生活污水處理工藝分析及性能比較

鐘惠苗 許丹丹 李秋毅 李蘇佳

摘? 要：中國經(jīng)濟的高速發(fā)展推動著城市化進程的加快，使得我國污水排放量處于不斷上升的趨勢，對我國的生態(tài)環(huán)境以及居民的用水質(zhì)量均產(chǎn)生了一定的影響，因此污水處理工作逐漸受到人們的重視。文章從時間和空間上統(tǒng)計了我國多地區(qū)的污水排放量和污水處理現(xiàn)狀，結(jié)合城鎮(zhèn)生活污水處理廠的建設(shè)規(guī)范和污水排放特點，對比了大中型和中小型污水處理廠的處理工藝以及最終效果，分析了多種污水消毒技術(shù)的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：污水排放量;污水處理;工藝技術(shù);消毒工藝

中圖分類號：X799.3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0089-05

Abstract： The rapid development of China's economy promotes the acceleration of the urbanization process， making the discharge of sewage in China is on the rising trend， which has a certain impact on the ecological environment and the quality of water used by residents in China. Therefore， people pay more and more attention to the treatment of sewage. Based on the time and space statistics of sewage discharge and sewage treatment status in many areas of China， according to the construction standards and sewage discharge characteristics of urban sewage treatment plants， and compared the treatment process and final effect of large and medium-sized and small sewage treatment plants， this paper analyzes the advantages and disadvantages of various disinfection process and technologies.

Keywords： sewage discharge; sewage treatment; technology skill; disinfection process

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷上升，無論是城市還是農(nóng)村地區(qū)，生活污水的排放量日益增長。污水處理具有減少污水排放危害、降低有害物質(zhì)濃度的作用，在今后的發(fā)展中，污水處理必須根據(jù)當?shù)匚鬯欧盘攸c和水土條件，對污水處理工藝進行有效的選擇和應用，以此保證污水處理效果的最大化。

1 我國生活污水排放及處理現(xiàn)狀

1.1 生活污水排放現(xiàn)狀

表1是2014-2018年我國廢水排放總量及生活污水排放量，由此數(shù)據(jù)顯示，總體上城鎮(zhèn)生活污水占廢水排放量比例不斷上升，已成為污水的首要來源?？梢源竽戭A測在這之后的幾年我國生活污水排放量仍會增加。

1.2 污水處理現(xiàn)狀

近年來，我國城市污水處理設(shè)施逐年增多，處理能力也隨之增強。如表4所示，在2017年，污水處理廠數(shù)量為2209座，每日可處理15743萬立方米廢水，相較于2011年，污水處理廠增加了621座，每天可多處理4440萬立方米的廢水。不同地區(qū)生活污水的特點相異，所采取處理技術(shù)不同，存在部分村莊并未建設(shè)相應的污水處理廠，污水處理設(shè)施覆蓋率低。部分農(nóng)村地區(qū)已建設(shè)有相應的污水處理設(shè)施，但是面臨著許多問題，如資金的投入力度不夠，處理污水廠難以持續(xù)運營，民眾的意識不足等導致污水處理廠覆蓋率不高。

由于各地區(qū)的經(jīng)濟水平和用水量的不同，不同地區(qū)的污水處理廠數(shù)量也存在差異。在經(jīng)濟發(fā)達的華東地區(qū)，巨大的用水量伴隨著驚人的廢水排放量，2017年底華東地區(qū)城市有703座污水處理廠，縣城有332座，城鎮(zhèn)有2030座，約占全國污水處理廠數(shù)量的35.68%;其次為西南地區(qū)，到2017年底有2111座，約占全國污水處理廠數(shù)量的24.57%。如表5所示，全國污水處理廠數(shù)量最多的省份是四川省，之后分別是江蘇省和山東省，其他地區(qū)均在700座以下[1]。

近年來，污水排放總量稍有下降，但仍然保持在較高水平，同時國家推出了許多支持政策，污水處理設(shè)施逐年增多，污水處理設(shè)施覆蓋率不斷提高，呈現(xiàn)出我國未來污水處理發(fā)展的良好態(tài)勢。

2 城鎮(zhèn)生活污水處理廠的建設(shè)規(guī)范

2.1 城鎮(zhèn)生活污水廠建設(shè)規(guī)模

污水廠建設(shè)規(guī)模主要的參考數(shù)據(jù)是日污水處理量[1]，根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)規(guī)模（污水處理量）來劃分類別，污水廠大致可以分為5種規(guī)模，如表6所示。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

