施漢昌
清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系

　　我國是一個(gè)水資源短缺的國家，在世界缺水國家中排名第13名，占國土面積50％以上的地區(qū)干旱缺水。由于水環(huán)境的污染，使我國有限的水資源更加短缺。由于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在短短20年中國民經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了發(fā)達(dá)國家?guī)资甑陌l(fā)展歷程，但與此同時(shí)我國也發(fā)生了特有的復(fù)合污染問題。水環(huán)境的復(fù)合污染表現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家不同時(shí)期的水污染問題在中國短期內(nèi)集中爆發(fā)，點(diǎn)源、面源、降雨和底泥中污染物的釋放形成了對(duì)水體污染的時(shí)間和空間復(fù)合：一般碳源有機(jī)物、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，難降解有機(jī)物和重金屬等有毒物質(zhì)的共存，形成了水環(huán)境的復(fù)合污染。
　　水環(huán)境的復(fù)合污染對(duì)廢水處理技術(shù)提出了新的需求，這些技術(shù)需求主要集中在以下方面：
　　*應(yīng)用于工業(yè)污染源控制的處理高濃度、難降解、有毒物質(zhì)、高含鹽和高氨氮等的廢水處理技術(shù)；
　　*改善和提高城市污染水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定性和處理效率的技術(shù)；
　　*適用于污水回用的深度處理技術(shù)；
　　*受微污染飲用水的處理技術(shù)。
　　一個(gè)世紀(jì)以來在水處理領(lǐng)域產(chǎn)生了各種各樣的技術(shù)，特別是70年代以來廢水處理技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。當(dāng)前我國的水污染控制迫切需要大量的適用技術(shù)，針對(duì)不同地：不同水污染控制問題的特點(diǎn)，如何選擇現(xiàn)有技術(shù)，需要對(duì)廢水處理技術(shù)進(jìn)行比較研究，從而確定哪些技術(shù)是適用的廢水處理技術(shù)。

分類及適用范圍

　　廢水處理技術(shù)可以依據(jù)處理技術(shù)的原理分為物理法、化學(xué)法、生物法或這三種方法的不同結(jié)合。也可以按處理的對(duì)象和目標(biāo)分為初級(jí)處理(非水溶性物質(zhì)的去除)、二級(jí)處理(溶解性有機(jī)物去除)和深度處理(營養(yǎng)物質(zhì)、微量有毒有機(jī)物的去除)。(見圖1)
　　廢水處理的物理法方法最常用的是沉淀和過濾工藝，由于其運(yùn)行費(fèi)用低、技術(shù)成熟，被廣泛應(yīng)用于廢水的初級(jí)處理和預(yù)處理。當(dāng)廢水中有機(jī)或無機(jī)的非溶早性污染物能采用沉淀法去除時(shí)，應(yīng)首選沉淀分離技術(shù)。過濾、膜分離、離心分離主要應(yīng)用于不宜沉淀的微小顆粒物的分離。而吸附主要應(yīng)用于難降解的溶解性微量污染物的去除。
　　化學(xué)法中最常用的是化學(xué)沉淀和化學(xué)氧化法。化學(xué)沉淀法可包括用于去除微小顆粒物和肢體的混凝沉淀，利用絮凝劑的水解架橋作用與水中微顆粒和肢體形成絮體，通過沉淀實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的凈化作用。此類工藝廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的預(yù)處理，近年也在特殊情況下用于城市污水的一級(jí)半處理和污水的化學(xué)除磷。另一類化學(xué)沉淀是采用無機(jī)鹽，如鈣鹽與無機(jī)離子反應(yīng)形成沉淀，主要用于去除重金屬離子等污染物質(zhì)。化學(xué)氧化法主要用于水中難生物降解的溶解性污染物的凈化，但應(yīng)用時(shí)要注意水中多種物質(zhì)的競爭氧化問題，必須先去除水中易降解的有機(jī)污染物，然后有針對(duì)性地采用化學(xué)氧化。
　　生物法或稱為生化法是以生物化學(xué)原理為基礎(chǔ)利用微生物的代謝作用去除廢水中的有機(jī)污染物。此類方法是目前廢水處理中大量采用的工藝方法，包括各種不同的技術(shù)，主要應(yīng)用于廢水的二級(jí)處理和深度處理。
　　日前，寧夏銀川第一污水處理廠工程順利建成。該工程是銀川市重點(diǎn)工程，占地128畝，一期建設(shè)規(guī)模為日污水處理能力10萬噸，包括實(shí)施細(xì)格柵及曝氣沉砂池、SBR反應(yīng)池、污泥濃縮池、污泥均質(zhì)池等12項(xiàng)子項(xiàng)工程。承擔(dān)施工任務(wù)的杭州市市政工程集團(tuán)有限公司充分發(fā)揮一級(jí)企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用一整套成熟有效的施工管理經(jīng)驗(yàn)，精心組織施工，確保了工程質(zhì)量。
　　圖為該工程SBR反應(yīng)池一瞥。

