污水處理技術(shù)概述

污水處理技術(shù)，就是采用各種方法將污水中所含有的污染物質(zhì)分離出來，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害和穩(wěn)定的物質(zhì)，從而使污水得以凈化。

一、污水處理方法的分類

現(xiàn)代的污水處理技術(shù)，按其作用原理可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物處理法四大類。

（一）物理法

通過物理作用，以分離、回收污水中不溶解的呈懸浮狀的污染物質(zhì)（包括油膜和油珠），在處理過程中不改變其化學(xué)性質(zhì)。物理法操作簡單、經(jīng)濟(jì)。常采用的有重力分離法、離心分離法、過濾法及蒸發(fā)、結(jié)晶法等。

1．重力分離（即沉淀）法

利用污水中呈懸浮狀的污染物和水密度不同的原理，借重力沉降（或上浮）作用，使水中懸浮物分離出來。沉淀（或上浮）處理設(shè)備有沉砂池、沉淀池和隔油池。

在污水處理與利用方法中，沉淀與上浮法常常作為其他處理方法前的預(yù)處理。如用生物處理法處理污水時，一般需事先經(jīng)過預(yù)沉池去除大部分懸浮物質(zhì)減少生化處理構(gòu)筑物的處理負(fù)荷，而經(jīng)生物處理后的出水仍要經(jīng)過二次沉淀池的處理，進(jìn)行泥水分離保證出水水質(zhì)。

2．過濾法

利用過濾介質(zhì)截流污水中的懸浮物。過濾介質(zhì)有鋼條、篩網(wǎng)、砂布、塑料、微孔管等，常用的過濾設(shè)備有格柵、柵網(wǎng)、微濾機(jī)、砂濾機(jī)、真空濾機(jī)、壓濾機(jī)等（后兩種濾機(jī)多用于污泥脫水）。

3．氣浮（浮選）

將空氣通入污水中，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，污水中相對密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質(zhì)（如乳化油）黏附在氣泡上，并隨氣泡上升至水面，從而使污水中的污染物質(zhì)得以從污水中分離出來。根據(jù)空氣打入方式不同，氣浮處理方法有加壓溶氣氣浮法、葉輪氣浮法和射流氣浮法等。為了提高氣浮效果，有時需向污水中投加混凝劑。

4．離心分離法

含有懸浮污染物質(zhì)的污水在高速旋轉(zhuǎn)時，由于懸浮顆粒（如乳化油）和污水受到的離心力大小不同而被分離的方法。常用的離心設(shè)備按離心力產(chǎn)生的方式可分為兩種：由水流本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力的為旋流分離器，由設(shè)備旋轉(zhuǎn)同時也帶動液體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力的為離心分離機(jī)。

旋流分離器分為壓力式和重力式兩種。因它具有體積小、單位容積處理能力高的優(yōu)點，近幾十年來廣泛用于軋鋼污水處理及高濁度河水的預(yù)處理。離心機(jī)的種類很多，按分離因素分有常速離心機(jī)和高速離心機(jī)。常速離心機(jī)用于分離低漿廢水效果可達(dá)60％～70％，還可用于沉淀池的沉渣脫水等。高速離心機(jī)適用于乳狀液的分離，如用于分離羊毛廢水，可回收30％～40％的羊毛脂。

（二）化學(xué)法

向污水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，利用化學(xué)反應(yīng)來分離、回收污水中的某些污染物質(zhì)，或使其轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。常用的方法有化學(xué)沉淀法、混凝法、中和法、氧化還原（包括電解）法等。

1．化學(xué)沉淀法

向污水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，使它與污水中的溶解性物質(zhì)發(fā)生互換反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物質(zhì)的方法。這種處理法常用于含重金屬、氰化物等工業(yè)生產(chǎn)污水的處理。按使用沉淀劑的不同，化學(xué)沉淀法可分為石灰法（又稱氫氧化物沉淀法）、硫化物法和鋇鹽法。

2．混凝法

向水中投加混凝劑，可使污水中的膠體顆粒失去穩(wěn)定性，凝聚成大顆粒而下沉。通過混凝法可去除污水中細(xì)分散固體顆粒、乳狀油及膠體物質(zhì)等。該法可用于降低污水的濁度和色度，去除多種高分子物質(zhì)、有機(jī)物、某種重金屬毒物（汞、鎘、鉛）和放射性物質(zhì)等，也可以去除能夠?qū)е赂粻I養(yǎng)化物質(zhì)如磷等可溶性無機(jī)物，此外還能夠改善污泥的脫水性能。因此混凝法在工業(yè)污水處理中使用得非常廣泛，既可作為獨立處理工藝，又可與其他處理法配合使用，作為預(yù)處理、中間處理或最終處理。目前常采用的混凝劑有硫酸鋁、堿式氯化鋁、鐵鹽（主要指硫酸亞鐵、三氯化鐵及硫酸鐵）等。

