环保工程中污水处理工艺及方法探究

王莉香

（临沂市生态环境局郯城县分局，山东 临沂 276100）

引言

近年来环境污染日益严峻，污水排放成为重要的环境问题。在环保工程中，污水处理是一项关键技术，通过合理的处理工艺和方法可以将污水中的有害物质去除或减少到合理的水平，从而减轻对环境和人类健康的影响。传统的污水处理工艺包括物理、化学和生物处理，随着科技的不断进步，越来越多的先进污水处理工艺和方法得到了应用，例如反渗透、紫外线消毒、高级氧化等技术，同时也不断涌现出新兴的污水处理技术如生物电化学系统、微生物燃料电池等。随着环境保护法律法规的日益严格和全社会环保意识的不断提高，污水处理工作在环保工程中的地位日益重要。因此，深入研究污水处理工艺和方法，探索先进的技术及其发展趋势，对于推动环境保护和可持续发展具有重要意义。

1 环保工程中污水处理的意义

1.1 保护水资源

1.1.1 保护水资源

污水处理技术可以有效去除污水中的有害物质，降低污水对水资源的污染，保护水质。清洁的水资源对于人类生产、生活及生态环境都至关重要，合理处理污水可以保障水资源的可持续利用。

1.1.2 预防水环境污染

未经处理的污水直接排放将会对周围的水环境造成严重污染，对水生生物和生态系统产生负面影响。利用污水处理工艺和方法可以有效去除污水中的有害物质，防止污染物进入水体，预防水环境污染的发生。

1.1.3 保障人体健康

未经处理的污水中含有各种有害物质，如细菌、病毒、重金属等，对人体健康构成潜在威胁。利用合理的污水处理工艺和方法可以有效去除这些有害物质，保障人们饮用水的安全和健康。

1.1.4 符合环境保护法律法规

环境保护法律法规对于污水排放有严格的规定，这就要求企业和个人必须合法合规地进行污水处理，并遵守环境保护的相关法律法规要求。合理的污水处理工艺和方法可以降低企业和个人环保法律法规的合规风险。

1.1.5 推动社会的可持续发展

污水处理工作是推动社会可持续发展的重要举措，合理的污水处理技术可以实现资源的循环利用，例如污水中的有机物和营养物质可以被转化为能源或肥料，从而减少环境负担，推动经济、社会和环境的可持续发展。

1.2 降低污水危害并进行循环利用

第一，污水处理可以有效去除污水中的有害物质，包括悬浮物、有机物、营养物质、重金属等，且经处理的污水可以被安全排放或进一步利用，减少了水资源的浪费并降低了污染。第二，污水处理可以减少水体富营养化现象，防止水体产生蓝藻、水华等有害生物，保护水体生态平衡。合理的污水处理工艺和方法可以去除污水中的营养物质，如氮、磷等，减少水体富营养化的风险，保护水资源的生态健康。第三，污水处理可以降低水源地的污染风险，保护水质。第四，污水处理可以降低水资源的开采压力。随着人口增加和经济发展，对水资源的需求也不断增加，合理的污水处理可以将污水转化为可供农业灌溉、城市绿化、工业生产等用途的水资源，减轻对自然水源的开采压力。第五，污水处理可以促进水资源的循环利用。经过处理的污水可以通过适当的技术手段进行再利用，例如灌溉农田、生态湿地建设、城市景观用水等，实现水资源的循环利用，提高水资源利用效率。

2 污水处理工艺分析

2.1 生物处理工艺

2.1.1 活性污泥法

活性污泥法是将含有有机污染物的污水与具有降解能力的微生物接触的一种生物处理工艺。该方法通过调控反应器内的氧气、温度、pH值等条件，使微生物降解污水中的有机物，并形成活性污泥颗粒，再通过沉淀或过滤的方式进行分离。

2.1.2 曝气法

曝气法是通过将空气或氧气通入污水中，供微生物降解有机物的工艺，包括表面曝气和深层曝气两种方式。表面曝气通常采用曝气池或曝气沟，深层曝气通常采用曝气生物滤池。曝气法能够提供充足的氧气，促进微生物的生长和有机物的降解。

2.1.3 生物膜法

该方法是在固体支撑体上生长微生物膜，通过微生物膜降解污水中的有机物，包括生物膜滤池、生物膜反应器等。微生物膜能够提供较大的附着面积，有利于微生物生长和有机物降解。

2.1.4 厌氧处理工艺

厌氧处理工艺是在缺氧或无氧条件下进行生物处理的方法，通过厌氧微生物对有机物进行降解。常见的厌氧处理工艺包括厌氧消化池、厌氧滤池等。该工艺可以在无氧情况下降解有机物，适用于一些污水中氧气供应不足的情况[1]。

