1.2　城镇和农村污水处理技术国内外研究及应用

1.2.1　农村生活污水分散处理技术国内外研究及应用

我国从20世纪80年代开始开展生活污水分散处理技术的开发和应用，多种无动力或微动力的低能耗一体化污水处理装置得到应用。适宜于农村的分散污水处理技术要求是一种低投资、低能耗、低操作管理要求且具有稳定高效污染物去除效能的污水处理技术（杨利伟等，2011）。近年来，随着地方经济实力增强，部分发达省份逐步认识到农村生活污水处理的重要性，开始采用一些实用、合理、低能耗和低运行费用的技术来处理农村分散生活污水。据美国环保局（USEPA）研究成果，分散式废水处理系统（传统的化粪池、高级原位及集成处理或土地处理系统）适合于不同地理条件的低密度社区，比集中式系统成本效益更好（US EPA，2000；Massoud，2009）。发展中国家应用较多的是化粪池系统，尽管现存有针对地方特色的70多种处理系统（Ho，2005），但也不是特有针对发展中国家的（Grau，1996），例如湿地在发展中和发达国家均有较多应用。目前国内外研究和应用较多的有人工湿地、土壤渗滤、介质滤池（间歇砂滤和再循环砂滤）、稳定塘（厌氧塘、兼性塘和好氧塘）、好氧悬浮生长系统、SBR、附着生长系统和净化沼气池等生物生态技术（Massoud等，2009），部分设施的处理效能如表1-1所列。

欧洲和美国有20%～30%的人口使用污水分散处理设施；日本有31%的人口使用净化槽处理生活污水（Hellstrom等，2003；Chen，2004），澳大利亚有12%的人使用化粪池系统（Ahmed等，2005），希腊有14%的农村人口使用分散污水处理系统（Tsagarakis等，2001），土耳其市政系统中有28%采用化粪池系统（Engin and Demir，2006），也有一些国家鼓励污水回用，如塞浦路斯采用优惠政策鼓励居民安装灰水再利用系统（Bakir，2001）。

近20年，在小型及分散式污水处理系统的设备方面，较为显著的变化是新技术和硬件的发展和采用新设备后传统技术的再利用，主要涉及人工湿地、土地处理系统、改良的化粪池系统、高负荷厌氧技术、可供选择的污水收集技术和水体处理系统等（郝晓地等，2008）。

1.2.1.1　化粪池

化粪池可用于有机物的部分厌氧消化，多用于生活污水的初级处理，应用广泛；Imhoff池是另一种形式的初级处理，比化粪池的流速更高，但二者对氮、磷和病原微生物的去除均无效，因此多用于前处理阶段。也有将化粪池进行改造，后续安装过滤装置或内部安装生物附着填料（USEPA，2002）。300L中试装置的升流式化粪池用于分散生活水处理HRT 24h时BOD₅、COD和TSS去除率可达85%、77%和86%，产甲烷活性较高（15.2mLCH₄/（gVSS·d）（Moussavi等，2010）。在埃及农村，升流式化粪池—厌氧折流板反应器连接能稳定去除BOD、COD和TSS，去除率分别为81%、84%和89%，并且具有较好的抗负荷冲击性（Sabry，2010）。

2007年美国约有20%（2600万个）的住宅使用化粪池系统（1985年以来增加了154万个），80%使用集中式污水处理系统；化粪池系统包括去除悬浮物的地埋式化粪池、排水布水系统和土壤吸附区（进一步通过吸附、扩散和生物降解进行处理）（EPA，2007）。美国EPA同时针对20人以上的小社区或农村污水处理，推荐使用大容量化粪池系统。

2007年美国不超过4年房龄的住宅有22%使用化粪池系统。使用化粪池系统的住宅房50%坐落在农村，47%坐落在郊区；从地理位置来看，46%分布在美国南部，22%分布在中西部，19%在东北部，13%在西部（EPA，2007）。

1.2.1.2　人工湿地

人工湿地处理技术是20世纪70年代末发展起来的一种污水处理技术，源于对自然湿地的模拟，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的协同作用，实现对污水的净化。人工湿地种植的植物与水中、填料中生存的微生物等形成一个独特的生态环境。污水流经床体表面和填料缝隙时通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等，实现对污水的高效净化处理（USEPA，2000；刘峰等，2010）。

相对常规的污水处理系统而言，人工湿地处理技术具有高效率、低投资、低运转费、低维护技术和低能耗等优点（张毅敏等，1998；刘霞、陈洪斌，2003），比较适宜于我国农村地区污水的处理。欧美国家广泛采用人工湿地系统处理村镇生活污水，取得了显著成效（Ran等，2004；Huang等，2000；Steer等，2002；Hench等，2003）。

人工湿地具有较好的污水净化能力，COD、BOD₅、TN和TP的去除率分别可达80%、85%～95%、40%～50%和80%～85%（Shi，2004）。硝化反硝化作用是人工湿地脱氮的主要途径，占到TN去除量的40%以上，而由植物吸收形成的TN去除率不高（付融冰等，2006）。介质吸附和沉淀作用则是其除磷的主要途径（Xu等，2006）。人工湿地按照工程设计和水流方式的不同，主要分为表面流人工湿地（surface flow wetland，SFW或horizontal surface flow wetland，HSFW）、水平潜流人工湿地（subsurface flow wetland，SSFW）及垂直流人工湿地（vertical flow wetland，VFW）（Stottmeister等，2003；吴晓磊，1994），其水力负荷分别为2.4～5.8cm/d、3.3～8.2cm/d和3.4～6.7 cm/d（HJ 574—2010）。

（1）表面流人工湿地（SFW）

污水在湿地表层流动，水位较浅，一般为0.1～0.6m，主要依靠水面下植物根茎的拦截作用及根茎上生物膜的降解作用去除污染物。该湿地具有运行费用低、投资少、操作简单等优点，但水力负荷小、占地面积大、净化能力有限、受季节影响较大，卫生条件不好，夏季易滋生蚊蝇（沈耀良等，1991），目前已较少采用。表面流人工湿地系统在进水COD、TN、TP为 200mg/L、40mg/L和5mg/L时去除率可分别达75%、75%和73%（何蓉等，2004）。HSFW多用于化粪池出水的处理，出水排入土地利用，多为大型植物碎石床，出水TSS小于30mg/L，BOD小于20mg/L，氮去除30%～50%，大肠菌群下降2个数量级，由于无动力主要依靠自然作用，HRT较长（4～6d），适合分散污水处理，但容易堵塞，每个人需要4～8m²，5口之家就需要20～40m²（Tanner等，2012）；HSFW中氧的供给是有限的，呈缺氧状态，适合于已经硝化污水的反硝化处理；将HSFW与装有木头碎片和椰子壳的生物反硝化反应器连接，出水N-N浓度为0.05～0.2mg/L（去除率98%～99.8%），TN去除率为58%～95%，TP去除率为36%～65%（Tanner等，2012）。

（2）水平潜流人工湿地（SSFW）

污水在基质层表面以下水平流动，可充分利用基质的吸附、过滤作用以及基质表面和植物根系上生物膜的净化功能；利用植物根系的输氧作用，对有机物和重金属等去除效果好；由于基质层的保温作用，处理效果受气候影响小、卫生条件良好。湿地进水需进行有效预处理，否则湿地易堵塞，处理效果随之下降。潜流湿地构造复杂，对基质材料要求高，因此投资比表面流人工湿地要高（诸惠昌等，1992）。建造人工复合生态床处理低浓度农村污水，以碎石、炉渣和土壤为填料，在0.3m³/（m²·d）水力负荷下，栽种1/3芦苇和栽种2/3茭白时除污效果最好（刘超翔等，2002）。对SSFW间隙供给氧气，可以明显提高硝化菌的生物量和氮的去除，有机物、氨氮和总氮的去除可达29.3g/（m²·d）、3.5g/（m²·d）和3.3g/（m²·d）（Fan等，2013）。

（3）垂直流人工湿地（VFW）

垂直流人工湿地的水流在湿地床中由上而下（下行池）或由下而上（上行池）做竖向流动，水流状况集合了表面流人工湿地和潜流人工湿地的优点，其硝化能力高于潜流湿地系统，可用于处理高氨氮污水。此外，垂直流人工湿地能更有效地发挥基质层的吸附和过滤能力，出水水质较好。但其布水集水系统复杂，水流阻力较大，对基建和动力要求较高，造价和运行费用高（梁祝等，2007）。充足供氧和碳源是保证VFW有效脱氮的关键，当COD/N为10时，COD、N-N和TN的去除率分别达96%、99%和90%（Fan，2013）。

实际运行时，往往是多种形式的湿地联合使用，法国东部的Evieu污水厂采用VFW-SFW联合芦苇床处理220人的社区生活污水，同时将VFW分成25cm的非饱和层和55cm的饱和层，使其发生亚硝化—厌氧氨氧化反应，氮的去除达54.8%（Dong等，2007）。北京昌平建立农户VFW，种植柳树，湿地内填料有自来水厂废弃的脱水铝污泥，BOD₅、TSS、N-N和TP去除率分别为96.0%、97.0%、88.4%和87.8%（Wu，等，2011）。湿地种植植物时，其对微生物的去除要大大优于无植物种植的湿地（Hench等，2003）。

人工湿地的主要设计参数，宜根据试验资料确定；无试验资料时，可采用经验数据或按表1-2的数据取值（苏东辉等，2005）。

波兰2个和德国1个VFW-HFW湿地研究表明，保持湿地好氧条件有利于去除溶解性有机物（Tuszyńska等，2008）。丹麦环境部推荐VFW用于农村污水处理，可实现95%的BOD去除和90%的硝化，每人需湿地面积3.2m²，池深1m（Brix等，2005）。

化粪池—人工湿地对大肠埃希氏菌（E.coli）也具有较好的去除效能，17℃时E.coli的失活一级速率常数为0.02～0.03d^-1，有20%的E.coli分散在湿地出水中或与<5μm的小颗粒结合在一起（Boutilier等，2009）。

Zhao等开发了潮汐流湿地（tidal flow constructed wetland，TFCW），采用序批方式，每一个循环都包括充水、接触、排水和闲置期；当采用1h前置反硝化期、3阶段交替闲置/接触时，在氮负荷为28g/（m²·d）条件下，TN平均去除率达85%（Zhao，等，2014）。

Ye等开发了塔式复合湿地处理农村污水，湿地中心呈塔式阶梯状，水从塔心向下跌落保证充氧和硝化反应，COD、N-N、TN和TP的去除率分别为89%、85%、83%和64%（Ye和Li，2009）。

采用厌氧折流板-SFW-SSFW湿地工艺处理农村污水，COD、TN和TP去除率分别超过81.19%、82.33% 和67.25%（Ye等，2012）。

好氧接触氧化—厌氧氨氧化湿地处理生活污水，当好氧接触氧化池DO 2～3mg/L、HRT 3.5h和湿地的HRT为3d时，TN去除率可达90%（Wang等，2011）。

印度模拟自然湿地设立浮水植物池、沉水—挺水植物池和滤食动物池，COD、N-N和浊度可分别去除68.06%、22.41%和59.81%（Mohan等，2010）。印度也有改造HSFW湿地的研究，在湿地中填充柱状生物填料，支持芦苇和微生物生长，在优化的10h HRT条件下，可达到75.15% COD、86.59% BOD₅、27.54% TDS、73.13%TSS、70.22% N-N、31.71% P-P和92.11% MPN的去除（Alireza等，2009）。

