摘 要：本文對我國 SBR和氧化溝工藝污水處理廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照不同規(guī)模類型進(jìn)行了分類統(tǒng)計。同時分析比較了 SBR和氧化溝工藝各項(xiàng)指標(biāo)，包括占地面積、基建投資、單位電耗、直接成本、總成本、COD去除率、BOD去除率、SS去除率、氨氮去除率和磷去除率。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合兩種工藝的特點(diǎn)及我國當(dāng)前實(shí)際，分析了差異造成的原因。最后對兩種處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況做了展望。
關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠；SBR；氧化溝；運(yùn)行比較
1. 引 言
根據(jù)我國的實(shí)際情況，可將規(guī)模大于 10×104m3/d 的視為大型污水處理廠。而規(guī)模小于等于 10×104m3/d 的為中小型污水處理廠。SBR 和氧化溝作為中小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝，它們具有負(fù)荷低，工藝構(gòu)成簡單，管理簡單方便，出水水質(zhì)好等共同特點(diǎn)。但同時它們也有著各自的特點(diǎn)和適用性。
2. 工藝特點(diǎn)比較
2.1 工藝簡介
SBR 法，即間歇式活性污泥法又稱序批式活性污泥法。近年來，隨著儀表、自動控制技術(shù)與裝備的發(fā)展， SBR新工藝不斷涌現(xiàn)， 如 ICEAS、 CASS、 CAST、 DAT-IAT、 UNITANK、MSBR 等。 氧化溝又稱循環(huán)曝氣法， 是活性污泥法的變種。 它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠[5]，污水滲入其中得到凈化。當(dāng)前常見的氧化溝類型有：Carrousel 氧化溝、Orbal 氧化溝、交替工作型氧化溝、DE 型氧化溝及一體化氧化溝等。
2.2 工藝特點(diǎn)比較
與氧化溝相比，SBR 工藝所呈現(xiàn)的不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①一般不需設(shè)置二沉池；②不用污泥回流或少量污泥回流；③曝氣系統(tǒng)多采用鼓風(fēng)曝氣，而氧化溝多采用機(jī)械曝氣；④曝氣池出水水位不恒定，需用潷水器；⑤自動化程度較高，對自控系統(tǒng)有較高的要求。
3. 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析比較
現(xiàn)通過對我國 194 個中小型城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來源： 《中國城鎮(zhèn)污水處理廠匯編》[6]）的分析，可得以下結(jié)論。
3.1 規(guī)模分布情況
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如圖 1，圖 2可知：在所統(tǒng)計的 194個中小型城鎮(zhèn)污水廠中，氧化溝實(shí)例 129 個，SBR為 65 個。對于 0～2 萬噸/天的污水廠， SBR19 個，氧化溝 18 個。對于 2～5 萬噸/天的污水廠，SBR27 個，氧化溝 65 個。至于 5～10 萬噸/天的污水廠，SBR19個，氧化溝 46 個。
3.2 處理單位水量占地面積
由表 1 可知：①對于0～2 萬噸/天的污水廠，氧化溝處理單位水量占地面積小于 SBR。但對于 2～5萬噸/天和 5～10 萬噸/天的污水廠，氧化溝處理單位水量占地面積要大于 SBR。至于 0～10 萬噸/天的污水廠，兩者處理單位水量占地面積大致相當(dāng)。②單位占地面積隨著規(guī)模的增加而減小，同時減小得越來越緩慢。結(jié)果分析：一般而言氧化溝水力停留時間較長，需設(shè)二沉池，占地面積較大。但對于規(guī)模較小的氧化溝，占地問題并不明顯。
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3.3 各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
