关键词：污泥综合利用
城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，如果不加处理的任意排放和投弃会对环境造成严重的污染。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大的增长。如何妥善地处置污水厂污泥，并将其作为一种新的资源加以有效利用，变废为宝，已成为城市污水厂和相关部门提高技术水平和管理水平的重要因素，也是全球共同关注的课题。
1.污泥最终处置的主要方式
目前，国内外污泥最终处置方式主要有：综合利用、填埋、投海。
（1）综合利用
①农田林地利用
污泥脱水后堆肥农用是目前国内一些污水处理厂正在进行研究和开发的课题，污泥中含有大量植物生长所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良剂（有机腐殖质）。我国城市污水处理厂的各种污泥所含肥分见表1，故污泥农田林地利用是最佳的最终处置方法，但污泥中也含有对植物及土壤有危害作用的病菌、寄生虫卵、难降解有机物、重金属离子以及N、P的流失对地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物质，目前对重金属污染研究较多。因此，在作农田林地利用前，应进行堆肥处理以杀死病菌及寄生虫卵，同时还应去除这些有害物质。目前普遍的问题是检测手段跟不上要求，处理成本无法和经济效益相平衡，化肥的普遍应用造成销售市场难以开发等，这些使得此种处置方式尚未得到普遍的推广。我国有大量工业废水进入污水处理厂，污水中重金属离子约有50％以上转移到污泥中，污泥中的重金属离子含量一般都较高。
为提高污泥的农用量可以采取一些措施：一是把污泥制成有机—无机复合肥料，适当添加钾肥以补充污泥肥料中钾的不足，这样可以提高肥效降低有害物的含量；二是在经济政策上优惠使用污泥复合肥料的单位或个人，如免费提供试用肥料样品，免费为施用污泥复合肥料的区域或地块作土壤营养状况分析等。
②污泥焚烧产物利用
污泥中合有一定量的有机成分，经脱水干燥的污泥可用焚烧处理。在日本，该方法巳占污泥处理总量的60％以上、欧盟也在10％以上。为防止焚烧过程中产生二?f英等有毒气体，焚烧温度应高于850℃。污泥焚烧所产生的焚烧灰具有吸水性、凝固性，因而可用于改良土壤、筑路等，也可作为砖瓦和陶瓷等的原料，另外，污泥灰也可以作为混凝土混料的细填料。将污泥转变成一种颗粒状燃料，可以很好燃烧，其热值和褐煤相当，燃烧释放的有害气体远低于焚烧过程，其残余物可用于建筑工业。
污泥焚烧可以从废气中获得剩余能量，用来发电。在脱水污泥中加入引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加剂制成合成燃料，该合成燃料可用于工业和生活锅妒，燃烧稳定，热工测试和环保测试良好，是污泥有效利用的一种理想途径。
③低温热解制取可燃物
污泥热化学处理因其无害化和减量化彻底，地位已逐渐增强。污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。它通过在催化剂作用下无氧加热干燥污泥至一定温度（<500℃）、由干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝性气体和炭等可燃产物，最大转化率取决于污泥组成和催化剂的种类，正常产率为200～300L（油）/t（干泥），其性质与柴油相似。
④建筑材料利用
污泥可用于制砖和制纤维板材。
污泥制砖的方法有两种。一种是用干化污泥直接制砖，另一种是用污泥灰渣制砖。用干化污泥直接制砖时，应对污泥的成分作适当调整，使其成分与制砖粘土的化学成分相当。当污泥与粘土按重量比1:10配料时，污泥砖可达普通红砖的强度。利用污泥焚烧灰渣制砖时，灰渣的化学成分与制砖粘土的化学成分是比较接近的，制坯时只需添加适量粘土与硅砂。比较适宜的配料重量比为灰渣：粘土：硅砂＝100:50:（15～20）。
污泥制生化纤维板，主要是利用活性污泥中所含粗蛋白（有机物）与球蛋白（酶）能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液这一性质，在碱性条件下加热、干燥、加压后，发生蛋白质的变性作用，从而制成活性污泥树脂（又称蛋白胶），使之与漂白、脱脂处理的废纤维压制成板材。其品质优于国家三级硬质纤维板的标准。
（2）填理
污泥填埋有填地与填海造地两种。
污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少，脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。由于消化装置工艺复杂、一次性投资大、运行操作难度大，实际运行经验表明往往难以达到预期的效果。况且脱水污泥含水率大大高于普通生活垃圾卫生填埋场所要求的30％含水率，因此需再经处理才能送生活垃圾填埋场填埋；或者设置专用的污泥填埋场，根据污泥的含水率及力学特性等因素进行专门填埋，但此法有占地较大、选址受阻及存在二次污染隐患等缺点。
