长期以来，为促进经济发展，全国各地新建了多个经济开发区。由于开发区内工业企业众多，进水COD浓度普遍偏低，难以做到稳定运行、达标排放。同时乡村污水处理工作也处于起步阶段，污水来源复杂，污水量不稳定，各个村庄的污水从几十吨到几百吨排放时间无规律，给污水处理工作带来很大困难，特别是总氮很容易超标的问题一直困扰着污水处理厂。承德上板城污水处理厂（以下简称上板城污水厂）在解决上述难题方面，探索出了一条新路。

上板城污水厂位于承德市高新技术产业开发区上板城镇白河南村南，是由承德水务集团和北京爱尔发污水处理技术有限公司共同投资建设的。上板城污水厂设计污水处理量1.5万m3/d，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准。建成后主要用于处理高新区城市污水和经过预处理的工业废水。污水厂2019年2月18日建成投产，项目总投资4294.79万元。

上流式污泥床过滤（USBF）技术

上板城污水厂主要采用国际先进的新兴专利技术——“上流式污泥床过滤”（以下简称USBF）污水处理工艺技术。此技术在欧洲、北美等地广泛使用，由北京爱尔发污水处理技术有限公司从北美引进，已在国家知识产权局注册，具有以下技术特点及优势。

——建设成本低、占地面积小。

上板城污水厂设计能力30000吨，总占地面积38.85亩。2019年2月一期工程开始运行，设计能力15000吨，达标排放一级A标准，采用预处理+USBF工艺。主要构筑物包括粗格栅间及沉砂池、USBF池、综合工房、尾水储池、中水提升泵房、综合楼、门卫、辅助工房等。

上板城污水厂只需建成USBF工艺主体池就可将污水处理达标，通过滤布转盘降低浊度后达标排放。省去了传统工艺的二沉池、混凝沉淀池等建设成本，吨水投资大约2900元。

——冬季建成、冬季调试、冬季投产。

上板城污水厂2018年12月建成调试，2019年2月调试合格投入运营，期间正值冬季，最低气温达零下20摄氏度。但上板城污水厂经受住了承德寒冷季节的考验，实现了北方污水处理厂冬季建成并调试合格投入运营的佳绩。这次成功调试，给中国北方地区污水处理厂建成调试的时间窗口达到了全年、全天候。

——克服经济开发区进水COD浓度偏低，实现达标排放。

上板城污水厂运营近两年来，每吨污水药剂费仅0.04元左右，电费在0.2元以下。冬季由于水源热泵的使用，节约了取暖费，电费也不超过0.25元。在承德冬季最冷时温度超过零下30摄氏度，污水水温8摄氏度左右的情况下，上板城污水厂仍然能够做到稳定运行、达标排放。

承德高新区由于工业企业众多，进水COD普遍偏低，2020年10月上板城污水厂进水COD平均值仅82.69mg/L，给污水厂总氮达标排放带来了极大困难。由于USBF技术具有去除总氮的独有技术，因此污水厂做到了出水总氮等各项指标的达标排放。

——减少污泥等固废排放，有效降低成本。

作为一种新型的一体化污水生物处理工艺，USBF技术集缺氧选择池、好氧反应池和上流式污泥过滤池于一体，对应的构筑物均采用模块化设计方式，结构紧凑，水力条件灵活，运营状态稳定，生化处理效率高，产生污泥量相对传统活性污泥法较少。

按上板城污水厂的运行经验，万吨污水产泥6.67吨，比传统工艺污泥产量减少50%以上。更少的污泥产量既减少了固体废物的排放，也降低了污泥处置成本。

——抗冲击能力强，污水处理量增加。

上板城污水厂自2019年2月投产运行，在达标排放的前提下，下半年处理污水3027227.76吨，日均处理17430.58吨，其中2019年8月份处理污水60.63万吨，日均处理污水19558.06吨，超出设计污水处理能力30%。且当月污水处理各项指标平均值分别为出水COD18.321mg/L，出水氨氮0.249mg/L，出水总磷0.235/L，出水总氮6.703mg/L，基本达到了北京A标排放标准，极大降低了污水处理成本。

