城市污水处理技术的应用及探究

杨久利

（中煤科工集团杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

近年来，伴随着我国城市经济步伐的加快，人们生活水平得到大幅度提高。但由于人们环保意识的缺乏，导致城市污水排放量越来越多，已成为影响城市经济发展的重要因素[1]。目前，现有的污水处理厂存在设备出现不同程度的老化、技术水平相对落后、处理效率低下等问题[2]，传统且单一的污水处理技术已经不能满足治理要求，因此在对城市污水处理过程中应根据实际情况选择适宜的技术，并对其进行有效的控制和管理尤为关键[3]。

1 城市污水的形成

城市污水的形成因素较多，如当地经济比较落后、取用水相对简单，未将污水进行有效地治理就直接排放到水体中，导致周边水体环境变差；部分企业为了降低生产成本，过度使用氯化铁、聚合氯化铝、氯气等化学药剂，虽然此方法对废水中的悬浮物和有机物物进行了去除，但水中残留的药剂如果流入水体也会对自然环境产生不利影响。另外，一些工业污水氮磷严重超标，排入江河、湖泊会造成水体富营养化，不仅影响水中生物的生存，而且会危及人们的饮用水水源安全[4]。

2 城市污水处理方法

目前，针对城市污水中氮磷污染物常采用生物脱氮、生物除磷以及污水脱氮除磷技术等，实现氮磷的分别或联合去除。

2.1 污水生物脱氮

生物脱氮是指废水中微生物通过氨化、硝化和反硝化反应，将含氮有机物和氨氮转化并且生成为氮气，从而实现脱除的效果[5]，工艺流程如图1 所示。目前，对城市生活污水脱氮处理常采用曝气生物滤池，其优点是操作简单方便，且可以有效地降低曝气池的容积负荷，但也存在一些缺点，如滤料容易堵塞、反冲洗不佳导致工艺运行失效等，并且脱氮过程中还会产生大量的剩余污泥，如果这些污泥未及时排出，也会对水体造成二次污染。因此，在污水处理过程中需要选择合适的生物脱氮方法，对污水的进出水量和污泥量等参数进行控制。

图1 生物脱氮工艺流程图

2.2 污水生物除磷

一些城市污水中的磷元素含量较高，且含有大量的磷酸盐。如果污水不经过除聚磷菌处理就排放至城市水体中，则会使水中的有机质和无机盐类富集，从而造成水体富营养化[6]，因此必须对城市污水进行生物除磷处理。具体的生物除磷操作主要包括厌氧释磷、好氧摄磷、高磷污泥的排放等，工艺流程如图2 所示。由于生物除磷的核心为聚磷菌，因此处理过程中应控制好温度、PH、溶解氧及泥龄等条件。

图2 生物除磷工艺流程图

2.3 污水脱氮除磷技术

污水脱氮除磷的技术是指通过微生物的作用将污水中的氮磷元素去除，从而达到净化水质的目的[7]。污水脱氮除磷技术的主要优点有2 个方面，即①根据污水氮磷的特点，采用针对性地去除工艺；②可以将废水的含氮和含磷量降低到较佳的水平。但污水脱氮除磷技术在污水处理过程中也存在一些缺点，如好氧过程消耗大量的曝气、增加运行的成本等。因此，污水处理厂应根据实际的情况选择合适的脱氮除磷技术，这样才能使其发挥技术优势，达到较佳的处理效果[8]。

3 城市污水处理技术的应用

3.1 厌氧-好氧处理技术

厌氧-好氧处理技术简称“A/O 工艺”，是利用缺氧和好氧环境先后进行反硝化和硝化操作，工艺流程如图3 所示。首先，在缺氧环境下利用培养出来的的异养菌对污水进行脱氮除磷处理。然后，在好氧条件下，通过好氧菌降解有机物。最后，将回流污泥返回进水系统，利用进水中有机物作为碳源，进行反硝化反应。厌氧-好氧处理工艺特点是流程相对比较简单、操作费用不高、耐负荷冲击、处理能力较强，但运行中也存在一些问题，如脱氮效率不高，受停留时间和污泥浓度影响等。

图3 A/O工艺流程图

3.2 厌氧-缺氧-好氧处理技术

厌氧-缺氧-好氧处理技术（简称“A2/O工艺”），工艺流程如图4 所示。首先，回流污泥与污水作为原料流入厌氧池，利用聚磷微生物释放磷，再在缺氧池内以污水中有机物为养料，利用反硝化细菌进行反硝化处理操作。然后，在好氧池内通过氨化和硝化反应，降低氨氮浓度同时聚磷菌吸收大量磷。最后，经过二沉池沉降操作，排出剩余污泥除磷[9]。A2/O 工艺优点是可以在交替的环境进行有机物去除，以及反硝化和硝化反应避免污泥膨胀问题；其缺点是回流污泥中硝酸盐进入厌氧区，会对厌氧反应产生不利影响，中间缺氧区存在能量源不足情况等。整体来说，对于碳源丰富的污水，A2/O 工艺运行稳定可靠，脱氮除磷效果较高。

图4 A2/O工艺流程图

3.3 氧化沟处理技术

氧化沟处理技术又称氧化渠工艺，是一种改进的活性污泥系统。它利用循环曝气的特点设计好氧区以及缺氧区，有利于微生物发生硝化和反硝化反应；同时，为了防止污泥沉淀，将反应沟渠设计成环状反应器，增大污水停留时间，并在一定程度上提高污水处理效果，工艺流程如图5所示。氧化沟处理技术的优点是可以很好地管理停留时间，污泥龄较长。但在实际的操作过程中，往往会出现一些问题，如流速不均匀导致污泥短路沉积、溶解氧不足，以及排泥不通畅引起污泥膨胀等[10]。因此，根据实际需要设计合理的结构，将污水的处理与污泥排放相结合，才能有效地消除水中有毒有害物质。