1.2.1.3　土地处理系统

土地处理系统利用植物—土壤—水的自然物理、化学和生物过程来去除污染物（Crites and Tchobanoglous，1998）。

（1）土壤渗滤处理技术

土壤渗滤处理技术由前处理化粪池和土壤渗滤两部分耦合而成，将污水投配在土地上，通过土壤—微生物—植物系统的综合净化作用，使水与污染物分离，水被渗滤并通过集水管道收集，污染物通过物化吸附被截留在土壤中。土壤渗滤处理系统具有不影响地面美观、基建及运行管理费用低、氮磷去除能力强、处理出水水质好、可用于污水回用等特点（黄山松，2008），包括慢速渗滤处理系统和快速渗滤处理系统。

慢速渗滤系统将废水投配到种有作物的土壤表面，废水在流经地表土壤—植物系统时得到充分净化的一种土地废水处理工艺。在该系统中，投配的废水一部分被作物吸收，一部分渗入地下，流出处理场的水量一般为零。该系统污水投配负荷低，污水通过土壤的渗滤速度慢，水质净化效果好；受地表坡度的限制小（贾宏宇等，2001）。缺点是由于表面种植作物，受季节和植物营养需求的影响大；水力负荷小，土地面积需求量大（成先雄等，2005）。慢速渗滤系统的周水力负荷约为1～10cm/周。慢速渗滤技术可将处理水回用到农田灌溉，在植物生长季节利用较好。

快速渗滤土地处理系统是将污水有控制地投配到具有良好渗透性能的土地表面，污水周期性地向渗滤田灌水和休灌，使表层土壤处于厌氧、好氧交替状态，有利于土壤层截留的有机物、氮和磷的去除。休灌期土壤层脱水干化，有利于下一个灌水周期水的下渗和排除（张增胜等，2008），其优良性能必须有足够长的干化期作保证，干化期通常比淹水期长。可用于农村生活污水的处理，渗滤池的土质要求通透性能强、活性高、水力负荷大、处理效率好；如无此类土质条件，也可以按照上述要求用砂、草炭及耕作土人工配置成滤料，制成人工滤床。一般在系统运行4～5周后就需要对渗滤床耕作，以恢复其渗滤速度（Schudel等，1990；苏东辉等，2005）。在稳定运行阶段，污水快速渗滤处理系统出水总氮浓度低于5mg/L，去除率大于95%；COD值低于40mg/L，去除率大于80%，水力负荷周期决定着系统对污染物尤其是氮的去除效果及系统最佳水力负荷的发挥（吴永峰，1996）。快速渗滤系统对氨氮、有机物、悬浮物等污染物质具有很高的去除率；投资省，管理方便，土地面积较慢速渗滤系统小，可常年运行；处理出水可回用或回灌地下水。但对快速渗滤场地的水文地质条件要求严格（砂土或砂壤土）；对总氮的去除率不高，处理出水中的硝态氮可能导致地下水污染。快速渗滤技术较适用于植物非生长季节，污水周期性地向渗滤田灌水和休灌，使污水得到净化并可用渗滤池来进行地下水回灌（张家炜等，2011）。

土壤渗滤处理系统设计参数与要求如下：慢速渗滤系统年水力负荷0.5～5m/a，地下水最浅深度大于1.0m，土壤渗滤系数宜为0.036～0.36m/d；快速渗滤系统年水力负荷5～120m/a；地表漫流系统年水力负荷3～20m/a（张自杰，1996）。

沈阳西部建立了700hm²水稻田为主系统（紫穗槐等为调节系统、预处理池等为辅助系统）的慢速渗滤土地处理系统，SS、BOD₅、COD、TN和TP的平均处理率分别达42.2%、97.0%、86.9%、90.3%和96.6%（赵思平等，2000）。快速渗滤系统净化农村污水时，对COD、BOD₅、SS、N-N、TN和TP的去除率可分别达到91.9%、95.3%、98.0%、85.6%、83.2%和69.0%，处理效果良好，在农村应用前景看好。北京市昌平区某地采用快速渗滤系统处理农村生活污水，15个月运行数据（Check等，1994）表明，对污水COD、BOD₅、SS、N-N、N-N、TN和TP的去除率分别达91.9%、95.3%、98.0%、85.6%、54.1%、83.2%和69.0%。污水土地处理技术对COD、BOD₅、SS、N-N、TN和TP有着较高的去除率，并且投资省、运行费用低、管理简单、维护方便，有净化污水、美化绿化环境和节约水资源的综合效果（Ye等，2008；富立鹏，2009）。经化粪池预处理后的生活污水经调节池后进入地下渗滤场，污水中的COD去除率可达到85%以上，BOD 去除率可达到80%左右，N-N去除率可达到95%左右，P去除率可达到90%以上（王勇等，2010）。

以红壤土作为填充土壤的地下渗滤现场中试系统，在2cm/d的水力负荷下处理农村生活污水，地下渗滤系统对COD、N-N、TP和TN的去除率分别达到84.7%、70.0%、98.0%和77.7%，出水COD、N-N、TP和总氮的平均浓度分别为11.7mg/L、4.0mg/L、0.04mg/L和4.7mg/L，达到建设部颁发的《生活杂用水水质标准》（CJ/T 48—1999）（张建等，2002）。上海宝山区罗店镇远景村、罗泾镇牌楼村、顾村镇沈宅村三套典型土壤渗滤系统实际工程出水COD、BOD₅、N-N、TP出水指标均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）二级标准；COD和TP满足（GB 18918—2002）一级B标准（任翔宇等，2012）。

南方某农村民居生活污水通过三格化粪池、格栅后流人土壤渗滤系统。根据工程工艺设计要求，其出水94.9%可稳定达到二级标准，69.1%达到一级B标准（段瑞钟等，2012），吨水运行成本0.34元（段瑞钟等，2012）。渗坑式土壤渗滤也被用于三格化粪池的粪水，对E.coli、COD_Cr、N-N等指标均有良好的净化效果（宋伟民等，1997）。用多级土壤渗滤系统对集中型农村生活污水进行处理，且在江苏宜兴分水村建立了示范工程，该系统基建及运行费用低，处理效果好，对COD、N-N、TN、TP和SS的平均去除率分别为70% 、83%、59% 、76% 和94% ；出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准（张洪玲等，2011）。

上海部分农村地区采用改良型化粪池/地下土壤渗滤系统组合工艺处理农村生活污水，通过对构筑物的改进设计以及参数的合理选取，取得了较好的处理效果，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级B标准。系统运行稳定，处理效果好，操作简单，维护成本低，占地面积小，对于农村地区生活污水治理具有推广应用价值，吨水运行费为0.1～0.2元/吨（闫亚男，2011）。

在国外，尤其在日本、泰国和印度尼西亚已经研究应用多级土壤渗滤系统处理各种类型的废水。

（2）“FILTER”污水处理系统

澳大利亚科学和工业研究组织（CSIRO）的专家于最近几年提出一种“FILTER”（filtration and irrigation land treatment and effluent reuse，过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统，见图1-1）污水处理新技术（苏东辉，2005）。这是一种新开发的可持续全年运行的污水处理技术，其目的主要是利用污水进行作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。该系统可以满足作物对水分和养分的要求，同时降低污水中的氮、磷等元素含量，使之达到污水排放标准。其特点是过滤后的污水都汇集到地下暗管排水系统中，并设有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位以及处理后污水的排出量。

FILTER主要的目标是要减少出水中的氮、磷含量使其满足EPA的限值。FILTER使用营养丰富的污水种植农作物并结合土壤渗滤，最终汇集到一个密集的地下排水系统，如图1-1所示。该过滤系统在植物活动较低的时期或者降雨量较大时仍然具有污水处理的能力。排水管位于约1.2m深的位置，间隔为5～10m。该系统需要设法提供最优条件适合作物生长和污染物去除，同时保持所需的排水流量。

澳大利亚CSIRO与中国水利水电科学研究院和天津市水利科学研究所合作，曾在天津市武清县建立试验区，试验总面积2hm²，暗管埋深1.2m，两种处理的暗管间距为5m和10m，引取北京市初级处理后的污水和沿程汇集的乡镇生活污水，灌溉小麦。试验表明，97%～99%的磷通过土壤及作物的吸收而被除去，总氮的去除率达83%～86%，BOD₅的去除率为93%，COD的去除率为75%～86%。在大同市阳高县也曾进行FILTER系统试验研究，在0～30℃运行，对作物产量影响不大，对污水中污染物的处理效果明显（李海军，2006）。

“FILTER”系统对生活污水的处理效果好，其运行费用低，特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区，或是以种植牧草为主的地区。该系统实质上是以土地处理系统为基础，结合污水灌溉农作物。人们担心长期使用污水灌溉后污水中的病原体进入土壤，污染农作物。但根据大量调查和试验表明，土壤—植物系统可以去除污水中的病原体。为慎重起见，国内外一致认为，处理后的城市污水适宜灌溉大田作物（旱作和水稻）。因为大田作物的生长期长，光照时间长，病原体难以生存；而蔬菜等食用作物，生长期短，有的还供人们生食，则不宜采用污水灌溉（曾令芳，2001）。

（3） 美国土地处理分散式污水处理技术

20世纪90年代后期，分散式污水处理设施在美国开始被广泛使用，目前1.15亿套住宅中有近23%的住户使用了该系统。分散式污水处理设施由简单的户外污水坑、化粪池等逐渐演变到今天较为先进的处理单元，目前大致有3类分散污水处理单元可供小型社区选择，分别代表了污水传输、处理或排放的基本方法（郝晓地等，2008）。

①利用土壤作为处理载体和排放载体的自然系统，包括土地处理、人工湿地和地下渗滤系统。另外，也包括一些污泥和化粪池污泥处理系统，如污泥干化场、摊撒地面和污泥池等。

②选用埋深较浅的轻质塑料管收集系统，与传统的重力排水管相比，其接头数更少、施工难度更小。这包括压力、真空和小管径重力排水系统。

③利用复杂的生物和物理过程的传统处理系统，以各种池体、水泵、鼓风机、旋转机械和其他机械作为一个处理整体，这些处理中包括微生物的悬浮生长、固定生长以及二者的混合形式。这些系统还包括一些可供选择的污泥和化粪池污泥处置系统，如消化池、脱水、压缩和合适的排放方法。

1.2.1.4　稳定塘

稳定塘是经过人工适当修整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水处理技术（高廷耀等，2007）。按塘内溶解性有机碳（dissolved organic carbon，DOC） 含量和优势微生物群体可分为厌氧塘、兼性塘、好氧塘和曝气塘。厌氧塘作为预处理，除去有机负荷改善污水的可生化性，兼性塘主要去除BOD₅，好氧塘主要是由好氧细菌起净化水体有机物和杀灭病菌的作用，曝气塘利用鼓风曝气或机械曝气使塘内保持好氧状态，不必依靠阳光和风力作用，不同类型稳定塘设计参数见表1-3。

传统稳定塘优点是运行、维护费用低，系统基本不耗能；可利用地形，节省投资；无需对污泥进行处理；可实现污水资源化。但其处理效果受天气影响大；有机负荷较低，占地面积大；易于散发臭气、滋生蚊蝇（付融冰等，2006）等。近期也出现了很多新型塘和组合塘工艺，如高效藻类塘、水生植物塘、多级串联塘和高级综合塘等，进一步强化了稳定塘的优势。高效藻类塘是由美国的Oswald提出并发展的，它最大限度地利用了藻类产生的氧气，充分利用菌藻共生关系，能高效去除污染物（Oswald，1978；周律等，2008）。目前高效稳定塘在以色列、摩纳哥、法国等国都有研究和应用，可以用大量繁殖菌藻的方式进行污水净化、再生和副产藻类蛋白。试验表明高效藻类塘对COD的平均去除率达到70%，对N-N的平均去除率大于90%，对TP和磷酸盐的去除率约为50%（黄山松，2008）。