——模块化运行，灵活安排处理水量。

上板城污水厂设计处理能力15000吨，可分为三个模块独立运营，每个模块5000吨，增大了进出水处理水量的灵活性。在污水厂建设初期，污水量不足以及经济开发区和村镇污水进水量不稳定时的情况下也可分模块稳定运行，能够有效降低电费、药剂费等直接成本。在污水厂生化池检修时可做到不停产，分模块检修，从而保证污水厂正常运营。

工艺背景、原理及优势

——工艺背景

相对于集中式污水处理技术而言，USBF技术是一种适用于分散式、小型化的污水处理技术。具有经济实用、占地小、操作管理方便灵活等特点。

对于大中城市，采用集中式污水处理技术明显优于分散式污水处理技术，但对于我国众多城市郊区的经济技术开发区、农村地区、中心城镇及污水产生比较分散的居民区、别墅区、工厂和旅游景点，则更适合发展分散式污水处理技术。考虑到中小城镇及其周边地区的经济状况，在选用污水处理技术时，需要考虑投资低、运行效果好的处理技术，特别需要研发具有较高的泥水分离效率、运行设备少的污水处理技术。

——工艺原理

USBF集多种构筑物于一体，由于在沉淀区采用独特的设计而大幅度提高了泥水分离效率，从而显著降低了工程基建费用。污水通过筛网进入缺/厌氧区并与从锥形澄清区回流的活性污泥充分混合，经过缺/厌氧反应区后进入好氧反应区，混合液从底部进入特殊设计的锥形导流区，使分离过程的效率大大提高。经泥水分离后，上清液进入出水槽而排出反应器，活性污泥则通过澄清池底部收集管回流到缺氧区。

——工艺特点

灵活的运行方式。USBF技术工艺可按不同的处理要求完成对不同污染物的去除。将缺/厌氧区改成好氧运行则变成以去除有机污染物为主的运行方式。如果不将缺氧区改成好氧区，前段缺氧区可作为生物选择区以控制丝状菌的生长并提高污泥沉降性能；将硝化液回流至前段缺氧区，通过缺氧反硝化和好氧硝化作用可完成对有机物和氮的去除；合理调整厌氧区和好氧区的比例，在厌氧区营造良好的厌氧环境，可以形成厌氧—好氧除磷工艺；在处理工业废水时，缺氧段可以设计为水解酸化池，大分子有机物经水解酸化后被分解为小分子有机物，进而在好氧区完成对有机污染物的去除；为了强化世代时间长的微生物在反应器中的保持量，并增强同步脱氮除磷效果，可以在缺/厌氧区放置悬浮填料或悬挂填料，形成复合式污水生物处理系统。

高效的泥水分离。重力沉淀是当今应用最广泛的泥水分离技术，但其较低的分离速率使沉淀设备的效率较低，从而需要较大的沉淀区容积。USBF技术融合了“悬浮澄清池”技术，在沉淀区形成污泥悬浮层，混合液从底部进入锥形导流区，经生物絮凝和生物截留后使分离效率大大提高。运行经验表明，即使在沉淀区停留时间为30分钟的情况下，锥形泥水分离区仍然能够保证对颗粒物的高效截留，出水的TSS<10mg/L。在锥形分离区内，由于过滤面积不断扩大，泥水混合液的上升流速不断降低，减少了对污泥悬浮层的干扰，从而使锥形分离区内的污泥层能稳定地增厚，形成一个类似于泥渣悬浮澄清池的污泥过滤床。这样就能达到很高的泥水分离效率，甚至能将那些在传统沉淀池中难以沉降的细小悬浮物和胶体过滤截留。在工艺运行时，污泥过滤层的厚度可以由污泥回流比和锥形槽设计倾角控制。

较高的污泥浓度和容积负荷。运行经验表明，USBF反应器内的污泥浓度可以维持在4500mg/L～5500mg/L，这使其具有较高的容积负荷，因而可使反应器容积减少20%～30%，节省了基建费用。

