城市污水處理技術分析

摘 要：城市污水處理作為一個城市發展程度的重要標志，其實施效果已經成為了評價城市發展程度的重要指標。文章簡單介紹了城市生活污水的來源和主要特點，并針對其特點對其處理方法進行了分析。 
關鍵詞：城市生活污水；膜分離；強化一級；生物處理 
　　1概述 
　　由于社會經濟的發展，人類對潔凈水的需求量不斷增加，合理利用現有水源，保護現有水源不受污染，治理生活和工業廢水以及污水回用，不僅是我國城鄉面臨的當務之急，而且是當今世界性問題。由于我國城市化進程的快速發展，城鎮人口急劇增加，加上我國過去過多地把環境污染防治的重點放在工業污水污染防治上，城市生活污水的污染防治相對滯后。隨著城市污水排放量增加，環境基礎設施建設又跟不上城市化發展速度，致使城市生活污水成為水污染的一個重要來源。因此，如何處理城市生活污水是一個值得關注的大問題。 
　　2 城市污水的來源與特點 
　　城市污水主要來自家庭、商業、機關學校、旅游服務業及其他城市公用設施。城市生活污水污染物含量主要是有機物，如淀粉、脂肪、蛋白質、纖維素、糖類、礦物油等，其中COD(化學需氧量)、BOD(生物需氧量)、TKN(凱氏氮)、TN(總氮)、TP(總磷)也較高。生活污水經一級物理處理、二級生化處理后COD、B0D、TKN、NH3-N等大幅度降低，但TN、TP仍較高，排入水體后易造成水體的富營養化，使藻類大量生長繁殖，造成赤潮和水華。藻類生物原生質的組成是C106H2630110N16P，可知水中含少量的氮、磷就能促使藻類大量生長，而當藻類代謝大量死亡時，就使水域水體腐敗發臭水質惡化。 
　　3 城市生活污水處理方法 
　　3.1 膜分離技術的應用分析 
　　鑒于膜分離技術在污水處理中通過固液分離機制去除污染物和細菌方法有獨到的優勢。人們對膜分離技術應用于給水和污水處理方面進行了多途徑的開發和應用。膜分離技術(如微濾、超濾)在城市生活污水處理應用方面也有了較大進展，已經部分商業化用作回用水。 
　　中空纖維膜微濾系統，小規模處理生活污水，由于微生物降解了60％的TOC(總有機碳)。其中的懸浮顆粒和固體主要通過膜吸附作用從水中得以清除，結果使出水水質中COD、BOD、TOC、SS(懸浮物)和濁度分別低于30mg/L、10mg/L、10mg/L、2mg/L和1NTU，滿足回用水標準。絮凝-吸附-微濾系統處理生活污水，出水可回用，出水水質中濁度和COD分別為從18NTU、77mg，L降到0.5NUT、13ml。 
　　膜污染是膜分離技術在污水處理應用中的一個難題。膜污染是指處理物料中的微粒、膠體、溶質大分子由于物理化學相互作用或機械作用而在膜表面或孔內吸附、沉積，造成膜孔經變小或堵塞，使膜產生透過流量和分離特性發生不可逆變化，導致處理水的質量和數量下降。膜污染防治技術目前主要有： 
　　對濾液進行前處理。各種混凝土技術對濾液進行前處理能有效去除有顆粒物。強化一級處理工藝與膜技術聯合作用能有效降低膜污染。 
　　改善操作環境，有關研究證實雙向攪動、物理沖洗、改變曝氣等方式能有效降低膜污染。 
　　定期對膜組件進行清洗。盡管如此，膜污染還是隨使用時間的延長而增加。直到現在，膜污染仍是制約膜技術在處理城鎮生活污水應用中的最重要因素。防治膜污染而采取的種種措施使膜法水處理耗能相對較高。故與其他水處理方法結合應用的新型、低能耗合成膜法水處理工藝成為水處理領域研究的熱點之一。 
　　膜生物反應器就是由膜分離技術與生物反應器結合的生物化學反應處理系統。就膜生物反應器處理生活污水，從能耗角度(特別是曝氣和循環泵的費用上)研究了一體式和分體式兩類反應器，結果表明：在處理特殊廢水(如N濃度高廢水)和廢水回用情況下膜反應器是非常有效的，但分體式的耗能要高于一體式，而后者的膜建設和維護費用則較高。加壓浸沒式膜生物反應器是膜生物反應器研制過程中的又一進展。通過抬高進水水位，利用膜組件外部水的壓力形成壓力差，并串聯一個厭氧硝化池除N，可使其能耗大大降低。該反應器在處理城市生活污水時的連續運行結果證實： 
　　膜在連續運行400d期間，經過清洗，處理效果穩定；BOD、T0C、SS、TN和TP的平均去除率分別為99％、93％、100％、79％和74％；短期抗沖擊能力顯著；平均耗能低，為2.4kWh／m。 
　　應用膜生物反應器和中空纖維膜分離組件，該裝置在小規模污水處理運行中，無污泥排放、有機物高度穩定化，通過控制曝氣速率，脫氮效率高達90％。對曝氣的方式加以改進，以增大膜得通量。在膜生物反應器中加入鋁鹽或沸石，結果表明能有效降低膜污染，同時除磷、脫氮效果明顯?？傊?，通過開發新型有機、無機及復合經濟型膜材料，采用經濟、有效手段防止膜污染，加強膜技術與其它水處理技術聯合應用，可大大促進分離技術在城鎮生活污水處理中的實際應用。 
　　3.2 強化一級處理技術的應用分析 
　　城市生活污水強化一級處理工藝的快速發展，在很大程度上得益于它基建投資少、單位污染物去除費用較低、能較大程度地提高污染物的去除率，消減污染負荷。特別是，由于該工藝運行管理簡便靈活，處理過程穩定可靠，很適合于我國中小城鎮生活污水處理的實際應用，尤其適合于資金緊張地區的生活污水處理。 
