廖宇轩 李远哲 夏雪睿 吴伊琳 唐 骁杨 军 赵 耀

（1.南京师范大学附属中学，南京，210009；2.金陵中学河西分校，南京，210012）

水是生命之源，人类社会的发展一刻也离不开水。在现代社会中，水更是经济可持续发展的必要物质条件。然而，随着社会经济的快速发展、城市化进程的加快，由水污染的加剧而导致的水资源供需矛盾更加突出。在我国，水已成为制约可持续发展的重要因素，水危机比能源危机更为严峻，加强对废水的处理与回用、减少污染物的排放已成为我国社会生存和可持续发展的重要前提之一。

近年来，本着“绿水青山就是金山银山”的原则，各种水处理技术的发展方兴未艾，从处理效果和适用范围而言，各种方法均各有千秋，但对于经验欠缺的从业者或技术人员而言，如何针对废水的特征污染因子及处理要求选用合适的方法是一个令人头疼的问题。因此，本文从废水处理技术的本质特征出发，根据废水中的特征污染因子及处理过程中的具体变化而将各种废水处理技术按物理法（处理过程中只有机械或物理变化，没有化学反应发生）、化学法（处理过程中必定有化学反应发生，并生成新的组份）和生物法（处理过程主要依靠微生物的生理活动而完成废水中有机成分的降解）进行归类，以期对初始从业者进行废水处理方法的选择提供指导。

1 废水的物理处理方法

物理法水处理过程是根据废水中污染组分的物理特性（如密度、粒度、溶解度、挥发度等）与水的差异，采用物理或机械的作用，通过外加物质或能量的方法而实现污染组分的分离。属于物理法范畴的水处理技术种类繁多，包括澄清、沉淀、气浮、过滤、萃取、吸附、膜分离、蒸发、结晶、吹脱与汽提等，如图1所示。

图1 物理法水处理技术Fig.1 Wastewater treatment with physical method

在图1所示的物理法水处理技术中，澄清、沉淀、气浮是根据废水中特征污染因子与水的密度差而实现废水处理的；过滤、膜分离是根据废水中特征污染因子的粒度差异而实现废水处理的；萃取、蒸发、结晶是根据废水中特征污染因子的溶解度差异而实现废水处理的；吸附、吹脱与汽提是依据废水中特征污染因子的挥发度差异而实现废水处理的。

物理处理方法的最大优点是因为在处理过程中不改变物质的化学性质，设备简单，操作方便，运行费用低，分离效果良好，因此应用极为广泛，但物理法的缺点是仅能去除水中的固体悬浮物和漂浮物，COD的去除率一般只有30%左右，对水中的溶解性杂质基本无法去除。对于某些复杂的废水体系，单独采用物理处理方法无法取得理想的效果，此时可采用物理方法与化学方法相结合的物化处理工艺进行处理。

2 废水的化学处理方法

化学法水处理过程是根据废水中污染组分的化学特性，在处理过程中通过外加物质和能量，使废水中的污染组分通过发生化学反应而除去，其实质是通过采取不同的方法（包括投加药剂法、电化学法和光化学法三大类）而实现电子的转移。失去电子的过程称为氧化，失去电子的元素所组成的物质称为还原剂；得到电子的过程称为还原，得到电子的元素所组成的物质称为氧化剂。在氧化还原过程中，氧化剂本身被还原，而还原剂本身则被氧化。各种化学处理技术的分类如图2所示。

图2 化学法水处理技术Fig.2 Wastewater treatment with chemical method

根据采取的方法不同，化学法可分为投加药剂法、电化学法和光化学法。投加药剂是通过向待处理废水中投加药剂（包括氧化剂）而使污染物得到处理或分离，如中和法、化学混凝法、化学沉淀法以及各种化学氧化法（如空气氧化法、氯氧法、芬顿（Fenton）氧化法、臭氧氧化法、湿式氧化、湿式催化氧化法、超临界水氧化法、燃烧法等）。电化学法和光化学法则分别采用电和光作为媒介而使水中的污染物发生化学反应而被处理或分离。