當(dāng)單獨使用混凝劑不能達(dá)到應(yīng)有凈水效果時，為加強(qiáng)混凝過程、節(jié)約混凝劑用量，常可同時投加助凝劑。

3．中和法

用于處理酸性廢水和堿性廢水。向酸性廢水中投加堿性物質(zhì)如石灰、氫氧化鈉、石灰石等，使廢水變?yōu)橹行浴�對堿性廢水可吹入含有CO2的煙道氣進(jìn)行中和，也可用其他的酸性物質(zhì)進(jìn)行中和。

4．氧化還原法

利用液氯、臭氧、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑或利用電解時的陽極反應(yīng)，將廢水中的有害物氧化分解為無害物質(zhì)；利用還原劑或電解時的陰極反應(yīng)，將廢水中的有害物還原為無害物質(zhì)，以上方法統(tǒng)稱為氧化還原法。

氧化還原方法在污水處理中的應(yīng)用實例有：空氣氧化法處理含硫污水；堿性氯化法處理含氰污水；臭氧氧化法在進(jìn)行污水的除臭、脫色、殺菌及除酚、氰、鐵、錳，降低污水的BOD與COD等均有顯著效果。還原法目前主要用于含鉻污水處理。

（三）物理化學(xué)法

利用萃取、吸附、離子交換、膜分離技術(shù)、氣提等操作過程，處理或回收利用工業(yè)廢水的方法可稱為物理化學(xué)法。工業(yè)廢水在應(yīng)用物理化學(xué)法進(jìn)行處理或回收利用之前，一般均需先經(jīng)過預(yù)處理，盡量去除廢水中的懸浮物、油類、有害氣體等雜質(zhì)，或調(diào)整廢水的pH值，以便提高回收效率及減少損耗。常采用的物理化學(xué)法有以下幾種。

1．萃取（液-液）法

將不溶于水的溶劑投入污水之中，使污水中的溶質(zhì)溶于溶劑中，然后利用溶劑與水的密度重差，將溶劑分離出來。再利用溶劑與溶質(zhì)的沸點差，將溶質(zhì)蒸餾回收，再生后的溶劑可循環(huán)使用。常采用的萃取設(shè)備有脈沖篩板塔、離心萃取機(jī)等。

2．吸附法

利用多孔性的固體物質(zhì)，使污水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。常用的吸附劑有活性炭。此法可用于吸附污水中的酚、汞、鉻、氰等有毒物質(zhì)，且還有除色、脫臭等作用。吸附法目前多用于污水的深度處理。吸附操作可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)吸附，在污水不流動的條件下進(jìn)行的操作。動態(tài)吸附則是在污水流動條件下進(jìn)行的吸附操作。污水處理中多采用動態(tài)吸附操作，常用的吸附設(shè)備有固定床、移動床和流動床三種方式。

3．離子交換法

用固體物質(zhì)去除污水中的某些物質(zhì)，即利用離子交換劑的離子交換作用來置換污水中的離子化物質(zhì)。隨著離子交換樹脂的生產(chǎn)和使用技術(shù)的發(fā)展，近年來在回收和處理工業(yè)污水的有毒物質(zhì)方面，由于效果良好，操作方便而得到一定的應(yīng)用。

在污水處理中使用的離子交換劑有無機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑兩大類。采用離子交換法處理污水時必須考慮樹脂的選擇性。樹脂對各種離子的交換能力是不同的。交換能力的大小主要取決于各種離子對該種樹脂親和力（又稱選擇性）的大小。目前離子交換法廣泛用于去除污水中的雜質(zhì)，例如去除（回收）污水中的銅、鎳、鎘、鋅、汞、金、銀、鉑、磷酸、有機(jī)物和放射性物質(zhì)等。

4．電滲析法（膜分離技術(shù)的一種）

電滲析法是在離子交換技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它與普通離子交換法不同，省去了用再生劑再生樹脂的過程，因此具有設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點。電滲析是在外加直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對水中離子的選擇透過性，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，以達(dá)到濃縮、純化、合成、分離的目的。另用于海水、苦咸水除鹽，制取去離子水等。