污泥填埋的操作要求与垃圾填埋相似。污泥填埋场的渗滤液属高浓度有机污水，必须集中加以处理；污泥填埋场四周应设围栏，并采取相应的防蚊蝇、防鼠措施，未经干燥焚烧处理的污泥，宜小规模分层填埋，生污泥泥层厚度应<0.5m，消化污泥泥层厚度应不大于3m，泥层上面铺砂土层为0.5m，彼此交替进行填埋，并设置通气装置，污泥焚烧灰渣填埋时，可不分层填埋。
污泥填海造地，应遵守下列要求：①必须设护堤，渗水也必须集中进行处理，以防污泥和污水污染海水；②污泥或灰渣中的重金属含量应符合填海造地标准。
（3）投海
沿海地区，尤其是有大江、大河入海口附近，可考虑把生污泥、消化污泥、脱水泥饼或焚烧灰渣投海。投海污泥最好是经过消化处理的污泥。投海方式可用管道输送或船运，其中管道输送较为经济。在污泥投海工程实施前，必须搞好投海区的选择（离海岸10km以外，水深25m左右），以保证海水的稀释与自净作用。
总之，综合利用将是今后污泥处置的主要方式。填理由于占地多，潜在生物可利用率低，渗滤液可污染地下水，后续处理管理费用高等问题，应用受到限制。海洋投弃将逐渐被禁止。随着科技的发展，污泥的有效利用的方式和有效利用率将会进一步增加。
2.污泥利用方案的选择
（1）污泥利用的潜在风险
污泥利用需满足严格的环境卫生标准，不能造成新的环境危害。污泥利用的环境问题是重金属和氮对土壤、作物、水体的影响以及病原物污染，所以具有潜在风险。污泥的热能利用无疑是风险最小的，而土地利用则需严格管理，只有重金属含量低于农用污泥标准才可用于农作物，而且污泥肥的施用也需严格定量以控制重金属的积累和减少氮、磷淋失对水体的污染。至于病原物污染，热干化的安全性较佳，因其高温灭菌作用很彻底，产品可完全抑制微生物的活性；碱性稳定化基本上也能达到安全标准；堆肥则不足以保证安全性，因病原物仍有少量存活且产品的高含水率（一般为30％～40％）可使病原物复活，故采用堆肥方案时需加强对堆肥质量、场所和施用场地的管理。
（2）利用方案的比较
①农田林地利用
用污泥对农田、林地、草坪施肥或进行土壤改良以及用于市政绿化、育苗等，不仅可改善土壤的理化性质，增加土壤肥力，促进树木、花卉及草坪等的生长，而且可避免污泥中的重金属、有毒有机物因食物链的生物富集效应对人畜产生的危害，除此之外土壤的自净能力还可使污泥进一步无害化。因此土地利用是一种积极的、生产性的污泥处置方法。污泥利用前需堆肥化处理，堆肥化若采用静态条垛工艺，成本最低，但其生产周期长、占用土地多且对周围环境的影响比较严重；若采用发酵仓，其设备投资和运行费用将增加，而且若要制成复合肥还需烘干造粒设备，这样其成本优势就大大削弱了。
②污泥焚烧产物利用
污泥焚烧效果好，焚烧产物既可用作新的产品原料，又可回收热能。国外已有较成熟经验和工艺，可以直接借鉴使用。但总体来说焚烧的成本最高（是其他工艺的2～4倍）。今后应从降低成本，减少二次污染角度着手，生产新设备。
③低温热解制取可燃物
污泥低温热解效果亦好，污泥可通过干馏提取油、气等，不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工产品，具有工业化利用前景，且能量回收率高，经济性优于焚烧处理，是大有前途的处理方法。在热解机理和动力学研究方面，还有很多工作需进一步探讨。在工艺和设备的改进方面有待新的突破。
④建筑材料利用
建筑材料利用，不仅可以减少污泥填埋所占用的土地，减少自然资源消耗，而且可以使资源得到循环利用，变废为宝。
（3）其他因素
污泥处理设施的选址是方案选择的决定因素之一。一般而言，污泥宜就近处理以节省运输费用和减少湿污泥运输对沿途造成的污染。由于污泥处理过程中可能会带来臭味、有毒有害气体及病原体等环境问题，所以选址会对方案选择产生决定性影响。
城市污水厂建设规摸的确定，是根据城市总体规划和排水规划，分期分批地建设污水管网和污水处理厂，要根据水环境保护的目标，分期实施，逐步到位。城市排水工程建设是一项系统工程，涉及城区管渠改造，污水的收集、输送(包括泵站)，污水处理和排放利用，以及污泥处置等问题在。
2.城市污水处理厂的工艺选择
具体工程的选择要求包括：
①技术合理。技术先进而成熟，对水质变化适应性强，出水达标且稳定性高，污泥易于处理。
②经济节能。耗电小，造价低，占地少。
③易于管理。操作管理方便，设备可靠。
④重视环境。厂区平面布置与周围环境相协调，注意厂内噪声控制和臭气的治理，绿化、道路与分期建设结合好。
⑴好氧生物处理技术是世界各国城市污水处理厂普遍采用的污水处理工艺，分为活性污泥法和生物膜法两种。活性污泥法是水体自净的人工强化，是使微生物群体“聚居”在活性污泥上，活性污泥在反应器－曝气池内呈悬浮状，与污水广泛接触，使污水净化的技术；生物膜法是土壤自净的人工强化，是使微生物群体以膜状附着在物体的表面上，与污水接触，使污水净化的技术。活性污泥法、生物膜法及其变种变工艺，各有特点和应用条件，在选择的时候，应根据各地区的水质、水量、受纳水体、气候、环境、经济情况等条件确定。