灵活的水利条件。USBF锥形分离区的结构形式使沉淀区具有很强的水力适应性，在高峰流量和流量波动时具有自我调节功能，进水流量越大，污泥絮凝床上升越高，进而使过滤面积增大，使污泥沉淀区有很强的抗冲击负荷能力。

经济高效的模块化生产。USBF系统紧凑的设计，可以使反应器进行模块化生产，高效的沉淀效率和较高的反应器容积负荷有效降低了工程的基建投资。

——技术优势

利用此技术的污泥过滤床，截流出水中的活性污泥及其他悬浮组分，保证反应池具有很高的污泥浓度，提高处理效率。

利用此技术的污泥过滤床进行的动态截滤过程，与普通工艺所用的出水澄清池有本质区别，其自下而上的出水水流路径使得出水水质更好。

特殊的专利回流工艺和优化设计的回流比，使得高浓度、刚刚经历曝气的好氧区污泥直接回流到入水口处，可充分利用进水中的碳源在缺氧区进行高效和彻底的反硝化反应，因而总氮去除效率卓越。

因前置缺氧区的高效彻底的反硝化过程大大降低了污水中的碳源污染物，使得好氧区所需曝气量小，但BOD、氨氮等的去除率却非常高。

污泥床的污泥不断循环更新，不会像其他工艺所用的澄清池那样在缺氧条件下微生物将摄入体内的磷又释放出来，这个特点使得本工艺有优于其他工艺的生化除磷效果。

与此同时，还具备操作简单，稳定可靠，耐冲击性强，生化反应池无臭味，占地面积小，运行成本低等优势。

技术推广及应用前景

USBF技术目前已成为主流污水处理技术之一，在北美和欧洲等发达国家已成为主流污水处理技术之一，目前已建成并成功运行的有数百家污水处理厂。

国内外的研究及工程实践表明，USBF工艺在污水集中收集困难的地区具有独特的优势，特别适用于3万吨及以下的小型污水处理厂，尤其在5000吨以下的微型污水处理厂更具优势。目前，我国国内城市中都已配套建设了大中型污水处理厂，今后更多的是投资建设乡镇及村庄的微型污水处理厂，因此，这项技术有着广阔的市场前景。

此项技术在国外污水比较分散的居民区、别墅区、度假村、疗养院、旅游景点、机场、铁路车站、小型经济开发区、宾馆等人群聚居地和独立工矿区已得到广泛应用。

在国内，这项技术在工业开发区和村镇污水处理厂建设中也具有广阔前景。如大范围成功运用将有效解决我国各城市经济开发区、小型村镇中日处理10吨以上的微型污水处理厂的污水处理低成本建设、运行和稳定达标问题。

应用实例及获奖情况

当前国内除承德上板城污水处理厂外，承德市城市污水处理有限责任公司也在污水处理三期工程一标段日处理30000吨中采用了USBF技术，预计今年年中投产运行。与此同时，此项技术已在欧洲、北美千余家日处理能力从几十吨到上万吨的污水处理厂得到广泛应用。

2016年上板城污水厂股东北京爱尔发污水处理技术有限公司持有的USBF技术被中国环境产业保护协会水污染治理委员会和原环境保护部对外合作中心选入国家“十三五”水污染治理实用技术，位列第三位。

2002年，加州戴维斯大学对70项技术进行评估，最终将USBF技术评为最高级生物处理系统。

2006年，USBF技术在美国加州举行的环境工业峰会上被Frost & Sullivan评为技术领先奖，同时荣获由《环境商业》杂志颁发的技术优胜奖。

2007年，当时持有USBF技术的加拿大ECOFLUID公司凭借此项技术获得加拿大十大清洁能源公司称号。

综上所述，随着我国城镇化建设进程加快和对环境质量要求的不断提高，经济开发区、乡镇村庄、边远地区及分散式污染源产生的污水均需妥善处理。USBF新型一体化污水处理工艺具有运行灵活和处理高效的特点，其推广应用将有益于众多分散式污水产生源的妥善治理，有益于提升城乡人居环境，提高人民生活质量。