李旭东等采用高效稳定塘处理太湖地区农村生活污水，COD、N-N和TP的平均去除率分别达到70%、93%和55%（李旭东等，2006）。陈鹏等采用高效稳定塘处理城市生活污水，COD、BOD₅、N-N和TP的平均去除率分别达到75%、60%、91.6%和50%。目前，德国和法国分别有各类稳定塘3000座和2000座，而美国已有各类稳定塘上万座。特别，在我国缺水干旱地区，稳定塘是实施污水资源化利用的有效办法，近年来逐渐成为我国着力推广的一项技术。

1.2.1.5　净化沼气池

生活污水净化沼气池由传统的化粪池演变而来，是一种处理分散生活污水的装置，均采用二级厌氧消化—兼氧滤池等后处理措施的处理模式，可用于农村没有污水收集或管网不健全的农村、民俗旅游村、公共厕所和单独的大型建筑等地。在中国农村生活污水处理的实践中，最通用、节俭、能够体现环境与社会效益结合的生活污水处理方式就是厌氧沼气池，它将污水处理与资源化利用有机结合，实现了污水的资源化（曾令芳，2001）。

净化沼气池设计要点具体如下。

①采用净化沼气池，应保证冬季地下水温保持在5～9℃以上，或在池体上部建造温室，在池体周围加炕道等增温保温措施以辅助升温。

②净化沼气池功能区应包括：预处理区、前处理区和后处理区。预处理区设置格栅、沉砂池，格栅间隙取1～3cm为宜。前处理区为厌氧池，混合污水收集的前处理区为一级厌氧消化，粪污单独收集的前处理区为二级消化。前处理区厌氧池有效池容占总有效池容的50%～70%。前处理区可放置软性或半软性填料，填料的容积应占总池容积的15%～25%。后处理区应用上流式过滤器，各池与大气相通，各段间安放聚氨酯泡沫板作为过滤层。通常每4～5年应更换聚氨酯过滤泡沫板，每10年应更换软填料（闵毅梅，2003）。

③净化沼气池内污泥随发酵时间的延长而增加，1～2年需清掏一次。净化池所产沼气应收集利用，用户应严格按照《农村家用沼气发酵工艺规程》（GB 9958—1988）中规定使用沼气。

沼气池与UASB等厌氧技术相比，在农村地区有着不可比拟的经济优越性（中国科学院可持续发展战略研究组，2008），截止2008年，我国农村沼气池总量已超过3000万口（农业部，2008），我国农村户用沼气技术的推广与应用，在技术和数量方面均处于国际领先地位（熊承永，1998）。

在越南河内，净化沼气池是主要的生活污水分散处理方式之一，有1000个生活污水净化沼气池在运行，其中折流式沼气池和厌氧滤池相结合的模式是最佳模式（Anh等，2002）。

1.2.1.6　小型一体化设备

一体化污水处理设备是以生化反应为基础，将预处理、生化、沉淀、消毒、污泥回流等多个功能不同的单元有机地结合在一个设备中。一体化污水处理设备迄今已有30多年的历史，目前日本、欧美等国家已将其广泛应用于生活污水处理中。我国在这方面也取得了较大的成绩，设备采用的工艺从原来单一的活性污泥法、生物膜法等逐渐发展到多种方法结合的复合工艺。一体化污水处理设备具有资金投入低、空间占用少、处理效率高、管理方便等诸多优点，在农村地区具有广阔的发展前景和不可替代的优势。

适用于农村分散污水处理的一体化系统没有固定的模式，多是采用接触氧化法、SBR改进工艺、A/O或A²/O工艺，膜处理工艺（MBR）等（Ren，2010）或其组合工艺，根据水质类型进行设计。

日本研究的一体化装置主要采用厌氧—好氧—二沉池组合工艺，兼具降解有机物和脱氮的功能，其出水BOD₅<20mg/L、TN<20mg/L（李兵第，2010）。近年来开发的膜处理技术，可对BOD₅和TN进行深度处理。欧洲许多国家开发了以SBR、移动床生物膜反应器、生物转盘和滴滤池技术为主，结合化学除磷的小型污水处理集成装置。

贾小竞等（2011）自主设计的综合厌氧生物滤池与好氧接触氧化工艺的一体化装置可进行低浓度农村生活污水的中试处理研究，在 HRT 7.5h，DO 3mg/L的条件下系统对COD、N-N、TN和TP的去除率分别为69.4%、84.0%、71.0%和20.9%，相应的出水浓度均可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的二级标准。该装置抗冲击负荷能力强、操作简便，在运行过程中基本无剩余污泥产生，且处理成本仅有0.22元/m³，在农村生活污水的分散式处理领域具有很好的应用前景。

白晓龙等（2011）将折流式厌氧反应器、厌氧生物滤池、生物接触氧化等处理工艺有机结合为一体，设计了一体化农村生活污水处理工艺，以南通市新农村建设示范区为研究对象，开展了一体化生活污水处理示范工程研究。该工艺处理出水COD、N-N、TP达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级B标准，对农村生活污水的处理具有一定的示范作用。

（1）地埋式生物滤池

该工艺设施埋在地下（宋丽等，2013），一般情况下不需要动力进行提升，只是在处理户数较多（埋管较深）时需要设泵进行废水一次提升。主要是先通过厌氧反应去除部分污染物，然后利用生物滤池中的填料为微生物提供载体，并投入生物激活剂加速微生物生长速率，提升微生物的降解速率，利用填料及其上的微生物去除污染物，并利用排放池跌水充氧对污染物进行深度降解，达到排放标准后排入河道内。其基本原理是生活污水在化粪池中经过沉淀、厌氧处理后与厨余废水以及洗涤废水共同进入调节池，进行匀质调节、沉淀和水解酸化反应，然后进入生物滤池中，在滤料中存在大量的厌氧和好氧微生物，通过它们对污水中污染物进行生物分解；同时污染物通过填料的物理化学吸附、络合、氧化还原、离子交换等作用去除。大分子有机物首先被分解为小分子有机物，最终被分解为二氧化碳；有机氮首先被转化为氨氮，氨氮通过硝化和反硝化的过程形成氮气逸出；磷则被滤料物理化学吸附，截留在滤料中，通过适当排泥和反冲洗排出。生物滤池工艺流程及结构见图1-2和图1-3。

对实际应用的某生物滤池实际运行效果监测表明，处理55户农户，规模为18m³/d，占地面积125m²，成本为每户3350元，能达到《上海市农村生活污水处理工程标准出水水质暂行规定》的水质达标要求。出水水质为COD≤30mg/L、BOD₅≤6mg/L、N-N≤6.6mg/L、P≤0.58mg/L（宋丽等，2013）。

（2）地埋式一体化溅水充氧生物滤池（图1-4）

该滤池以A/O工艺为基础，构筑了低动力、高效率的污水处理装置，采用地埋式一体化生物滤池工艺处理农村生活污水。该工艺通过设置前置缺氧池进行反硝化脱氮，通过拔风和溅水来强化充氧效果，实现了碳氧化及硝化。中试结果表明，该工艺的COD、N-N、TN和TP的平均去除率分别达63.1%、92.2%、68.6%和47.5%，出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准（N-N、TN和TP）或一级B标准（COD），该工艺具有节能、高效和简易的特点，适于在居住分散的农村地区推广（金秋等，2011；曹大伟等，2009）。溅水充氧生物滤池的充氧效果受溅水盘间距、水力负荷及温度的影响，整个充氧效果主要在第一级溅水盘获得，当水力负荷为5.33m³/（m²·d）、溅水盘间距为15cm时，溅水盘的充氧效果最好。溅水充氧效果随温度的降低而上升。生物滤池内部的DO浓度在冬、夏两季均大于5.0mg/L，并随温度的降低而上升，采用两级溅水的充氧方式，能够满足生物滤池内部微生物对氧气的需求即拔风溅水充氧能够满足生物滤池对氧气的需求（金秋等，2011）。

（3）一体化高效滤池（图1-5）

曾应用于苏中地区农村生活污水处理，污水经粗格栅后进入预沉调节池，预沉调节池前端设沉淀区，通过沉淀去除污水中的部分悬浮物和砂粒，在调节池中调节均质后（将好氧滤池混合液回流至调节池）经提升泵进入缺氧滤池进行反硝化，再自流进入除磷滤池，污水中的磷与除磷滤料中的化学物质进行反应而去除，污水再自流进入好氧滤池，为进行反硝化，混合液回流至调节池，出水经生物滤池过滤后达标排放。定期对各滤池进行空气反洗，反洗后滤池内的污水重力排至预沉调节池沉淀段，沉淀污泥定期外运。常州市武进区雪堰镇绣衣村采用了该项技术。流程中各工艺单元集成于一体化设施，布置较紧凑；脱氮除磷效果较好；可采用先进可靠的现场PLC控制，运行管理简单，只需简单的现场维护。该系统投资成本为6000～8000元/m³左右（不含管网费用），运行维护成本约为0.5～0.8元/m³。适用于排放要求较高的分散处理系统，污水处理规模为10～200m³/d。该技术户平均建设成本约为1800～3000元（不含管网），设备运行费用主要是水泵提升消耗的电费，约为0.2～0.5元/m³。有地势落差的村庄可利用自然地形落差，减少或不用水泵提升设备；主要处理构筑物基本为封闭式，卫生条件较好。该技术适用于污水处理规模<200m³/d的村庄（阮晓卿等，2012）。

1.2.1.7　JOHKASOU（净化槽）处理系统

近年在日本，生活污水的污染负荷约占封闭性水域污染总负荷的60%，封闭性水域的富营养化态势引起了日本环境界的高度重视（闵毅梅，2003）。

日本农村污水处理协会研制出一系列适合于农村分散生活污水应用的污水处理设备“JOHKASOU”净化槽，其形式多种多样，规格分布为5～2000人型，适用范围较广（田娜，2004）。设计了15种不同型号的净化槽污水处理装置，主要采用物理、化学与生物措施相结合的处理过程，取得了很好的效果。这15种不同型号的净化槽主要分为两大类：一类采用生物膜法，污水通过附有微生物的滤层，通过生物膜后可使污水中的BOD₅下降到20mg/L以下，SS下降到50mg/L以下，TN在20mg/L以下；另一类是采用活性污泥法，污水通过微生物的氧化作用，可使BOD₅下降到10～20mg/L，SS下降到15～50mg/L，COD下降到15mg/L以下，TN下降到10～15mg/L以下，TP下降到1～3mg/L以下。

净化槽工艺步骤集中在一个槽内完成，主要依靠物理和生化处理相结合的方法，通过微生物分解、物理沉淀和化学絮凝反应来削减污水中的污染物，各步骤之间用隔板隔开。净化槽处理工艺流程如图1-6所示。

安吉县山川乡续目村引进日本净化槽技术在中国浙江农村污水处理中应用，探索净化槽技术在浙江农村地区的推广应用前景。膜式净化槽污水处理系统应用先进的浸没式平板膜组件，采用MBR工艺，实现对污水中有机物、氮和磷营养盐类的有效去除。正常工况条件下，监测结果表明，处理系统对COD、BOD₅、N-N、TP和悬浮物的平均去除率分别为83.6%、84.5%、97.9%、94.1%和93.9%。膜式净化槽系统处理出水水质好且稳定，可直接回用，适宜对水质要求较高和经济条件较好的地区选用。

1.2.1.8　其他形式的分散污水处理技术

其他形式的分散污水处理技术也多是采用生物生态方法为主，但多数处于实验室研究阶段。如采用0.9～1mm厚的竹子段作为填料装填在厌氧折流板反应器中处理分散农村生活污水，HRT 48h时TCOD去除79%，总细菌数去除77.3%（Feng，2008）。三阶段分段进水—跌水充氧生物膜工艺处理农村污水，COD和N-N去除率可达80%和90%，但P去除效能低（Liang，2010）。

