在處理程度或允許的出水排放總量確定以后，就可以據此列出所有能夠滿足要求的工藝流程(方案)。選擇可行的幾種處理工藝方案，通過全面技術經濟比較后確定處理工藝流程和設計參數。
城市污水處理工藝方案的選擇一般應體現以下總體要求：滿足要求，因地制宜，技術可行，經濟合理。也就是說，在保證處理效果、運行穩定，滿足處理要求(排放水體或回用)的前提下，使基建造價和運行費用最為經濟節省，運行管理簡單，控制調節方便，占地和能耗最小，污泥量少。同時要求具有良好的安全、衛生、景觀和其它環境條件。
1.滿足處理功能與效率要求
城市污水處理廠工藝方案應確保高效穩定的處理效果，城市污水處理設施出水應達到國家或地方規定的水污染物排放控制的要求。對城市污水處理設施出水水質有特殊要求的，須進行深度處理。這是污水處理最重要的目標，也是污水處理廠產品的基本質量要求。而排放標準的確定主要取決于處理出水的最終處置方式，如果排入水體，則取決于接納水體的功能質量要求和水體的環境容量，如果回用，則取決于回用水用戶對水質的要求。
2.規模與工藝標準因地制宜
污水處理廠工藝方案的確定必須充分考慮當地的社會經濟和資源環境條件。要實事求是的確定城市污水處理工程的規模、水質標準、技術標準、工藝流程以及管網系統布局等問題;處理規模大小對處理工藝的影響很大，城市污水處理設施建設應按照遠期規劃確定最終規模，以現狀水量為主要依據確定近期規模。污水處理廠的實際設計規模應根據污水收集量和分期建設、水質目標確定，污水收集量取決于管網完善程度和匯水區內的生活、工業污水產生與允許納入量，以及管網入滲或滲漏水量等因素。
在決定處理工藝方案時，要因地制宜，結合當地條件和特點，有所側重，尤其是排放與利用的相結合，不同處理工藝的組合。例如在一個處理廠內，一部份采用強化一級處理加排海(江)工程;一部份采用二級處理后用于農田灌概;還有一部份采用深度處理后回用于工業。要根據當地財力情況，充分考慮處理工藝的分期、分級實施。比如說，可以先采用一級處理或強化一級處理，以后再建二級處理，或一部份采用一級處理，另一部份采用二級處理(國內外均有先例)。
污泥處理應根據污泥出路(農用、填埋、排海等)，確定是否需要進行消化處理。
3.技術成熟可靠切實可行
根據城市污水處理技術政策，城市污水處理設施建設，應采用成熟可靠的技術。根據污水處理設施的建設規模和對污染物排放控制的特殊要求，可積極穩妥地選用污水處理新技術。因此，必須合理把握工藝先進性和成熟性(可靠性)的辨證關系。一方面，應當重視技術經濟指標的先進性，同時必須充分考慮適合中國的國情和工程的性質。城市污水處理工程不同于一般點源治理項目，它作為城市基礎設施工程，具
有規模大、投資高的特點，且是百年大計，應該確保百分之百的成功。工藝的選擇必須注重成熟性和可靠性。因此，強調技術的合理，而不是簡單地提倡技術先進。必須把技術的風險降到最小程度。在最近頒布的城市污水處理的技術政策中規定“對在國內首次應用的新工藝，必須經過中試和生產性試驗，提供可靠設計參數后再進行應用，也是強調了可靠性原則。
4.經濟合理效益顯著
節省工程投資與運行費用是城市污水處理廠建設與運行的重要前提。合理確定處理標準，選擇簡捷緊湊的處理工藝，盡可能地減少占地，力求降低地基處理和土建造價。同時，必須充分考慮節省電耗和藥耗，把運行費用減至最低。對于我國現有的經濟承受能力來說，這一點尤為重要。較高的性能價格比經濟指標同樣是先進性的重要體現。
因此，城市污水處理工藝應根據處理規模、水質特性、受納水體的環境功能及當地的實際情況和要求，經全面技術經濟比較后優選確定。工藝選擇的主要技術經濟指標包括：處理單位水量投資、削減單位污染物投資、處理單位水量電耗和成本、削減單位污染物電耗和成本、占地面積、運行性能可靠性、管理維護難易程度、總體環境效益等。
進水水質水量特性和出水水質標準的確定是污水處理工藝選擇的關鍵環節，也是我國當前污水處理工程設計中存在的薄弱環節。
污水管網的完善，對污水處理廠設計規模和設計水質的確定至關重要，目前我國大多數城市管網不配套(尤其是淮河流域)，造成污水廠規模和水質難以確定，投入運行后實際值與設計值往往相差較大，效能難以充分發揮。對于污水處理工藝方案及其設計參數的確定，進行必要的水質水量特性分析測定和動態工藝試驗研究是國際通行的做法，有些發達國家甚至開展連續多年的全面水質水量特性測定和中試研究。在國內，由于體制和資金來源等方面的問題，在污水處理工藝方案的確定過程中雖然不太可能開展大規模的前期試驗研究，但進行水質特性分析與短期動態工藝試驗的條件還是具備的，不應該忽視。
因此，污水處理技術政策中要求，應切合實際地確定污水進水水質，優化工藝設計參數。必須對污水的現狀水質特性、污染物構成進行詳細調查或測定，作出合理的分析預測。在水質構成復雜或特殊時，應進行污水處理工藝的動態試驗
必要時應開展中試研究。積極審慎地采用高效經濟的新工藝，對在國內首次應用的新工藝，必須經過中試和生產性試驗，提供可靠設計參數后再進行應用。一般城市污水主要污染物是易降解有機物，所以目前絕大多數城市污水處理廠都采用好氧生物處理法。如果污水中工業廢水比重很大，難降解有機物含量高，就應考慮增加厭氧處理改善可處理性的可能性，或采用物化法處理。污水的有機物濃度對工藝選擇有很大關系。當進水有機物濃度高時，AB法、厭氧酸化/好氧法比較有利。AB法中的A段只需較小的池容和電耗就可去除較多的有機物，節省了基建費和電耗，污水有機物濃度越高，節省的費用就越多。厭氧處理要比好氧處理顯著節能，但只有在濃度較高時才顯示出優越性。當有機物濃度低時，氧化溝、SBR等延時曝氣工藝具有明顯的優勢。在要求除磷脫氮的場合須選用穩定可靠的生物除磷脫氮工藝。
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