5．反滲透（膜分離技術(shù)的一種）

利用一種特殊的半滲透膜，在一定的壓力下，將水分子壓過去，而溶解于水中的污染物質(zhì)則被膜所截留，污水被濃縮，而被壓透過膜的水就是處理過的水。目前該處理方法已用于海水淡化、含重金屬的廢水處理及污水的深度處理等方面。制作半透膜的材料有醋酸纖維素、磺化聚苯醚等有機(jī)高分子物質(zhì)。為降低操作壓力以節(jié)省設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)費用，目前對于膜的材料和性能正在深入試驗研究。

反滲透處理工藝流程由三部分組成：預(yù)處理、膜分離及后處理。

6．超過濾法

也是利用特殊半滲透膜的一種膜分離技術(shù)。以壓力為推動力，使水溶液中大分子物質(zhì)與水分離，膜表面孔隙大小是主要控制因素。用于電泳涂漆廢液等工業(yè)廢水處理。具體參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（四）生物法

污水的生物處理法就是利用微生物新陳代謝功能，使污水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，使污水得以凈化。屬于生物處理法的工藝，又可以根據(jù)參與作用的微生物種類和供氧情況分為兩大類即好氧生物處理及厭氧生物處理。

1．好氧生物處理法

在有氧的條件下，借助于好氧微生物（主要是好氧菌）的作用來進(jìn)行的。依據(jù)好氧微生物在處理系統(tǒng)中所呈的狀態(tài)不同，又可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。

（1）活性污泥法 這是當(dāng)前使用最廣泛的一種生物處理法。該法是將空氣連續(xù)鼓入曝氣池的污水中，經(jīng)過一段時間，水中即形成繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝體——活性污泥，它能夠吸附水中的有機(jī)物，生活在活性污泥上的微生物以有機(jī)物為食料，獲得能量并不斷生長繁殖。從曝氣池流出并含有大量活性污泥的污水——混合液，進(jìn)入沉淀池經(jīng)沉淀分離后，澄清的水被排放，沉淀分離出的污泥作為種泥，部分地回流進(jìn)入曝氣池，剩余的（增殖）部分從沉淀池排放。活性污泥法有多種池型及運(yùn)行方式，常用的有普通活性污泥法、完全混合式表面曝氣法、吸附再生法等。廢水在曝氣池內(nèi)停留一般為4～6小時，能去除廢水中的有機(jī)物（BOD5）90％左右。

（2）生物膜法 使污水連續(xù)流經(jīng)固體填料（碎石、煤渣或塑料填料），在填料上大量繁殖生長微生物形成污泥狀的生物膜。生物膜上的微生物能夠起到與活性污泥同樣的凈化作用，吸附和降解水中的有機(jī)污染物，從填料上脫落下來的衰老生物膜隨處理后的污水流入沉淀池，經(jīng)沉淀泥水分離，污水得以凈化而排放。

生物膜法多采用的處理構(gòu)筑物有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池及生物流化床等。除此之外，土地處理系統(tǒng)（污水灌溉）和氧化塘皆屬于生物處理法中的自然生物處理范疇。

2．厭氧生物處理法

在無氧的條件下，利用厭氧微生物的作用分解污水中的有機(jī)物，達(dá)到凈化水的目的。它已有百年悠久歷史，但由于它與好氧法相比存在著處理時間長、對低濃度有機(jī)污水處理效率低等缺點，使其發(fā)展緩慢，過去厭氧法常用于處理污泥及高濃度有機(jī)廢水。近30多年來，出現(xiàn)世界性能源緊張，促使污水處理向節(jié)能和實現(xiàn)能源化方向發(fā)展，從而促進(jìn)了厭氧生物處理的發(fā)展，一大批高效新型厭氧生物反應(yīng)器相繼出現(xiàn)，包括厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床、厭氧流化床等。它們的共同特點是反應(yīng)器中生物固體濃度很高，污泥齡很長，因此處理能力大大提高，從而使厭氧生物處理法所具有的能耗小并可回收能源，剩余污泥量少，生成的污泥穩(wěn)定、易處理，對高濃度有機(jī)污水處理效率高等優(yōu)點，得到充分地體現(xiàn)。厭氧生物處理法經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為污水處理的主要方法之一。目前，厭氧生物處理法不但可用于處理高濃度和中等濃度的有機(jī)污水，還可以用于低濃度有機(jī)污水的處理。