⑵活性污泥法工艺在净化机制上，没有什么突破，历经几十年的发展与革新，现已拥有以传统活性污泥法为基础的多种运行方式，如A/O除磷工艺、A/O脱氮工艺、A2/O同步脱氮除磷工艺、氧化沟工艺、A/B法、各种SBR法、载体活性污泥法、一体化活性污泥法等等。近十几年来，活性污泥法最大进步就是将厌氧机制引入到生化反应池之中来，使厌氧和好氧状况在生化池中同时存在或反复周期性地实现，但其基本流程原理与标准法是一致的。
⑶厌氧－好氧活性污泥法工艺（A/O法），是具有生物选择机能并兼有脱氮除磷功能的标准活性污泥法变法。所谓厌氧就是生化反应段内溶解氧趋于零状态。在这种环境下迫使专性好氧微生物－丝状菌代谢机能锐减，抑制了其繁殖，起到了厌氧生物选择作用，从而可以防止污泥膨胀现象发生。A/O活性污泥法工艺在普遍活性污泥法前段加入厌氧段，通过污泥负荷的变化来实现除磷或脱氮的功能。在A/O法的基础上又发展了A2/O法，即在厌氧、好氧段之间加入缺氧段以实现同步除磷脱氮，由于其污泥负荷适应范围较小，因此在实际运行中往往按偏重于除磷或脱氮之一功能进行。A/O法、A2/O法工艺由于出水水质稳定、能耗不高、运行管理方便等特点，在国内外大中型污水厂中采用最多。
⑷载体活性污泥法，是在活性污泥法反应池内投加固体颗粒或软性、半软性填料，以增加单位反应空间的微生物量，提高反应器容积负荷。是一种活性污泥法与生物膜法的良好结合，一般适于污水厂挖潜改造，提高处理能力，其核心技术为专利填料，近几年林泡工艺作为其代表应用于大连春柳污水厂和铁岭污水厂。
⑸氧化沟法，于五十年代由荷兰人巴斯维尔所开发，主要有卡鲁塞尔（Carrousel）式、三沟式、一体化式、奥贝尔（Orbal）式等几种技术形式。氧化沟法是一条闭合的生化反应沟渠，以转碟或转刷为充氧和水流动力，流程简单，对运行管理要求较低，多用于延时曝气，产生污泥量少，污泥易于脱水。氧化沟法在我国南方地区及中西部地区得到广泛应用。
⑹A/B法（Absoption-Biodegradation），是两级生化反应系统。一级为生物吸附，污泥负荷高，反应时间短（30分钟）；二级为一般生化反应池，污泥负荷同普通活性污泥法。A/B法的
一、二级都有自己的二次沉淀池和污泥回流系统，多用于浓度高的生活污水，其国内典型应用为乌鲁木齐河东污水处理厂和青岛海泊河污水处理厂。
⑺序批式活性污泥法（SBR-SequencingBatchReactor）是1914年由英国学者Ardern和Locket发明的水处理工艺。70年代初，美国NatreDame大学的R.Irvine教授采用实验室规模对SBR工艺进行了系统深入的研究，并于1980年在美国环保局（EPA）的资助下，在印第安纳州的Culwer城改建并投产了世界上第一个SBR法污水处理厂。
⑻间歇式循环延时曝气活性污泥法（ICEAS－IntermittentCyclicExtendedSystem）是在1968年由澳大利亚新威尔士大学与美国ABJ公司合作开发的。1976年世界上第一座ICEAS工艺污水厂投产运行。ICEAS与传统SBR相比，最大特点是:在反应器进水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水，无明显的反应阶段和闲置阶段，因此处理费用比传统SBR低。该工艺在我国典型的应用为昆明第三污水处理厂，在国内影响较大。
⑼生物膜法，是另一种广为采用的污水生化处理方法。这种处理法是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型生物附着在载体或滤料上生长繁殖，并在其上形成膜性生物污泥－生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。
3、根据以上工艺技术对比分析，结合奎屯市污水水质情况，认为较合适的处理工艺优选为：
第一方案：A/O工艺
近二十年来活性污泥法的最大进步就是将厌氧机制引入到生化反应池之中，厌氧、好氧的间歇周期运行给活性污泥法带来新的技术经济效果，即生物脱氮、生物除磷、生物选择等。
厌氧－好氧活性污泥法脱氮工艺（A/O法），是具有生物选择机能并兼有脱氮功能的标准活性污泥法变法。
第二方案：DAT－IAT工艺
好氧间歇曝气系统（DAT－IAT－DemandAerationTank-IntermittentTank）是一种SBR新工艺。它介于传统活性污泥法与典型的SBR之间，采用连续进水连续－间歇曝气的运行方式，适用于进水水质水量变化幅度较大的情况。主体构筑物是由需氧池DAT池和间歇曝气池IAT池组成，DAT池连续进水连续曝气，其出水从中间墙进入IAT池，IAT池连续进水间歇排水。同时，IAT池污泥DAT池。它属延时曝气工艺，实际上为A/O脱氮工艺与传统SBR的结合，该工业具有较低的污泥负荷，因此具有抗冲击能力强的特点，并有脱氮功能。该工业国内应用于天津技术开发区污水处理厂和抚顺三宝屯污水处理厂，是一种适合于较大水量的SBR工艺。
