楊久利

（中煤科工集團杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

近年來，伴隨著我國城市經(jīng)濟步伐的加快，人們生活水平得到大幅度提高。但由于人們環(huán)保意識的缺乏，導(dǎo)致城市污水排放量越來越多，已成為影響城市經(jīng)濟發(fā)展的重要因素[1]。目前，現(xiàn)有的污水處理廠存在設(shè)備出現(xiàn)不同程度的老化、技術(shù)水平相對落后、處理效率低下等問題[2]，傳統(tǒng)且單一的污水處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足治理要求，因此在對城市污水處理過程中應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適宜的技術(shù)，并對其進行有效的控制和管理尤為關(guān)鍵[3]。

1 城市污水的形成

城市污水的形成因素較多，如當(dāng)?shù)亟?jīng)濟比較落后、取用水相對簡單，未將污水進行有效地治理就直接排放到水體中，導(dǎo)致周邊水體環(huán)境變差；部分企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，過度使用氯化鐵、聚合氯化鋁、氯氣等化學(xué)藥劑，雖然此方法對廢水中的懸浮物和有機物物進行了去除，但水中殘留的藥劑如果流入水體也會對自然環(huán)境產(chǎn)生不利影響。另外，一些工業(yè)污水氮磷嚴(yán)重超標(biāo)，排入江河、湖泊會造成水體富營養(yǎng)化，不僅影響水中生物的生存，而且會危及人們的飲用水水源安全[4]。

2 城市污水處理方法

目前，針對城市污水中氮磷污染物常采用生物脫氮、生物除磷以及污水脫氮除磷技術(shù)等，實現(xiàn)氮磷的分別或聯(lián)合去除。

2.1 污水生物脫氮

生物脫氮是指廢水中微生物通過氨化、硝化和反硝化反應(yīng)，將含氮有機物和氨氮轉(zhuǎn)化并且生成為氮氣，從而實現(xiàn)脫除的效果[5]，工藝流程如圖1 所示。目前，對城市生活污水脫氮處理常采用曝氣生物濾池，其優(yōu)點是操作簡單方便，且可以有效地降低曝氣池的容積負(fù)荷，但也存在一些缺點，如濾料容易堵塞、反沖洗不佳導(dǎo)致工藝運行失效等，并且脫氮過程中還會產(chǎn)生大量的剩余污泥，如果這些污泥未及時排出，也會對水體造成二次污染。因此，在污水處理過程中需要選擇合適的生物脫氮方法，對污水的進出水量和污泥量等參數(shù)進行控制。

圖1 生物脫氮工藝流程圖

2.2 污水生物除磷

一些城市污水中的磷元素含量較高，且含有大量的磷酸鹽。如果污水不經(jīng)過除聚磷菌處理就排放至城市水體中，則會使水中的有機質(zhì)和無機鹽類富集，從而造成水體富營養(yǎng)化[6]，因此必須對城市污水進行生物除磷處理。具體的生物除磷操作主要包括厭氧釋磷、好氧攝磷、高磷污泥的排放等，工藝流程如圖2 所示。由于生物除磷的核心為聚磷菌，因此處理過程中應(yīng)控制好溫度、PH、溶解氧及泥齡等條件。

圖2 生物除磷工藝流程圖

2.3 污水脫氮除磷技術(shù)

污水脫氮除磷的技術(shù)是指通過微生物的作用將污水中的氮磷元素去除，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[7]。污水脫氮除磷技術(shù)的主要優(yōu)點有2 個方面，即①根據(jù)污水氮磷的特點，采用針對性地去除工藝；②可以將廢水的含氮和含磷量降低到較佳的水平。但污水脫氮除磷技術(shù)在污水處理過程中也存在一些缺點，如好氧過程消耗大量的曝氣、增加運行的成本等。因此，污水處理廠應(yīng)根據(jù)實際的情況選擇合適的脫氮除磷技術(shù)，這樣才能使其發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，達(dá)到較佳的處理效果[8]。

3 城市污水處理技術(shù)的應(yīng)用

3.1 厭氧-好氧處理技術(shù)

厭氧-好氧處理技術(shù)簡稱“A/O 工藝”，是利用缺氧和好氧環(huán)境先后進行反硝化和硝化操作，工藝流程如圖3 所示。首先，在缺氧環(huán)境下利用培養(yǎng)出來的的異養(yǎng)菌對污水進行脫氮除磷處理。然后，在好氧條件下，通過好氧菌降解有機物。最后，將回流污泥返回進水系統(tǒng)，利用進水中有機物作為碳源，進行反硝化反應(yīng)。厭氧-好氧處理工藝特點是流程相對比較簡單、操作費用不高、耐負(fù)荷沖擊、處理能力較強，但運行中也存在一些問題，如脫氮效率不高，受停留時間和污泥濃度影響等。