图5 氧化沟工艺流程图

3.4 序批式活性污泥法

序批式活性污泥法（简称“SBR”），是指利用非连续性方式来操作活性污泥污水处理方法。该工艺运作周期由进水、反应、沉淀、排水和闲置5 个阶段组成，且每个阶段之间都有效地衔接，通过前面阶段处理后进行下一阶段，从而实现对污水的净化处理，工艺流程如图6 所示。序批式活性污泥法的特点主要有3 个方面，即①污泥膨胀得到有效控制，通过变化环境可以驯化优势菌种；②硝化和反硝化反应同步进行，调整曝气强度可使其反应器水中氧浓度均匀分布，实现同步硝化和反硝化操作；③根据进水水量水质情况可进行适当调整和控制。目前，我国城市生活污水的处理方式以传统的活性污泥法居多，处理效率较低，因此急需寻找一种高效的方法来解决此类问题，其中一个重要的方面就是运用序批式活性污泥技术对城市的污水进行处理。

图6 SBR工艺流程图

3.5 人工湿地污水处理技术

人工湿地法主要通过植物的吸收和代谢，对污水中的污染物进行吸附和分解作用的方法。它不仅可以降解有机物，而且对水体重金属的浓度有很好地去除效果，工艺流程如图7 所示。人工湿地法有4 方面优点，即①在污水的处理过程中，操作简单方便，运行费用低；②可以缓冲对水力的冲击；③具有很强的生态效应，减少了对周围自然环境的破坏效果[5]；④人工湿地的建设周期比较短，且资金投入少。但人工湿地法也存在一些缺点，如占地面积大、易受病虫害影响、有时出水水质不达标等。基于此，目前我国的污水处理工艺大多数采用的是A/O、A2/O、氧化沟和SBR 处理工艺。

图7 人工湿地工艺流程图

3.6 污泥的处理与处置

污泥的处理和处置工艺的选择需要考虑的因素很多，如污泥的含水率、重金属、有机质、氮磷以及有毒有害成分等。因此，在实际的污水处理中，要根据具体的情况选择合适的方法，对其进行有效的处理和利用。一般污泥的处理和处置工艺主要包括3 种，即①污泥浓缩，由于污泥含水量较高，要对产生的污泥进行浓缩前处理，减小后续处理设备规模，浓缩所采用的的设备主要有重力式、带式和离心式浓缩机等；②污泥脱水，进一步将污泥内的吸附水及毛细水进行脱水分离，为后续的处理与处置提供便利，脱水工艺有自然干化脱水和机械脱水，其中机械脱水主要包括板框压滤机、转筒离心机、带式压滤机等；③污泥干化，以热干化和污泥焚烧等能量回收方式进行处置，干化设备主要有流化床形式、转鼓形式和圆盘形式等。

4 污水处理技术的发展趋势

4.1 高效率与低成本

目前，我国城市污水处理厂存在运行效率较低，大部分污水处理设备出现不同程度的老化等问题，导致处理后出水率不高，水质较差。另外，大部分污水处理设备仍采用人工操作，增加了人工成本的同时大大地降低了工作效率。因此，可以从3 个方面提高城市的污水处理的能力和效率，即①完善污水治理设施，根据实际需要及时调整和更新污水处理设备；②建立自动化控制系统，降低人工和运行成本，提高处理效率；③随着时间的推移，设备出现不同程度的老化，此时需要对其维护保养，保证污水处理设备的正常稳定运行。除此之外，在实际的应用过程中，还有很多的困难需要克服，如缺乏专业的技术人员和先进的技术手段，随着水质水量的波动变化未形成一套快速的且有效的处理结构体系。

4.2 污水处理技术的发展

我国的水污染问题不容小觑，水环境的恶化已经严重影响到了人们的生活用水，因此对城市的污水进行有效的控制势在必行。提高对污水厂的管理力度，保证污水的处理质量符合规范，以及操作人员树立正确的质量控制理念。在污水厂污水处理过程中严格监控污水排放量以及污泥产生量，避免由于未及时处理造成二次污染情况。优化污水处理技术，随着污水水质不断变化，单一的厌氧-缺氧-好氧工艺、氧化沟工艺和序批式活性污泥处理工艺等技术已经不能满足适应污水治理的要求，基于此可采用多种组合或多级处理工艺，相比较单一的污水处理技术，组合和多级工艺不仅减少了占地面积，投资成本，而且提高了污水处理效率。加大污水治理宣传，增加人们环保意识，使人们能够正确的认识到城市污水处理的重要性和必要性，从而使城市的排水系统得到有效的改善与提升。

4.3 求来污水处理发展方向

未来，我国城市污水处理技术的发展离不开政策、标准以及经济环境，相关的法律法规的完善和落实也是污水处理发展的重要保障。随着环保行业的大力发展，污水技术选择保障机制、污水设备制造标准、污水设施运维机制以及针对不同区域污水特点不断完善所采用相应的法律和标准等，必将会使污水处理技术上升至新的高度，从而提高污水处理设备的标准化、低耗、高效化、自动化和智能化以及适应性将成为未来污水处理的发展方向。

结语

在城市污水治理的背景前提下，本文对城市污水形成、生物脱氮除磷的机理、实际应用中污水处理技术特点进行了详细的描述，并结合污水处理技术的发展趋势提出了建议，希望环保工作人员在城市污水处理过程中能重视对污水处理技术的不断优化及创新，提高污水设备的自动化程度和污水的处理效果，加大污水治理宣传，保证城市经济稳定健康地持续发展。