城市污水處理技術(shù)分析

向君容

（重慶一三六地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147）

1 概述

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)潔凈水的需求量不斷增加，合理利用現(xiàn)有水源，保護(hù)現(xiàn)有水源不受污染，治理生活和工業(yè)廢水以及污水回用，不僅是我國(guó)城鄉(xiāng)面臨的當(dāng)務(wù)之急，而且是當(dāng)今世界性問(wèn)題。由于我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)人口急劇增加，加上我國(guó)過(guò)去過(guò)多地把環(huán)境污染防治的重點(diǎn)放在工業(yè)污水污染防治上，城市生活污水的污染防治相對(duì)滯后。隨著城市污水排放量增加，環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)又跟不上城市化發(fā)展速度，致使城市生活污水成為水污染的一個(gè)重要來(lái)源。因此，如何處理城市生活污水是一個(gè)值得關(guān)注的大問(wèn)題。

2 城市污水的來(lái)源與特點(diǎn)

城市污水主要來(lái)自家庭、商業(yè)、機(jī)關(guān)學(xué)校、旅游服務(wù)業(yè)及其他城市公用設(shè)施。城市生活污水污染物含量主要是有機(jī)物，如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、糖類(lèi)、礦物油等，其中COD(化學(xué)需氧量)、BOD(生物需氧量)、TKN(凱氏氮)、TN(總氮)、TP(總磷)也較高。生活污水經(jīng)一級(jí)物理處理、二級(jí)生化處理后 COD、B0D、TKN、NH3-N 等大幅度降低，但TN、TP仍較高，排入水體后易造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，使藻類(lèi)大量生長(zhǎng)繁殖，造成赤潮和水華。藻類(lèi)生物原生質(zhì)的組成是C106H2630110N16P，可知水中含少量的氮、磷就能促使藻類(lèi)大量生長(zhǎng)，而當(dāng)藻類(lèi)代謝大量死亡時(shí)，就使水域水體腐敗發(fā)臭水質(zhì)惡化。

3 城市生活污水處理方法

3.1 膜分離技術(shù)的應(yīng)用分析

鑒于膜分離技術(shù)在污水處理中通過(guò)固液分離機(jī)制去除污染物和細(xì)菌方法有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。人們對(duì)膜分離技術(shù)應(yīng)用于給水和污水處理方面進(jìn)行了多途徑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。膜分離技術(shù)(如微濾、超濾)在城市生活污水處理應(yīng)用方面也有了較大進(jìn)展，已經(jīng)部分商業(yè)化用作回用水。

中空纖維膜微濾系統(tǒng)，小規(guī)模處理生活污水，由于微生物降解了60%的TOC(總有機(jī)碳)。其中的懸浮顆粒和固體主要通過(guò)膜吸附作用從水中得以清除，結(jié)果使出水水質(zhì)中COD、BOD、TOC、SS(懸浮物)和濁度分別低于 30mg/L、10mg/L、10mg/L、2mg/L和1NTU，滿(mǎn)足回用水標(biāo)準(zhǔn)。絮凝-吸附-微濾系統(tǒng)處理生活污水，出水可回用，出水水質(zhì)中濁度和COD分別為從18NTU、77mg，L 降到 0.5NUT、13ml。

膜污染是膜分離技術(shù)在污水處理應(yīng)用中的一個(gè)難題。膜污染是指處理物料中的微粒、膠體、溶質(zhì)大分子由于物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而在膜表面或孔內(nèi)吸附、沉積，造成膜孔經(jīng)變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量和分離特性發(fā)生不可逆變化，導(dǎo)致處理水的質(zhì)量和數(shù)量下降。膜污染防治技術(shù)目前主要有：

對(duì)濾液進(jìn)行前處理。各種混凝土技術(shù)對(duì)濾液進(jìn)行前處理能有效去除有顆粒物。強(qiáng)化一級(jí)處理工藝與膜技術(shù)聯(lián)合作用能有效降低膜污染。

改善操作環(huán)境，有關(guān)研究證實(shí)雙向攪動(dòng)、物理沖洗、改變曝氣等方式能有效降低膜污染。

定期對(duì)膜組件進(jìn)行清洗。盡管如此，膜污染還是隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。直到現(xiàn)在，膜污染仍是制約膜技術(shù)在處理城鎮(zhèn)生活污水應(yīng)用中的最重要因素。防治膜污染而采取的種種措施使膜法水處理耗能相對(duì)較高。故與其他水處理方法結(jié)合應(yīng)用的新型、低能耗合成膜法水處理工藝成為水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

