标准的颁布应该说有其必要性和合理之处，但个人认为，这些标准中存在的一些误导性问题也是非常值得关注的。
注：新（改、扩）建城镇污水处理厂：设计规模≥ 10000 吨 / 日时，执行 A 标准；10000 吨 / 日 >设计规模≥ 1000 吨 / 日，执行 B 标准；设计规模 <1000 吨 / 日，执行 C 标准。现有城镇污水处理厂自 2018 年 1 月 1 日起执行。
站在长远的角度上看，我们应该采用什么样的排放标准呢？如果将CODcr、BOD5 和SS 这几项常规指标 考虑进去，CODcr 到底应该多少合适呢？15、20 还是50mg/L ？ BOD5 是多少？SS是多少？总氮又应该是多少……我认为，对我们现在的污水处理技术来讲，就达标监控来说，对于城镇污水有机物的去除，只要控制一个指标就够了——氨氮指标。如果氨氮指标能低于 1mg/L 或 2mg/L 的 话，所有的CODcr、BOD5、SS 都可以达到合理的标准值要求，或者达到经济合理、可行的技术极限值。处理出水中剩余的都是溶解性不可生物降 解的 CODcr，对环境本身除了产生一定色度之外，如果是天然物质，基本不会有什么坏处，更不会造成水体的黑臭。所以，如果强制要求 CODcr 达到20mg/L 或者30mg/L 的标准，尤其在未来污水浓度越来越高的条件下，除了极为特殊的情况，这样的标准似乎有些过于劳民伤财了。当然，对一些特殊的工业园区则是例外，因为可能含有不同类型及未知的有毒有害及持久性微量污染物。
当我们考虑氨氮指标时，必然要考虑到总氮去除，生物反硝化属于节能过程。总氮和氨氮指标对水体环境 质量均有很大的影响。氨氮是直接耗氧污染物，总氮可促进水体生物量的形成。从理想目标来讲，总氮的标准限值应该是越低越好，但并不绝对。国际上也有一些研究：城市景观水体和一般性水体中，如果有足够的硝酸盐含量，水体是不会黑臭的。某种程度来讲，水体的硝酸盐含量较高，对景观水体的水质不见得是一件坏事。当然，从饮用水水源或者其他生态环境影响的角度，还是越低越好。但任何环境问题都是和经济指标相关的，设计达到什么样的水平，就有什么样的资金投入需求，不可能没有投入就有相应的预想结果。既然考虑到总氮了，那么总氮是不是最重要的呢？我这里提出的观点可能会与国内一些专家不一样，但与国际上通行的观点是 基本一致的，我认为氨氮之后就要考虑总磷，总磷和总氮对水体水质的主要影响是导致藻类的过度生长。我们都知道，藻类生长所需的氮磷是有比例关系的，那么这种比例关系会是怎样的呢？
根据我们从不同文献资料中归纳的大致数据可知，造成富营养化的蓝绿藻含氮约9%，含磷量约 0.9%，那么其比值大概是10:1。可以大致说明氮磷会对水体和藻类的生长造成什么样的影响，不难看出，按照潜在耗氧量指数来判断，大致是 140：10：1。也就是说，1mg/L 的总磷可以产生耗氧量（CODcr）为 140mg/L 的 生 物 量；与此类似，1mg/L 的总氮可以产生耗氧量为 10mg/L 的生物量。他们之间大概就是这样的关系，如果水中总磷为 0.05mg/L，总氮0.5mg/L，那么形成的藻类耗氧量（CODcr）大致为 5mg/L；总磷是 0.1mg/L 的时候，形成的耗 氧 量 为 10 mg/L；总磷 0.2 mg/L 时，形成的耗氧量是20 mg/L。总磷浓度达到多少的条件下就可能出现太湖那样的藻类大暴发呢？答案是，总磷达到 0.1 mg/L 以上时就可能。