　　強化一級處理技術可分為化學強化一級處理工藝和生物強化一級處理工藝，有研究表明在對生活污水處理過程中，CEPT的處理效果明顯，一般懸浮固體去除率可達90％、BOB去除率為50％～70％、細菌去除率為80％～90％、TP為80％～90％。而常規一級處理去除率為：SS為50～60％、BOD為25％～40％、TP為10％。特別是在除磷方面，一般采用生物除磷工藝很難滿足1.0mg/L水水質要求。CEPT可以滿足這一出水水質的要求。如CEPT結合后續生物處理工藝，出水水質還可望達到0.5mg/L(一級標準)。 
　　將混凝法強化城市污水廠一級處理，當進水有機物濃度低時，處理后出水水質滿足一級或二級排放標準，其運行費用僅為常規活性污染工藝的23％；當進水有機質濃度較高時，可采用混凝強化一級處理結合活性污泥法，可保證出水水質達標，運行費用僅為原有工藝的70％。該試驗還證明：利用回流一級污泥的絮凝吸附作用強化一級沉淀處理生活污水，當適當條件下，COD和SS的去除率分別為60～70％和70％左右。由于CEPT還具有不易受氣候條件限制等優點，可在寒冷地區進行推廣應用于處理城鎮生活污水。 
　　當前，強化一級處理技術面臨的主要挑戰是：污泥產量大對污泥的處理難度和處理費用增加，而且絮凝劑存在生物學毒性和生態學上的安全性問題，當采用這些絮凝劑進行強化時，容易造成對環境的二次污染。 
　　因此，在加強對強化一級處理工藝系統性研究的基礎上，重點解決好減少污泥產量和污泥資源化等難題，特別是隨著高效、生態安全性能高的新型復合絮凝劑的研制和應用，強化一級處理工藝在低濃度生活污水處理方面應用前景很廣。 
　　3.3 生物處理方法的應用分析 
　　污水生物處理過程是指利用微生物的新陳代謝把污水中存在的各種溶解態或膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害化物質。按照處理過程中有無氧氣的參與。污水的生物處理技術可分為好氧處理工藝和厭氧處理工藝；按照污水處理生物反應器中微生物的生長狀態，污水的生物處理技術又可分以活性污泥為代表的懸浮生長工藝和以生物膜法為代表的附著生長工藝。其中厭氧處理工藝和生物膜法較為常用。 
　　(1)厭氧處理工藝。厭氧處理工藝具有反應器體積小，規模靈活，工藝簡單，耗能低(僅為好氧工藝的10％～15％)，產生的污泥量小(為好氧工藝的10％～15％)，處理過程中對營養物的需求低等多種優點，是城鎮生活污水處理的首選方法之一。但是，城鎮生活污水中較低的污染物濃度。則成了傳統厭氧處理工藝在城鎮生活污水處理中廣泛應用的首要限制因素。為了解決這一技術難題，人們對傳統厭氧處理工藝進行了長期的各種改進試驗。改進后的厭氧處理技術在處理低濃度城鎮生活污水(COD<1000mg/L)時，無論是在試驗室水平還是在應用水平上，均取得了重要突破。特別是20世紀80年代以來，上流式厭氧污泥床反應器技術開始在熱帶地區推廣應用，基本上克服了該工藝所遇到的這一難關。限制厭氧技術在更大范圍內處理城鎮生活污水的另一關鍵因素是低溫。污染物濃度低的生活污水由于在硝化過程中不能產生足夠的熱量維持厭氧細菌正常生長，在氣溫低的地區必須添加能量以維持熱平衡，使處理成本大增。面對這一挑戰，UASB技術進一步改進了，并在中溫地區應用于處理生活污水，結果表明：在無外加熱源時，可連續運行超過200d。但缺點是接種污泥時間仍很長。常溫下應用厭氧式批序式反應器技術處理低濃度廢水，結果表明：25℃～150℃處理COD濃度為800～400mg?L-1的人工合成廢水時。去除率在80℃～90％；處理COD為600mg?L-1廢水時，20℃～25℃時COD和BOD去除率均大于90。厭氧處理工藝這一新的改進。為城鎮生活污水處理提供了一種新途徑，但是否完全可行，有待進一步研究。 
　　(2)生物膜法處理技術。近年來，生物膜法處理技術存城鎮生活污水深度處理特別是硝化和反硝化研究方面取得了進展。實驗證明在好氧條件下生物轉盤(RBC)技術同時去除有機物和氮的可行性，三級RBC在細菌Thiosphaere pantotropha參與下完全好氧條件下同步處理人工合成生活污水的結果，其中第一階段有機物和氮去除率高達8.7～25.9gCOD?m-2?d-1和0.81～1.85GN?m-2?d-1。采用淹沒式生物濾池處理生活污水，通過選擇連續流和間歇流操作方式為進行硝化和反硝化，結果表明其COD(化學需氧量)去除率大于70％，NI-L-N濃度低于5mg?L-1?？刂坪梅礇_洗和捕食性微生物可以提高生物濾池的除氮效果，塔式生物濾池的研究表明：生物膜內的捕食性蝸牛是干擾其硝化過程的主要因素。 
　　結束語 
　　城市污水處理的效果不僅僅關系到城市所在地周邊的環境保護，更關系到下游城市人們的身體健康以及經濟發展。加快城市污水處理建設，加快城市污水處理新技術的應用，促進城市和諧發展以及可持續發展路線的實施。是目前我國城市污水處理相關部門的首要任務。 
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