膜生物反應(yīng)器就是由膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器結(jié)合的生物化學(xué)反應(yīng)處理系統(tǒng)。就膜生物反應(yīng)器處理生活污水，從能耗角度(特別是曝氣和循環(huán)泵的費(fèi)用上)研究了一體式和分體式兩類(lèi)反應(yīng)器，結(jié)果表明：在處理特殊廢水(如N濃度高廢水)和廢水回用情況下膜反應(yīng)器是非常有效的，但分體式的耗能要高于一體式，而后者的膜建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用則較高。加壓浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器是膜生物反應(yīng)器研制過(guò)程中的又一進(jìn)展。通過(guò)抬高進(jìn)水水位，利用膜組件外部水的壓力形成壓力差，并串聯(lián)一個(gè)厭氧硝化池除N，可使其能耗大大降低。該反應(yīng)器在處理城市生活污水時(shí)的連續(xù)運(yùn)行結(jié)果證實(shí)：

膜在連續(xù)運(yùn)行400d期間，經(jīng)過(guò)清洗，處理效果穩(wěn)定；BOD、T0C、SS、TN 和 TP 的平均去除率分別為99%、93%、100%、79%和74%；短期抗沖擊能力顯著；平均耗能低，為2.4kWh／m。

應(yīng)用膜生物反應(yīng)器和中空纖維膜分離組件，該裝置在小規(guī)模污水處理運(yùn)行中，無(wú)污泥排放、有機(jī)物高度穩(wěn)定化，通過(guò)控制曝氣速率，脫氮效率高達(dá)90%。對(duì)曝氣的方式加以改進(jìn)，以增大膜得通量。在膜生物反應(yīng)器中加入鋁鹽或沸石，結(jié)果表明能有效降低膜污染，同時(shí)除磷、脫氮效果明顯?？傊ㄟ^(guò)開(kāi)發(fā)新型有機(jī)、無(wú)機(jī)及復(fù)合經(jīng)濟(jì)型膜材料，采用經(jīng)濟(jì)、有效手段防止膜污染，加強(qiáng)膜技術(shù)與其它水處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，可大大促進(jìn)分離技術(shù)在城鎮(zhèn)生活污水處理中的實(shí)際應(yīng)用。

3.2 強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)的應(yīng)用分析

城市生活污水強(qiáng)化一級(jí)處理工藝的快速發(fā)展，在很大程度上得益于它基建投資少、單位污染物去除費(fèi)用較低、能較大程度地提高污染物的去除率，消減污染負(fù)荷。特別是，由于該工藝運(yùn)行管理簡(jiǎn)便靈活，處理過(guò)程穩(wěn)定可靠，很適合于我國(guó)中小城鎮(zhèn)生活污水處理的實(shí)際應(yīng)用，尤其適合于資金緊張地區(qū)的生活污水處理。

強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)可分為化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝和生物強(qiáng)化一級(jí)處理工藝，有研究表明在對(duì)生活污水處理過(guò)程中，CEPT的處理效果明顯，一般懸浮固體去除率可達(dá)90%、BOB去除率為50%～70%、細(xì)菌去除率為80%～90%、TP為80%～90%。而常規(guī)一級(jí)處理去除率為：SS為50～60%、BOD為25%～40%、TP為10%。特別是在除磷方面，一般采用生物除磷工藝很難滿(mǎn)足1.0mg/L水水質(zhì)要求。CEPT可以滿(mǎn)足這一出水水質(zhì)的要求。如CEPT結(jié)合后續(xù)生物處理工藝，出水水質(zhì)還可望達(dá)到0.5mg/L(一級(jí)標(biāo)準(zhǔn))。

將混凝法強(qiáng)化城市污水廠(chǎng)一級(jí)處理，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度低時(shí)，處理后出水水質(zhì)滿(mǎn)足一級(jí)或二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，其運(yùn)行費(fèi)用僅為常規(guī)活性污染工藝的23%；當(dāng)進(jìn)水有機(jī)質(zhì)濃度較高時(shí)，可采用混凝強(qiáng)化一級(jí)處理結(jié)合活性污泥法，可保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，運(yùn)行費(fèi)用僅為原有工藝的70%。該試驗(yàn)還證明：利用回流一級(jí)污泥的絮凝吸附作用強(qiáng)化一級(jí)沉淀處理生活污水，當(dāng)適當(dāng)條件下，COD和SS的去除率分別為60～70%和70%左右。由于CEPT還具有不易受氣候條件限制等優(yōu)點(diǎn)，可在寒冷地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用于處理城鎮(zhèn)生活污水。

當(dāng)前，強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)是：污泥產(chǎn)量大對(duì)污泥的處理難度和處理費(fèi)用增加，而且絮凝劑存在生物學(xué)毒性和生態(tài)學(xué)上的安全性問(wèn)題，當(dāng)采用這些絮凝劑進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，容易造成對(duì)環(huán)境的二次污染。

因此，在加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝系統(tǒng)性研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)解決好減少污泥產(chǎn)量和污泥資源化等難題，特別是隨著高效、生態(tài)安全性能高的新型復(fù)合絮凝劑的研制和應(yīng)用，強(qiáng)化一級(jí)處理工藝在低濃度生活污水處理方面應(yīng)用前景很廣。

