小型地埋式污水处理设备及工艺研究.docx

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小型地埋式污水处理设备及工艺研究

小型地埋式污水处理设备研究

摘要

小型地埋式污水处理技术是指将污水处理设施中的主体构筑物埋在地下或半地下的污水处理技术。

其主要有占地面积小、投资省、噪声低、无异味、受气候影响小、管理方便、处理效率高等特点。

对于集中处理难度较大的小城镇生活污水、城市市政管网未能覆盖的新建小区生活污水处理，有着很好的应用前景。

本论文结合国内外学者对于小型地埋式污水处理技术的最新研究成果，从小型地埋式污水处理技术的工艺类型、技术分类、投资运行费用、国内外应用现状和前景各方面对小型地埋式污水处理技术的推广应用进行系统分析，探讨小型地埋式污水处理技术的发展趋势。

关键词：

地埋式；技术研究；应用前景

Smallburiedsewagetreatmentequipment

andresearch

Buriedsewagetreatmenttechnologyistopointtowillsewagetreatmentfacilitiesofmainstructuresinundergroundorhalfburiedundergroundsewagetreatmenttechnology.Itsmaincharcateristichavecoveranareaofanareasmall,lownoise,nosmell,theweatherissmall,easymanagement,processingefficiencyetc.Forfocusingonsmalltownssewageisdifficult,themunicipalpipenetworkfailedtocoverthenewdistrictsewagetreatment,hadaverygoodapplicationprospect.Inthispaper,combinedwithdomesticandforeignscholarsforsmallburiedsewagetreatmenttechnologyofthelatestresearchresults,fromthesmallburiedsewagetreatmenttechnologyofprocesstypes,technicalclassificationathomeandabroad,investment,operationcost,andapplicationinallaspectsandtheprospectsofpopularizationandapplicationofsmallburiedsewagetreatmenttechnologyonsystemanalysis,toexploresmallburiedsewagetreatmenttechnologydevelopmenttrend.

Keywords:

buried;technologyresearch;applicationprospect

目录

摘要1

前言3

小型地埋式污水处理设备及其技术特点4

地埋式污水处理工艺及特点5

2.1SBR污水处理工艺5

2.2生物接触氧化法6

2.3A2/O污水处理工艺7

地埋式污水处理技术的类型和应用现状9

3.1地埋式有动力污水处理技术9

3.1.1工作原理9

3.1.2应用现状10

3.1.2.1WSZ地埋式生活污水处理装置10

3.1.2.2.马来西亚SATS小型生化污水处理装置10

3.1.2.3.A/O法+化学除磷法10

3.2地埋式无动力污水处理技术11

3.2.1工作原理11

3.2.2应用现状11

3.3.2.1.生活污水处理沼气池11

3.2.2.2.马来西亚的SS型生活污水处理装置11

3.2.2.3.UUAR污水处理工艺12

3.3　地埋式一体化小型污水处理技术12

3.3.1　工作原理12

3.3.2应用现状13

3.3.2.1.ZW一体化地埋式污水处理装置13

3.3.2.2.日本净化槽小型一体化污水处理装置14

3.4三种地埋式污水处理技术分析比较14

地埋式污水处理技术研究推广存在的问题15

地埋式污水处理设备的前景以及发展趋势16

结论17

致谢18

参考文献18

外文参考文献（译文）19

外文参考文献（原文）20

前言

随着我国经济快速发展，环境问题日益得到重视，而作为我国最主要的环境问题，水污染问题一直是政府环保工作的重中之重。

改革开放以来，国家投入巨资用于城市污水处理技术的研究与处理上，并取得了良好的效果。

但是，当前的污水处理设备依赖于完善的排水管网和雄厚的资金支持，对于城市排水管网不能覆盖的生活小区、经济发展相对落后的广大农村、小城镇地区以及需要对特定污水进行单独处理的机构单位的污水处理来说就显得不是很适合。