比較研究

　　1.主要參數(shù)和條件
　　廢水生物處理技術(shù)種類繁多應(yīng)用廣泛，它用于降解廢水中的有機(jī)物和氮磷等引起水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)。這些技術(shù)可依據(jù)不同的處理對(duì)象、應(yīng)用條件和工藝本身的特點(diǎn)分成不同的類型，并適用于不同廢水的處理。廢水生物處理的本質(zhì)是利用微生物的代謝作用分解水中的污染物，因此在生物處理工藝中的核心是微生物生長、有機(jī)物分解和環(huán)境條件三者的關(guān)系。主要參數(shù)是比基質(zhì)降解速率(污泥負(fù)荷)、微生物的比生長速率(污泥產(chǎn)率)，環(huán)境條件主要有氧、電位、PH、溫度等。此外在評(píng)價(jià)時(shí)十分重要的是技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。(見圖2)

　　2.城市生活污水處理工藝比較
　　城市生活污水處理是量大面廣的水污染控制問題。主要去除的污染物是懸浮物、溶解性有機(jī)物和氮磷。由于城市污水處理要求采用廉價(jià)的處理技術(shù)，所以對(duì)于日處理能力在5萬噸污水以上的處理廠，在懸浮污染物的去除上都采用了沉淀工藝。這主要是由于物理沉淀法技術(shù)簡單，運(yùn)行費(fèi)用低。溶解性有機(jī)物和氮磷的去除多采用懸浮生長的生物處理系統(tǒng)，如果在日處理5萬噸污水的好氧生物處理反應(yīng)池中填充生物填料，不僅要增加數(shù)百萬元以上的填料費(fèi)，而且在維修上也十分困難。
　　城市生活污水的處理有許多種工藝可以采用，但對(duì)于日處理能力在20萬噸以上的城市污水處理廠最適宜的工藝是活性污泥法及其變形工藝。主要是鼓風(fēng)曝氣的完全混合式活性污泥法和氧化溝工藝。完全混合式活性污泥法是一種具有廣泛適用性的城市污水處理工藝，而氧化溝工藝是活性污泥法的派生工藝類型。氧化溝的優(yōu)點(diǎn)是工藝系統(tǒng)簡單，只用一臺(tái)或幾臺(tái)曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)碟以及溝形的生物氧化池。連續(xù)運(yùn)行的氧化溝需要二次沉淀池，交替運(yùn)行的氧化溝連二沉淀池都不需要。一般講氧化溝出水水質(zhì)好和污泥產(chǎn)量低的優(yōu)點(diǎn)是有條件的，當(dāng)設(shè)計(jì)采用的污泥負(fù)荷較低時(shí)，氧化溝接近于延時(shí)曝氣的方法，有一部分氧被用來穩(wěn)定溝中的生物污泥，在此條件下確有出水水質(zhì)好旦—污泥產(chǎn)量少的優(yōu)點(diǎn)，但此時(shí)處理一噸污水的能耗自然會(huì)較高，且由于設(shè)備容積的增加，基建費(fèi)用也會(huì)增加。氧化溝工藝的缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)刷式曝氣引起的水溫?fù)p失較大，在北方寒冷地區(qū)使用時(shí)必須考慮增加防凍措施，從而會(huì)增加造價(jià)。
　　對(duì)于日處理能力在20萬噸到5萬噸的城市污水處理廠，除上述兩類工藝都可以采用外，還可以采用序批式活性污泥法(SBR工藝)。SBR法是將一組活性污泥池分別在“進(jìn)水→曝氣反應(yīng)→沉淀→排水→排泥”的循環(huán)順序下運(yùn)行，以達(dá)到連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)處理的目的。此類工藝之所以很少用于20萬噸以上的處理廠是因?yàn)樘幚砟芰υ酱笮枰某財(cái)?shù)越多，運(yùn)行控制程序越復(fù)雜。同時(shí)由于池壁的增加，使基建投資增加。