因此，我们需要水体总磷浓度控制到 0.05mg/L 以及更低的水平。从这个角度来看，如果总磷没有得到很好的控制，总氮再低也是解决不了问题的。如果要达到总磷 0.05mg/L 的同等控藻效果，总氮就需要达到 0.5mg/L 才行。这样，我们可以看到，未来对水体的富营养化控制，一个最重要的指标就是总磷。总磷是第一位的，氨氮是第二位的，总氮是第三位的，控制了这三个指标，CODcr、BOD5 和 SS 等常规指标就控制住了，也就不需要严格限定了，甚至可以说，在正常城镇污水的高排放标准中，取消这三个指标或取消其达标监管也是合理的。当然，总磷中还要区分可生物利用磷和不可生物利用磷，正磷酸盐容易被藻类利用，而金属磷酸盐就难以被藻类利用。因此，未来的城镇污水处理厂出水标准中，周或月平均总磷 0.1mg/L 应成为目标限值。
另外，今后的城镇污水处理厂还要考虑非常规污染物，特别是持久性微量有机污染物的去除能力，一旦考虑这些指标的纳入，就会影响排放标准的指标项和污水处理工艺技术路线的选择。
在工艺技术选择方面，图1为几年前统计的城镇污水处理厂工艺技术类型分布情况，这里按传统表述方法归纳，在实际工程中，工艺技术类型及组合很多，下面举若干例子。随着城市建成区边界的不断扩展，周边环境影响及邻避问题日益突出，异地搬迁新建的方式使得天津纪庄子污水处 理厂已经不复存在，而纪庄子污水处理厂在我国城市污水处理发展过程中是占据很重要位置的，历经多次的升级与扩建，从普通活性污泥法到除磷脱氮，再到高等级再生水，2000 年左右，还跟新加坡同期使用了微滤膜再生水技术。新加坡站在国家战略需求的高度，大力发展再生水利用，之后有很快的规模化发展及国际影响力。而天津和北京因为诸多原因，再生水发展规模有限，失去了形成国际影响力的好机会。但无论如何，在从传统的砂滤到膜滤及反渗透的发展过程中，我们已经积累了十几年的工程实践经验，膜过滤设备产品也完全实现了国产化和规模化发展。
图 1 我国城镇污水处理厂工艺技术选择情况
从除磷脱氮这块来讲，最早应用A2/O工艺的是广州的一家污水处理厂，但这座污水处理厂的进水水质缺乏典型城市污水特征。其主要原因在于进水 CODcr 浓度不到 200mg/L，而按当时的设计规范确定的进水BOD5 为 200 mg/L，相当于 CODcr 450 mg/L 左右。后来的泰安污水处理厂则比较典型，进水浓度较高，但碳氮比相当低，要比国际上低得多，所以回流污泥中的硝酸盐对生物除磷性能有非常大的影响。经过现场试验研究之后，泰安污水处理厂第一次使用了多点进水、预反硝化的改良 A2/O 工艺流程。
另一个除磷脱氮工程的成功案例是青岛李村河污水处理厂。这个厂大 家可能不是很了解，它是上世纪 90 年代初建设的，此厂的工艺选择是我们与Glen Daiger（国际水协前主席）共同合作的产物，当时我们坚持要用我们建议的改良 A2/O 工艺流程，他则坚持推荐他们的 VIP 工艺流程，经过不断的讨论和意见交换，最后决定把两种不同的工艺过程全部结合在一 起，为便于论证通过，对外宣称是 A/O 工艺，但实际上它是一种集成的工艺 流程，有多种可以灵活调整的运行模式，虽然建设于上世纪90年代，但直到现在也不落后。该厂的污水浓度 比较高，前几年进行了一级 A 提标改造，在好氧区融入了 IFAS 工艺单元，取得非常成功的实效，出水稳定达到一级 A 标准。
青岛海泊河污水处理厂则是国内非常成功的 AB 法污水处理厂，上世纪90年代初建成投产，进水浓度高，污泥厌氧消化系统也一直运行较好。遗憾的是，这个厂在升级改造中做了较大的工艺改变。如果能够一直保留下来，是可以作为主流工艺厌氧氨氧化生产性试验研究的好场所的。
在微信朋友圈中曾有过这样的讨论：我们的污水处理厂除了设计好以外，运行好也是很重要的。有人问，未来的概念厂是不是都应该由博士、硕士来运行呢？我们确实需要一批博士、硕士进入污水处理厂。欧美国家， 有些污水处理厂的厂长就是博士，正是因为他们个人有兴趣，污水处理厂 才能有更多更好的试验研究与生产性验证。青岛在上世纪 90 年代初开始建设三座大型污水处理厂，当时引进的新毕业生中就有一批硕士及名牌大学的本科生，促进了后来的更好发展。