小型地埋式生活污水处理设备因其埋于地下，不占用土地资源，没有臭味，投资省，噪声低，不产生二次污染，对周围环境影响小的特点弥补了这一缺陷，为小规模生活污水的处理开辟了一条新的途径。

小型地埋式污水处理设备及其技术特点

地埋式生活污水处理技术是指将污水处理设施中的主体构筑物埋在地下或半地下的污水处理技术。

地埋式生活污水处理设备主要由以下特点：

1.占用空间少。

在地埋式污水处理厂（站）设计中，考虑到地下空间和投资的限制，构筑物设计都比较紧凑技术上也尽量采用占地面积小的处理工艺。

地下污水厂不需要考虑绿化带及隔离带等要求，故占地面积较小。

如日本神奈川县叶山镇地下污水处理厂占地面积仅是地上污水处理厂占地面积的1/3.

2.噪音污染小。

地下污水处理厂的主要处理设备均位于地下，许多机械的震动和噪声对地面建筑和居民基本没有影响，有效地防止了噪声对周围居民工作生活的影响。

3.臭味污染小。

由于处于地下全封闭管理，地下污水处理厂可以对产生的臭气进行全面处理，对环境和周边居民生活不产生任何影响。

英国的伊斯特本新奇地下污水处理厂虽然位于繁华的街道与海滩之间，但未对本区自然景观及居民生活产生任何不利影响。

4.节省土地资源。

地下污水处理厂由于只有部分辅助构筑物建在地面上，占用土地资源很少，节省了城市开阔空间，不会使周边土地贬值，对于周边土地开发没有不利影响，对于寸土寸金的城市来说是一个很好的选择。

地下污水处理厂上部价值也很高，可以用于绿化、公园等公益事业，也可用于商业开发。

芬兰首都赫尔辛基地下污水处理厂仅仅办公室，职工活动中心部分车间及能量生产占位于地面，节省下来的用地规划了一处居民区，修建了一座8层住宅，总建筑面积达到15万m2，可容纳3500人居住。

5.温度较恒定。

地下污水处理厂由于处于地下，除受进水水质的影响外，今本上不受外部环境的影响，特别是地下常年温差相较于地面温差要小，有利于各种生物处理工艺的运行。

6.环境适应能力强。

地埋式污水处理设备可以用在各种不同环境中，在地理气候差异较大的中国南北都能适用，环境适应性强，且设备损耗较于地面污水处理设备小，经久耐用，有着良好的环境效益与经济效益。

地埋式污水处理工艺及特点

目前小型地埋式污水处理厂（站）常用的处理工艺包括SBR工艺、生物接触氧化法以及A2/O工艺，下面将分别分析这些工艺及其特点。

2.1SBR污水处理工艺

ＳＢＲ是间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。

与传统污水处理工艺不同，ＳＢＲ技术采用时间分割的操作方式代替空间分割的操作方式，非稳定生化反应代替稳定生化反应，静置理想沉淀代替传统的动态沉淀。

它的主要特征是在运行上的有序和间接操作，ＳＢＲ技术的技术核心ＳＢＲ反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。

自１９８５年我国第一座ＳＢＲ处理设施在上海市吴淞肉联厂投产运行以来，ＳＢＲ工艺在国内已广泛应用于屠宰、缫丝、含酚、啤酒、化工、鱼品加工、制药等工业废水和生活污水的处理。

ＳＢＲ工艺因其工艺特殊性具有如下优点：

（1）工艺系统组成简单、造价低。

主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流设备。

调节池、初沉池亦可省略，布置紧凑，占地面积省。

（2）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有喜事、缓冲作用，有效抵抗水量和有机物冲击，在一般情况下（包括工业废水处理）无需设置调节池。