由表 2 可知：①在基建投資上，三種規(guī)模類型的氧化溝均高于相應(yīng)的 SBR。但總體均值小于 SBR。且隨著規(guī)模的增加，噸水基建費(fèi)用顯著減小。②在單位電耗上，氧化溝均大于同等規(guī)模類型的 SBR。且不同規(guī)模的 SBR，其單位電耗基本相當(dāng)。但氧化溝隨著規(guī)模的增大，單位電耗有所下降。③在直接成本上，SBR 均大于同等規(guī)模類型的氧化溝。且兩者的直接成本均隨著規(guī)模的增加而減小。④在總成本上，對于 0～2 萬噸/天的污水廠，氧化溝要高于 SBR，但其余規(guī)模的總成本及總體均值均小于SBR。且兩者的總成本隨著規(guī)模的增加而減小。結(jié)果分析如下：
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（1）基建投資：根據(jù) Ketchum等人的統(tǒng)計結(jié)果表明，采用 SBR 法處理小城鎮(zhèn)污水要比普通活性污泥法節(jié)省基建投資 30%以上[7]。 而同時去除有機(jī)物及脫氮除磷的氧化溝的基建費(fèi)用比常規(guī)活性污泥法要低 40%-60%，運(yùn)行費(fèi)用低 30%-50% [8]。其中 SBR 是合建式，一般情況下征地費(fèi)和土建費(fèi)較氧化溝低，而設(shè)備費(fèi)較氧化溝高，總造價的高低要視具體情況決定。地價高，對氧化溝不利；BOD5 濃度低，反應(yīng)容積與沉淀容積的比值低，對氧化溝不利。進(jìn)水 BOD5 濃度高，反應(yīng)容積與沉淀容積的比值高，對氧化溝有利。 就目前的結(jié)果而言，可知在我國進(jìn)水 BOD5 低，地價高對于基建投資的影響超過了設(shè)備費(fèi)用的影響。之所以出現(xiàn)基建費(fèi)用整體均值小于 SBR，是因?yàn)槠⌒偷?SBR 比例要大得多，而基建投資則是隨著規(guī)模的增加而減小。
（2）單位電耗：一方面 SBR 通常采用鼓風(fēng)曝氣，氧化溝則采用的機(jī)械曝氣。在供氧量相同的情況下，鼓風(fēng)曝氣比機(jī)械曝氣省電。其次 SBR 為合建式，不用污泥回流或少量回流，而氧化溝的污泥需大量回流， 此時 SBR 電耗小于氧化溝。 另一方面 SBR 工藝視變水位運(yùn)行，也增大了進(jìn)水提升泵站的楊程，此時增加了 SBR 電耗。而在污水廠的電耗之中，曝氣設(shè)備動力消耗量約占總能耗的 40%~50%，是污水廠的用能第一大戶，污水、污泥提升泵的電耗約為 10%~20%。 因此可知，主要是由于曝氣設(shè)備的原因，使得氧化溝工藝電耗大于了 SBR 工藝。
（3）直接成本（包括折舊、大修和利潤）、總成本：污水廠的直接成本包括了水費(fèi)、電費(fèi)、污泥費(fèi)、維修費(fèi)、生產(chǎn)運(yùn)行必需的管理費(fèi)等。而總成本則額外囊括了固定資產(chǎn)的折舊、設(shè)備大修、更新改造費(fèi)用和利潤。 雖然 SBR 基建投資省，電耗低，但由于自控系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得設(shè)備維修，管理費(fèi)用增加，設(shè)備大修、折舊費(fèi)用增加。另外美國曾對 13 種處理水平、24 種二級生化及二級處理系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較， 統(tǒng)計結(jié)果表明， 對于處理量為 3785～37850m3/d 的污水處理廠，除滲濾系統(tǒng)外，氧化溝工藝是最經(jīng)濟(jì)的。這在一定程度上也體現(xiàn)了氧化溝在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上具有一定優(yōu)勢。但是在我國對于 0～2 萬噸/天的污水廠，氧化溝總成本超過了 SBR。從前面的基建投資和單位電耗可知，氧化溝不占優(yōu)勢，且特別是小規(guī)模污水廠，這一差距變得更大，因此使得此時總成本超過了 SBR。當(dāng)然各個污水處理廠直接成本參差不齊，鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）屬的污水處理廠成本偏高等原因也影響了我們的統(tǒng)計結(jié)果。 總的而言，氧化溝直接成本和總成本低于 SBR，具有一定的優(yōu)勢。
3.4 水質(zhì)指標(biāo)