2.2 物理处理工艺

2.2.1 沉淀法

沉淀法是利用重力作用将污水中的固体颗粒沉降到底部形成污泥。常见设备包括沉淀池、沉淀池搅拌器、沉淀池澄清区等。通过沉淀有效去除污水中的悬浮固体颗粒，如悬浮颗粒、污泥等。

2.2.2 过滤法

过滤法是利用滤材拦截污水中的固体颗粒，常见的过滤设备包括砂滤器、活性炭滤器、纤维滤器等。通过不同孔径和层次的滤材，有效去除污水中的悬浮固体、颜色和异味等。

2.2.3 空气浮选法

该方法是利用气泡将污水中的悬浮物或沉淀物浮起到液体表面，实现固液分离的一种方法。常见的空气浮选设备包括气浮池、气浮机等。通过在水中注入气泡，形成气泡与悬浮物或沉淀物的附着，从而使其浮到水面，便于后续的固液分离。

2.2.4 蒸发

蒸发是利用高温蒸发污水中的水分，实现污染物的浓缩和分离，通常用于高浓度污水处理。蒸发可以实现污水体积减小和浓缩固体物质的目的，便于后续的处理或处置。

2.3 化学处理工艺

2.3.1 氧化法

氧化法是通过引入氧化剂使污水中的有机物或无机物发生氧化反应，从而将其转化为较为稳定的物质。常见的氧化剂包括氯气、次氯酸、臭氧、过氧化氢等。氧化法可以有效降解有机物，如有机溶解物、重金属离子、氨氮等。

2.3.2 沉淀/絮凝法

化学沉淀和絮凝法是通过添加化学药剂使污水中的悬浮物或溶解物发生化学反应，从而形成沉淀物或凝结物并与固液分离。常见的化学药剂包括氢氧化钙、氯化铁、聚合氯化铝等。该方法可以去除污水中的悬浮物、胶体物质、重金属离子等。

2.3.3 中和/调节pH值法

中和/调节pH值法是通过添加化学药剂改变污水的酸碱性质，从而达到中和反应或调节pH值的一种方法。常见的中和药剂包括石灰、碳酸氢钠等。该方法可以对抗酸性或碱性污水，并控制污水的酸碱平衡，有助于后续处理步骤的进行。

2.3.4 吸附法

吸附法是通过添加吸附剂将污水中的污染物吸附到固体表面，从而去除污染物。常见的吸附剂有活性炭、沸石、聚合物等。该方法可以去除污水中的有机物、色素、重金属离子等[2]。

3 环保工程中污水处理技术的选择和应用

3.1 污水水质特性

3.1.1 化学需氧量（COD）

COD是污水中有机物质的测量指标，表示单位体积污水中所含的有机物质需要消耗的氧量。高COD值通常表示污水中有机物质的含量较高，需要采取相应的处理措施。

3.1.2 生化需氧量（BOD）

BOD是污水中有机物质生物降解的测量指标，表示单位体积污水中所含的有机物质能被生物降解的能力。BOD值可以用于评估污水的生物降解性能，从而确定合适的生物处理工艺。

3.1.3 总悬浮物（TSS）

TSS是污水中悬浮颗粒物的测量指标，包括悬浮固体和悬浮液体。高TSS值通常表示污水中悬浮颗粒物的含量较高，可能会导致污水处理过程中出现悬浮物沉淀、堵塞和污染等问题。

3.1.4 总氮（TN）和总磷（TP）

TN和TP是污水中氮和磷的测量指标，这两种元素是水体中的营养物质，过多的氮和磷会导致水体富营养化，引发水体蓝藻水华等环境问题。因此，控制污水中的氮和磷含量对于保护水环境至关重要。

3.1.5 pH值

pH值是污水酸碱性的测量指标，对于生物处理过程的稳定性和效果具有重要影响。不同的处理工艺对pH值有不同的要求，因此需要在污水处理过程中监测和调整pH值。

3.1.6 温度

污水的温度也会对污水处理过程产生影响，高温和低温都可能对生物处理过程的效果和运行稳定性产生影响，因此需要在处理过程中对污水的温度进行监测和控制。

3.2 处理效果要求

3.2.1 出水水质符合排放标准

污水经处理后的出水水质应符合国家、地区或行业规定的排放标准，包括化学需氧量、生化需氧量、总氮、总磷、悬浮物等指标的限值同，确保处理后的污水不会对水体和环境造成污染。

3.2.2 满足再利用要求

经处理的污水可用于农田灌溉、工业用水或其他用途，但需要满足相应的再利用要求，如对微生物、营养物质、重金属等含量的限制。

3.2.3 生物降解效果良好

对于采用生物处理工艺的污水处理系统，要求处理过程中有机物质的生物降解效果良好，即COD、BOD的去除率达到预期要求，确保处理过程稳定、可靠且具有良好的生物处理效果。