也有尝试使用光伏电池利用太阳能进行曝气供应一体式氧化沟进行分散污水处理，可以去除88% COD、98% N-N、70% TN和83% TP（Han等，2013）。

对美国和加拿大20个分散污水处理装置脱氮效能调研表明，单池砂滤池—反硝化生物反应器脱氮效果好，出水TN<10mg/L（Oakley等，2010）。

瑞士专家曾测定评估部分实际农村分散污水处理设施的处理效能并和集中式污水处理厂进行了比较，采用SBR和滴滤床时COD去除率大于90%，采用芦苇床和砂滤床时COD去除率达80%～90%；但氮磷的去除波动较大，为10%～70%（表1-4）；当采用厌氧MBR-好氧MBR处理4人分散户产生的生活污水时，采用污泥回流至厌氧MBR，可去除90%的N和70%的P（Abegglen，2008）。

近年来，在美国、加拿大、英国和澳大利亚等国家出现了一种叫“LIVING MACHINE”的生态系统，该技术基础是采用多种生物形式在人工装置中，建立新的物种联系，从而进行污水净化处理，主要用于工业和生活污水的处理。加拿大多伦多市BODY SHOP工厂内建有这样一个处理系统，它的设计和施工的原则均是利用自然生态系统进行污水净化，将很多种类的动植物集中在一起，使之形成一个连续反应的封闭循环系统，包括细菌、藻类、植物、蜗牛和鱼，使污染物在连续的食物链中得以削减，具有美观、耐用、体积小和费用低的优点（张文雷，1999）。

蚯蚓生态滤池是最新发展起来的一项生态污水处理技术，它是利用蚯蚓和微生物的协同共生作用，使蚯蚓生态滤床具有污水污泥同步高效处理的能力，由布水器、滤料床和沉淀室构成。该工艺已在法国、智利和我国上海成功进行了中试试验和生产性规模的应用。蚯蚓生态滤池对COD去除率达83%～88%，BOD₅去除率达91%～96%，SS去除率达85%～92%，N-N去除率达55%～65%，TP去除率达35%～65%（杨健，2001）。该工艺运行管理简单方便，并能承受较强的冲击负荷；通过蚯蚓的运动疏通和吞食增殖微生物，解决了传统生物滤池所遇到的堵塞问题，处理系统基本不外排剩余污泥，其污泥产率大幅度低于普通活性污泥法（李军状等，2009）。

最近20年，在小型及分散式污水处理系统的设备方面，较为显著的变化是新技术和硬件发展以及采用新设备后传统技术的再利用，主要涉及改良的化粪池系统、高负荷厌氧处理、可供选择的污水收集技术、水体处理系统、人工湿地和土壤处理系统等（郝晓地等，2008）。

1.2.2　城镇污水处理技术国内外研究及应用

中小城镇的人口规模、自来水普及率和工农业发展的结构水平，决定了中小城镇的污水排放量大都在3000～50000m³/d的规模范围内，其中50%以上是生活污水，工业废水以农产品加工的废水为主，水中基本上不含重金属和有毒有害物质，但氮和磷的含量较高，水量、水质波动较大（张克峰等，2005）。大部分中小城镇的城镇污水性质相差不大，一般COD<500mg/L，pH=6.5～7.5，BOD₅<250mg/L，N-N<30mg/L，TP<4mg/L，SS<500mg/L，色度（稀释倍数）<100倍，可生化性好（朱静平等，2002）。

目前，国内外中小城镇污水处理厂普遍采用的典型工艺有普通活性污泥法、氧化沟法、AB法和A-A-O法等活性污泥法，生物接触氧化法、曝气生物滤池法等生物膜法，以及稳定塘和人工湿地等生态处理工艺。主要工艺介绍如下。

1.2.2.1　氧化沟法

氧化沟利用连续环式反应池（cintinuous loop reator，CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道内进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。

氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状。

氧化沟法具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄，相比传统活性污泥法，可以省去调节池，初沉池，污泥消化池，有的还可以省去二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为巧妙结合了 CLR 形式和曝气装置特定的定位布置，使氧化沟具有独特水力学特征和工作特性。

（1）常用的氧化沟类型

Carrousel型氧化沟是20世纪60年代由荷兰DHV公司研制成功的，当时开发这一工艺的主要目的是寻求渠道更深、效率更高和机械性能更好的系统设备，来改善和弥补当时流行的转刷式氧化沟的技术弱点（Crabtree等，1993）。它是一个多沟串联的系统，进水与活性污泥混合后在沟内做不停的循环流动，Carrousel 氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气机，每组沟渠安装一个，均安装在同一端，因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环的低氧区，这不仅有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。立式低速表曝机单机功率大，设备数量少，在不使用任何辅助推进器的情况下氧化沟沟深可达到5m以上，较传统的氧化沟节省占地10%～30%，工程费用相应减少，由于采用立式低速表曝机有很强的输入动力调节能力，而且在调节过程中不损失其混合搅拌功能，节能效果明显，一般情况下，表曝机的输出功率可以在 25%～100%的范围内调节，而不影响混合搅拌功能和氧化沟渠道流速。DHV 公司新开发的双叶轮卡鲁塞尔曝气机，上部为曝气叶轮，下部为水下推进叶轮，采用同一电机和减速机驱动，其动力调节范围可达 15%～100%，调节范围较标准表曝机扩大 10%，其动力效率为1.8～2.3kgO₂/（kW· h），传氧效率在标准状态下达到至少2.1kgO₂/（kW·h）。

传统的Carrousel型氧化沟不具备脱氮除磷功能，若在沟内增设缺氧区，则可在单一池内实现部分反硝化作用。若在沟前增设厌氧池，则形成厌氧卡鲁塞尔氧化沟 A-O工艺，该工艺可提高活性污泥的沉降性能，有效抑制活性污泥膨胀，同时为生物除磷提供了先进行磷的释放，后进行磷的过度吸收的环境条件，可使磷的去除率达到75%以上，但对脱氮效果一般。因此，为实现对氮去除的需要，又出现了卡鲁塞尔 2000、卡鲁塞尔 3000 等更高标准的反硝化脱氮工艺，其突出的优点是可实现硝化液的高回流比，达到较高程度的脱氮率，同时无需任何回流提升动力（USA EPA，2002）。

Orbal氧化沟，即“0，1，2”工艺，由外到内分别形成厌氧、缺氧和好氧三个区域，采用转碟曝气。由于从内沟（好氧区）到中沟（缺氧区）之间没有回流设施，所以总的脱氮效率较差。在厌氧区采用表面搅拌设备，不可避免地会带入相当数量的溶解氧，使得除磷效率较差（沈云新等，2000）。

DE型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，由池容完全相同的两个氧化沟组成，两沟串联运行，交替地作为曝气池和沉淀池，不单独设二沉池。为了达到脱氮目的，在D型氧化沟的基础上又发展了半交替工作式的DE型氧化沟。该沟设有独立的二沉池和回流污泥系统，两沟交替进行硝化和反硝化。D型氧化沟的缺点主要是曝气设备利用率低、池容积利用率低。T型三沟式氧化沟集缺氧、好氧和沉淀于一体，两条边沟交替进行反应和沉淀，无需单独的二沉池和污泥回流，流程简洁，具有生物脱氮功能。由于无专门的厌氧区，因此，生物除磷效果差。而且，由于交替运行，总的容积利用率低，约为 55%，设备总数量多，利用率低。

美国环境保护署（EPA）对不同生物处理工艺的基建和运行费用分析比较表明，当处理规模分别为3785m³/d和 37850m³/d时，氧化沟污水处理厂的基建投资分别为传统活性污泥法的50%和80%，规模较小时，其运行费用也更低。因此，氧化沟工艺被美国EPA列为革新替代技术（I/A技术），在美国已建成9200多座，（WEF，1998）。在我国，氧化沟工艺以其经济简便的突出优势已成为中小型城市污水厂的首选工艺。

Modified Ludzack-Ettinger（MLE）工艺（见图1-7）是在氧化沟的好氧段加入厌氧段以达到脱氮的目的。

（2）氧化沟应用

位于美国亚利桑那州卡萨格兰德市的污水回收设施于1996年2月开始运作。处理规模为15142m³/d，使用的是在氧化沟好氧段前加厌氧段以达到脱氮的效果。平均月进水BOD₅、TSS和TN分别为226mg/L、207mg/L和35.4mg/L，出水BOD₅、TSS、N-N和N-N可以分别达到10mg/L、15mg/L 、1.0mg/L和5.0mg/L。

位于美国玛莎葡萄园岛的马萨诸塞州埃德加敦污水处理厂采用两组Carrousel氧化沟处理污水，冬季处理污水量757m³/d，夏季处理2839m³/d，月平均进水BOD₅、TSS和TN分别为238mg/L、202mg/L和27.1mg/L，出水可分别达到3.14mg/L、5.14mg/L和2.33mg/L。

氧化沟池型具有独特之处，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系统，但氧化沟采用一般机械表面曝气，水深不宜过大，充氧动力效率较低，能耗较高，占地面积较大。

1.2.2.2　AB法

AB法工艺是在传统的两段曝气基础上发展起来的，但有了较大的突破，它是20世纪70年代中期由原联邦德国亚深大学宾克教授发明的高级活性污泥法（郭茜等，1998）。AB法由A段——吸附絮凝段和B段——生物氧化段两个曝气池串联而成。各段形成各自的污泥系统和各自不同的微生物群落，A段采用极高的有机负荷［>2kgBOD₅/（kgSS·d）］和很短的泥龄（0.3～0.6d）进行，细菌的生长速度是相同负荷传统活性污泥法的10～20倍，细菌活性要高出40%～50%，所以出现了生物吸附而迅速降解有机物的效果，污水在A段的停留时间只需约0.5h，BOD₅去除率可达到40%～70%，由于A段不需大量供氧，大大节约了能源，被A段削减了有机物的污水进入B段活性污泥法处理时，在低负荷［0.1～0.22kgBOD₅/（kgSS·d）］和长泥龄下进行，为有机物的氧化降解和硝化创造了很好的环境条件。

AB法工艺在A段曝气池后虽然增加了中间沉淀池，但这种工艺不需设初沉池，在工程构筑物的布置上没有增加复杂性。该法对有机物、氨氮有较高的去除率，适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水，通常要求进水BOD₅≥250mg/LAB法才有明显的优势。

