截至2014年底，全国已建成投运的城镇污水处理设施共4436座，总设计处理能力1.71亿m3/d，平均日处理量1.35亿m3，设施平均利用率为78.9%。经调查分析，许多现有污水处理厂已处于高负荷或超负荷运行状态，且大多出水水质无法满足新规范的要求。日益增长的污、废水排放量和落后的污水处理工艺间的矛盾不断加剧，环境污染及生态破坏形势严峻。污水处理厂的扩建、改建显得尤为必要，水处理工艺也迫切需要得到改进和完善。
针对国内的污水处理形势，提出了高负荷污水处理这一新课题。高负荷污水处理工艺是指在相对条件下具有更高污泥负荷率或容积负荷率的污水处理技术。目前，研究较为深入的主要有高负荷活性污泥法、高负荷生物滤池、高负荷人工土壤渗滤和高负荷膜处理工艺。
1、高负荷污水处理工艺简介
高负荷污水处理工艺是水处理领域近年来发展起来的新技术，它是指在现有污水处理工艺的基础上，通过改变曝气模式、改进工艺流程、改善工艺结合形式等方法，以实现在相对条件下具有更高污泥负荷率或容积负荷率的污水处理技术，从而达到更好的污水处理效果。
2、高负荷污水处理工艺研究进展
2.1、高负荷活性污泥法
高负荷活性污泥法因曝气时间短，又称短时曝气活性污泥法，而处理程度低，故又称强化处理或半处理法。AB法作为处理高负荷城镇污、废水的有效方法，在BOD5、COD、SS等一些常规指标的处理上具有较好的效果，但对NH3-N、TP的去除并不明显。如青岛市海泊河污水处理厂近10年的运行实践表明，该工艺具有抗负荷冲击能力强、泥龄短、污泥沉降性能好、不存在污泥膨胀等特点。BOD5、COD、NH3-N、TP的平均去除率分别达到65%、68%、19%和20%，其中SS的去除为明显。通过实验研究，B段的传统曝气方式改为多段间歇式曝气，并通过阀门调节曝气量的大小以实现渐减曝气，可以达到节能的效果。
2.2、高负荷生物滤池
2.2.1、UASB+高负荷生物滤池法/固体接触法工艺
UASB+高负荷生物滤池法/固体接触法工艺综合运用了厌氧、好氧附着生长和悬浮生长的生物处理机理，是我国目前城市水处理领域一项非常经济实用的新技术。该工艺具有能耗低、剩余污泥量少、出水水质好、工程造价低、运行管理简便等特点。如广东省某城市污水处理厂的实际运行结果表明，当进水水质为COD≤250mg/L，BOD5≤120mg/L，SS≤150mg/L，氨氮≤25mg/L，磷酸盐≤5mg/L时，出水水质达到COD≤40mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，氨氮≤10mg/L，磷酸盐≤0.5mg/L。
2.2.2、ABR/曝气/高负荷生物滤池工艺
ABR/曝气/高负荷生物滤池工艺在常规污水处理工艺的曝气池前设置水解酸化池，水解酸化池采用厌氧折板反应器(ABR)的结构形式，污水在ABR池中作一定时间的水力停留后，进入曝气池中进行鼓风曝气，通过旋转布水器均匀分散到高负荷生物滤池中。该生物滤池要求进水BOD5≤200mg/L，当进水有机物浓度较高时，可采取回流措施，设计回流比为50%。工艺在运行过程中具有污泥产量小、能耗低等特点，且ABR提高了污水的可生化性。但当进水水质不稳定或长期处于超设计范围浓度时，处理效果不明显。
经改进，将曝气池替换成高负荷生物接触氧化池，池内采用半软性填料，不仅提高了工艺整体的抗冲击负荷能力，而且使得工艺运行更加稳定。
2.2.3、高负荷生物滤池+纳米TiO2光催化法工艺
高负荷生物滤池+纳米TiO2光催化法工艺综合运用了厌氧、好氧、兼氧附着生物和光催化反应处理机理，是我国目前城市污水处理领域一项非常经济实用的新技术。TiO2没有毒性，具有很高的稳定行，在紫外线照射下，通过光电效应生成的含氧自由基与水中的污染物反应，达到降解的目的，并终产生对环境无害的H2O、CO2、N2等。
2.2.4、高负荷生物吸附再生法
高负荷生物吸附再生法即“生物吸附—沉淀—再生”的污水处理工艺，该工艺对污染物的去除机理包括絮凝作用、吸附作用和生物代谢作用。在污水处理过程中，主要分为生物吸附阶段和活化再生阶段。生物吸附阶段指污水中的大量有机污染物被活性污泥吸附，伴随混合液进入沉淀池进行泥水分离;活化再生阶段则是将沉淀污泥回流至再生池曝气以恢复污泥的生物吸附活性。通过实验分析，SS、COD、BOD5、NH3-N、TP的平均去除率分别达到80%、69%、58%、47%及25%。
2.3、高负荷人工土壤渗滤
我国的分散点源生活污水排放量高达5000万t/d，主要来自小城镇、农村等分散的人群聚居地，处理率很低。高负荷人工土壤渗滤工艺具有占地面积小、处理效果好、维护管理简便、不受气候条件影响、技术成熟等特点，是一项适合我国国情的污水分散处理技术。高负荷人工土壤渗滤工艺采用多层过渡结构的人工土层来增大对颗粒有机物的接触氧化表面积，同时设置曝气装置保证好氧过程的氧气供应。渗滤池自上而下渗透性逐渐减弱，在不同渗透性的土层中分布粒径不均的颗粒物，以提高有机污染物的降解效率。如佛山市利华员工村生活污水处理示范工程的数据表明，COD、BOD5、SS、NH3-N、色度、TN和TP的平均去除率分别为87.7%、78.9%、92.5%、87.6%、90%、52.2%和76.3%[8]。
2.4、高负荷膜处理工艺
近年来，随着滤膜工艺的蓬勃发展，污水处理技术也逐渐向膜分离方向发展。其中高负荷膜反应器(MBR)是一种将生化处理单元与膜分离单元有机结合起来的生化处理系统，具有出水水质优，抗负荷冲击能力强，占地面积小等特点。通过实验研究表明，在悬浮填料投加率为30%时，COD平均去除率为94.4%，BOD5平均去除率为95.3%。
3、展望
科技的发展推动污水处理技术的进步，日益剧增的污、废水排放量必然导致现有的污水处理厂无法进行有效的处理。高负荷污水处理工艺的研发和改进，适时的解决了这一矛盾。通过对高负荷活性污泥法、高负荷生物滤池、高负荷人工土壤渗滤和高负荷膜处理工艺研究现状的阐述，恰好说明了高负荷污水处理工艺在实际工程中的可行性。
作为水处理领域的新生分支，高负荷污水处理工艺不仅具备常规污水处理工艺的特点，且表现出其特有的生命力。在当今高速发展的城市化进程中，必然会得到进一步的发展和提高，并在将来的水处理领域占据更为重要的地位。