4、科学的进行工艺方案比较：
因地制宜地进行工艺方案(主要是生物处理方案)比较是必要的。对工艺方案的比较力求客观全面，在同等进水、出水条件下，其设计参数应包括对各种污染物的去除率、曝气时间、污泥负荷和容积负荷、曝气量和氧的利用率(及动力效率)、污泥产量(及污泥指数)等作全面分析，数据丰富就可以集思广益，扬长避短，根据技术上合理，经济上合算，管理方便，运行可靠且有利于近、远期结合的原则，进行工艺方案的优化抉择。
【关键词】污泥；污泥固化；含水量；抗剪强度
1城市湖泊污染现状
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，城市生态环境特别是城市河流、湖泊生态环境日益受到重视和关注，但由于城市工业的快速发展，大量工业废水不经过处理直接排放进湖泊，导致湖泊中积累了高浓度的有机污染物，有害重金属及病原微生物等。
由于城市湖泊的相对封闭性和不流动性，加上湖泊污染形成和生态恢复机理的复杂性，一旦出现湖泊环境恶化很难在短时间内恢复到健康水平，因此治理城市湖泊污染是一项长期而艰巨的工作。
2固化污泥的工程性质
本次固化试验所采用的污泥取自武汉官桥湖底泥经过机械脱水工艺初步处理后的污泥。官桥湖原状底泥的含水量非常高，重度非常低，比重非常小，颗粒相当细，有机质含量相当高，渗透性相当差，经过机械脱水工艺初步处理后污泥含水率得到一定降低。污泥脱水干化设备可以将污泥中大部分水分和部分较轻的有机物分离出来，污泥重度增大，渗透性增强。脱水干化理后污泥的含水量依然偏高（80～100%），强度偏低（
3试验介绍
3.1试验材料及仪器
固化材料采用生石灰（Cao）、P・O42.5普通硅酸盐水泥和粉煤灰。
抗剪强度试验采用微型十字板剪切仪。该仪器精度较高，有效测试范围适合固化污泥的检测，以及其小巧，操作简单方便等特点均非常适合室内土工试验。
3.2污泥固化剂固化机理
不同固化剂与污泥混合后发生各种复杂的物理反应和化学反应，现就投加生石灰（CaO）固化剂来分析反应原理，石灰与污泥中的水分发生如下反应：
1kgCaO+0.32kgH2O->1.32kgCa（OH）2+1177kJ
根据这一反应，每投加1公斤的氧化钙有0.32的水被结合成为氢氧化钙，反应所生成的热可蒸发约0.5公斤的水。生石灰与水反应生产氢氧化钙后，会继续与污泥中的其他物质发生进一步的反应，如生成物氢氧化钙与CO2的反应：
1.32kgCa（OH）2+0.78kgCO2->
1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ
这一反应会使固体物的总量增加，发热蒸发一部分水，进而增加处理后污泥的含固量。氧化钙、氢氧化钙还可以与硅酸（SiO2）或者氧化铝（Al2O3）发生反应。
3.3试验目的
官桥湖污染底泥的含水量为80～100%，抗剪强度不到10Kpa，根据工程经验和国外资料[1，2]，污泥填埋时要求污泥的含固率≥35%、抗剪强度≥25Kpa，或抗压强度≥50kPa。机械脱水干化处理后的污泥强度满足不了堆载和填埋要求要求，若要通过机械脱水工艺进一步降低污泥含水量，提高抗剪强度，则要较大的降低生产效率，增加较高工程成本。本试验的目的即在机械脱水后的污泥中投加质量百分比为13%的固化剂，根据污泥的含水量降低情况和抗剪强度增强情况，选择最经济的固化材料和配比，使固化污泥满足外运和填埋要求。有人用生石灰、水泥和粉煤灰对污泥进行固化处理，对改善污泥的填埋性状，效果很好[3-6]。
3.4试验方案
固化试验方案分为二组：一组是水泥和粉煤灰，还一组是生石灰和粉煤灰。将二组方案按不同的质量百分比和污泥混合，充分搅拌后研究其工程性质，固化方案见表1。作为对比，对纯污泥进行了相应的试验，并将纯污泥称为0号试验。
4试验分析
固化污泥的强度是随着时间的推移和含水量的降低而提高的。为了研究试样的含水量变化情况和强度发展过程，分阶段测量了固化剂与污泥混合搅拌均匀后初始时刻、2h、8h和24h的强度及相应的含水量。
根据实验结果发现，生石灰的固化作用主要表现在前期，而水泥的固化作用在后期才表现的更为显著，这主要是由于生石灰在接触污泥中的水后可以迅速发生反应，消耗掉污泥中一部分多余的水分，同时反应时释放的反应热有利于固化污泥中水分的散失，而水泥中硅酸盐的胶结反应是随时间增长慢慢完成的过程，需要达到一定龄期后才能形成更多的硅酸盐产物，因此生石灰的早期效果较好，随着龄期的增长，水泥的作用得到充分发挥。
根据实验得知，A2（水泥、粉煤灰和污泥的质量百分比为6：7：87）试样养护2h后抗剪强度可达到25Kpa以上，一是由于含水量减少使土颗粒之间的结合水膜变薄；二是因为生石灰等固化材料的掺入，发生化学反应，生成不溶性物质，并吸附在土颗粒表面，起胶结作用。
5结语
采用室内试验方法对机械脱水干化处理后的污泥进行了固化试验研究，结果表明，水泥和粉煤灰的组合对污泥的固化作用比较明显，采用适当的配比，进行短期的养护，强度和含水量完全可以满足外运和填埋的要求。其中试样A2（水泥、粉煤灰和污泥的质量百分比为6：7：87）具有较低的含水量和较高的强度，可满足土方外运和填埋处理等相关要求，且具有较好的经济效益。