根据反应条件，化学处理过程可分为常温法和高温法两大类。常温条件下的化学处理方法很多，如化学中和、化学混凝、化学沉淀、化学还原、空气氧化法、氯氧化法、芬顿（Fenton）氧化法、臭氧氧化法、光化学氧化法和光催化氧化法等。常温化学处理方法虽然具有反应条件温和、过程操作管理方便、设备投资少等优点，但同时存在反应速率慢、反应不彻底等缺点。为了克服常温化学过程的缺点，逐渐发展了高温化学处理，可大大提高过程的反应速率。目前应用和研究的高温高压化学处理过程主要有湿式氧化、湿式催化氧化法、超临界水氧化法、燃烧法等，主要用于高浓度难降解有机废液的处理。

图2所示各种化学法水处理技术的共同特点是要通过外加某种特定的物质，以便与废水中的特征污染因子发生化学反应而将其去除。然而，除了简单的无机化学反应能在常温条件下进行外，绝大多数涉及有机物的化学反应在常温条件下均无法自发进行或者进行得非常缓慢，还需要在处理过程中外加一定的能量。因此化学法水处理过程相对较为复杂，工艺路线较长，设备投资与运行费用相对也较高。但由于其去除效果相对较好，因此广泛用于复杂废水的深度处理与回用领域。

3 废水的生物处理方法

生物法水处理过程主要用于处理有机废水，是根据废水中有机污染组分的特性，通过合适微生物的生理代谢活动而降解、去除废水中的有机污染物。一般地，生物法水处理过程可分为两种情形：一是通过人为添加或培育的微生物进行的废水生物处理，称为人工生物处理；二是利用自然界广泛存在的微生物进行的废水处理，称为自然生物处理。对于人工生物处理过程，根据微生物在废水中进行生理代谢活动时的氧存在状态，可分为好氧生物处理过程和厌氧生物处理过程。根据所用微生物在废水处理过程中的负载方式，好氧生物处理过程与厌氧生物处理过程均可分为活性污泥法和生物膜法。自然生物处理过程主要包括稳定塘系统、土地处理系统和人工湿地系统。如图3所示。

图3 生物法水处理技术Fig.3 Wastewater treatment with biological method

图3所示的各种生物法水处理技术均是利用微生物的生理代谢活动实现废水中有机组分的降解与去除，因此处理过程具有条件温和、运行要求低、设备投资省等优点。但由于微生物的生理代谢过程较为缓慢，且易受外界条件的影响，因此生物法水处理过程的耗时较长、占地面积较大，对水质的要求相对较高，使得生物法水处理技术的应用受到一定的局限。

4 废水处理工艺

废水处理是在市政废水排入水体前对其采用多种方法进行相应的处理，最终达到排放标准。废水处理的范畴包括：通过工艺改革减少废水种类和数量；通过适当的处理工艺减少废水中有毒、有害物质的量及浓度直至达到排放标准；处理后的废（污）水的循环和再利用等。

废水的性质十分复杂，往往需要由几种单元处理操作组合成一个处理过程的整体。合理配置其主次关系和前后位置，才能经济、有效地达到预期目标。这种单元处理操作的整体配置称为废水处理系统。在论述废水处理的程度时，常对处理程度进行分级表示。根据所去除污染物的种类和所使用处理方法的类别，废水处理程度的分级可以分为：

（1）预处理

预处理一般指废水在排入城市下水道之前的处理。

（2）一级处理

废水的一级处理，通常是采用较为经济的物理处理方法，包括格栅、沉砂、沉淀等，去除水中悬浮状固体颗粒污染物质。由于以上处理方法对水中溶解状和胶体状的有机物去除作用极为有限，废水的一级处理不能达到直接排入水体的水质要求。

（3）二级处理

废水的二级处理通常是指在一级处理的基础上，采用生物处理方法去除水中以溶解状和胶体状存在的有机污染物质。对于城市污水和与城市污水性质相近的工业废水，经过二级处理一般可以达到排入水体的水质要求。

（4）三级处理、深度处理或再生处理

这些处理是在二级处理的基础上继续进行的处理，一般采用物理处理方法和化学处理方法。对于二级处理仍未达到排放水质要求的难于处理的废水的继续处理，一般称为三级处理。对于排入敏感水体或进行废水回用所需进行的处理，一般称为深度处理或再生处理。

5 结束语

随着水资源供需矛盾的日益突出及水污染的加剧，对废水实现深度处理后达标排放或回用，不仅能取得明显的节水效果和经济效益，并且具有重要的环境意义和社会意义。