另外一个典型案例是，2007 年，我们完成了无锡芦村污水处理厂的提标改造工程设计。其实，早在一期工程建设时期（上世纪80年代中期）， 就推荐使用A2/O工艺，但业主没有采纳，专家意见也不一致。到90年代中期，二期工程建设时，大家已经意 识到除磷脱氮的重要性，采用了A2/O工艺，但采用的实际泥龄较短，影响了后来的提标改造，特别是生物池的 池容明显不足。在该厂的一级A提标改造工程设计中，全面强化预处理功 能（格栅与初沉池）的同时，将原有生物池改造为改良 A2/O 工艺并在好氧区部分区段投加可流化的悬浮填料， 形成活性污泥 - 生物膜复合的 IFAS 工 艺系统，着重解决了冬季低温时段硝化能力不足的问题，同时提高了反硝化区的容积比例，增强生物脱氮能力， 后续深度处理部分则采用机械过滤和膜过滤技术，处理出水达到一级 A 标准。
图 2 无锡芦村污水处理厂一期和二期工程提标改造生物池平面布局及实景
青岛团岛污水处理厂也是一个比较典型的案例（图 3），最初采用改良 A2/O 工艺，德国污水处理设备，设计 规模 10万 m3/d，后来做一级 A 提标 改造设计时，在改良 A2/O 工艺中融入 IFAS 工艺单元，出水水质稳定达到一 级 A 要求。总体来说，青岛的三个污水处理厂（海泊河、团岛、李村河）都运行得不错。而团岛污水处理厂的最大特征是进水总氮浓度非常高。实际上，这个厂对预测未来的污水处理厂具有一定的代表性意义。基本上以生活污水为主，进水浓度比较高，总氮也比较高，前端污水管网系统比较完善，基本没有设置化粪池。目前他们正在做侧流厌氧 氨氧化工艺的应用试验，采用生物膜方式，年内大概会启动，未来两年内应该 会建成运行。如果建成并稳定运行，就可以为该厂开展主流工艺厌氧氨氧化的生产性试验提供很好的条件和场地。
图 3 青岛团岛污水处理厂的提标改造
图 4 天津市津沽（津南）污水与污泥处理工艺示意图
结合以上案例分析，以及近年来国际上新出现的发展变化，我们可以简单地总结，污水处理工艺技术有这么几个基本的变化趋势：
第五，好氧颗粒化污泥和其他更多的组合，将会有通过更多不同的工艺组合或融合方式来实现。这个看上去非常理想，实际的情况是我们将面临着很多需要解决的难题，而这些问题会影响我们在污水处理发展 过程中对工艺技术的应用和选择。
有几个问题我们逃避不了，比如城市污水水质水量在时空上的明显变化，城市污水的碳氮比普遍偏低，进水无机悬浮固体组分普遍较高，以及低水温与工业废水，都是很重要的影响因素。在这些影响因素里面，我们来看看，进水SS/BOD5 比值是很高的，正常应该是1.0到1.1，很多污水处理厂进水SS/BOD5比值是1.5到2.0，甚至更高。图5是一个有初沉池的污水 处理厂在清理生物曝气池的时候，底下 沉积的泥沙。这个厂的情况是平均比值 基本在 1.5 到2.0之间，造成活性污泥 的 MLVSS/MLSS 比值平均在 0.4 左右（范围 0.3~0.5），初沉池改进运行之后，MLVSS/MLSS 能达到0.5的水平。如果初沉池不运行，有时会低到0.3 左右。这是我们的城镇污水处理厂进水水质跟国际上明显的不同的地方，国际上欧美国家污水处理厂活性污泥 MLVSS/MLSS 比值大部分可以达到0.7以上，而我们就算达到0.4，也不到他们 60% 的水平。
图 5 影响城镇污水处理厂运行性能的主要因素（SS/BOD 5 比值为例）