目前，AB工艺以其投资省、运行费用低、处理效率高及运行稳定等优良特性而成为近十年来在污水处理领域中发展最快的城市污水处理工艺。AB法作为一种具有脱氮除磷功能的新型污水生物处理技术，也正得到越来越深入的研究。如奥地利的Salzburg 污水厂在A段和B段的污泥负荷分别为4～7kgBOD₅ /（kg·d）和0.1～0.4kgBOD₅/（kg·d）的条件下，将B段以A / An / O /An 、A / An/O 及UCT 等方式运行，均使处理出水达到氮排放要求。因此，通过对AB工艺的B段略做改进即可达到脱氮的目的和要求。但不足的是尚难达到磷的出水要求，即使在进水中投加经厌氧发酵的污泥上清液以增加短链挥发性脂肪酸（VFA）也不能得到满意的结果。为此，奥地利维也纳技术大学的科技人员通过对AB工艺的研究，提出一种实现充分脱氮除磷效果的AB法改进工艺，称ADMONT工艺（沈耀良，1997）。奥地利的ADMONT / HALL 污水处理厂规模为1065m³/d，原先采用传统的活性污泥法工艺；为满足处理出水中N-N<5mg/L、TP<1.0mg/L的要求，马歇尔等将该厂原有工艺改造成为AB工艺，同时发现，改造后的AB工艺B段中因中间池水力负荷较高而使中间池污泥进入B段并与二沉池回流污泥混合，形成一种具有很强的硝化和反硝化能力的混合污泥，导致B段发生高效的反硝化作用。在此基础上，他们将B段的部分污泥回流到A段，同时也将A段的污泥部分回流到B段，以在A、B段中均形成一定比例的混合微生物群体，即在A段和B段中均有硝化和反硝化菌同时存在，从而实现高效的脱氮效果；这种由奥地利能源及环境SGP 公司和维也纳技术大学在ADMONT污水厂开发的新工艺，也称混合型ADMONT工艺，N-N去除率高达99.8%，出水<0.2mg/L（沈耀良，1997）。德国Eitner等在一个处理水量为1470m³/d 的小型污水处理厂中，将原有容积为49m³/d的曝气沉砂池改建成A段曝气池，将容积为2m³/d的初沉池改为中沉池，另建一套污泥回流系统构成A段，其污泥负荷为4.2kgBOD₅ /（kg·d），污泥浓度为1450mg/L；同时将原有的曝气池和二沉池作为B段，污泥负荷为0.2kgBOD₅ /（kg·d），污泥浓度为2500mg/L，也实现了氮的有效去除。

1.2.2.3　序批式活性污泥法

序批式活性污泥法（SBR）工艺是通过时间上的交替来实现传统活性污泥法的整个运行过程，它在流程上只有一个基本单元，将调节池、曝气池和二沉池的功能集于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固、液分离等，1979年由美国诺罗丹大学的Irvine教授提出SBR的名称（Irvine等，1977），并尝试在实际工程中应用。经典SBR反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机。

SBR工艺的优点有：a.沉淀性能好；b.有机物去除效率高；c.提高难降解废水的处理效率；d.抑制丝状菌膨胀；e.可以除磷脱氮，不需要新增反应器；f.不需要二沉池和污泥回流，工艺简单。

近几年来，已发展成多种改良型，主要有传统 SBR 法、ICEAS 法、CAST 法、Unitank法和 MSBR 法。

（1）传统SBR法

传统SBR法反应是在同一容器中进行。在同一容器中进水时形成厌氧（不曝气）、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀，再通过撇水器出水完成一个周期。这种方法与以空间进行分割的连续流系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门的厌氧区、缺氧区和好氧区，而是在同一容器中，分时段进行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程。这种方法总容积利用率低，一般小于50%，因此适用于中、小型污水处理厂（程晓茹，2005）。

（2）ICEAS 法及 CAST法

ICEAS和CAST工艺即连续进水、间歇操作运转的活性污泥法。与传统 SBR 法不同之处在于通过设置多座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但使整个过程达到连续进水和出水。其进水、反应、沉淀、出水和待机在一座池子中完成，常用四座池子组成一组，轮流运转，间歇处理。ICEAS法优点是可在一组池中完成脱氮和去除BOD₅的全过程，但每座池子都需安装曝气设备、沉淀的滗水器及控制系统，排水间歇，水头损失大，设备的闲置率较高、利用率低，设备投资大，自动化程度要求相当高（Ouyang，等，1995）。目前，国内昆明第三污水处理厂采用了ICEAS工艺，设计规模为15×10⁴m³/d。

浙江金华污水处理厂、扬州市污水处理厂以及银川市第一污水处理厂都采用CAST工艺，规模为（8～10）×10⁴t。银川市第一污水处理厂处理后的达标污水可用于农灌，污泥经无害化处理后用于农肥。

（3）Unitank 法

Unitank工艺，又称单池系统，是SBR法的一种变形，20世纪80年代后期由比利时史格斯（Wespelear Sehgers）公司开发，并拥有专利权。由三个矩形池组成，三个池水力相通，每个池内均设有供氧设备，在外边两侧矩形池设有固定出水堰和剩余污泥排放口（Zhang等，2007）。中间池连续曝气，两侧池内间断曝气，交替作为沉淀池和类似三沟曝气池。三个池交替地在缺氧、好氧和沉淀状态下工作，通过自控程序，控制曝气器运转和改变进水点可使池中发生硝化和反硝化作用，在去除BOD、SS的同时，达到生物脱氮的目的。其优点是不需回流、无二沉池、布置紧凑、占地面积小。但由于无专门的厌氧区，因此生物除磷效果差，其总容积利用率为 67%。目前澳门凼仔污水处理厂采用该工艺，设计规模为7×10⁴m³/d，处理效果良好，但该厂不要求脱氮除磷。

（4）MSBR 法

MSBR法（Bodik等，2002；Allantal等，1999）是一种改良型序批式活性污泥法，是20世纪80年代后期发展起来的，其专利技术由美国芝加哥附近的Aqua Aerobic System Inc 拥有。其实质是 A-A-O系统后接 SBR，是二级厌氧、缺氧和好氧过程，能够连续进出水。因此，具有A-A-O生物除磷脱氮效果好和SBR的一体化、流程简捷、不需二沉池、占地面积小和控制灵活等特点。缺点是需要污泥回流和混合液回流，所需潜污泵较多，总容积利用率仅为73%，而且其技术不是很成熟。

目前MSBR系统主要在北美和南美应用，在我国深圳市盐田污水处理厂也采用了此种工艺。该厂近期处理规模为1.2×10⁵m³/ d，远期规模为2.0×10⁵m³/d，污水为城市污水，MSBR系统单组设计规模为4×10⁴ t。其主体MSBR反应池包括7个单元，7个单元组合成1 座矩形池，尺寸为66.9m×57.8m×6.9（8.9）m。单元1、单元7分设于池两边，单元2、单元3、单元4、单元5 设于池中，单元6设于池的端侧。其中单元1 和单元7是SBR 池，其功能是相同的，均起着好氧氧化、厌氧反硝化、预沉淀和沉淀作用。单元6 是好氧主曝池，单元2 是污泥浓缩池，其余单元则是厌氧池或是缺氧池，根据情况运行达到脱氮除磷的效果（李探微等）。

（5）水解—改进SBR工艺

水解—改进SBR工艺是中科院研究发明的一种污水处理工艺（张克峰等，2005），流程如图1-8所示。

该工艺具有如下特点：a.水解池取代了传统的初沉池，对各类有机物的去除率远高于传统的初沉池，从而有效降低了后继构筑物的负荷；b.经过水解池处理后，污水中有机物的数量及理化性质均发生了很大变化，提高了污水的生化性，使污水更适于后继的好氧处理，从而提高效率、降低能耗；c.水解酸化在处理水的同时，也完成了对污泥的处理，简化了工艺流程；d.水解池对有机物有较高的去除率，后继构筑物中污水停留时间大大缩短，能有效减少后继构筑物的池容，降低能耗，从而达到降低投资成本，节约能耗的效果；e.由于紧凑布置占地面积相对其他工艺而言要小得多，占其他工艺占地面积的50%；f.运行稳定，功能划分清晰，自动化程度高，且可不设污泥消化处理，便于操作管理。

水解—改进SBR工艺，投资约1000元/吨，运营成本在0.3元/吨，以一座40000t/d的污水处理厂来计算，投资可节省800万元，可节省年运营费用200万元，一座运营30年的污水处理厂光运营费用就可节省6000万元（张勇等，2004）。因此水解改进SBR工艺，非常符合我国目前中小城镇的现状，值得推广。

（6）周期循环活性污泥工艺

周期循环活性污泥工艺的设施非常简单，在一个水池内便可完成曝气、沉淀、排水过程，只是把水池分隔成预反应区和主反应区。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，微生物将有机物分解，清水浮在水面，污泥沉到底部，然后通过可升降的滗水器完成排水过程（张克峰等，2005）。滗水器安装在水池的上部，可以按照设计好的程序自动下降，均匀地将浮在上面的清水排出，最大限度地降低了排水对沉淀污泥的扰动。周期循环活性污泥法集曝气、沉淀、排水功能于一体，省去了传统的污泥回流设备，大大降低了建设费用。以一个10万吨的污水处理厂为例，采用周期循环活性污泥法可减少占地面积35%，节省建设费用25%（孙鹏，2001）。由于采用这种方法能有效去除污水中有机碳源污染，而且具有良好的脱氮、除磷功能，因此出水水质好，能完全达到污水回用的要求。

（7）AAA^TM工艺

AAA^TM工艺（alternating aerobic and anaerobic completely mixed activated sludge，简称AAA工艺）是一种先进的城镇污水处理新工艺。该工艺的核心是交替式厌氧好氧完全混合活性污泥处理技术（简称AAA—CMAS技术）（张克峰等，2005）。如图1-9所示，通过连续自动监测生物反应池的溶解氧变动速率来实现曝气系统的开启和关闭，使污水在同一反应池内完成厌氧、好氧、脱氮和除磷过程。该工艺由计算机系统自动监控曝气量和曝气时间，使厌氧好氧、硝化反硝化过程发挥最大效率，在明显提高处理效果的同时，显著降低能耗。AAA^TM工艺特别适用于中小型城镇污水处理和污水资源化工程。

（8）CWSBR工艺

CWSBR即恒水位序批式反应器，是德国GAA公司研究开发的一项新技术（王德河等，2009）。标准CWSBR处理单元模块由3个部分组成：a.进水控制区；b.混合、反应、沉淀区；c.出水平衡区（见图1-10） 。

CWSBR工艺通过柔性水力帆的往复运动调节反应池3个区域的体积，保持池内液面不变，在CWSBR单池内连续进出水，周期性地完成SBR工艺的充水、搅拌、曝气（即缺氧、厌氧、好氧） 3个基本控制功能块的任意组合，以及随后的沉淀和滗水过程。可以根据进水水质，单个周期实现反应池的多次进水，并按照脱氮除磷各过程对有机底物、DO 的不同要求，最大限度上满足微生物的需求。同时，使用恒水位滗水器进行滗水，在整个运行过程中，生化池内水面保持不变（孙炜宁等，2012）。

CWSBR工艺保留了传统SBR 技术工艺简单、控制污泥膨胀、处理效果好等优点，同时克服了传统SBR工艺间歇、变水位运行的不足。该工艺具有处理效果好、运行费用低、工艺流程简洁、土建方式灵活、运行管理方便、污泥稳定和适应寒冷地区运行条件等技术优势（孙炜宁等，2012）。

1.2.2.4　传统 A-A-O法

A-A-O系统一般采用推流式活性污泥系统，原污水首先进入厌氧区，兼性厌氧的发酵细菌将废水中可生物降解的大分子有机物转化为VFA类小分子发酵产物。聚磷菌可将菌体内积储的聚磷盐分解，释放的能量可供专性好氧的聚磷菌在厌氧的“压抑”环境下维持生存。另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中VFA类小分子有机物，并以 PHB形式在菌体内储存起来。随后废水进入缺氧区，反硝化细菌就利用好氧区中经混合液回流而带来的硝酸盐，以及废水中可生物降解的有机物进行反硝化，达到同时去碳和脱氮的目的（孟永进，2009）。厌氧区和缺氧区都设有搅拌混合器，以防污泥沉积。接着废水进入曝气的好氧区，聚磷菌除了吸收、利用废水中剩余的可生物降解有机物外，主要是分解体内储存的PHB，释放能量可供本身生长繁殖，此外还可主动吸收周围环境中的溶解磷，并以聚磷盐的形式在体内储存起来。这时出水中的溶解磷浓度已相当低。好氧区中的有机物经厌氧区、缺氧区分别由聚磷盐和反硝化细菌利用后，浓度已相当低，这有利于自养的硝化细菌生长繁殖，并将 N硝化为N。非聚磷的好氧异养菌，虽然也能存在，但它在厌氧区中受到严重的压抑，在好氧区又得不到充足的营养，因此在与其他微生物的竞争中处于劣势。排放的剩余污泥中，由于含有大量能过量积储聚磷盐的聚磷菌，污泥中磷含量很高，因此与一般的好氧活性污泥系统比大大地提高了磷的去除效果（朱静平等，2002）。