二、污水處理流程

污水中的污染物質(zhì)是多種多樣的，不能預(yù)期只用一種方法就能夠把污水中所有的污染物質(zhì)去除殆盡，一種污水往往需要通過幾種方法組成的處理系統(tǒng)，才能達(dá)到處理要求的程度。

按污水的處理程度劃分，污水處理可分為一級、二級和三級（深度）處理。一級處理主要是去除污水中呈懸浮狀的固體污染物質(zhì)，物理處理法中的大部分用作一級處理。經(jīng)一級處理后的污水，BOD只能去除30％左右，仍不宜排放，還必須進(jìn)行二級處理，因此針對二級處理來說，一級處理又屬于預(yù)處理。二級處理的主要任務(wù)，是大幅度地去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)性污染物質(zhì)（即BOD物質(zhì)），常采用生物法，去除率（BOD）可達(dá)90％以上，處理后水中的BOD5含量可降至20～30mg/L，一般污水均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但經(jīng)二級處理后的污水中仍殘存有微生物不能降解的有機(jī)污染物和氮、磷等無機(jī)鹽類。深度處理往往是以污水回收、再次復(fù)用為目的而在二級處理工藝后增設(shè)的處理工藝或系統(tǒng)，其目的是進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物質(zhì)、無機(jī)鹽類及其他污染物質(zhì)。污水復(fù)用的范圍很廣，從工業(yè)上的復(fù)用到充作飲用水，對復(fù)用水水質(zhì)的要求也不盡相同，一般根據(jù)水的復(fù)用用途而組合三級處理工藝，常用的有生物脫氮法、混凝沉淀法、活性炭過濾、離子交換及反滲透和電滲析等。

污水處理流程的組合，一般應(yīng)遵循先易后難，先簡后繁的規(guī)律，即首先去除大塊垃圾及漂浮物質(zhì)，然后再依次去除懸浮固體、膠體物質(zhì)及溶解性物質(zhì)。亦即，首先使用物理法，然后再使用化學(xué)法和生物法。

對于某種污水，采取由哪幾種處理方法組成的處理系統(tǒng)，要根據(jù)污水的水質(zhì)、水量，回收其中有用物質(zhì)的可能性和經(jīng)濟(jì)性，排放水體的具體規(guī)定，并通過調(diào)查、研究和經(jīng)濟(jì)比較后決定，必要時還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一定的科學(xué)試驗。調(diào)查研究和科學(xué)試驗是確定處理流程的重要途徑。以下介紹一些常用的污水處理工藝流程。

（一）城市污水處理的典型流程

以去除污水中的BOD物質(zhì)為主要對象的，一般其處理系統(tǒng)的核心是生物處理設(shè)備（包括二次沉淀池），處理流程如圖6－1所示。污水先經(jīng)格柵、沉砂池，除去較大的懸浮物質(zhì)及砂粒雜質(zhì)，然后進(jìn)入初次沉淀池，去除呈懸浮狀的污染物后進(jìn)入生物處理構(gòu)筑物（或采用活性污泥曝氣池或采用生物膜構(gòu)筑物）處理，使污水中的有機(jī)污染物在好氧微生物的作用下氧化分解，生物處理構(gòu)造物的出水進(jìn)入二次沉淀池進(jìn)行泥水分離，澄清的水排出二沉池后再經(jīng)消毒直接排放；二沉池排放出的剩余污泥再經(jīng)濃縮、污泥消化、脫水后進(jìn)行污泥綜合利用；污泥消化過程產(chǎn)生的沼氣可回收利用，用作熱源能源或沼氣發(fā)電。

以去除污水中BOD的同時達(dá)到脫氮除磷目的的城市污水處理流程有水解（酸化）-好氧生物處理工藝，A1/A2/O流程即厭氧-兼氧-好氧生物處理工藝，如圖6－2所示。

