城市污水处理技术分析

摘 要：城市污水处理作为一个城市发展程度的重要标志，其实施效果已经成为了评价城市发展程度的重要指标。文章简单介绍了城市生活污水的来源和主要特点，并针对其特点对其处理方法进行了分析。 
关键词：城市生活污水；膜分离；强化一级；生物处理 
　　1概述 
　　由于社会经济的发展，人类对洁净水的需求量不断增加，合理利用现有水源，保护现有水源不受污染，治理生活和工业废水以及污水回用，不仅是我国城乡面临的当务之急，而且是当今世界性问题。由于我国城市化进程的快速发展，城镇人口急剧增加，加上我国过去过多地把环境污染防治的重点放在工业污水污染防治上，城市生活污水的污染防治相对滞后。随着城市污水排放量增加，环境基础设施建设又跟不上城市化发展速度，致使城市生活污水成为水污染的一个重要来源。因此，如何处理城市生活污水是一个值得关注的大问题。 
　　2 城市污水的来源与特点 
　　城市污水主要来自家庭、商业、机关学校、旅游服务业及其他城市公用设施。城市生活污水污染物含量主要是有机物，如淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、糖类、矿物油等，其中COD(化学需氧量)、BOD(生物需氧量)、TKN(凯氏氮)、TN(总氮)、TP(总磷)也较高。生活污水经一级物理处理、二级生化处理后COD、B0D、TKN、NH3-N等大幅度降低，但TN、TP仍较高，排入水体后易造成水体的富营养化，使藻类大量生长繁殖，造成赤潮和水华。藻类生物原生质的组成是C106H2630110N16P，可知水中含少量的氮、磷就能促使藻类大量生长，而当藻类代谢大量死亡时，就使水域水体腐败发臭水质恶化。 
　　3 城市生活污水处理方法 
　　3.1 膜分离技术的应用分析 
　　鉴于膜分离技术在污水处理中通过固液分离机制去除污染物和细菌方法有独到的优势。人们对膜分离技术应用于给水和污水处理方面进行了多途径的开发和应用。膜分离技术(如微滤、超滤)在城市生活污水处理应用方面也有了较大进展，已经部分商业化用作回用水。 
　　中空纤维膜微滤系统，小规模处理生活污水，由于微生物降解了60％的TOC(总有机碳)。其中的悬浮颗粒和固体主要通过膜吸附作用从水中得以清除，结果使出水水质中COD、BOD、TOC、SS(悬浮物)和浊度分别低于30mg/L、10mg/L、10mg/L、2mg/L和1NTU，满足回用水标准。絮凝-吸附-微滤系统处理生活污水，出水可回用，出水水质中浊度和COD分别为从18NTU、77mg，L降到0.5NUT、13ml。 
　　膜污染是膜分离技术在污水处理应用中的一个难题。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体、溶质大分子由于物理化学相互作用或机械作用而在膜表面或孔内吸附、沉积，造成膜孔经变小或堵塞，使膜产生透过流量和分离特性发生不可逆变化，导致处理水的质量和数量下降。膜污染防治技术目前主要有： 
　　对滤液进行前处理。各种混凝土技术对滤液进行前处理能有效去除有颗粒物。强化一级处理工艺与膜技术联合作用能有效降低膜污染。 
　　改善操作环境，有关研究证实双向搅动、物理冲洗、改变曝气等方式能有效降低膜污染。 
　　定期对膜组件进行清洗。尽管如此，膜污染还是随使用时间的延长而增加。直到现在，膜污染仍是制约膜技术在处理城镇生活污水应用中的最重要因素。防治膜污染而采取的种种措施使膜法水处理耗能相对较高。故与其他水处理方法结合应用的新型、低能耗合成膜法水处理工艺成为水处理领域研究的热点之一。 
　　膜生物反应器就是由膜分离技术与生物反应器结合的生物化学反应处理系统。就膜生物反应器处理生活污水，从能耗角度(特别是曝气和循环泵的费用上)研究了一体式和分体式两类反应器，结果表明：在处理特殊废水(如N浓度高废水)和废水回用情况下膜反应器是非常有效的，但分体式的耗能要高于一体式，而后者的膜建设和维护费用则较高。加压浸没式膜生物反应器是膜生物反应器研制过程中的又一进展。通过抬高进水水位，利用膜组件外部水的压力形成压力差，并串联一个厌氧硝化池除N，可使其能耗大大降低。该反应器在处理城市生活污水时的连续运行结果证实： 
　　膜在连续运行400d期间，经过清洗，处理效果稳定；BOD、T0C、SS、TN和TP的平均去除率分别为99％、93％、100％、79％和74％；短期抗冲击能力显著；平均耗能低，为2.4kWh／m。 
　　应用膜生物反应器和中空纤维膜分离组件，该装置在小规模污水处理运行中，无污泥排放、有机物高度稳定化，通过控制曝气速率，脱氮效率高达90％。对曝气的方式加以改进，以增大膜得通量。在膜生物反应器中加入铝盐或沸石，结果表明能有效降低膜污染，同时除磷、脱氮效果明显。总之，通过开发新型有机、无机及复合经济型膜材料，采用经济、有效手段防止膜污染，加强膜技术与其它水处理技术联合应用，可大大促进分离技术在城镇生活污水处理中的实际应用。 
　　3.2 强化一级处理技术的应用分析 
　　城市生活污水强化一级处理工艺的快速发展，在很大程度上得益于它基建投资少、单位污染物去除费用较低、能较大程度地提高污染物的去除率，消减污染负荷。特别是，由于该工艺运行管理简便灵活，处理过程稳定可靠，很适合于我国中小城镇生活污水处理的实际应用，尤其适合于资金紧张地区的生活污水处理。 