A-A-O工艺在系统上是最简单的同步除磷脱氮工艺，总水力停留时间小于其他同类工艺，在厌氧（缺氧）、好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，SVI 值一般小于100，有利于处理后污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，运行费用低。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同类微生物菌群的生长繁殖，因此脱氮除磷效果非常好。目前，该法在国内外应用较为广泛。但传统 A-A-O工艺本身也存在着固有的缺点。脱氮和除磷对外部环境条件的要求是相互矛盾的，脱氮要求有机负荷较低，污泥龄较长，而除磷要求有机负荷较高，污泥龄较短，往往很难权衡。另外，回流污泥中含有大量的硝酸盐，回流到厌氧池中会影响厌氧环境，对除磷不利。为了克服传统A-A-O工艺的缺点，出现了多种改良型 A-A-O工艺（Boller等，1990）。

（1）UCT工艺

与A-A-O法相比，UCT工艺不同之处在于污泥先回流至缺氧池，而不是厌氧池，再将缺氧池部分混合液回流至厌氧池，从而减少了回流污泥中过多的硝酸盐对厌氧放磷的影响。但是UCT工艺增加了一次回流，多一次提升，运行费用将有所增加（Ostgaard等，1997）。

（2）MUCT工艺

为了避免UCT工艺因两套内回流交叉而使缺氧段的停留时间不易控制，也为了避免溶解氧自好氧段经缺氧段进入厌氧段，干扰磷的释放，研发了MUCT工艺（改良性UCT工艺），与UCT工艺相比，将缺氧段一分为二，形成两套独立的内回流系统（Zhang等，2009）。

（3）A-A-A-O工艺

该工艺是在传统A-A-O法的厌氧池之前设置回流污泥反硝化池，来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入该池（另外90%左右的进水直接进入厌氧池），停留时间为20～30min，微生物利用10%进水中的有机物作碳源进行反硝化，去除回流污泥带入的硝酸盐，消除硝态氮对厌氧池释磷的不利影响，保证除磷效果。该工艺简易运行，可在厌氧池中分出一格作回流污泥反硝化池。

1.2.2.5　生物接触氧化法

生物接触氧化法的核心是接触氧化池，通常采用二段式，池中充填供微生物附着的填料（Guo等，2000）。该工艺具有以下特点：a.生物接触氧化池中装有填料，微生物固着在填料上生长繁殖，单位容积的生物量大，处理能力高；b.水力停留时间短，污水与填料的总接触时间为0.5～1.5h；c.该工艺不需污泥回流，节省能耗；不产生污泥膨胀；耐冲击负荷能力强；d.设备较少，运行管理及维护简单；产泥量少。

生物接触氧化法作为低能耗、高效率、投资省的处理工艺，适于处理小城镇污水（Guo等，2000）。1983年殷家堡污水处理厂利用生物接触氧化工艺，建成了处理能力为10000m³/d的炉渣填料二段式接触氧化处理系统。该处理工艺出水水质能达到活性污泥法二级处理水平，与普通活性污泥法相比，可降低基建投资的40%～50%，节省能耗约50%。

BIOLAK污水处理系统是生物接触氧化法的改进工艺（Kui等，2007）。BIOLAK属于脱氮除磷生化处理系统，采用低负荷活性污泥工艺和特殊的悬挂链式曝气工艺，曝气头悬挂在浮筒链下，浮筒链横跨一体化曝气池两岸，每条链可在一定区域运动，曝气器的波动使其服务面积增大，使系统可以在低污泥负荷波浪式氧化工艺下运行，通过简单的控制可在曝气池中交替形成多重缺氧区和好氧区，形成多级A/O工艺，实现多级脱氮以促进硝化、反硝化的进行，使水中的污染物被微生物彻底吸收和分解，达到净化水质的目的（刘智晓等，2006）。BIOLAK生化池悬挂链式曝气器，池底无曝气设备和构件，可以用土池加HDPE防渗膜修建，不必建钢筋混凝土池，价格仅为传统方法的50%左右。曝气头悬挂于悬链上，置于水深4～5m处，气泡在向上运动过程中受到因悬链摆动而与水流产生的干扰，延长了气泡在水中的停留时间，提高了氧转移效率，减少了耗电量。BIOLAK工艺整体流程短，曝气池与二沉池、除磷池成一体建设，占地较少（杨红红等，2005）。山东诸城市污水处理厂采用BIOLAK工艺，一期设计规模6.6×10⁴m³/d。其进水包含40%生活污水和60%工业废水，设计进水COD 450mg/L，BOD₅200mg/L，SS 230mg/L，N-N 40mg/L，TP 5mg/L，出水达《污水综合排放标准》（GB 8976—1996）一级标准。

BIOLAK工艺在国内外已有上百座污水处理厂的应用实例，技术成熟，已积累了丰富的实践经验。它可有效去除COD和BOD，并能脱氮除磷，出水水质好。该工艺既适应于城市污水的处理，也适应于工厂、企业的生产废水处理，投资少，效率高，随着该工艺设备的逐步国产化，将越来越适合中国国情，是应用较为广泛的工艺之一（杨红红等，2005）。

1.2.2.6　生物滤池工艺

（1）曝气生物滤池

曝气生物滤池是一种膜法生物处理工艺，微生物附着在载体表面，污水在流经载体表面时，通过有机营养物质的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物质进行氧化分解，使污水得以净化（EPA，2000）。

生物膜的吸附作用主要是由于在生物膜的表面附着一层薄薄的水层，水中的有机物被生物膜所氧化（其浓度要比滤池进水中的有机物浓度低很多），当废水在滤料表面流动时，有机物就会从流动的废水中转移附着在生物膜表面的水中去，被生物膜所吸附。空气中的氧通过水进入生物膜。生物膜上的微生物在氧的参与作用下对有机物进行分解和微生物机体的新陈代谢，产生了二氧化碳等无机物，它们又沿着相反的方向，即从生物膜、附着水层、流动的废水至传输到空气中去。生物滤池中污水的净化过程是很复杂的，包括污水中复杂的传质过程。

生物膜是由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统，细胞镶嵌在胞外聚合物的基质中，并且附着在固体表面。生物膜发育形成的条件和时间序列大致为：a.有可用于聚居的固体表面；b.能快速形成一种有机分子膜；c.聚集的细胞松散地附着；d.聚居的细菌牢固地附着；e.微生物群落形成，产生胞外聚合物；f.群落向上和向外扩展，形成规则和不规则结构；g.生物膜成熟，新的菌种进入生物膜并生长，导致了生物膜空间的异相结构；h.生物膜可能被吞噬细菌的原生动物捕食；i.成熟的生物膜可以脱落，使这种循环交替地重复进行；j.形成一种顶级群落（张金莲等，2007）。

生物膜形成的关键是其在载体表面的固定。影响微生物在载体表面附着、生长的因素很多，归纳为三类，即微生物的自身性质（种类、培养条件、浓度、活性等）、载体表面性质（表面亲水性、表面负荷、表面化学组成、表面粗糙度等）以及环境条件（pH值、离子强度、水流剪切力、温度等）。对于曝气生物滤池工艺而言，载体即滤料是工艺的核心，对滤料的选择和采用有着非常严格的要求，如机械强度、物理形态、稳定性、密度、亲水性、表面电性、孔隙度、表面粗糙度、价格等。当载体已经通过优化确定后，在微生物调试过程中，主要是为微生物在载体表面的附着、生长、繁殖提供良好的环境条件。曝气生物滤池反应器净化有机污染物的过程是由附着生长在载体表面的微生物来完成的，而这些微生物又都生活在各自形成的特定环境中，与环境条件关系极为密切，反应器能否高效运行，取决于影响反应器运行的主要因素，主要因素包括进水底物浓度、营养物质、溶解氧、酸碱度、温度、毒性抑制、水力停留时间与负荷率等，在工程中就是设法为微生物创造适宜的生活环境（张金莲等，2007）。

我国环境工程公司近年来对该技术进行了消化吸收，并结合我国的实际情况进行了改进和开发，在国内率先应用于生活污水和工业废水处理，已完成了多个示范工程（马悠怡，2006）。研发的上向流曝气生物滤池（简称UBAF）技术是在充分吸取国外曝气生物滤池（BAF）优点的基础上而发展起来的，它的最大特点是使用一种新型的类球形轻质陶粒填料，在其表面及内腔空间生长有微生物膜，污水由下向上流经滤料层时，微生物膜吸收污水中的有机物作为其自身新陈代谢的营养物质，并在滤料层下部实行强制曝气供氧的条件下（气与水为同向、上向流），使污水中的有机物得到好氧降解，并进行硝化作用。曝气生物滤池定期利用处理后的出水对其进行反冲洗，以排除滤料表面增殖的老化微生物膜，保证微生物的活性。曝气生物滤池的生物除磷效果不明显，除用于合成微生物机体本身（同化作用除磷）外，基本无生物除磷作用。故一般均采用化学除磷。曝气生物滤池工艺化学除磷药剂投加点有两种选择：一种是采用高效沉淀预处理工艺，其化学除磷为前置沉淀法，即在高效沉淀池入口处投加化学药剂，经混合、絮凝、沉淀作用，磷的积聚体被分离到沉淀池的污泥中，达到污水除磷的目的；另外一种是同步沉淀与絮凝过滤，即在曝气生物滤池中投加化学药剂，在滤床填料的作用下诱发絮凝，沉淀物截留于滤床上，利用滤池本身存在的周期性反冲洗，将磷排除至系统外，达到污水除磷的目的。也有组合的厌氧水解—高负荷生物滤池（马悠怡，2006）。

与其他工艺相比较，该工艺技术具有以下的几个优点和特点。

①较小的池容和占地面积　曝气生物滤池的BOD₅容积负荷大，一般可达到5～6kgBOD₅/（m³·d），是常规二级生物处理的6～12 倍，所以它的池容和占地面积较常规二级生物处理工艺要小，同时在滤池后不需设二沉池，节省了占地面积和土建费用。采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂工艺构筑物占地面积只有氧化沟工艺的1/5左右。

②抗冲击负荷能力强，处理效果稳定，处理出水水质好　由于整个滤池中分布着较高浓度的微生物，反应速率高，而高浓度的微生物以膜状存在于滤池的陶粒表面，其本身就耐水量的冲击，即使滤速增大也不会使微生物流失。

③对低浓度污水适应性强，不会产生由于营养物过低导致微生物无法培养的情况，且该工艺启动时间相对较短。

④氧的利用率高。

⑤硝化速率高，效果好，若增加回流等设施，可以实现非常好的脱氮效果。

⑥受气候影响相对较小。

⑦构筑物模块化，有利于今后的扩建。

⑧主要设备和材料均可国内配套生产，不需进口，节省投资。

（2）厌氧及反硝化滤池

厌氧水解—高负荷生物滤池组合工艺采用厌氧水解滤池取代传统的初沉池作为预处理工艺，在传统高负荷生物滤池的基础上对其进行改造，保留了该方法高负荷、高效率的优点（陈红英，2003）。处理系统集初沉池、曝气池、污泥回流设施以及供氧设施等于一体，简化了污水处理流程，运行管理简单方便，且能承受较强的冲击负荷，工艺流程如图1-11所示（胡天媛等，2004）。通过采用高空隙率、高附着面积和高二次布水性能的新型塑料模块填料，取消了滤池出水回流系统，提高效率的同时降低了建设投资和运行能耗。