简单来讲，国内城镇污水的平均碳氮比是国际上的 50%左右，因此，要达到同样的总氮去除要求，就会遇到很多的困难。在这种困难条件下，国内已经开始采用例如初沉发酵池或初沉污泥发酵的工艺技术，尽量把无机悬浮固体排除掉，尽量使初沉污泥中的有机物进入到后续的生物处理工艺单元中；在后续的改良 A2/O 工艺的基础上，新的一些工艺流程在后头又增加了较短水力停 留时间的缺氧 / 好氧单元，来考虑外部 碳源的投加和深度脱氮，当然这个投加及脱氮时间可以很短，是非常有效的一个途径（方法）。不过，这就需要投加外部碳源，增加运行成本。我们也有一些新的研究结果，更倾向于将外部碳源投加在厌氧段。因为大部分醋酸盐类的碳源，投加在厌氧池时非常有利于生物除磷，这对出水总磷的降低是非常有好处的，同时又不影响总体碳氮比和脱氮效果，这就可以达到一碳两用、一碳多用的效果。此外，有越来越多的污水处理厂采用以下两种工艺技术：一种是活性污泥和填料相结合的 IFAS 工艺，另外一种是 MBR，两者都能达到省地的效果。MBR 能耗相对比较高，从目前情况来看，有时候，属于不得不采用的工艺流程。
那么在当前的条件下，我们开始考虑的未来污水处理厂工艺流程应该是什么样的呢？如刚才专家委员会的发言中提到的那样，把厌氧氨氧化作为最主要的工艺单元融合进来？如何融合进来呢？这里面必不可少的就是我们正在探 讨的一些工艺过程。其中有一点自然是必不可少的，首先是碳氮磷的分离，然后是主流工艺厌氧氨氧化脱氮，同时我们还要继续有效解决泥沙分离的问题、低温影响的问题……这时，我们还必须考虑碳源的合理配置问题。如果总氮要达到 5mg/L 左右的水平，那么还会有大量的碳源可供污泥厌氧消化和能源化利用吗？估计很多地方是没有的，但北京、天津这样的特大城市则有可能。所以我个人认为，一定程度上，对中国未来的污水处理厂发展，即使采取主流厌氧氨氧化工艺进行有效脱氮，在一定程度上也仍然要牺牲诸如能源化和碳中和这样的理想目标，以切实保证处理出水的稳定达标。总之，不管怎么说，任何 一个新的工艺技术，你都要想办法怎么 有效地把新型的工艺单元融入到已有的 工艺系统中去。这里给出其中的一种模式，这种模式中的碳分离很重要，碳分离目前有几种类型：第一种就是AB 法的A段，当然也可以采用化学法，但我们更倾向于在一定条件下采取化学与生物相结合的一种模式。这种模式能高效地实现碳氮磷的分离，这对处理出水的稳定达标和能源的回收都是非常有利的。
另外一个例子是，我们在主流工艺流程中，充分考虑磷回收可能的话，可以把生物除磷与生物脱氮分离，然后与主流工艺厌氧氨氧化相结合。实际上， 在未来的可能实施模式中，会有各种各样的组合，这都会有利于我们未来污水处理技术的新发展。在座的各位可以充 分发挥下自己的想象力和才智，利用自己的资源，做不同的尝试。这里所举的例子，也正是我们正在进行探讨和研究的，并准备在今后尽快实现工程化的一个目标和可能的工艺流程。当然，这个工艺流程还会结合诸如污泥厌氧消化之 类的技术，并最终成为重要的组成部分。
（本文来自：郑兴灿在“2015 ( 第三届）中国环保技术与产业发展推进会”概念厂分论坛上的发言整理） 来源：中宜环科环保产业研究
原创 2015-12-15 衣春敏 中国给水排水
2015年6月6日—16日，由《中国给水排水》杂志社策划组织的“德国污水处理厂工程建造和验收标准专题培训”圆满完成。本次活动由德国Emscher水处理技术公司主办。参加本次培训的人员主要来自国内污水处理厂的设计、建设和施工单位，通过培训使所有学员全面了解了欧洲的市政污水工程建设以及标准编制和工艺应用情况，学习了工程管理、城市地下空间规划、绿色施工等方面的先进理念，尤其在城市雨水管网建设和雨水调蓄方面的工程经验可为国内“海绵城市”的建设提供借鉴。