（3）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间段，效率高，出水水质好。

（4）污泥活性在同一个运行周期内，经过不同的运行环境条件，污泥沉降性能号，ＳＶＩ（污泥体积指数）值较低，能有效地防止丝状菌膨胀，。

（5）运行操作灵活，通过调节各阶段操作状态可以达到脱氮除磷的效果。

（6）工艺组成简单，处理设备少，便于操作和维护管理。

ＳＢＲ工艺流程如图１所示：

图1SBR污水处理工艺流程图

2.2生物接触氧化法

生物接触氧化法（BiologicalContactOxidation）,又称淹没式生物滤池或接触曝气法，是在生物滤池的基础上发展演变而来的。

生物接触氧化池内设置填料，填料淹没在污水中，填料上长满生物膜，污水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。

从填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后被去除，污水得到净化。

我国从1975年开始了生物接触氧化法污水处理的试验工作，1977年之后，国内在生物接触氧化方面的试验研究和工程实践方面都达到了一个新的水平，尤其在生物接触氧化污水处理技术利用领域的拓宽，生物接触氧化池形式的改进，生物接触氧化填料的开发方面，取得了重要突破和技术进步。

目前，生物接触氧化法在国内的污水处理领域，特别在有机工业废水生物处理、小型生活污水处理中得到广泛应用，成为污水处理的主流工艺之一。

生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术，兼有活性污泥法和生物膜法的特点，具有下列优点：

（1）由于填料的比表面积大，池内的充氧条件良好。

生物接触氧化池内单位容积的生物固体量高于活性污泥法曝气池以及生物滤池。

因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷。

（2）生物接触氧化法不需要污泥回流，不存在污泥膨胀问题，运行管理方便。

（3）由于生物固体量多，水流又属于完全混合型，因此生物接触氧化池对水质水量的骤变有较强的适应能力。

（4）生物接触氧化池有机容积负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产率较低。

典型生物接触氧化法工艺流程如图2所示：

图2生物接触氧化工艺流程图

地埋式生物接触氧化工艺具有占地面积小，不易破坏周围小区景观等特点，同时地埋式污水装置亦能将噪声和臭气对居民的影响减轻到最低。

地埋式生物接触氧化工艺是加了微动力，改变了污水处理装置供养不足、生物活性不够的状态，有效地提高了污染物去除率。

经过微动力曝气池，COD去除率可达85%，BOD5去除率可达90%，同时对氨氮和磷的去处率有很大的提高。

2.3A2/O污水处理工艺

A2/O工艺也称（naerobic-anoxic-oxic）工艺，也即厌氧-缺氧-好氧工艺，是目前应用较为广泛的一种污水处理工艺，是目前应用较为广泛的一种工艺。

在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧去，能同时做到脱氮除磷和有机物的降解。

图3A2/O工艺流程图

A2/O工艺采用三段式反应器，它是传统活性污泥工艺、生物硝化及硝化工艺及生物除磷工艺的结合。

在厌氧段，回流污泥中的聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物，同时部分有机物进行氨化；在缺氧段，反硝化细菌利用污水中的有机物作为碳源，将内回流很荷叶带入的NO3-N和NO2-N通过范晓华作用转为氮气，从而达到脱氮的目的，并使BOD继续下降；而在好养段主要是去除BOD、硝化和吸收磷，，在重组供养条件下，有机物进一步氧化分解，氨氮本硝化菌转为NO3-N，而在厌氧池中充分释磷的好氧菌则可以再好氧池中过量吸收磷，形成高磷污泥，通过剩余污泥排出以达到除磷的目的。

A2/O工艺在去除有机污染物的同时，能够实现脱氮除磷效果，其在系统上可以说是最简单的同步脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其他同类工艺，且反应流程上厌氧、缺氧、好氧交替运行，不易发生污泥膨胀，生物除磷运行过程中无需投药，运行费用低，且污泥中含磷浓度高，具有较高的肥效，是实现污水回用和资源化的有效途径。