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关键词：活性污泥模型；教学；污水厂；模型校正
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2012）08-0042-02
一、简介
随着活性污泥模型在污水处理研究和工程应用中的不断普及，污水处理模型知识在实践中的需求也相应增加。而目前有关活性污泥模型的教学和实践需求相比较，也日益显得脱节。据笔者了解，目前国内高校大部分给排水专业缺乏专门系统的讲授这方面的知识，一般都是以概括性的介绍为主，缺乏针对性的教学。活性污泥模型在工程中的应用包括系统研究、操作优化、过程控制优化、污水厂方案选择等。不同的模型适用范围，对应着不同的模型复杂性，相应的教学要求也不一样。通过给学生讲解活性污泥模型，一方面可以为学生毕业以后熟练的利用模型进行有关工程实践打下基础，也可以加深在校时对专业知识的理解。目前针对给排水和环境工程专业的本科生活性污泥方面的教学尚无统一的意见，大部分高校以概括性的介绍为主。因此本文主要探讨如何在活性污泥模型在给排水和环境工程的专业学生中开展教学。
二、活性污泥模型教学目的
根据教学目的不同，活性污泥模型可以有不同的层次。目前来看，有关不同层次的模型所需要复杂程度和教学要求目前并没有统一的看法，因此本文将首先探讨活性污泥模型的教学目的。
1.教学演示。实际的实验能够帮助学生加深对书本知识的理解，然而在课堂上进行试验会受到很多条件的限制，数学模型此时可以作为对实际实验的部分替代，对此类模型应用来说，学生并没有参与到模型的建立、应用的全过程。这类模型应用的目的，并不是为了教学模型本身，而是为了对相关知识的理解。
2.系统模拟练习。主要是针对学生，在已经具备了活性污泥法处理污水的系统知识，可以利用模型来测试不同处理单元的组合配置以及操作条件对处理效果的影响。学生需要较为详细的了解对实际过程的模型表达，模型的参数选择、数值求解过程等。比如在IWA活性污泥的推荐报告里面，提出了不同的处理过程如好氧、厌氧、缺氧、水解等过程的数学模型表达，学生应当能够理解这些模型的基本假设、适用范围等，并且能够结合说需要模拟的组合处理单元，正确的用模型来表达这些处理单元。
3.模型的实际应用。模型的实际应用包括对新建污水处理厂的方案设计和旧污水厂的诊断改造，如初沉池的设计、膜生物反应器膜污染控制等。这方面的模型教学要求比较高，它需要学生能够将模型应用到实际的生产应用中，此目的一般需要通过学校教育和工作岗位培训结合起来才能够达到。
三、主要存在的问题
自从由国际水质协会活性污泥模型以来，已经由最初ASM1号模型发展到如今的ASM3号模型，由原来的只能对有机物去除的模拟发展到可以对有机物、氮磷去除的同步模拟。在欧美国家的应用逐渐推广。在国内有关模型的应用也取得了较快的发展，有关活性污泥模型研究也取得了一定的成绩。在实际工程中也有初步应用，包括在污水厂的设计、改造和控制。目前存在的问题主要是有关活性污泥模型应用方面的人才严重不足，制约了模型在实际工程中的应用推广。因此有必要加强相关活性污泥模型应用人才的培养，根据市场需要，分层次的培养相关人才。
四、教学方法和要求
1.根据工程问题建模。要求学生能够根据实际的工程问题，采取合理的假设，运用商业软件或者通用软件，将工程问题转化成数学模型，并且对数学模型的参数进行有效的校正。要求学生具有一定的化学反应工程学基本知识，以及数值分析的能力。所建立的模型要尽可能的真实的反应所要解决的问题。并且运用模型时，充分考虑各种因素，应该能够认识到模型的简化和局限性，使得模型的应用能够保持在合理的假设范围内。
2.案例分析教学。通过一些典型活性污泥数学模型应用的案例分析，使学生快速掌握活性污泥模型的基本方法。使活性模型的学习和实际应用紧密的联系起来，并且激发学生的学习主动性，主动寻求案例分析中模型应用的缺陷，鼓励学生提出改进方案。
五、结论与建议
有关活性污泥的教学严重滞后于实际工程应用的需要，据笔者了解，目前绝大部分高校没有在本科生中开展活性污泥模型的教学。有关活性污泥模型人才的培养不能满足实际应用的需求。目前在国内尚缺乏标准化的教学规范，因此有必要就此问题进行深入的教学研究，尽快实行教学试点，得出行之有效、切实可行的教学方案。
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【关键词】中小城镇污水处理厂运营管理关键成本要素
现阶段，我国城镇化发展水平在不断提升，城镇人口数量也在不但增加，而城镇污水排放量也在随着人口数量的提升而提升，这样导致我国中小城镇污水随意排放的情况逐渐涌现，并且为所在区域的生态环境和身体素质带来影响。为了解决中小城镇污水问题，本文主要是对中小城镇污水处理厂运行中的特点和管理中的关键成本要素进行研究。
一、中小城镇污水处理厂的特点