3.2.4 特殊污染物的去除

对于特定的污水处理项目，如工业废水处理、医疗废水处理等，可能存在特殊污染物，如重金属、有机化合物、药物等，所以需要去除这些污染物，以确保出水符合相应要求。

3.2.5 符合节能减排要求

在环保工程中，节能减排也是一个重要要求。污水处理系统应该在能源消耗和减排方面尽可能优化，通过采用先进技术和管理手段，减少处理过程中的能源消耗和污染物排放。

3.3 投资成本

3.3.1 项目规模

污水处理项目的规模越大，通常投资成本就会越高。大规模的项目可能需要更多的土地、更大容量的处理设备、更复杂的处理工艺以及更高的建设和运营管理成本。

3.3.2 处理工艺

不同的污水处理工艺投资成本不同，例如，生物处理工艺通常需要建设生物反应器、曝气设备、污泥处理设备等；物理处理工艺可能需要建设沉淀池、过滤设备、混凝剂投加系统等；化学处理工艺可能需要投资较高的化学投加系统和化学药剂；混合处理工艺则可能需要同时建设多个处理单元，如生物处理单元和物理/化学处理单元，因而投资成本相对较高。

3.3.3 水质的要求

不同水质要求对处理工艺和设备的要求也不同，投资成本也不同。例如，高水质要求的污水处理项目，可能需要采用更先进的处理工艺和设备，因而投资成本较高。而一些低水质要求的项目，可以采用较简单的处理工艺和设备，投资成本相对较低。

3.3.4 设备选型

不同的处理设备品牌、型号和质量也会对投资成本产生影响。一些高品质的处理设备通常价格较高，但可能具有更好的性能、更长的寿命和更低的运维成本，从长期看可能会取得更大的经济效益。而一些低价位的设备虽然价格较低，但性能和寿命可能存在一定的缺陷。

3.3.5 用地条件

项目所需用地条件也会对投资成本产生影响。若项目用地条件复杂或需要大规模的土地开发，会增加项目的总体成本。

3.3.6 施工周期

施工周期的长短也会对投资成本产生影响。如果项目施工周期设置过短，为了赶工期会增加人员数量，由此导致人力资本增加。而如果施工周期过长，在每日成本固定情况下，工期越长，成本也就越高。

4 污水处理技术的发展趋势

4.1 绿色、可持续和低碳技术

随着人们环保和可持续发展意识的不断提高，污水处理技术趋向于绿色、可持续和低碳化。例如，采用生物处理工艺中的高级氧化工艺（如生物膜反应器、厌氧/好氧工艺等）可以实现对废水的高效处理，并减少能耗和化学药剂的投加。同时，采用可再生能源如太阳能、风能等作为能源来源，可以减少对传统能源的依赖，从而降低碳的排放。

4.2 先进的水质处理技术

随着社会和经济的发展，人们对水质的要求不断提高，传统的污水处理技术已经无法满足人们对高水质的要求。因此，先进的污水水处理技术逐渐成为污水处理领域的发展趋势。例如，采用先进的膜技术（如反渗透、超滤、纳滤等）可以实现对水质的高级处理，能够去除更小的颗粒和有机物质，从而提高出水的水质。

4.3 智能化和数字化技术

随着信息技术的快速发展，智能化和数字化技术在污水处理领域的应用越来越广泛。例如，采用自动化控制系统、远程监控和数据分析技术可以实现对污水处理过程的精确控制和优化管理，进而提高污水处理效果和运营效率。

4.4 实现污水的综合利用和资源化

传统的污水处理技术注重对污水的去除和排放，而先进技术越来越注重对污水的综合利用和资源化。例如，通过污泥处理和资源化利用，可以将污泥转化为能源、肥料或其他有价值的产品，从而实现污泥的资源化利用并减少处置成本[3]。

5 结语

污水处理工艺和方法在环保工程中具有非常重要的作用，对于维护水环境质量、保护生态系统和人体健康具有重要意义。随着环保法律法规的不断完善和全社会对环境保护的日益关注，污水处理技术也在不断发展和创新。目前，污水处理技术呈现出绿色、可持续、低碳化、先进水质处理、智能化和数字化、综合利用和资源化、去中心化和本地化等趋势。通过采用生物处理工艺中的高级氧化工艺、先进的膜技术、自动化控制系统、远程监控和数据分析技术，可以实现对污水的高效处理、优化管理和资源化利用。然而，污水处理工艺和方法的选择和应用需要根据具体情况而定，包括污水的性质、处理要求、经济可行性等因素。同时，还需要注重运营和管理的规范性和可持续性，以确保污水处理设施长期稳定地运行并达到预期的环保效果。总之，污水处理工艺和方法的探究和应用对于保护水环境、推动环保工程可持续发展具有非常重要的意义，相关技术人员要不断推动科技创新和管理创新，进一步实现经济、社会和环境的协同发展。