污水处理方案及路径分析

高 悟

（太原市卫生健康综合行政执法队，山西 太原 030001）

0 引言

随着我国经济的发展，我国社会已经全面步入小康。在城镇化速度加快的同时，用水量和污水量也逐年提升。但是由于一部分居民和企业缺乏对水资源的保护与节约意识，同时在一些偏远地区污水处理基础设施建设不够完善，导致生产和生活中产生大量污水却无法彻底处理，同时污水排放管控不足，又造成了更多的水资源被污染[1-2]。在这种情况下，对水污染制定合理的治理方案，分析有效路径，具有十分重要的意义。

1 水污染现状分析

我国城镇化建设程度逐年提高，城市人口日益增多。伴随着人口密度散布的扩大，为了保证城市人口的生活状态，不少企业布署于城镇中，可能会导致城镇污水产量大幅度提高。

从2016 年到2020 年，污水排放量从480 万m3提升到了570 万m3，增长量接近20%。由此可见我国城市污水排放量巨大，并且一直呈现出增长趋势，在未来几年污水排放量还会逐年提升。为促进污水处理的工作效率，各级政府也全力以赴加大投入污水处理的力度。2016 年至2020 年全国污水处理厂数量由不足2 100 家增长到2 600 多家，虽然污水处理厂的数量与污水处理量得到了一定的提升，但是相较于全国污水排放量的增长却略显不足。随着人们生活水平的提升，还应该提升水资源保护的教育与宣传，以此从根源上降低水污染，从而为城市污水处理减少一定的压力

2 污水治理方案

在水污染治理的过程当中，通常采用物理处理和化学处理两种解决办法。在这当中物理处理具体方法如图1 所示。

图1 污水物理处理法

物理处理方式便是城市污水借助粗格栅的原污水通过污水提升泵提高后，通过格栅或是砂滤器，过后步入沉砂池，通过砂水分离的污水步入初淀池，初淀池的出水进入生物处理设备，生物处理设备的出水步入二次沉淀池，二沉池的出水通过消毒杀菌，步入混凝土沉积[3]。二沉池的污泥其中一部分回流至初次沉淀池或是生物处理设备，其中一部分步入污泥浓缩池，过后步入污泥消化池，通过脱水和烘干设备后，污泥被最终运用。

化学处理的方法如图2 所示。

图2 污水化学处理法

化学处理的形式主要是靠化粪池、提篮格栅、调节池、集成一体化污水处理设备、消毒池等程序模块使污水达到应用的要求。化学处理设备易于实际操作，也很容易完成自动识别与控制；一些有毒有害物质的污染物可以作为有益的资源再利用[4]。化学处理操作系统能够实现一些工业用水的闭路循环。在水和其他资源日益紧缺的现况下，污水化学处理法将获得更多的发展趋势。

3 污水治理路径分析

水污染治理的路径现在主要分为吸附法、电化学催化技术、人工湿地治理技术和生物浮岛治理技术。

3.1 吸附法

吸附法中吸附物质对杂质吸附的能力强与弱通常由吸附的物质数目、浓度值、环境温度等多种因素确定。吸附物质数目与浓度的影响如式（1）和式（2）所示。

式（1）为弗兰德里希（Freundlich）吸附等温式，式（2）为朗缪尔（Langmuir）吸附等温式。在式（1）和式（2）中，y 为吸附剂中吸附的物质总数量；m 为所花费的吸附剂的总数量；ρ 为吸附结束时，溶液中被吸附的物质浓度值；K 和n 为在一定范围内表示吸附过程的经验系数，通常情况下，n＞1。相较于式（1），式（2）能更好地适合各种浓度，并且式中每一项都有较明确的物理意义。

吸附法主要应用于污水处理的先头环节中。在污水处理的过程当中，最先要把废水开展固液分离，摆脱原来废水中胶体操作系统的平衡与稳定性，使固态胶体集聚下移。在这个环节中通过吸附法，依靠不同特性的吸附物质，对废水中不同的被吸附物进行分离。比较常见的吸附物涉及有机化合物和活性炭[5]。有机物的溶解度也随着吸附链长的提高而极大减少，吸附能力极大减弱，而活性炭吸附功能是伴随着有机化合物溶解度的极大减少而变化的；伴随着有机化合物分子量的扩大，活性炭的吸附量也逐步增加，例如活性炭对甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有机酸的吸附量是逐步增加的，活性炭对酯类化合物的吸附作用强过脂环族有机化合物，对饱和状态链有机物的吸附性逊于对不饱和链有机物的吸附性，吸附性伴随着极性的提高而极大减少。因而，在具体的污水处理环节中，一般会添加多种吸附化学物质，使其相互促进，从而达到最佳的吸附效果。