其主要分为以下几点：第一，排水面积小，处理范围小，一天中水的数量和质量变化系数较大。第二，产业结构和气象条件的区域特点区别较大，水的数量和质量的通用性较低。第三，经济发展水平较低，经济承受水平较差，可以选择的工艺较少。第四，实际处理范围较小，但是产生的成本费用支出较多；第五，在实际发展中，不断提升工程的自动化程度，但是专业技能人才较少，难以满足自动化工作的需求。第六，通常在城镇小区或者是企业中修建，其占据的地址会受到约束。第七，因为规模较小，从工艺科学性分析通常情况下不会进行污泥消化，更多降低污泥数量的同时确保污泥部分耗氧的平稳性。
二、中小城镇污水处理厂运营管理的关键成本要素
（一）选址和规模的明确
其主要分为两方面，一方面是选址。一般情况下，在城市设计中已经命去了定位方案，因为城市的总体计划和土地应用计划大都将已经提出污水处理的周边地区定为农用地，还有的是基本农田。在没有原则性问题的背景下，需要结合规定方案实施。污水处理工作需要提出多个方案，并且辅助证明设计方案的科学性和合理性，最终让设计部门审批。选址方案通常情况下需要考虑一下几点问题：第一，污水管线最短，选址标高要适当，不能受到洪涝灾害的影响；第二，在水资源较为缺乏的区域，全面研究污水回用；第三，在水资源条件较为优越的情况下，需要分析其是否具备回用需求，也就是开发水市场，依据规定设计，不能过于盲目追求污水回用。另一方面是规模。其主要分为以下几点工作：第一，设计水量。污水处理的范围需要结合城市以往每年供水的信息资料进行研究，将现状年的用水数量定为基础，依据年增长率法估计污水处理的范围，同时依据实际检测市区重要排污口的水含量，结合实测污水折减系数来明确实际水量范围。第二，设计进水水质。污水处理厂中的这项工作，可以在城镇中选择几个具有代表性的排污口，定期检测水的质量和数量，依据加权平均法来明确现状水质浓度，以此为根本，依据其他检测信息资源实施全面的研究，从而明确设计进水水质。由于不同区域城镇的产业结构也存在一定的区别，因此不能简单的对比分析。
（二）明确科学的污水处理技术
在构建之前需要实施全面的研究和论证分析，在选择工艺上要满足高效、经以及简单的规定，并且对拟选择的工艺实施验证，从而明确其实际应用的可行性。现阶段，多个中小城镇污水处理在选择污水处理技术的过程中盲目跟从大城市的选择，其中包含了氧化沟、SBR等形式，这些都是活性污泥法的选择。而中小城镇本身因为水含量较小、工业化程度较低，促使进水的浓度较低，更符合生物膜法中的生物滤池、生物转盘等工艺技术，这些工艺不但满足能源消耗、占地等需求，在中小城镇污水处理中也具备一定的优势。除此之外，一些有条件的中小城镇可以结合所在区域的实际情况，选择那些成本低、符合所在区域排水排放规定的处理技术，例如加强一级絮凝处理等工艺，同时也可以选择人工湿地或者是土地处理与应用系统，与所在区域的生态环境和农业相结合，构成统一的生态农业环境，也就是污水回收与再用的生态农业系统。
（三）处理污水与污泥
一个一天可以处理10×104m3污水的污水处理厂，若是每天都可以正常工作，那么每天将会构成固体污泥十到二十吨，折合成含水污泥，一般情况下是含水百分之八十，可以达到五十到一百吨。因此，处理这些污泥就成了运营管理中的关键成本因素。在中小城镇污水处理厂推广初级阶段，因为水含量较少，水质浓度不高，这一问题并不明显，若是进入到正常工作中，污泥处理问题将会变得越来越严重，因此在构建污水处理厂之时也要注重考虑一下几点问题：第一，栅渣、浮渣以及初沉池污泥；第二，沉池污泥等。污泥一定要进行处理，从而避免出现第二次污染。沉淀池污泥含水量达到了百分之九十九以上，同时水处理工艺所产生的污泥平稳性也存在一定的区别。若是一线处理，污泥最不平稳；若是二级生物处理，那么会依据工艺中泥龄的高度影响实际污泥的平稳性。由此，很多污水处理厂都以高消耗为基础应用高污泥龄，以此确保污泥变得更加平稳。同时，在高标准中提出，一切污泥都要进行硝化处理。
（四）优化企业内部运行考察机制
在实际发展中，中小城镇污水处理厂需要从传统意义上关注工程项目建设转变为关注运行管理，从而不断优化企业内部发展过程中的考察机制，引用专业的管理技术人才，在技术、工作以及管理技能较低的背景下，将那些不具备现代化操作技能的人才送到更多发展的培训班去，再应用更多具备专业技能的人才实施工作，确保岗位工作的平稳性和有效性。同时，对厂中具备的机电设施、设备仪表等实施建档建卡，登记储存，为之后机电设施的保护和维修工作提供依据。
三、结束语
总而言之，我国各个区域的政府都在增加生态环境优化的投资工作，特别是中小城镇污水厂建设方面，在实际发展过程中获取了一定的成绩。在实际建设的过程中，会逐渐涌现出越来越多的中小城镇污水处理厂，对于优化所在区域的水质和生态环境、降低污染排放量有一定的引导作用。通过上述对运营管理中关键成本要素的研究，有助于污水处理厂工作人员组建明确发展过程中的重难点，从而为未来除污工作的创新提供依据。
参考文献：
[1]俞厚未，朱文慧.中、小城镇污水处理厂的运营模式浅议[J].中国给水排水，2015.