厌氧水解—高负荷生物滤池污水处理系统无论在工程造价，运行费用还是在运行稳定性和出水效果方面均明显优于传统活性污泥法，而且可根据进、出水水质要求的不同，分别采用二段或三段组合处理工艺，且可根据水量的大小进行模块化设计（邓荣森等，2003）。因此，其对经济不是十分发达的中小城镇地区具有实际意义。

反硝化滤池实质上是一种生物滤池，是一种填充式的固定膜反应器。是与给水过滤相结合的一种生物膜法污水处理工艺，属于生物过滤技术。细菌及其他微生物以一层薄膜生长在固体介质上，当流体在固体滤料上流过时，利用滤料的拦截和滤料上生物膜的生物降解双重作用去除污染物。反硝化滤池作为一种新型的污水处理技术，因其占地面积小、出水水质好、产污泥量少，并且具有模块化结构和自动化操作性强等特点，近年来成为再生水处理及回用的研究热点（毛世春等，2010）。它主要针对污水厂的二级出水进行深度处理，目的就是为了提高TN去除率。

在佛罗里达州西棕榈滩东中部地区的回用水系统采用反硝化生物滤池作为污水深度处理部分（USEPA，2007）。反硝化生物滤池有上流式和下流式两种形式，该系统采用的是下流式反硝化生物滤池。图1-12为该厂的反硝化生物滤池。在下流式滤池中，污水由滤床两边的溢流堰进入滤池，出水则由滤池底部控制堰导出。反冲洗包括空气冲刷和用空气和水进行反冲洗，在这个过程中，硝酸盐会被还原为氮气，所以需要周期性地释放积累在滤池介质中的氮气。

在上流式滤池中，污水通过进水管进入滤池，通过供给管和分配向下运输，污水穿过介质向上运动，滤液在滤池上部排出。介质向下运动，被吸到滤池中心的气升管中，压缩空气通过气升管冲刷砂子使其向上运动，在气升管顶部，介质被送到滤床上，分离器将滤液和轻质尘粒重质砂粒分离。冲洗水堰略低于出水堰，使部分出水作为冲洗水，以省去冲洗泵的需要（USEPA，2007）。图1-13是上流式生物滤池的示意。

1.2.2.7　Bio-Dopp工艺

Bio-Dopp（生物倍增）工艺是1988年原联邦德国恩格拜环保技术公司开发的一项污水处理技术。该工艺主要是通过特殊材料制成的可防止堵塞的曝气系统、生物除磷系统、空气提升系统及快速澄清装置，将生物脱氮除磷、有机物的氧化去除、污泥的硝化稳定等各工艺全部协调在同一反应池内同时进行（Berends，2005）（图1-14）。

Bio-Dopp工艺把曝气池与二沉池协调组合在单池内，池内各部分完成污水处理的不同工艺过程。该工艺在低溶解氧（0.1～0.3mg/L）条件下实现有机物的需氧降解、同时硝化反硝化生物脱氮、泥水分离、反硝化生物除磷等。该工艺具有工艺流程简单、抗污泥膨胀、耐冲击负荷能力强、处理效率高、运行能耗低、维护管理方便和工程投资省等技术优势，适合中小城镇污水处理厂（孙炜宁等，2012）。

Bio-Dopp工艺与传统污水处理工艺相比，在污染物去除效能方面具有双倍功效，同时具有出水水质稳定、设备高效、工程投资与运行成本低和占地面积小等优点。在欧洲及亚洲已有百余座污水处理工程实践（Zhong等，2008）。泗阳华海水处理有限公司（泗阳城北污水处理厂） 采用Bio-Dopp工艺，日处理生活污水25000t（一期），这是此工艺在国内首次应用于处理生活污水（庄仲昌等，2009）。Bio-Dopp工艺更适用于中小型污水处理厂，在一定范围内，可替代其他活性污泥法，有独特的优点，并且有较强的竞争力。

1.2.2.8　MBR工艺

膜生物反应器（membrane bio-reactor，MBR）是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术（Aryal等，2009），以膜组件取代二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少污泥产量。该工艺主要利用浸没于好氧生物池内的膜分离设备，截留槽内的活性污泥与大分子有机物。MBR反应器系统内活性污泥浓度可达到8000～10000mg/L，污泥龄达到30d以上。MBR反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物如硝化菌等，系统硝化效果明显，为深度脱氮提供了可能。

MBR反应器充分体现了分散污水处理小型灵活和污水再生利用的特点，独立的MBR工艺对氮、磷的去除率较低，MBR通常与其他工艺进行组合（Aryal等，2009），如复合淹没式膜生物反应器（hybrid submerged MBR）、生物移动床+MBR、交替式循环活性污泥法（缺氧+二级好氧）+MBR、间歇循环式活性污泥法（intermittently cyclic activated sludge，ICAS）+MBR、淹没式MBR（内填多孔悬浮性填料）、厌氧—好氧—缺氧序批式反应器（anaerobic-aerobic-anoxic sequencing batch reactor，AOA-SBR）+MB等，这些新工艺强化了处理效果，提高了对氮、磷的去除率，并减轻了膜污染。

MBR反应器具有处理效果好、耐冲击负荷、出水水质稳定、剩余污泥量少、操作管理方便和占地空间省等优点。随着膜通量提高、膜费用降低及寿命延长，再生水资源日益得到重视的情况下，MBR反应器在污水处理领域，尤其是分散点源污水处理与回用方面将会得到极其广泛的应用（Aryal等，2009）。

Siemens/U.S过滤系统在奥贝尔氧化沟的下游安装了MBR过滤系统，用于代替传统的二沉池。从组合工艺的运行看，该工艺具有很好的处理效能，BOD和TSS在检测限值附近，磷也有很高的去除效率，出水水质稳定，可以达到排放限值。该系统的工艺流程如图1-15所示。

佐治亚州富尔顿县的科利溪是一个日处理量为1890m³的污水回收厂。该系统包括生物除磷，污泥浓缩等（USEPA，2007）。各水质指标处理效率如表1-5所列。

MBR在中水回用等方面均取得了很大的成效。特拉弗斯城的污水处理厂是北美最大规模的MBR工厂，平均日处理水量32172.5m³/d，膜系统由8个大小相等的容量为1703.3m³的箱子组成。该系统对BOD、TSS等均有很好的去除率，表1-6为该污水处理厂的处理效能。

1.2.2.9　生物塘处理系统

生物塘是经过人工适当修整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。除其中个别类型的如曝气塘外，在提高其净化功能方面不采取实质性的人工强化措施。污水在塘中的净化过程与自然水体的自净过程相近（魏震华，1999）。污水在塘内缓慢地流动、较长时间地储留，通过污水中存活的微生物进行代谢活动，包括好氧、兼性和厌氧三种状态。好氧微生物生理活动所需要的溶解氧主要由塘内以藻类为主的水生浮游植物所产生的光合作用提供。

生物塘处理系统的优点主要如下（李仰斌等，2008）。

①能够充分利用地形，工程简单，建设投资省。建设生物塘，可以利用农业开发利用价值不高的废河道、沼泽地、峡谷等地段，因此能够起到整治国土、绿化、美化环境的效益。在建设上也具有周期短、易于施工的优点。

②能够实现污水资源化，使污水处理与利用相结合。生物塘处理后的污水，一般能够达到农业灌溉的水质标准，可用于农业灌溉，充分利用污水的水肥资源。生物塘内能够形成藻菌、水生植物、浮游生物、底栖动物以及虾、鱼、水禽等多级食物链，组成复合的生态系统。将污水中的有机污染物转化为鱼、水禽等物质、提供给人们食用。利用生物塘处理污水的环境效益、社会效益和经济效益十分明显。

③污水处理能耗少，维护方便，成本低廉。生物塘依靠自然功能处理污水，能耗低，便于维护，运行费用低廉。

但是，生物塘也具有一些难于解决的弊端，其中主要有下列各项。

①占地面积大，没有空闲的余地不宜采用。

②污水净化效果在很大程度上受季节、气温、光照等自然因素的控制，在全年范围内不够稳定。

③防渗处理不当时，地下水可能遭到污染。

④易于散发臭气和滋生蚊蝇等。

（1）AFL 曝气兼性塘

美国CPR水业工程咨询公司研发出AFL（aerated-facutativa-lagoon）曝气兼性塘污水处理技术（娄性义等，2003），其工艺流程见图1-16。

AFL技术的特点如下。

①污水处理效率高。出水水质达到《污水综合排放标准》（GB 8978—2002）一级标准，高效主要原因为：系统的ADS空气扩散系统采用特殊设计的微孔曝气管，形成大量的0.4～3.0mm的气泡，气泡上升速度控制在24cm/s，结合5～6m的池深，形成稳定的气液隔离层，将整个曝气池分割成上百个相对独立的类似于氧化沟的完全混合生物反应器单元，污水在每个单元内循环6次以上，在整个净化过程中要循环上千次，就好像经过上百个串联氧化沟净化处理，杜绝了短流现象，其净化能力相当于320km河流的自净能力。

②能有效去除污水中的氮、磷。在第三级生物反应池出水区设置长毛纤维生物滤池，为微生物和藻团提供巨大的比表面积，配合独特设计的微孔曝气系统，为脱氮除磷优势菌群提供优越的三维生长空间。脱氮主要通过硝化和反硝化来实现，除磷主要通过鱼类吞食长毛纤维表面菌膜来实现转换。

③可以降解难生化处理的有机工业废水。系统在底部有一个污泥硝化区，该区处于缺氧状态，难降解的悬浮固体有机物和剩余污泥沉积底部，在污泥区缺氧状态下进行发酵酸化，将难降解的有机物转化为微生物所能利用和分解的有机物。

④能耗低，由于采用特制的微孔曝气管气泡十分均匀细小，比表面极大；上浮流速低，结合5～6m池深，气泡与水体接触时间长，接触面积大，氧的传质效率高，节能，污水处理能耗仅为0.18kW·h/m³。

⑤无剩余活性污泥和臭气的困扰。该系统产污泥率很低，只有传统活性污泥法的1/30，直接存于池底积泥区，无需向外界排放污泥，40年不清淤，不存在剩余污泥处理和出路问题；另外该工艺确保多级生化反应池表面水层含氧2～4mg/L，有效氧化污水中的恶臭物质，防止臭气散发。

⑥三个生化池均为防渗的水塘，不建大型建（构）筑物，辅助设施也简单，因此工程投资少。无药剂和污泥处理费，运行费用主要是电费和人员的工资，运行费用是传统活性污泥法的30%～50%。

⑦由于该系统运行稳定可靠，管理十分方便，其管理类似于氧化塘，小型污水厂仅需2～3人操作管理。

⑧该工艺的缺点是占地面积较传统活性污泥法大3～5倍，但是该工艺形成的人工湖泊湖水清澈，有大量水生植物、鱼和水禽在湖里栖息生长。另外，没有剩余污泥和臭气二次污染，是有价值的环境景观，尤其对缺水地区，其环境价值愈加明显，是珍贵的景观资源。在美国采用该工艺的污水处理厂周围经常被开辟为公园、高尔夫球场、度假村和高档别墅区，处理后的污水用来浇灌公园的草地，由于人工湖的环境景观资源，提升了地价，促进地产开发与升值，在美国有许多成功先例。

总之，AFL是一种全新污水处理工艺，它有效解决污水处理中的三废问题，还将污水资源化，无二次污染，是一种零排放污水处理系统，管理很简单，很适合小城镇建污水处理厂（娄性义等，2003）。