SBR法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于每一個(gè)單池既可作為曝氣池又可以作為沉淀池，在不同運(yùn)行階段中可以好氧、缺氧的狀態(tài)運(yùn)行，起到除碳和脫氮除磷的作用。由于多池 組合及其運(yùn)行條件的可變性，SBR工藝可適用于不同水質(zhì)和不同的處理要求。對(duì)于含反硝化的SBR工藝，由于在同一池內(nèi)進(jìn)行反硝化將消耗一部分有機(jī)碳，可以節(jié)省除碳的能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于日處理能力5萬噸以上的污水廠主要采用經(jīng)典的SBR工藝，而從SBR工藝派生出來的“3A工藝”、“U-NITMJK工藝”等目前應(yīng)用的經(jīng) 驗(yàn)還較少。
　　 日處理能力在1萬噸到5萬噸的城市污水處理廠可采用的技術(shù)比較多，近年各種新工藝不斷產(chǎn)生，但總體應(yīng)用上仍以 活性污泥法為主。根據(jù)要求的不同可以分為：
　　(1)以去除有機(jī)碳為目的： 活性污泥法、氧化溝、SBR工藝、生物濾池、曝氣生物濾池、接觸氧化法。
　　(2)以除碳脫氮為目的：A／0法、氧化溝、交替運(yùn)行氧化溝、SBR工藝、CAS工藝、UNI- TANK工藝等。
　　(3)以除碳脫氮除磷為目 的：A2／O法，交替運(yùn)行氧溝、SBR工藝等。
　　以上工藝中值得注意的是A／O法，氧化溝和SBR法。A／O法是缺氧——好氧生物處理法，該工藝?yán)萌毖鯒l件下微生物利用化合態(tài)態(tài)氧化有機(jī)碳的過程將硝酸鹽還原成氮?dú)猓瑥亩_(dá)到脫氮的目的。在脫氮的同時(shí)由于利用了化合態(tài)的氧，所以減少了后續(xù)好氧過程中氧化有機(jī)碳消耗的氧；在缺氧條件下一些顆粒性的有機(jī)物，或大分子的有機(jī)物會(huì)發(fā)生水解，有利于后續(xù)好氧生物處理過程對(duì)有機(jī)物的降解。因此，A／O法不僅能脫氮，還可以在相同條件下收到節(jié)能、改善處理效果和抑制絲狀菌生長的作用。氧化溝和SBR工藝在一定的運(yùn)行條件下也能達(dá)到A／O法的效果。氧化溝工藝的運(yùn)行管理更簡單，而SBR工藝對(duì)于每個(gè)單池在好氧氧化過程中的純推流反應(yīng)模式和沉淀時(shí)的準(zhǔn)靜置沉淀狀態(tài)，使處理設(shè)施更加緊湊占地面積更小。
　　日處理能力1萬噸以下的生活污水處理為了運(yùn)行穩(wěn)定和管理上的方便，除采用上述工藝外，還可以采用固定式生長的生物處理工藝。由于處理設(shè)施容積較小，生物填料不會(huì)增加很多基建費(fèi)用。采用此類工藝可以避免微生物的流失，對(duì)于缺乏專人管理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的小型污水處理站尤為適用。在固定生長的生物處理工藝中最常用的有生物接觸氧化法，曝氣生物濾池和生物流化床。接觸氧化法已有大量的應(yīng)用實(shí)例和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。生物流化床和曝氣生物濾池相對(duì)較新，還缺乏大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。前者處理效率高，適用于土地緊缺的地區(qū)；后者出水水質(zhì)較好，可在考慮污水回用的地方使用。日處理1萬噸以下的規(guī)模為污水處理裝置的設(shè)備化提供了發(fā)展空間，在此規(guī)模上可以設(shè)計(jì)生產(chǎn)出各種設(shè)備化的污水處理裝置。
　　對(duì)于生活污水的除磷一般采用A2／O工藝。生物除磷工藝的除磷能力是有限的，一般可使出水總磷濃度達(dá)到1mg／L，要使出水中總磷濃度降到0.5mg/L，就需要采用化學(xué)除磷與生物除磷的聯(lián)合處理方法。