关键词：城市污水处理；奥贝尔氧化沟工艺；总投资；运行成本
中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A
引言
水是人类赖以生存的宝贵资源，没有水生命就不存在。然而我国却属于世界上13个最贫水的国家之一，人均占有水量仅为世界人均量的1/4。珍惜水资源，合理利用现有水源，保护现有水源不受污染，治理好城市生活污水和工业废水，是目前我国城市面临的当务之急。通过全面科学的技术经济比较，进而选出整体效益最佳的城市污水处理工艺，是城市污水处理达到国家排放标准的关键所在。
某市第二污水处理厂工程设计规模为6万m3/d，主要污水处理工艺采用奥贝尔氧化沟工艺，于2007年5月开工建设，2008年8月完成环保验收，是山东省所有污水处理厂中设计出水水质第一个执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A的污水处理厂。该工程被中国环境保护产业协会评为《2009年国家重点环境保护实用技术示范工程》。下面就以此工程为例，着重论述一下奥贝尔氧化沟工艺在城市污水处理工程应用中的优越性。
本工程设计进、出水水质对比表
0.5
污水处理厂处理工艺选择
2.1工艺选择原则
城市污水处理厂工程的建设和运行耗资较大，处理工艺方案的优劣直接决定了污水处理厂的投资、运行费用和运行效果。进行工艺选择时应遵循以下原则：1）能够达到出水标准的要求；2)处理技术合理，效果稳定、成熟、可靠；3)工艺控制灵活、运行管理简便；4)尽量节省占地；5）能够适应污水水质、水量的变化，具有较强的抗冲击负荷能力；6）建设和运行费用要低；7）自动化控制及仪表监测系统先进可靠、经济合理。
本工程共提出方案一（预处理+奥贝尔氧化沟工艺+深度处理）和方案二（预处理+改进型SBR工艺+深度处理）两个备选工艺方案进行技术经济比较，以达到确定最佳效益的生化处理工艺目的。
2.2奥贝尔氧化沟工艺特性
2.2.1奥贝尔氧化沟工艺描述
奥贝尔氧化沟工艺起源于南非，发展于美国，是具有脱氮除磷功能的新型氧化沟工艺之一。因其在技术、经济上具有独特优势而受到国内外污水处理界越来越多的重视。
奥贝尔氧化沟由三个相同断面的同心沟道组成，通过对三个沟道不同溶解氧浓度的梯度控制，不仅可以很好地降解有机污染物质，还能够方便、有效地去除氮、磷等；其显著特点是三个沟的DO呈0～1～2的梯度分布。典型的设计是将碳源氧化、反硝化及部分硝化设定在第一沟（外沟）内进行，控制第一沟的DO在0～0.5mg/L内。第一沟内由于有机物浓度较高，供氧量小于需氧量，在曝气设备的上游出现缺氧区，因此第一沟内同时有硝化和反硝化作用。第二沟（中沟）的DO控制在0.5～1.5mg/L，可进一步去除剩余的BOD或继续完成硝化。第三沟（内沟）的DO为2～2.5mg/L，以保证出水中有足够的溶解氧带入二沉池。这种特有的DO分布使能耗比单沟系统下降20%～30%。
奥贝尔氧化沟工艺有很强的抗高浓度废水冲击负荷能力，这是奥贝尔氧化沟的特殊性能所带来的。奥贝尔氧化沟一般为低负荷设计，且沟内能维持较高的污泥浓度（MLSS通常为4000～6000mg/L），短时的冲击负荷不足以对微生物产生抑制作用。另外，奥贝尔氧化沟内的循环流量很大，为进水流量的十几倍甚至上百倍，在流态上每个沟道都具有完全混合的特征。高浓度废水进入沟中后迅速被稀释混合，对系统不会产生很大影响。
曝气设备是氧化沟的主要装置与关键设备，它起着供氧、混合、推动水流作循环流动和防止活性污泥沉淀等作用，其性能的好坏和效率的高低，直接影响氧化沟的处理效果、动力消耗、建设投资和运转费用。奥贝尔氧化沟的曝气设备采用曝气转碟。与同类曝气设备相比，曝气转碟具有工作水深大、充氧能力强、充氧效率高、混合能力强以及结构简单、组装灵活、使用寿命长、安装维护方便等特点。其充氧能力可以方便地通过调节出水堰的高低来改变转碟的浸没深度、改变转碟电机的转数、增或减转碟的片数、改变转碟的旋转方向来实现。
2.2.2奥贝尔氧化沟工艺系统组成
厌氧池：为聚磷菌提供厌氧释磷环境，强化除磷效果。
氧化沟：由内、中、外三沟组成，完成污染物的降解。
2.2.3奥贝尔氧化沟工艺特点：1）氧化沟DO值呈梯度变化可大大降低能耗；2）几十倍甚至上百倍的循环可使奥贝尔氧化沟具有耐水质、水量冲击的优良性能；3）限制了沟内丝状菌的过量繁殖，改善了污泥沉淀性能；4）出水水质稳定；5）设备单一、数量少，使用寿命长，维修量少；6）操作管理简单、方便，操作维护量小，不需要较高的操作运转水平；7）曝气设备较微孔曝气系统的动力效率低，因而能耗稍高于微孔曝气系统，但不存在堵塞问题，维护费用低。
2.3改进型SBR工艺特性
2.3.1改进型SBR主要工艺描述