圖3 A/O工藝流程圖

3.2 厭氧-缺氧-好氧處理技術(shù)

厭氧-缺氧-好氧處理技術(shù)（簡稱“A2/O工藝”），工藝流程如圖4 所示。首先，回流污泥與污水作為原料流入?yún)捬醭兀镁哿孜⑸镝尫帕?，再在缺氧池?nèi)以污水中有機物為養(yǎng)料，利用反硝化細(xì)菌進行反硝化處理操作。然后，在好氧池內(nèi)通過氨化和硝化反應(yīng)，降低氨氮濃度同時聚磷菌吸收大量磷。最后，經(jīng)過二沉池沉降操作，排出剩余污泥除磷[9]。A2/O 工藝優(yōu)點是可以在交替的環(huán)境進行有機物去除，以及反硝化和硝化反應(yīng)避免污泥膨脹問題；其缺點是回流污泥中硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)，會對厭氧反應(yīng)產(chǎn)生不利影響，中間缺氧區(qū)存在能量源不足情況等。整體來說，對于碳源豐富的污水，A2/O 工藝運行穩(wěn)定可靠，脫氮除磷效果較高。

圖4 A2/O工藝流程圖

3.3 氧化溝處理技術(shù)

氧化溝處理技術(shù)又稱氧化渠工藝，是一種改進的活性污泥系統(tǒng)。它利用循環(huán)曝氣的特點設(shè)計好氧區(qū)以及缺氧區(qū)，有利于微生物發(fā)生硝化和反硝化反應(yīng)；同時，為了防止污泥沉淀，將反應(yīng)溝渠設(shè)計成環(huán)狀反應(yīng)器，增大污水停留時間，并在一定程度上提高污水處理效果，工藝流程如圖5所示。氧化溝處理技術(shù)的優(yōu)點是可以很好地管理停留時間，污泥齡較長。但在實際的操作過程中，往往會出現(xiàn)一些問題，如流速不均勻?qū)е挛勰喽搪烦练e、溶解氧不足，以及排泥不通暢引起污泥膨脹等[10]。因此，根據(jù)實際需要設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，將污水的處理與污泥排放相結(jié)合，才能有效地消除水中有毒有害物質(zhì)。

圖5 氧化溝工藝流程圖

3.4 序批式活性污泥法

序批式活性污泥法（簡稱“SBR”），是指利用非連續(xù)性方式來操作活性污泥污水處理方法。該工藝運作周期由進水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置5 個階段組成，且每個階段之間都有效地銜接，通過前面階段處理后進行下一階段，從而實現(xiàn)對污水的凈化處理，工藝流程如圖6 所示。序批式活性污泥法的特點主要有3 個方面，即①污泥膨脹得到有效控制，通過變化環(huán)境可以馴化優(yōu)勢菌種；②硝化和反硝化反應(yīng)同步進行，調(diào)整曝氣強度可使其反應(yīng)器水中氧濃度均勻分布，實現(xiàn)同步硝化和反硝化操作；③根據(jù)進水水量水質(zhì)情況可進行適當(dāng)調(diào)整和控制。目前，我國城市生活污水的處理方式以傳統(tǒng)的活性污泥法居多，處理效率較低，因此急需尋找一種高效的方法來解決此類問題，其中一個重要的方面就是運用序批式活性污泥技術(shù)對城市的污水進行處理。

圖6 SBR工藝流程圖

3.5 人工濕地污水處理技術(shù)

人工濕地法主要通過植物的吸收和代謝，對污水中的污染物進行吸附和分解作用的方法。它不僅可以降解有機物，而且對水體重金屬的濃度有很好地去除效果，工藝流程如圖7 所示。人工濕地法有4 方面優(yōu)點，即①在污水的處理過程中，操作簡單方便，運行費用低；②可以緩沖對水力的沖擊；③具有很強的生態(tài)效應(yīng)，減少了對周圍自然環(huán)境的破壞效果[5]；④人工濕地的建設(shè)周期比較短，且資金投入少。但人工濕地法也存在一些缺點，如占地面積大、易受病蟲害影響、有時出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等。基于此，目前我國的污水處理工藝大多數(shù)采用的是A/O、A2/O、氧化溝和SBR 處理工藝。