（二）煉油廠廢水處理的典型流程

煉油廠廢水處理的典型流程如圖6－3所示。

三、污泥處理、利用與處置

污泥是污水處理的副產(chǎn)品，也是必然產(chǎn)物。在城市污水和工業(yè)廢水處理過程中，產(chǎn)生很多沉淀物與漂浮物。有的是從污水中直接分離出來的，如沉砂池中的沉渣，初沉池中沉淀物，隔油池和浮選池中的渣渣等；有的是在處理過程中產(chǎn)生的，如化學(xué)沉淀污泥與生物化學(xué)法產(chǎn)生的活性污泥或生物膜。一座二級污水處理廠，產(chǎn)生的污泥量約占處理污水量的0.3％～5％（含水率以97％計）。如進(jìn)行深度處理，污泥量還可增加0.5～1.0倍。污泥的成分非常復(fù)雜，不僅含有很多有毒物質(zhì)，如病原微生物、寄生蟲卵及重金屬離子等，也可能含有可利用的物質(zhì)如植物營養(yǎng)素、氮、磷、鉀、有機(jī)物等。這些污泥若不加妥善處理，就會造成二次污染。所以污泥在排入環(huán)境前必須進(jìn)行處理，使有毒物質(zhì)得到及時處理，有用物質(zhì)得到充分利用。一般污泥處理的費用約占全污水處理廠運(yùn)行費用的20％～50％。所以對污泥的處理必須予以充分的重視。

污泥處置的一般方法與流程如圖6-4所示。

（一）污泥的脫水與干化

從二次沉淀池排出的剩余污泥含水率高達(dá)99％～99.5％，污泥體體積大，在堆放及輸送方面都不方便，所以污泥的脫水、干化是當(dāng)前污泥處理方法中較為主要的方法。

二次沉淀池排出的剩余污泥一般先在濃縮池中靜止沉降，使泥水分離。污泥在濃縮池內(nèi)靜止停留12～24小時，可使含水率從99％降至97％，體積縮小為原污泥體積的1/3。

污泥進(jìn)行自然干化（或稱曬泥）是借助于滲透、蒸發(fā)與人工撇除等過程而脫水的。一般污泥含水率可降至75％左右，使污泥體積縮小許多倍。污泥機(jī)械脫水是以過濾介質(zhì)（一種多孔性物質(zhì)）兩面的壓力差作為推動力，污泥中的水分被強(qiáng)制通過過濾介質(zhì)（稱濾液），固體顆粒被截留在介質(zhì)上（稱濾并），從而達(dá)到脫水的目的。常采用的脫水機(jī)械有真空過濾脫水（真空轉(zhuǎn)鼓、真空吸濾）、壓濾脫水機(jī)（板框壓濾機(jī)、滾壓帶式過濾機(jī)）、離心脫水機(jī)等，一般采用機(jī)械法脫水，污泥的含水率可降至70％～80％。

（二）污泥消化

1．污泥的厭氧消化

將污泥置于密閉的消化池中，利用厭氧微生物的作用，使有機(jī)物分解穩(wěn)定，這種有機(jī)物厭氧分解的過程稱為發(fā)酵。由于發(fā)酵的最終產(chǎn)物是沼氣，污泥消化池又稱沼氣池。當(dāng)沼氣池溫度為30～35℃時，正常情況下1m3污泥可產(chǎn)生沼氣10～15m3，其中甲烷含量大約為50％左右。沼氣可用作燃料和作為制造CCl4等化工原料。

2．污泥好氧消化

利用好氧和兼氧菌，在污泥處理系統(tǒng)中曝氣供氧，微生物分解生物可降解的有機(jī)物（污泥）及細(xì)胞原生質(zhì)，并從中獲得能量。

近年來人們通過實踐發(fā)現(xiàn)污泥厭氧消化工藝的運(yùn)行管理要求高，比較復(fù)雜，而且處理構(gòu)筑物要求密閉、容積大、數(shù)量多而且復(fù)雜，所以認(rèn)為污泥厭氧消化法適用于大型污水處理廠污泥量大、回收沼氣量多的情況。污泥好氧消化法設(shè)備簡單、運(yùn)行管理比較方便，但運(yùn)行能耗及費用較大些，它適用于小型污水處理廠污泥量不大、回收沼氣量少的場合。而且當(dāng)污泥受到工業(yè)廢水影響，進(jìn)行厭氧消化有困難時，也可采用好氧消化法。

3．污泥的最終處理

對主要含有機(jī)物的污泥，經(jīng)過脫水及消化處理后，可用作農(nóng)田肥料。

脫水后的污泥，如需要進(jìn)一步降低其含水率時，可進(jìn)行干燥處理或加以焚燒。經(jīng)過干燥處理，污泥含水率可降至20％左右，便于運(yùn)輸，可作為肥料使用。當(dāng)污泥中含有有毒物質(zhì)不宜用作肥料時，應(yīng)采用焚燒法將污泥燒成灰燼，以作徹底的無害化處理，可用于填地或充作筑路材料使用。（谷騰水網(wǎng)）