改进型SBR工艺是序批式活性污泥法SBR工艺变形的一种，是近年来国内外污水处理领域研究日趋增多并引起广泛重视的处理技术。该工艺的基本特点是运行时按照进水、反应、沉淀、排水、排泥5个工序，依次在一个池子中周期进行，因此可以省去二沉池甚至初沉池，而且不需回流污泥，很适合中小型污水处理厂。与其它工艺相比，SBR工艺提供了时间程序上的污水处理，即在时间上污染物基质具有浓度梯度—与推流式相同；在空间上基质浓度完全相同—具有完全混合式的特点。也就是说，该工艺集中了两种池型的优点，同时避免了其固有的缺陷。
利用SBR工艺进行生物脱氮（硝化和反硝化）,其原理是通过每一循环的四个阶段人为地造成厌氧—缺氧—好氧的生物环境，不仅能去除一般有机物和悬浮固体，而且还能去除营养物质氮和磷，在降解污水中有机物的同时，去除污水中氮和磷。
2.3.2改进型SBR工艺系统组成
生物选择区：抑制丝状菌过度繁殖，控制污泥膨胀。
内回流泵：将少量混合液由曝气区回流至缺氧区混合液回流。
主曝气区：降解污染物并完成泥水分离过程，出水排放。
剩余污泥泵：主曝气区设置剩余泵排除剩余污泥。
2.3.3改进型SBR工艺特点：1）构筑物少，池容小，占地少，土建造价低；2）出水水质好，抗冲击负荷能力强，处理效果稳定；3）污泥活性高、易沉降；4）不需设置沉淀池和污泥回流，仅有少量内回流，因此电耗较低；5）工艺运行对仪表、自控依赖程度较高；6）设备闲置率高，维护量大；7）采用滗水器排水，进水水位较高，水头存在浪费，增大了进水泵扬程；8）进水/曝气期，池内水位不恒定（变化幅度大约2米），影响了鼓风机高效率运行；9）由于间歇曝气，曝气头易堵塞，使用寿命降低。
2.4深度处理工艺的确定
对污水厂二级处理的出水需再进行深度处理，其处理对象是：1）进一步去除二级处理后水中残存的悬浮物，脱色除臭，使水进一步得到澄清；2）进一步降低BOD5、CODcr
及TOC等指标，使水进一步稳定；3）脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素；4)消毒、杀菌，去除水中的细菌、微生物及有毒有害物质。本工程采用混凝—沉淀—过滤—消毒处理工艺并达到了非常好的处理效果。
2.5污水消毒工艺选择
本工程受纳水体为郭河，为防止尾水未经消毒排放引起的卫生问题，尤其是可能威胁到南水北调东线工程输水干线南四湖的水质安全，因此需要对其进行消毒处理，常用消毒方法有液氯消毒、紫外线消毒和二氧化氯消毒。从消毒效果、脱色效果、持续灭菌力、消毒副产物、操作难度、占地面积、设备投资、运行费用、使用安全性共九个方面进行综合分析比较可以看出，液氯消毒仍然是目前费用最为低廉的消毒手段。而综合考虑脱色等各方面因素，则二氧化氯应是性能、价格等方面较为适中的消毒方式。因此本工程采用二氧化氯进行消毒。
2.6污泥处理工艺及处置方法选择
污水处理过程中要产生大量污泥，而污泥中含有含一定量的有害物，因此污泥需要及时处理与处置。常用污泥处理工艺有厌氧消化、好氧消化和直接浓缩脱水。本工程规模适中，由于污水处理工艺泥龄较长，有一定程度的好氧稳定，因此产生的污泥较少，因此本工程采用直接浓缩脱水处理污泥并将泥饼运往热电厂综合利用。
奥贝尔氧化沟工艺与改进型SBR工艺的技术经济比较
项目单位方案一方案二
污水处理规模万m3/d6.006.00
建设用地ha5.805.80
投资总投资万元10783.311720.1
设备工艺设备万元1681.462256.88
电气设备万元509690
自控设备万元460580
土建工程万元4391.654022.79
安装工程万元1345.141603.55
用电情况污水装机容量kw1271.451392.50
污水处理电耗kw/m30.360.40
用药情况高分子聚合物kg/d24.0024.00
精制硫酸铝kg/d6000.006000.00
二氧化氯kg/d780.00780.00
经营成本污水元/m3水0.700.73
处理成本污水元/m3水0.9360.99
结论
通过以上方案论证和技术经济比较，两个备选方案均能满足出水要求，但两个方案各有其特点，综合评价如下：
1）污水污泥处理效果：方案一最佳
2）总投资：方案一
3）占地：方案二=方案一
4）设备费：方案一
5）土建投资：方案二
6）安装投资：方案一
7）电耗：方案一
8）处理成本：方案一
9）日常维护量：方案一
综上所述，方案一，即奥贝尔氧化沟工艺，其总投资和处理成本均低于方案二（改进型SBR工艺），因此从整体上讲，奥贝尔氧化沟工艺优于改进型SBR工艺。
鉴于奥贝尔氧化沟工艺方案具有处理效果稳定可靠、投资适中、运行成本费较低的特点，奥贝尔氧化沟工艺非常适合在中型城市污水处理厂广泛采用。
参考文献：