但是传统的A2/O工艺难以同时获得高效的脱氮除磷效果，当除氮效果好时，除磷效果较差，反之亦然。

所以为了克服A2/O工艺自身存在的不足，近年来出现了改良型的A2/O工艺工艺，例如改进型A/O工艺、倒置型A2/O工艺、UCT工艺等。

典型的A2/O工艺工艺流程如图3所示。

图3典型A2/O工艺流程图

地埋式污水处理技术的类型和应用现状

地埋式污水处理技术主要分为地埋式有动力污水处理技术、地埋式无动力污水处理技术和地埋式一体化小型污水处理技术三类。

目前，地埋式有动力处理装置是主导产品，市场占有率在90%以上，该工艺通过强化充氧，增强生物处理效果，出水水质稳定，虽然添加了动力设备，投资运行费用相对升高，但其处理范围广，维护管理方便，可通过施加微动力或采取低能耗技术措施降低运行成本；地埋式无动力污水处理技术工艺流程简单，便于管理和维护，由于不需外加动力，因此投资运行费用较少，但处理效果不是很理想，处理范围收到限制，比较适用于经济欠发达的农村地区；地埋式一体化小型污水处理技术一般适用于污水量小，分散广，市政管网收集难度高的生活污水和水质类似的有机工业废水，具有经济、使用、占地小、操作管理方便等特点，是城市污水处理系统的有益补充。

下面将对这几种技术分别进行说明研究。

3.1地埋式有动力污水处理技术

3.1.1工作原理

先进的地埋式有动力污水处理技术主要采用生物接触氧化法，在好氧条件下利用好氧菌将污水中的有机物分解，由于污水中含有悬浮物、漂浮物进入调节池，采用污水泵把纤维状物质撕裂、切断、输送至生物接触氧化池进行生物处理，通过接触氧化池填料上生物膜的作用，使污水净化；污水与接触氧化池中脱落的生物膜一起流入二次沉淀池进行污水分离。

经沉淀池澄清后的污水流入砂滤池进行深度处理后，进入消毒池进行处理，消毒剂采用氯片，以杀灭废水中的病菌，经消毒后，污水已经完成各项处理即可回用或排放。

此外地埋式有动力污水治理技术还采用SBR法、A/O及A2/O等工艺。

3.1.2应用现状

3.1.2.1WSZ地埋式生活污水处理装置

国内于80年代末期开始研究有电耗的地埋式生活污水处理技术，其中与1994年开发出新型WSZ地埋式生活污水处理装置，已经在国内有较多的推广应用。

这种处理工艺大流程为：

污水→调节池→初沉池→接触氧化池→二沉池→消毒池，其核心处理装置是接触氧化池。

污水在调节池内的停留时间为4～8小时，起作用为调节水量和水质；初沉池和二沉池均为竖流沉淀池，具有占地少、效果可靠的特点；接触氧化池内设置半软性填料，污水在池内的停留时间为2.5～3.2小时。

在寒冷地区将设备埋于冻土层一下，以保证装置的处理效果。

由于好氧处理较充分，故本装置对氨氮也具有良好的处理效果。

3.1.2.2马来西亚SATS小型生化污水处理装置

实净系统为一种中型的好氧生化处理设备，在构造上由两个独立的圆罐组成：

第一个圆罐为沉淀池，第二个圆罐为生化池兼有二沉区域（类似于合建式曝气池），在第二个圆罐的出水管附近有一个小型消毒槽。

曝气采用电动胶膜空气泵（没有轴承、不使用润滑油、不产生噪音、节能），对于设计人口为70人的实净处理设备此空气泵的功率为105W。

本装置出水水质可达到马来西亚的A级环保标准：

BOD5≤20mg/L，SS≤50mg/L。

3.1.2.3A/O法+化学除磷法

江苏省昆山是周庄镇一起污水处理厂采用地埋式A/O法+化学除磷法工艺对当地生活污水进行处理。

生活污水经调节池均匀水质、水量后，连续流经缺氧池、好氧池、二沉池进行生化处理。

在缺氧池中进行反硝化脱氮处理，在好氧池中进行去碳及消化反应。

在二沉池前头家化学药剂，利用化学法除磷。

剩余污泥送至污泥浓缩池经污泥消化、稳定、浓缩后脱水处置，定期外运避免造成二次污染。

出水满足《污水综合排放标准》GB8978-96中的城镇二级污水处理厂一级排放标准。

3.2地埋式无动力污水处理技术

3.2.1工作原理

地埋式无动力污水处理技术利用厌氧消化（主要是厌氧生物滤池）-好氧分解、两段生物膜法等传统的理论、成熟的技术使得污水得以净化，即在无氧状态下利用厌氧菌将污水中的有机物分解，控制在产酸阶段，将污水中的绝大多数有机物降解转化，再经好氧菌进一步氧化分解为有机质后排放，污水按水力位能自行运行而无需外加动力。