颁发培训证书
主要活动安排
（一）技术培训
（1）德国污水处理概述
德国共有大约10 000座污水处理设施。其中有70%以上是＜1万人口当量的小型污水处理厂，服务了全国10%的人口，10万人口当量以上的大污水处理厂仅占3%，服务了全国52%的人口。德国污水处理厂的建设单位和运营主体包括公共法人机构、机关事业单位、国有企业单位和水务联盟多种形式。
（2）德国排水行业统计数据分析
德国的污水处理体系从19世纪就开始建立，目前污水处理率达96%，质量标准按照欧洲最高标准执行，系统性能稳定持久，整体污水处理水平居世界前列。
（3）德国建筑工程发包和合同规范（VOB）
德国建筑工程发包和合同规范（VOB）是德国工程建设合同必须遵守的规范，也是德国工程建设体系的基础。VOB由三部分组成，其中VOB/A主要为招投标方法程序等一般规定；VOB/B主要为工程施工的合同规定；VOB/C为施工合同技术规范。混凝土、钢筋等材料检测报告需由第三方检测机构完成并备案，功能性检测、设备单机试运转需在水务协会专门的检测场地进行，满水试验则需要单独准备检测试用池。验收包括材料试验、性能试验、测量验收、功能性试验等内容，施工方提出验收申请后，投资方应在21天内完成验收，如工程有重大缺陷，投资方可以指出并拒绝验收，否则必须验收。隐蔽工程随工程进度随时验收。
（4）市政污水处理工程项目相关法律法规
德国工程适用的工程质量验收标准是由合同里的条文协商规定的，并不是由法律强制执行的。现在德国最常用的权威标准DIN也不是由政府而是由民间组织的技术协会（德国标准化学会）编制的。如果有实力，任何的组织和个人都可以自由编写标准规范，只要得到了合同双方的认可，就可以用于实际工程。编制主体由政府转为私人，标准编制行为也随之市场化。DIN的编委包括德国1 600多个高校、机构的专家。除DIN之外，德国水处理工程建设常用的标准还有欧盟标准EN和德国水质协会标准DWA等，其中DIN主要侧重于材料与设备，而DWA则是侧重工艺与操作。
（二）工程参观
（1）污水处理厂改造工程
埃姆歇河污水处理厂改造工程从2011年开始，改造目标是使原本以净化河水为主的污水处理厂改为净化市政管网污水，使原功能分开，河水和市政管网污水分离并分开处理，工程内容为改变进水口的位置、改建并新建沉砂池、初沉池，利用并调整原有曝气池和二沉池的结构，减小处理规模，优化工艺，节约资源。
技术交流
工程参观
污水厂化验室
施工现场俯视
（2）雨水利用系统
雨水利用系统在普通居民小区的基础上，在规划中做了细微改造，在屋顶设置雨水收集管道，地面人为设置明渠导流，在小区中间空地处设置低洼区域，使得在下雨时，雨水能够经由人为的水道流入雨水收集管道，与污水管路分开，在雨量超过雨水管道承载力时，这些低洼区域则成为暂时的人工湖，既起到了临时蓄水降低管网压力的作用，又形成了微型人工河湖景观，解决了雨污水分流、雨水收集问题，还美化了小区环境。
（3）饮用水厂
该饮用水厂已有115年历史。当地地质条件特殊，数千年前曾是沿海沙滩，现在成为陆地，在很薄的表土层下面是厚度将近200m的细砂层，砂质细腻均一，具有天然的净化作用，使得当地的地下水水质优异，达到了饮用水标准。现在饮用水厂共有天然砂滤池26座，面积共有335 000 m2，每年过滤量达8 000×104 m3，多滤池循环使用，定期养护，保证砂层的持续净水能力。共有69口大型抽水井，每年最大可生产1.12×108 m3净水，不仅可以直接饮用，还是酿酒、食品的高级原料。
（4）医院废水处理工程
医院废水成分特殊，不能直接排放到市政污水管网，必须处理达标后才能排入受纳水体。该废水处理工程采用膜处理、臭氧氧化、粉末活性炭吸附等工艺单元，具有占地面积小、结构紧凑、处理效率高的特点。小规模污水处理设施在德国很普遍，在如何高效利用空间的设计上有独到之处。