污水處理廠需要建設(shè)的主要內(nèi)容：

（1）污水廠在建設(shè)時應考慮污水處理及污泥處理的生產(chǎn)設(shè)施，及輔助裝備，生產(chǎn)管理與生活設(shè)施，表7為不同等級、不同規(guī)模污水廠的附屬設(shè)施建設(shè)面積指標。

（2）針對不同級別處理的污水廠應配備相應的污水處理和污泥處理的裝置。污水廠建設(shè)時，應建設(shè)相關(guān)場所保證工作后期的正常運作，可包括辦公室、食堂、鍋爐房、浴室、值班宿舍、綠化、安全保衛(wèi)等設(shè)施。

（3）負責污水收集和排放的管渠及其污水清理的配套裝置。

（4）泵站：泵房及其設(shè)備，變配電，控制系統(tǒng)。

（5）污水處理及污泥處理的生產(chǎn)設(shè)施。

（6）出水排放：出水排放的管道及其配套裝備，排放口的水質(zhì)檢測裝置。

污水處理廠建設(shè)工程中需要遵循的規(guī)范：

（1）污水處理廠的建設(shè)規(guī)模應根據(jù)當?shù)氐奈鬯欧帕浚约叭瘴鬯幚砼欧帕壳闆r等進行科學計算，把握好污水處理量，優(yōu)化污水處理的環(huán)節(jié)，合理降低污水處理的成本。

（2）污水處理工藝分為多道工序，不同的區(qū)域分別有不同的分工，在建設(shè)時要把控好基礎(chǔ)建設(shè)的走勢，施工之前應計劃好基礎(chǔ)計劃，項目圖紙，進行相關(guān)漏洞補充，以避免在施工時出現(xiàn)各類問題加大建設(shè)難度。

（3）施工建設(shè)泵站用地指標參照表8，施工建設(shè)人員分配參照表9。

常見的污水處理廠建設(shè)工藝設(shè)備包括格柵，沉砂設(shè)備，除砂，貯砂設(shè)備，沉淀設(shè)施，集水池，沉砂池，砂水分離間，SBR反應池，鋼砼風機房與變配電間，污泥濃縮池，污泥脫水機房，消毒間，機電維修間與倉庫，截流污水管以及可持續(xù)供電的設(shè)備，材料設(shè)備防腐措施等。

3 常見的污水處理工藝選擇

3.1 大中型城市污水處理廠

城市污水的成分主要是有機物，所以生物法成為了國內(nèi)外首選的方法，但在個別地方也使用化學法處理污水，化學法存在效率較低的缺點，只適用于某些對水質(zhì)要求不高的地區(qū)。在生物法中，有活性污泥法和生物濾池兩大類，由于生物濾池存在許多缺陷，只有少數(shù)地區(qū)的污水處理廠采用該方法，而活性污泥法是最常用的方法。

3.1.1 傳統(tǒng)的活性污泥法及改進的A/O、AA/O工藝

傳統(tǒng)活性污泥法首先是通過連續(xù)進水的方式在初次沉淀池中進行初步沉淀，再將污水排入曝氣池與活性污泥充分混合，形成混合物后加入空氣，使空氣中的氧氣充分溶解以增加混合物中的溶解氧的含量[5]，氧氣充分溶解后混合液進入二沉池，目的是將混合液中固體物質(zhì)沉淀下來。

傳統(tǒng)活性污泥法對有機物具有很高的凈化效率，通常能達到85%以上，中間產(chǎn)物也能用比較方便的方法去除，并且能耗和運行費用相比于其他工藝來說更低，因此得到了廣泛的運用。而它的改進工藝A/O、AA/O則是為了處理當今富營養(yǎng)化的水體（含有磷和氮）而研發(fā)的，前者又可以分為兩種：一種除磷，一種脫氮，后者則是既除磷又脫氮。

3.1.2 氧化溝工藝

氧化溝工藝是懸浮生物處理技術(shù)的一種，在機理上類似于延時曝氣工藝，同時也是活性污泥法的一種[6]。其工藝流程是：首先將污水送入格柵進行第一步凈化，再將初步處理的污水送入提升泵房提升水位，之后送入沉砂池去除無機顆粒，隨后將污水和污泥放在氧化溝中充分混合，最后將凈化后的水依次經(jīng)過沉淀、消毒和排放。氧化溝工藝對有機物同樣具有很高的去除效率，同時也可以實現(xiàn)脫氮。