　　强化一级处理技术可分为化学强化一级处理工艺和生物强化一级处理工艺，有研究表明在对生活污水处理过程中，CEPT的处理效果明显，一般悬浮固体去除率可达90％、BOB去除率为50％～70％、细菌去除率为80％～90％、TP为80％～90％。而常规一级处理去除率为：SS为50～60％、BOD为25％～40％、TP为10％。特别是在除磷方面，一般采用生物除磷工艺很难满足1.0mg/L水水质要求。CEPT可以满足这一出水水质的要求。如CEPT结合后续生物处理工艺，出水水质还可望达到0.5mg/L(一级标准)。 
　　将混凝法强化城市污水厂一级处理，当进水有机物浓度低时，处理后出水水质满足一级或二级排放标准，其运行费用仅为常规活性污染工艺的23％；当进水有机质浓度较高时，可采用混凝强化一级处理结合活性污泥法，可保证出水水质达标，运行费用仅为原有工艺的70％。该试验还证明：利用回流一级污泥的絮凝吸附作用强化一级沉淀处理生活污水，当适当条件下，COD和SS的去除率分别为60～70％和70％左右。由于CEPT还具有不易受气候条件限制等优点，可在寒冷地区进行推广应用于处理城镇生活污水。 
　　当前，强化一级处理技术面临的主要挑战是：污泥产量大对污泥的处理难度和处理费用增加，而且絮凝剂存在生物学毒性和生态学上的安全性问题，当采用这些絮凝剂进行强化时，容易造成对环境的二次污染。 
　　因此，在加强对强化一级处理工艺系统性研究的基础上，重点解决好减少污泥产量和污泥资源化等难题，特别是随着高效、生态安全性能高的新型复合絮凝剂的研制和应用，强化一级处理工艺在低浓度生活污水处理方面应用前景很广。 
　　3.3 生物处理方法的应用分析 
　　污水生物处理过程是指利用微生物的新陈代谢把污水中存在的各种溶解态或胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。按照处理过程中有无氧气的参与。污水的生物处理技术可分为好氧处理工艺和厌氧处理工艺；按照污水处理生物反应器中微生物的生长状态，污水的生物处理技术又可分以活性污泥为代表的悬浮生长工艺和以生物膜法为代表的附着生长工艺。其中厌氧处理工艺和生物膜法较为常用。 
　　(1)厌氧处理工艺。厌氧处理工艺具有反应器体积小，规模灵活，工艺简单，耗能低(仅为好氧工艺的10％～15％)，产生的污泥量小(为好氧工艺的10％～15％)，处理过程中对营养物的需求低等多种优点，是城镇生活污水处理的首选方法之一。但是，城镇生活污水中较低的污染物浓度。则成了传统厌氧处理工艺在城镇生活污水处理中广泛应用的首要限制因素。为了解决这一技术难题，人们对传统厌氧处理工艺进行了长期的各种改进试验。改进后的厌氧处理技术在处理低浓度城镇生活污水(COD<1000mg/L)时，无论是在试验室水平还是在应用水平上，均取得了重要突破。特别是20世纪80年代以来，上流式厌氧污泥床反应器技术开始在热带地区推广应用，基本上克服了该工艺所遇到的这一难关。限制厌氧技术在更大范围内处理城镇生活污水的另一关键因素是低温。污染物浓度低的生活污水由于在硝化过程中不能产生足够的热量维持厌氧细菌正常生长，在气温低的地区必须添加能量以维持热平衡，使处理成本大增。面对这一挑战，UASB技术进一步改进了，并在中温地区应用于处理生活污水，结果表明：在无外加热源时，可连续运行超过200d。但缺点是接种污泥时间仍很长。常温下应用厌氧式批序式反应器技术处理低浓度废水，结果表明：25℃～150℃处理COD浓度为800～400mg・L-1的人工合成废水时。去除率在80℃～90％；处理COD为600mg・L-1废水时，20℃～25℃时COD和BOD去除率均大于90。厌氧处理工艺这一新的改进。为城镇生活污水处理提供了一种新途径，但是否完全可行，有待进一步研究。 
　　(2)生物膜法处理技术。近年来，生物膜法处理技术存城镇生活污水深度处理特别是硝化和反硝化研究方面取得了进展。实验证明在好氧条件下生物转盘(RBC)技术同时去除有机物和氮的可行性，三级RBC在细菌Thiosphaere pantotropha参与下完全好氧条件下同步处理人工合成生活污水的结果，其中第一阶段有机物和氮去除率高达8.7～25.9gCOD・m-2・d-1和0.81～1.85GN・m-2・d-1。采用淹没式生物滤池处理生活污水，通过选择连续流和间歇流操作方式为进行硝化和反硝化，结果表明其COD(化学需氧量)去除率大于70％，NI-L-N浓度低于5mg・L-1。控制好反冲洗和捕食性微生物可以提高生物滤池的除氮效果，塔式生物滤池的研究表明：生物膜内的捕食性蜗牛是干扰其硝化过程的主要因素。 
　　结束语 
　　城市污水处理的效果不仅仅关系到城市所在地周边的环境保护，更关系到下游城市人们的身体健康以及经济发展。加快城市污水处理建设，加快城市污水处理新技术的应用，促进城市和谐发展以及可持续发展路线的实施。是目前我国城市污水处理相关部门的首要任务。 
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