3.2 电化学催化技术

电化学催化技术可以通过阳极反应技术实现对有机化合物开展溶解的效果，主要是通过臭氧和羟基自由基等氧化剂对有机化合物开展溶解。电催化还原技术利用了物质的化学性质，比传统的污水处理技术更加清洁高效，并且通过外部电场的作用，电子在污染物溶液阶段的离子之间移动，从而使昂贵的高毒性物质阳离子被电子还原，阴离子失去氧化作用。元素材料被回收或转化为低成本的可生物降解的低毒性材料[6]。

有研究发现，金属氧化物阳极上的氧化反应原理和有机化合物的结果与表面的阳极金属氧化物和氧化物的价态相关。在金属氧化物MOx阳极上所形成的较高价金属氧化物MOx+1可确定氧化有机化合物以产生氧化含氧化合物。在MOx阳极产生的自由基MOx（·OH）通过有机物的氧化燃烧促进CO2。在析氧反应的潜在性区域中，能够在金属氧化物的外表面产生氧化物，促使阳极具备两种活性氧情况：吸附在晶格中的羟基自由基和高价氧化化学物质。阳极表面的氧化过程分两个阶段开展。最先，溶液中的H2O 或OH 形成吸附在阳极上的羟基自由基，具体如式（1）所示：

然后，吸附的羟基自由基的氧转移到金属氧化物晶格中以形成高价氧化物，具体如下式（2）所示：

如果在溶液中不存在有机物质的情况下，自由基的氧生成反应以两种状态发生，具体如下式（3）：

而当氧化有机物质R 存在于溶液中时，反应如下式（4）所示：

电化学氧化在含氰化物、苯酚、醇和含氮有机染料的废水处理中起着非常有效的作用。为实现高转换效率，电催化氧化还原过程必须符合下列标准：

1）氧化还原剂的形成速率应够大。

2）分离氧化还原剂的形成电位和析氧反应的电位。

3）电极应该极大减少所吸附的其他化学物质。

4）污染物与氧化还原剂反应迅速且明显。

3.3 人工湿地治理技术

人工湿地治理技术主要是人工建造湿地，将污水、污泥有掌控地投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿相应方位流动环节中，采用湿地中土壤、微生物菌种、绿植及对污水中污染物开展物理性、有机化学、生物体协同处理。其作用机制涉及吸附、滞留、过滤、氧化还原反应、沉淀、微生物降解、转化、绿植遮蔽、残余物累积、蒸腾水分和养分吸收以及各类动物的功效。

3.4 生物浮岛治理技术

生物体浮岛综合治理理论是采用植物生长的自然法则，根据搭建浮体，采用植物根系吸附来清除污染物，从而实现水质净化的作用，关键应用于流经有污染源的城镇的河流或是水域。人工生物体浮岛的治污作用是利用生物的自然生态习性，在损伤水体中吸收、吸附消化和溶解水中的有机污染物，因而，不需要专业化的机械设备制造及其化学药剂资金投入，能够大批量地节省成本支出，极大减少动力、能源和维护保养管理费用，具备低投资、效果好、节约资源、运作质量稳定、维护保养简单等优势。

4 结语

我国城市化建设的不断发展，致使人们对于水资源的需求量以及污水排放量都在逐年提升。本次研究首先对近年来全国污水排放量和污水处理厂的数量进行了分析，发现近年来全国污水排放量和污水处理厂的数量都在逐年提升，但城市污水的处理压力却不降反增。为了提升水资源保护的教育与宣传，本次研究从物理处理和化学处理两种方式介绍了污水处理的方案，然后从吸附法、电化学催化技术、人工湿地治理技术和生物浮岛治理技术四个方面分析了污水处理的路径。在未来，为了加强对水资源的保护以及对水污染治理的教育，应建立健全水资源污染治理法律法规体系、多方面正确引导社会力量参加水资源污染整治、构建统筹考虑水资源污染整治体制、堵塞工业废水根源、增加落后地区水资源污染整治力度、提升新技术应用、新生产工艺、新型材料的使用等水资源污染治理的方案，并给出贯彻落实协调发展核心理念、加强监管力度、宣传清洁生产等水环境保护途径。