3.2 中小型城鎮(zhèn)污水處理廠

我國農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水因為人口、地域等因素，排放的污水主要有以下三個特點：第一，水質(zhì)差異小。城鎮(zhèn)中的污水大部分是生活污水，生活污水中含有的有毒有害物質(zhì)比較少，但含有較多的營養(yǎng)元素，例如洗衣液、洗衣粉中含有的磷元素、氮元素，使寄生蟲和細菌在污水中大量存在[6]。第二，分布范圍廣。我國農(nóng)村人口是分散性很大的一個群體，尤其是北方山區(qū)，雖然我國農(nóng)村污水量較大，但集中收集難度大，往往沒有引起足夠的重視。第三，變化幅度大。城鎮(zhèn)居民夜間污水排放量少，白天污水排放量多，易造成其排放量變化幅度較大，此外污水來源多，不僅來自廁所污水、廚房污水還有農(nóng)業(yè)帶來的污水，加大了污水處理的難度。常見的處理工藝有SBR工藝、自然處理和人工濕地處理。

3.2.1 SBR工藝

SBR工藝也是序批式活性污泥法，是一種利用間歇曝氣方式運行并改變活性污泥生長環(huán)境凈化污水的活性污泥污水處理方法[7]。SBR工藝共有五個基本工作程序，分別是進水、間歇曝氣、沉淀、排水和閑置，其工藝流程是：污水經(jīng)過格柵預處理后排入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池有可控制高度的浮球，進而控制污水的水質(zhì)和水量，當污水注滿后，開始第二道工序，即曝氣操作，曝氣時間由處理廢水中的參考數(shù)據(jù)決定，若要求去除污水中的BOD、脫氮除磷及反硝則需要曝氣，若需要反硝化則應停止曝氣。第三道工序則是使污水處于靜止狀態(tài)，其沉淀時間為1～1.5h，沉淀后的污水經(jīng)過消毒殺菌后排放。第四道工序為出水，即把含有不同菌種的活性污泥留下，除去反應池沉淀后剩余的上清液，最后一道工序是使整個反應池處于非工作狀態(tài)，準備下一個周期的開始[8]。不同的SBR工藝對BOD、COD等的去除率不同，表10是常見的6種不同規(guī)模SBR工藝的去除率。

3.2.2 自然處理

自然處理是利用了水體的自凈功能，指水體能夠在其環(huán)境容納范圍內(nèi)，通過水體自身的物理、化學和生物等作用，使水體含有的污染物濃度、毒性隨著時間的增加而逐漸降低。這種污水處理工藝更適用于農(nóng)村地區(qū)處理生活污水。其工藝流程如圖1所示。

自然處理工藝具有費用低廉、運行管理簡單方便等優(yōu)點，并且對某些難生化降解的有機物、細菌的去除效果遠高于其他常規(guī)處理方式，此外自然處理工藝系統(tǒng)可實現(xiàn)將污水中的營養(yǎng)物質(zhì)資源重復利用，例如將剩余污水用于農(nóng)田灌溉，有一舉兩得的效果。

3.2.3 人工濕地處理

人工濕地是一項投資低、出水水質(zhì)好、操作簡單的廢水處理新技術(shù)，適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理[9]。其原理是利用濕地中耐水性植物和微生物的相互作用，使污水在生物和土壤共同作用下達到凈化效果。其適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理的常用類型主要是垂直流入人工濕地系統(tǒng)。

垂直流入人工濕地系統(tǒng)工藝流程：污水經(jīng)過初級處理后通過配水系統(tǒng)流入人工濕地地床基質(zhì)，污水在基質(zhì)表面以下流動，同時附著在濕地的植物和微生物可對污水含有的有機物進行吸收和分解，污水達到排放要求后通過集水系統(tǒng)排放，此系統(tǒng)對氨氮的凈化效率在80%以上，污水處理效果可達二級生化處理效果，且運行費比一般二級生化處理低一半左右。

此外若處理污水不含有毒物質(zhì)，可以選擇蛋白質(zhì)含量較高或含肥料有效成分高且易分解的水生植物，待植物生長一定周期后可用于飼料、肥料等用途，也可根據(jù)實際情況，選擇觀賞性植物，發(fā)展旅游景區(qū)。