3.3 生物處理方法的應(yīng)用分析

污水生物處理過(guò)程是指利用微生物的新陳代謝把污水中存在的各種溶解態(tài)或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)害化物質(zhì)。按照處理過(guò)程中有無(wú)氧氣的參與。污水的生物處理技術(shù)可分為好氧處理工藝和厭氧處理工藝；按照污水處理生物反應(yīng)器中微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)，污水的生物處理技術(shù)又可分以活性污泥為代表的懸浮生長(zhǎng)工藝和以生物膜法為代表的附著生長(zhǎng)工藝。其中厭氧處理工藝和生物膜法較為常用。

(1)厭氧處理工藝。厭氧處理工藝具有反應(yīng)器體積小，規(guī)模靈活，工藝簡(jiǎn)單，耗能低(僅為好氧工藝的10%～15%)，產(chǎn)生的污泥量小(為好氧工藝的10%～15%)，處理過(guò)程中對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求低等多種優(yōu)點(diǎn)，是城鎮(zhèn)生活污水處理的首選方法之一。但是，城鎮(zhèn)生活污水中較低的污染物濃度。則成了傳統(tǒng)厭氧處理工藝在城鎮(zhèn)生活污水處理中廣泛應(yīng)用的首要限制因素。為了解決這一技術(shù)難題，人們對(duì)傳統(tǒng)厭氧處理工藝進(jìn)行了長(zhǎng)期的各種改進(jìn)試驗(yàn)。改進(jìn)后的厭氧處理技術(shù)在處理低濃度城鎮(zhèn)生活污水 (COD<1000mg/L)時(shí)，無(wú)論是在試驗(yàn)室水平還是在應(yīng)用水平上，均取得了重要突破。特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，上流式厭氧污泥床反應(yīng)器技術(shù)開(kāi)始在熱帶地區(qū)推廣應(yīng)用，基本上克服了該工藝所遇到的這一難關(guān)。限制厭氧技術(shù)在更大范圍內(nèi)處理城鎮(zhèn)生活污水的另一關(guān)鍵因素是低溫。污染物濃度低的生活污水由于在硝化過(guò)程中不能產(chǎn)生足夠的熱量維持厭氧細(xì)菌正常生長(zhǎng)，在氣溫低的地區(qū)必須添加能量以維持熱平衡，使處理成本大增。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，UASB技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)了，并在中溫地區(qū)應(yīng)用于處理生活污水，結(jié)果表明：在無(wú)外加熱源時(shí)，可連續(xù)運(yùn)行超過(guò)200d。但缺點(diǎn)是接種污泥時(shí)間仍很長(zhǎng)。常溫下應(yīng)用厭氧式批序式反應(yīng)器技術(shù)處理低濃度廢水，結(jié)果表明：25℃～150℃處理COD濃度為 800～400mg·L-1的人工合成廢水時(shí)。去除率在80℃～90%；處理COD為600mg·L-1廢水時(shí)，20℃～25℃時(shí)COD 和BOD 去除率均大于90。厭氧處理工藝這一新的改進(jìn)。為城鎮(zhèn)生活污水處理提供了一種新途徑，但是否完全可行，有待進(jìn)一步研究。

(2)生物膜法處理技術(shù)。近年來(lái)，生物膜法處理技術(shù)存城鎮(zhèn)生活污水深度處理特別是硝化和反硝化研究方面取得了進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)證明在好氧條件下生物轉(zhuǎn)盤(pán)(RBC)技術(shù)同時(shí)去除有機(jī)物和氮的可行性，三級(jí)RBC在細(xì)菌Thiosphaere pantotropha參與下完全好氧條件下同步處理人工合成生活污水的結(jié)果，其中第一階段有機(jī)物和氮去除率高達(dá) 8.7～25.9gCOD·m-2·d-1和 0.81～1.85GN·m-2·d-1。采用淹沒(méi)式生物濾池處理生活污水，通過(guò)選擇連續(xù)流和間歇流操作方式為進(jìn)行硝化和反硝化，結(jié)果表明其COD(化學(xué)需氧量)去除率大于70%，NI-L-N濃度低于5mg·L-1?？刂坪梅礇_洗和捕食性微生物可以提高生物濾池的除氮效果，塔式生物濾池的研究表明：生物膜內(nèi)的捕食性蝸牛是干擾其硝化過(guò)程的主要因素。

結(jié)束語(yǔ)

城市污水處理的效果不僅僅關(guān)系到城市所在地周邊的環(huán)境保護(hù)，更關(guān)系到下游城市人們的身體健康以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。加快城市污水處理建設(shè)，加快城市污水處理新技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)城市和諧發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展路線(xiàn)的實(shí)施。是目前我國(guó)城市污水處理相關(guān)部門(mén)的首要任務(wù)。

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