（5）EMSCHER流域改造工程
埃姆歇河改造是当今德国最大的流域修复治理工程，共兴建4座污水处理厂，新铺设400 km的排水管网，总投资为44 亿欧元。埃姆歇污水管网改造工程的一个重要部分就是在河床下面铺设人工排水管路，通过抽水、清除淤泥来彻底净化河流。为铺设管路，在河岸共打了113口深井，每两口井的间距为1 200 m，总长度为150 km，在井下进行顶管作业。顶管井深26 m，顶管管径2.8 m，每一节长4 m，重40 t，每天顶进6节共24m。管道内设铁轨，工程机器人在工作面挖掘淤泥并装进运泥车，沿轨道运出洞口，由龙门吊吊起到井外卸下淤泥进行处理。顶进采用液压千斤顶，压力35MPa，顶进方向采用激光纠偏，液压控制钻头方向调整，轴线总偏差控制在5cm以内。
(6) 科隆莱茵河泵站
科隆市沿莱茵河建有多座小型泵站，设计师的理念是将泵站的使用功能和景观装饰功能结合，泵站设计外观充满现代风格，在泵站外墙采用了低能耗LED材料，使得泵站在夜晚发光，而且会根据莱茵河的水位高低自动变换不同的颜色，在节日夜晚还会通过程序让河边的各座泵站规律性发光，点缀夜景。泵站内部也考虑了装饰和隔音效果，本地社区居民可在泵站内举办音乐会和读书会。泵站的主泵为1000 L/s的泵4台，同时启动3台，一台备用，另有100L/s的泵2台，瞬时流量达到3.2 m3/s。沿河各个泵站外地下设有防洪墙，紧急情况下可以提升为6 m高的河堤。
泵站外观
泵站内景
（7）垃圾焚烧厂
该垃圾焚烧厂于1987年开工，1992年新厂建成。除了在技术上保证垃圾焚烧的功能，焚烧产热用来城市供暖，焚烧废气也经过妥善处理，同时建筑又具有很高的艺术价值，厂房和烟囱的设计都与街区景观相配合，达到了艺术技术环境的统一。
（8）维也纳下水道系统
维也纳的下水管网历史悠久，从中世纪就已经开始有老式的下水道系统，同时也有了地下空间规划的雏形。现在的新式下水道系统是19世纪开始建立的。目前管网总长度为2 400 km，加上雨水管道近5000 km，管网结构完备。在下水道的下方，地下30m深处还有一个大型空间，里面有欧洲最大的地下河-维也纳河。维也纳河是维也纳城市得名的原因，穿过维也纳城区，然而河流水位低，规划时为了更好的利用空间同时保留维也纳河，就将城市基础和地下管网整个悬空在河上，让河流从地底穿过。地下河道宽20m，高14 m，总长度2.6 km，地下河的设计体现了奥地利在城市地下空间规划方面的预见性和创造性。
下水道入口
电影《第三人》取景地
（9）慕尼黑地下管网和雨水收集系统
慕尼黑地下管网1811年开始建立，于1875年进行大规模改造，1880年建成，总长20 km，是现在的地下管网系统的核心部分。现在的地下管网总长2 500km，包括5万个井口、150余个泵站、两个大型污水处理厂，总流量（45~50）×104 m3，服务165万城市人口。慕尼黑雨水收集系统包括22个雨污分流/溢流结构，13个蓄水池，总容量706 000 m3。系统是为了保护伊萨尔（Isar）河而建立的。原先在雨季降水量大时，由于地下管网的容量有限，大量雨水沿排水管网直接排放到河里，而现在雨水流量>4m3/s时，过量雨水会暂时存储在蓄水池中，之后再依据河流水位情况逐渐排放。1998年启动的最新的改进排水系统计划进一步强化雨污水的分离，远期目标是逐渐减少密闭雨水管道，促进非污染的雨水的自然渗透。
来源：中国给水排水杂志
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