由表 3 可知：①SBR 和氧化溝均有較高的 BOD，COD，SS 去除率，但氨氮、磷去除率較低。②在各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)上，SBR 和氧化溝相對照，無明顯規(guī)律，各有優(yōu)劣。③就全部污水廠均值而言，氧化溝除磷去除率不及 SBR，其余水質(zhì)指標(biāo)均好于 SBR。 結(jié)果分析：氧化溝屬于延時曝氣，污泥齡較長，使得懸浮性有機(jī)物和溶解有機(jī)物可以得到很好的去除，但不利于除磷。另外由于我國污水廠進(jìn)水 BOD5 較低，脫氮除磷所需碳源不足。使得我國污水處理廠中氨氮、磷去除率普遍偏低。總的而言，SBR 和氧化溝出水水質(zhì)的問題主要體現(xiàn)為氨氮、磷去除率不高。至于其它指標(biāo)，均有較為理想的處理效果。
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4. 結(jié)論與展望
在我國，早在 80 年代 SBR 和氧化溝便有了應(yīng)用。但目前運(yùn)行的 SBR 和氧化溝污水處理廠基本上建于九五期間和十五期間。讓我們放眼于更遠(yuǎn)的將來，基于 SBR 和氧化溝處理技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，它們將會不斷克服自身的缺點(diǎn)。
（1）在占地面積上，就目前而言，氧化溝不占優(yōu)勢，增加溝深成為其發(fā)展的必然趨勢。由于水下推進(jìn)器在氧化溝中的應(yīng)用，使得這一問題得到了很好的解決；另外一體化氧化溝等技術(shù)的發(fā)展，也在一定程度上簡化了工藝流程，減小了其占地面積。當(dāng)然污水廠占地面積也不能一味的求小，生態(tài)綠化方面的要求也應(yīng)該予以考慮。
（2）在基建投資上，就目前而言，由于進(jìn)水 BOD5 低，地價高，氧化溝并不占優(yōu)勢。其中進(jìn)水水質(zhì)同管網(wǎng)的普及率及城市特點(diǎn)類型，工業(yè)規(guī)模和性質(zhì)等有關(guān)，有時差別較大。隨著管網(wǎng)普及率的增加，進(jìn)水 BOD5 會有一定的增大，但是人們用水量的增加，又勢必削弱這一影響。總得而言，我國進(jìn)水水質(zhì)在未來幾年變化不大。至于地價，也并無下跌的趨勢。同時隨著國產(chǎn)化設(shè)備的研制，SBR 的基建投資會進(jìn)一步降低。綜上可知：未來幾年在基建投資上，氧化溝將會持續(xù)高于 SBR。
（3） 在單位電耗上， 就目前而言， 主要由于曝氣設(shè)備的原因， 氧化溝的電耗要大于 SBR。而近年來由于水下推進(jìn)器的應(yīng)用，使得鼓風(fēng)曝氣在氧化溝上的應(yīng)用成為了可能，國內(nèi)已有多座氧化溝污水處理廠采用了鼓風(fēng)曝氣加水下推進(jìn)器的設(shè)備組合方式，節(jié)能效果明顯。同時如一體化氧化溝的發(fā)展， 也使得氧化溝污泥可以自動回流， 進(jìn)一步降低了能耗。 因此綜上可知：氧化溝的電耗將會在將來應(yīng)用中有所降低。
（4）在直接成本和總的成本上，總的而言，SBR 要高于氧化溝。主要是由于自控系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得設(shè)備維修、管理費(fèi)用增加，設(shè)備大修、折舊費(fèi)用增加。隨著國產(chǎn)化設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用，這一問題會得到一定的緩解。
（5）在水質(zhì)指標(biāo)上，兩者大致相當(dāng)，氨氮、磷去除效率低是兩者共同存在的問題。這同當(dāng)前低碳源的條件是分不開的。而隨著低碳源下脫氮除磷技術(shù)的開發(fā)及各種SBR、氧化溝改進(jìn)工藝的應(yīng)用。這一問題即將得到很好的解決。
5. 結(jié)語
隨著水環(huán)境治理的深入，中小型污水處理廠將會越來越多[15]。SBR 和氧化溝基于自身的眾多優(yōu)點(diǎn)， 它們必將在其中占有一席之地。 而充分利用已有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，再結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，將會為工藝的選擇提供依據(jù)，帶來方便。同時，中小型污水處理廠的建設(shè)，也將會豐富我們的數(shù)據(jù)庫，豐富我們的經(jīng)驗(yàn)。相信到那時，我國城鎮(zhèn)污水處理廠投資將越來越省、能耗和運(yùn)行成本將會越來越低、占地將會越來越小。越來越多的環(huán)保型污水處理廠將會呈現(xiàn)在我們眼前。
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