3.2.2应用现状

3.3.2.1生活污水处理沼气池

生活污水处理沼气池在我国的发展约15年左右，在十几个省市应用。

其中最典型的油的为北京市松榆里小区的生活污水处理装置。

处理的污水为混合生活污水（粪便污水和洗涤污水），其内部构成有：

格栅、厌氧污泥床、厌氧生物滤池和出水过滤澄清池。

这种处理装置具有相对较高的处理效果，而且产生的沼气可供人们使用。

出于安全性的考虑，这种装置一般不宜应用于人口集中的中心区域。

沼气池的出水效果：

COD=55～128mg/L,BOD=37～58mg/L,SS=32-45mg/L.

3.2.2.2马来西亚的SS型生活污水处理装置

其实质上是一种升流式厌氧过滤化粪池。

其设备的内部构造类似于双层沉淀池（殷霍夫池），在该池的进水附近有一个污物手机区域（类似于格栅，分离大块污物），在池中的下层为粪便污水的沉淀池，沉淀污泥沉于池底进行厌氧消化，其上清液向上升流到上层的厌氧过滤槽（滤料为合成塑料填料，除起到截留SS作用外，还起到生物载体的作用），经过过滤后的污水在槽中得以进一步处理后排出，整个设备的设计水力停留时间为24小时以上。

由于其也埋在地下、无需任何电耗，所以也可称其为改进型殷霍夫池。

资料报道这种处理装置其出水水质可以达到马来西亚B级环保标准要求：

BOD5≤50mg/L,SS≤100mg/L.由于为上下双层构造，故其占地面积较小。

3.2.2.3UUAR污水处理工艺

2005年浙江大学环境工程系的沈东升等人研究出了农村生活污水地埋式无动力厌氧达标处理技术（undergroundupoweredanaerobicreactor）简称UUAR。

该技术采用生活污水自流的方式，采用厌氧生物膜技术及推流原理，采用内充固定空心球状填料的地下厌氧管道式或折流式反应器装置为唯一处理设备，利用附着于空心球状填料内外表面或悬浮的专门驯化专性厌氧或兼性厌氧微生物去除生活污水中的有机污染物、病原菌和部分氮、磷，从而达到净化生活污水的目的。

出水水质稳定达到国家二级排放标准，无日常运行费用，适宜于农村生活污水的分散处理。

3.3地埋式一体化小型污水处理技术

3.3.1工作原理

地埋式一体化小型污水处理技术是指将处理规模较小，集污水处理工艺各部分功能，包括预处理、生物处理、沉淀、消毒等于一体的污水处理装置埋设与地下对生活污水进行处理的技术。