SBR工藝是中小型城鎮(zhèn)污水處理的主要工藝，有較高的去除有機物和污水處理效率，但自然處理法和人工濕地處理法也逐漸受到我國的重視，其在凈化污水和凈化空氣方面效率高，與傳統(tǒng)污水處理廠相比較，投資運行成本低，更適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村的污水處理。

4 污水處理廠消毒技術(shù)

4.1 紫外線消毒

紫外線消毒法運用物理原理進行消毒，對水的性質(zhì)沒有過多要求，不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，消毒范圍廣，消毒時間短，消毒成本低，但其也存在很多缺點，例如水在消毒前必須提前處理以保證紫外線不被水中物質(zhì)吸收、沒有持續(xù)的消毒能力且殺死的微生物可能復活、不能做到全面消毒等等。

4.2 液氯消毒

液氯消毒法是運用化學原理進行消毒。液氯放入水中會發(fā)生化學反應產(chǎn)生次氯酸和次氯酸根，它們具有很好的消毒效果。目前液氯消毒主要包括普通氯化消毒，氯氨消毒，折點消毒及過量氯消毒四種方法。液氯消毒具有價格便宜，技術(shù)成熟，操作簡單且消毒作用好等優(yōu)點，但液氮的儲存不是十分安全，容易發(fā)生泄漏。同時，氯在消毒的過程會與水中多種物質(zhì)發(fā)生反應，形成致癌或病變的產(chǎn)物，使此工藝在發(fā)展上受到了限制。目前常用的加氯系統(tǒng)如圖2所示。

4.3 臭氧消毒

臭氧是一種強氧化劑，溶于水后與水反應生成大量無機物和有機物進入細胞氧化細胞內(nèi)的有機物，滅活細胞，從而達到消毒的目的。

臭氧消毒的效果好且范圍廣，不會形成副產(chǎn)物且綠色環(huán)保。但其亦存在一些缺點，首先，臭氧消毒所需的費用較高;其次，臭氧與有機物反應產(chǎn)生絮凝狀物體，容易使水的渾濁度提高;此外，臭氧消毒后的水對排水管道具有一定的腐蝕作用，因此在排出前需要進行二次消毒。

目前，全球的污水消毒工藝仍是以氯消毒為主，以臭氧和紫外線等消毒工藝為輔助，同時，新型的電化學等消毒技術(shù)正處于研發(fā)階段?？偟膩碚f，各類消毒工藝各有利弊，在消毒工藝選擇上，應綜合技術(shù)成熟程度、投資運行成本等多方面進行考慮。

5 結(jié)束語

綜上所述，每種污水處理工藝都有各自的適用條件和要求，因此處理污水時不能盲目追求新技術(shù)，忽視污水排放特點，而是因地制宜，結(jié)合當?shù)匚鬯欧诺膶嶋H情況，遵循污水處理廠的建設(shè)規(guī)范，各污水處理系統(tǒng)也應根據(jù)不同污水水質(zhì)、水量及相應標準選擇投資少、效果好的工藝。

參考文獻：

[1]陳后潤.預見2019：《2019年中國污水處理產(chǎn)業(yè)全景圖譜》（附市場規(guī)模、競爭格局、發(fā)展前景）[EB/OL].前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2019-05-10.

[2]朱茜.農(nóng)村污水處理潛力大 2030年市場規(guī)模有望達2000億[EB/OL].前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2018-01-18.

[3]智研咨詢集團.2016年中國生活污水排放量及處理率分析[EB/OL].中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，2016-07-25.

[4]唐發(fā)英.活性污泥法治理城市污水探析[J].綠色科技，2019（12）：100-101+104.

[5]艾晨亮，崔東亮.氧化溝工藝處理村鎮(zhèn)污水研究綜述[J].遼寧化工，2018，47（06）：533-535.

[6]王慶永.農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀及處理模式探討[J].農(nóng)技服務(wù)，2009，26（03）：141-142.

[7]章志青，周禎領(lǐng)，馬丹喜.農(nóng)村生活污水處理工藝比較選擇[J].農(nóng)村實用技術(shù)，2019（06）：128.

[8]馬岑鑫.探究SBR工藝在城市污水處理廠的應用[J].環(huán)境與發(fā)展，2017，29（03）：113-114.

[9]張清.人工濕地的構(gòu)建與應用[J].濕地科學，2011（4）：373-379.