圖7 人工濕地工藝流程圖

3.6 污泥的處理與處置

污泥的處理和處置工藝的選擇需要考慮的因素很多，如污泥的含水率、重金屬、有機質(zhì)、氮磷以及有毒有害成分等。因此，在實際的污水處理中，要根據(jù)具體的情況選擇合適的方法，對其進行有效的處理和利用。一般污泥的處理和處置工藝主要包括3 種，即①污泥濃縮，由于污泥含水量較高，要對產(chǎn)生的污泥進行濃縮前處理，減小后續(xù)處理設(shè)備規(guī)模，濃縮所采用的的設(shè)備主要有重力式、帶式和離心式濃縮機等；②污泥脫水，進一步將污泥內(nèi)的吸附水及毛細(xì)水進行脫水分離，為后續(xù)的處理與處置提供便利，脫水工藝有自然干化脫水和機械脫水，其中機械脫水主要包括板框壓濾機、轉(zhuǎn)筒離心機、帶式壓濾機等；③污泥干化，以熱干化和污泥焚燒等能量回收方式進行處置，干化設(shè)備主要有流化床形式、轉(zhuǎn)鼓形式和圓盤形式等。

4 污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 高效率與低成本

目前，我國城市污水處理廠存在運行效率較低，大部分污水處理設(shè)備出現(xiàn)不同程度的老化等問題，導(dǎo)致處理后出水率不高，水質(zhì)較差。另外，大部分污水處理設(shè)備仍采用人工操作，增加了人工成本的同時大大地降低了工作效率。因此，可以從3 個方面提高城市的污水處理的能力和效率，即①完善污水治理設(shè)施，根據(jù)實際需要及時調(diào)整和更新污水處理設(shè)備；②建立自動化控制系統(tǒng)，降低人工和運行成本，提高處理效率；③隨著時間的推移，設(shè)備出現(xiàn)不同程度的老化，此時需要對其維護保養(yǎng)，保證污水處理設(shè)備的正常穩(wěn)定運行。除此之外，在實際的應(yīng)用過程中，還有很多的困難需要克服，如缺乏專業(yè)的技術(shù)人員和先進的技術(shù)手段，隨著水質(zhì)水量的波動變化未形成一套快速的且有效的處理結(jié)構(gòu)體系。

4.2 污水處理技術(shù)的發(fā)展

我國的水污染問題不容小覷，水環(huán)境的惡化已經(jīng)嚴(yán)重影響到了人們的生活用水，因此對城市的污水進行有效的控制勢在必行。提高對污水廠的管理力度，保證污水的處理質(zhì)量符合規(guī)范，以及操作人員樹立正確的質(zhì)量控制理念。在污水廠污水處理過程中嚴(yán)格監(jiān)控污水排放量以及污泥產(chǎn)生量，避免由于未及時處理造成二次污染情況。優(yōu)化污水處理技術(shù)，隨著污水水質(zhì)不斷變化，單一的厭氧-缺氧-好氧工藝、氧化溝工藝和序批式活性污泥處理工藝等技術(shù)已經(jīng)不能滿足適應(yīng)污水治理的要求，基于此可采用多種組合或多級處理工藝，相比較單一的污水處理技術(shù)，組合和多級工藝不僅減少了占地面積，投資成本，而且提高了污水處理效率。加大污水治理宣傳，增加人們環(huán)保意識，使人們能夠正確的認(rèn)識到城市污水處理的重要性和必要性，從而使城市的排水系統(tǒng)得到有效的改善與提升。

4.3 求來污水處理發(fā)展方向

未來，我國城市污水處理技術(shù)的發(fā)展離不開政策、標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟環(huán)境，相關(guān)的法律法規(guī)的完善和落實也是污水處理發(fā)展的重要保障。隨著環(huán)保行業(yè)的大力發(fā)展，污水技術(shù)選擇保障機制、污水設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)、污水設(shè)施運維機制以及針對不同區(qū)域污水特點不斷完善所采用相應(yīng)的法律和標(biāo)準(zhǔn)等，必將會使污水處理技術(shù)上升至新的高度，從而提高污水處理設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、低耗、高效化、自動化和智能化以及適應(yīng)性將成為未來污水處理的發(fā)展方向。

結(jié)語

在城市污水治理的背景前提下，本文對城市污水形成、生物脫氮除磷的機理、實際應(yīng)用中污水處理技術(shù)特點進行了詳細(xì)的描述，并結(jié)合污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢提出了建議，希望環(huán)保工作人員在城市污水處理過程中能重視對污水處理技術(shù)的不斷優(yōu)化及創(chuàng)新，提高污水設(shè)備的自動化程度和污水的處理效果，加大污水治理宣傳，保證城市經(jīng)濟穩(wěn)定健康地持續(xù)發(fā)展。