目前，地埋式一体化污水处理技术按工艺划分有生物接触氧化法、ＳＢＲ法、Ａ／Ｏ及Ａ２／Ｏ工艺等。

这种污水处理技术是通过对构筑物合理的一体化设计，利用最合理的时空安排，克服传统污水处理工艺流程复杂的弊端，完成池体连续稳定工作的一体化装置。

它的主体设计理念有两种，一种是把沉淀和曝气等操作过程按时间或空间顺序进行调配控制，另一种是吧曝气、沉淀单元或不同工艺的构筑物进行合建。

两种理念目的都是为了使不同的处理工艺组合到一套设备内，从而能够尽量减少占地面积、降低造价和运行费用。

这种装置主要用于水量小，分散广，市政管网收集难度高的生活污水和水质类似的有机工业废水，具有经济、使用、占地小、操作管理方便等特点，是城市污水处理的有益补充。

十分适合于分散型的污水处理要求，对解决我国小城镇污水处理问题有极大的推广意义，具有良好的推广应用前景。

3.3.2应用现状

3.3.2.1ZW一体化地埋式污水处理装置

ZW一体化地埋式污水处理装置是由北京中联动力技术有限责任公司研制出的一种小型一体化污水生物处理系统。

壮之年由玻璃钢外壳和内胆组成中心曝气区和四周污泥沉淀消化区，再配以叶曝和电控柜组成一套完整的污水处理系统。

整个装置集污水的预处理、生物处理、沉淀、污泥消化于一体，能同时达到去除有机物、氨氮及脱磷的要求，且装置可全自动化运行，管理运行简便。

装置是自动化程度很高的一体化设备，但需要配以格栅和调节池进行预处理，污水经过预处理后，进入ZW一体化设备。

污水从上边进水管进入曝气区，通过表面曝气叶轮的水平旋转，产生从四周向中心并上下流动的水力循环搅拌，使污水很快同原有的混合液混合，池内污水处于完全混合状态，其中有机物被微生物高效降解。

处理后的污水通过下部导流缝进入沉淀区，沉淀群呈双锥形截面，越往上流速越慢，接近液面处为0.1mm/s，利于污泥沉淀，固液分离效果好，澄清的水从上边的排水管排出。

处理效果稳定，出水水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB-18918-2002）一级B标准。

3.3.2.2日本净化槽小型一体化污水处理装置

为解决封闭性水域的富营养化问题，日本政府与60年代支持研发了一体化小型净化槽污水处理技术。

目前，净化槽处理装置在日本已经较为普及。

日本当前生活污水处理有公共污水处理厂和净化槽两套系统，前者利用管网将污水输入污水处理厂进行集中处理，而后者不需管网而在现场进行污水处理，这尤其适合于分散型污染源，如别墅、景点和无下水管道的地域。

根据服务人员数量不同，净化槽小到5人型的家庭处理槽，达到2000人型的集中处理槽，形式和规格多种多样，但一般由5部分构成：

1）固形物的沉淀去除，采用工艺方式包括沉淀分离槽、厌氧过滤槽等；2）污染物分离去除，工艺方式包括曝气槽、接触曝气槽、回转板接触槽等；3）去除处理水中的悬浮物，一般采用沉淀槽等；3）去去除病原体，一般采取消毒槽等；5）最终处理物（剩余污泥等）的减量化，采用工艺方式包括污泥浓缩槽、脱水机、干燥机、焚烧炉等，减量化后的最终处理物一般运至填埋厂处理。

经过处理的最终出水水质可以达到日本国家规定标准：

BOD5在10mg/L下，COD在15mg/L下，TN在10mg/L下，TP在1mg/L下。

3.4三种地埋式污水处理技术分析比较

客观的说，相较于传统污水处理技术，三种地埋式污水处理工艺都有各自的优势，但是每种技术都有其适用性和局限性，下面对地埋式有动力处理技术、地埋式无动力处理技术和地埋式小型一体化技术的特点做一个综合分析。

名称

地埋式无动力处理技术

地埋式有动力处理技术

地埋式一体化处理技术

常见工艺

厌氧消化+好养分解、两段生物膜法

生物接触氧化法、SBR法、A/O及A2/O工艺

生物接触氧化法、SBR法、A/O及A2/O工艺

处理效果

能达到国家二级标准

能达到国家二级标准

能达到国家二级标准

处理范围

1000m³/d以下

10000m³/d以下

3000m³/d以下

建设投资费用

较低

基建费用较高

较高，其中设备费用所占比重达

运行费用

基本上无运行费用

较高

较低

维护管理

较方便

可通过PLC自控系统操作，管理方便

较复杂

适用范围

经济技术基础较差、排水管网尚不完善的农村地区

城市生活小区；小城镇污水处理厂（