厭氫生物處理技術(shù)

　　厭氧生物處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市生活污水處理產(chǎn)生的污泥消化。近年從節(jié)能出發(fā)也在一些國家應(yīng)用于城市生活污水的處理，但仍處于探索階段。在廢水處理中厭氧生物處理主要應(yīng)用于工業(yè)廢水處理。由于厭氧微生物在利用有機(jī)碳對(duì)將其轉(zhuǎn)化為甲烷，單位碳源利用的微生物產(chǎn)量低，所以厭氧生物處理首先可用于處理高濃度易生物降解的有機(jī)廢水，如啤酒生產(chǎn)廢水、屠宰廢水和養(yǎng)殖廢水等。在處理工業(yè)廢水時(shí)厭氧生物處理還具有一些特殊的用途，例如可以將慶氧生物處理作為預(yù)處理，利用一些復(fù)雜有機(jī)物在厭氧條件下的水解和分解作用，改善廢水的生物可降解性：對(duì)于易產(chǎn)生泡沫的廢水可以采用厭氧生物處理將產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)水解改性，然后再進(jìn)行厭氧處理。

廢水處理技術(shù)的發(fā)展

　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給廢水處理技術(shù)提供了發(fā)展的機(jī)遇。對(duì)于大規(guī)模城市污水處理由于工藝技術(shù)上基本趨于穩(wěn)定，主要的發(fā)展將在污水處理廠的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行控制與管理方面的技術(shù)。近年歐美國家通過污水廠的儀器化與自動(dòng)控制已將城市污水廠的處理效率和穩(wěn)定活性大幅度提高。對(duì)于中小型生活污水處理技術(shù)的發(fā)展將集中于處理系統(tǒng)的集成化和設(shè)備化，將發(fā)展組合式和拼裝式污水處理裝置，從而走向系列化標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)模式。工業(yè)廢水處理技術(shù)發(fā)展將集中于高濃度、難降解、高含鹽等廢水的處理，其中新型絮凝劑的開發(fā)，厭氧生物處理與好氧生物處理的結(jié)合應(yīng)用，以及膜分離技術(shù)將成為發(fā)展的熱點(diǎn)。對(duì)于臺(tái)難降解有毒有機(jī)物的工業(yè)廢水生物強(qiáng)化技術(shù)、即通過投加優(yōu)選菌種或基因工程菌有針對(duì)性地進(jìn)行降解具有良好的發(fā)展前景。