（2）多元生物污水处理工艺

多元生物污水处理工艺是按照生物循环规律进行工艺设计，主要由厌氧生物膜消化降解有机物系统、植物吸收净化系统和水生动物净化系统3个单元组成，属于生物塘（董发开等，2001）。污水中的有机物是微生物的食料，在第1单元被固定化的专性水解酸化菌、产乙酸菌以及产甲烷菌接续消化降解成CO₂、H₂O、CH₄、N、P、H₂S等，除CH₄可回收利用外，其他成分都是植物的营养物质，在第2单元被植物根系吸收，在光合作用下转化成植物细胞，促进植物生长，过量增殖的藻类和微生物，都是水生动物的食料，在第3单元被浮游动物和鱼类捕食，沉泥被底栖动物捕食消化，逐步转化成动物蛋白。

该净化系统具有以下特点。

①改变了传统的微生物污水处理方法和观念，引入生物多样性净化功能，建立生态型污水处理新理论、新技术和新方法，在国外被誉为21世纪污水处理新科技。

②污水净化系统由不同生物种群协同作用，依靠生态平衡进行自我调节，基本上不需人工参与，管理十分简便。

③该污水净化系统污染物被多元生物逐级利用，不产生异味，没有二次污染，可因地制宜设置在人群较集中的地带，或靠近污染源。净化池植物繁茂，鱼类等水生动物生机勃勃，具有观赏和美化绿化环境的功效。

④污水中的有机物按照食物链的代谢规律，被微生物、植物和水生动物逐级利用，最终生成植物细胞和动物蛋白，不仅具有环境效益，而且有良好的经济效益和社会效益。

⑤多元生物净化系统结构紧凑、占地面积较小、能耗低、设备少、投资省、运行费用低廉、管理简便。

多元生物污水处理技术在发达国家备受关注，如加拿大的璃因玛逊系统，由1个厌氧反应罐、1个封闭有氧罐和5个开放有氧反应罐（充满水生植物和动物）和净化器组成的污水净化系统，近两年已应用到工业废水和生活污水处理上，处理效果较好（董发开等，2001）。在美国和英国等正在建设示范工程，加紧研究和推广应用这种污水净化新技术。

改革开放以来，我国城镇化速度加快，居世界第一，全国县级以下的小城镇已发展到1.9万个，其污水多数没有得到有效的治理。小城镇经济实力、科技水平和管理能力，较中心城市低，建立污水处理系统无论在资金、管理水平上都存在困难。多元生物污水净化系统由于投资省、运行费用低、管理简便，处理设施可以因地制宜设计布置，有可能成为小城镇污水处理的主导技术之一，应用前景十分广阔。

1.2.2.10　人工湿地处理系统

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、建设和运行费用低、易于维护管理等优点，其出水水质可以达到甚至优于二级处理标准，非常适合中小城镇的污水处理（Shi等，2004；张海霞等，2012）。

我国引进湿地处理系统较晚，但发展较快。我国20世纪80年代初开始学习外国的先进湿地处理技术，“七五” 期间湿地处理技术被列为国家科技攻关课题，开始了较大规模的研究。首例研究工作开始于1988～1990年，地点在北京市昌平区，采用的是自由水面人工湿地，处理生活污水和工业废水，规模为500m³/d，处理效果良好，优于传统二级处理工艺（王艳等，2008），有代表性的人工湿地应用工程主要有：a. 1987年天津市环科所建成的我国第一座占地6hm²、处理规模为1400m³/d的芦苇湿地处理系统；b. 20世纪90年代的深圳市宝安县百泥坑村南500m处白泥坑人工湿地处理系统，占地面积13hm²，处理规模为3100m³/d；c.成都市活水公园，由厌氧沉淀池、人工湿地塘床系统、养鱼塘系统、戏水池以及连接各个工序的水流雕塑和自然水沟等5个部分；d.内蒙古赤峰市宁城污水处理项目，1997年建成，污水通过格栅、集水井、沉淀池，进入一级碎石床、二级碎石床，处理水从二级碎石床流出，排入天然河道。在一级碎石床栽植芦苇，在二级碎石床栽植香蒲，吨水运行成本0.06元；e.奥林匹克森林公园污水处理系统，包括水质模拟维护系统（人工湿地为主）和生态温室系统。经水生植物温室和湿地（有让水流跌落的高低不平的河床和途中曝气增氧），经过两次净化后的中水流入外表平静、地下翻腾的潜流湿地，再通过生态沟渠流入生态氧化潭，数次净化后的水通过生物功能区流入湖体，这时的中水能够达到地表水Ⅳ类标准；f.山东荣成市污水处理厂1998年建成了一期处理规模为2000m³/d的湿地处理工艺，总规模为30000m³/d，投产以来处理效果好、运行费用低、出水质量稳定，出水优于国家二级排放标准，吨水处理成本0.16元（Shi等，2004；张海霞等，2012）；g.云南九溪人工湿地，一期建设工程占地面积约18hm²，建成130000m²人工湿地，种植14hm²植物，规模为10×10⁴m³/d。二期工程占地12hm²，规模也为10×10⁴m³/d（王艳等，2008）。

人工湿地处理系统具有很好的处理效果，对BOD₅去除率可达85%～95%，COD去除率可达80%以上，处理出水中BOD₅≤10mg/L，SS≤20mg/L，对氮磷去除能力强，运行管理方便，其基建投资和运转费用分别为传统二级活性污泥法的1/10～1/2，抗冲击负荷能力强，因此，该系统比较适合于技术管理水平不高、规模较小的小城镇污水处理；其不足之处是水力负荷不高，处理能力较低（付融冰等，2006；Xu等，2006）。

也有生物吸附—人工湿地组合处理中小城镇污水（高用贵等，2009）的报道。生物吸附单元污泥负荷可高达1.5～6kgBOD₅/（kg·d），约为常规活性污泥法的10～20倍，且具有泥龄短、细菌繁殖速度快、污泥沉降性能好、抗冲击负荷能力强、运行稳定、对pH值和有毒物质具有很大的缓冲作用等特点。将生物吸附单元作为人工湿地的预处理单元，可以降低人工湿地的负荷（沈耀良等，2006），减少人工湿地的占地面积。生物吸附—人工湿地组合工艺对COD和BOD₅的去除率分别达到81.4%和87%，出水水质基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级B标准（高用贵等，2009）。生物吸附—人工湿地组合工艺相对于其他传统工艺，其一次性投资和吨水运行费用大大降低，在经济相对不发达的中小城镇，具有良好的发展前景，目前该工艺应用广泛。如采用接触氧化—温室HFCW处理东北某农场520m³/d的生活污水，湿地种植北黄花菜等观赏植物，出水COD、N-N和TP分别为22.40（±6.84）mg/L、8.58（±1.48）mg/L和2.09（±0.28）mg/L（Gao等，2012）。湿地中种植观赏水生植物黄菖蒲、金线蒲对复合城市污水中BOD₅、COD、TN、TP和重金属均有较好的去除效果（Zhang等，2007）。

国外人工湿地应用得也较多，如位于密西西比洋泉北部的西杰克逊县人工湿地包括三个处理系统，覆盖56亩（1亩=1/15hm²，下同），规模6056m³/d，平均进水BOD₅为45mg/L，TN为12.5mg/L，平均出水BOD₅低于5mg/L，TSS低于8mg/L，TN负荷低于758kg/d时，出水TN可低于2mg/L（USEPA，2000）。位于佛罗里达Mulberry镇东部的莱克兰市的人工湿地占地1400英亩（1英亩=4046.86m²，下同），作为莱克兰市污水处理厂的后续处理工艺，处理量为40878m³/d，进水TSS为5.6mg/L，BOD₅为3.9mg/L，TP为9.1mg/L，TN为10.4mg/L，出水TSS为4.7mg/L，BOD₅为3.1mg/L，TP为4.2mg/L，TN为2.0mg/L（EPA，2000）。人工湿地前多有厌氧预处理，当采用高效厌氧反应器时，湿地TSS负荷能降低30%～50%，能够有效防止湿地的堵塞（Álvarez等，2008）。以色列采用HSSFW（horizontal subsurface flow wetland，HSSFW） 处理城市污水，TSS、COD和氨氮平均去除率分别为92.9%、71.8%和63.8%（Avsar等，2007）。埃及用20m³/d中试规模的VFCW处理市政污水，种植了美人蕉、芦苇和纸莎草，负荷为26.2～76.5kgBOD₅/（hm²·d）时，出水COD、BOD₅和TSS分别为30.6mg/L、13.2mg/L和8.5mg/L，去除率可达88%、90%和92%（Abou-Elela等，2012）。巴西用人工湿地—光催化臭氧处理生活污水，可以达到再生水的要求（Horn等，2014）。

1.2.2.11　土壤渗滤

目前，美、法、德、以色列等发达国家都在大力推行土壤渗滤技术。在法国， 有30～50个污水处理厂使用渗滤池进行污水处理，出水或储存于含水层或抽走回用。法国地中海沿岸的Grau Du Roi 市为减少或避免二级处理出水对附近旅游点海水的污染，出水经过几米深的自然土壤层的渗滤后回灌于地下的含水层中（Brissand等，1991）。美国Arizona州Tucson 市二级处理出水经土壤渗滤后储存于土壤含水层中，在干旱季节抽出用于供水。该州的Phoenix 地区在1967年开始研究用土壤含水层系统处理二级出水，此系统产生的再生水可以用于灌溉等用途。1973年工程总费用为0.004$/m³，比常规污水厂的三级处理要便宜得多（卡尔普，1991）。Dan Reg ion工程是以色列最大的污水回用项目（Kanarek，1996），负责Tel Aviv 地区和临近地区城市污水的收集、处理、地下回灌和回用，服务人口130 万，日处理城市污水27×10⁴m³/d。该工程利用回灌池进行回灌，并在其四周合适的位置布置回收井，从而将回灌区与其余的含水层分开。该工程成功发展与实践的包括SAT在内的特殊回灌—回收方法应被视作城市污水处理完整流程中的一个部分。经过SAT处理获得的高质量出水应用于农业灌溉等多种非饮用用途。

为克服快速渗滤系统占地面积大、水力负荷低等缺点，提出了采用渗透性能较好的天然砂等代替天然土层的人工快速渗滤系统，为期1年的中试工程试验研究表明，在不小于1m/d的水力负荷条件下，人工快速渗滤系统对生活污水具有较强的抗冲击负荷能力和较好的污染物去除效果，其对SS、COD和BOD₅的平均去除率分别为94.4%、91.99% 和94.44%；处理出水中SS、COD、BOD₅、N-N及LAS的平均浓度分别为4.06mg/L、23.20mg/L、9.0mg/L、5.16mg/L和0.26mg/L。采取间歇性淹水—落干的运行方式，并结合反冲洗，提高了CRI系统的水力负荷，改善了污染物去除效果，增强了其实用性（张金炳等，2003）。

城镇污水处理应从节约成本和管理方便入手来选择污水处理工艺，将经济效益、环境效益、社会效益达到最大化。因此，不同的城镇地区应该根据自身的特点来选择合适的工艺。对于用地不紧张的城镇地区，可以选择人工湿地等生态处理系统。实践证明，人工湿地等生态处理系统不仅投资省、处理效果好，而且有助于美化生态环境，是城镇污水处理工艺的最优方案之一。从成本出发，氧化沟工艺以及SBR工艺等设备简单，基建投资省且占地面积小，因此对于城镇污水处理，应优先考虑这些工艺。从近年来的发展趋势看，城镇污水处理的技术要求投资省、耗能低、运行管理方便、效率高。这些已经成为城镇污水处理技术发展的必然趋势。