生活污水处理工艺分析及性能比较

2020-12-14钟惠苗许丹丹李秋毅李苏佳

科技创新与应用 2020年36期

钟惠苗许丹丹李秋毅李苏佳

摘要：中国经济的高速发展推动着城市化进程的加快，使得我国污水排放量处于不断上升的趋势，对我国的生态环境以及居民的用水质量均产生了一定的影响，因此污水处理工作逐渐受到人们的重视。文章从时间和空间上统计了我国多地区的污水排放量和污水处理现状，结合城镇生活污水处理厂的建设规范和污水排放特点，对比了大中型和中小型污水处理厂的处理工艺以及最终效果，分析了多种污水消毒技术的优缺点。

关键词：污水排放量;污水处理;工艺技术;消毒工艺

中图分类号：X799.3 文献标志码：A 文章编号：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

随着我国经济的快速发展，人们的生活水平不断上升，无论是城市还是农村地区，生活污水的排放量日益增长。污水处理具有减少污水排放危害、降低有害物质浓度的作用，在今后的发展中，污水处理必须根据当地污水排放特点和水土条件，对污水处理工艺进行有效的选择和应用，以此保证污水处理效果的最大化。

1 我国生活污水排放及处理现状

1.1 生活污水排放现状

表1是2014-2018年我國废水排放总量及生活污水排放量，由此数据显示，总体上城镇生活污水占废水排放量比例不断上升，已成为污水的首要来源。可以大胆预测在这之后的几年我国生活污水排放量仍会增加。

1.2 污水处理现状

近年来，我国城市污水处理设施逐年增多，处理能力也随之增强。如表4所示，在2017年，污水处理厂数量为2209座，每日可处理15743万立方米废水，相较于2011年，污水处理厂增加了621座，每天可多处理4440万立方米的废水。不同地区生活污水的特点相异，所采取处理技术不同，存在部分村庄并未建设相应的污水处理厂，污水处理设施覆盖率低。部分农村地区已建设有相应的污水处理设施，但是面临着许多问题，如资金的投入力度不够，处理污水厂难以持续运营，民众的意识不足等导致污水处理厂覆盖率不高。

由于各地区的经济水平和用水量的不同，不同地区的污水处理厂数量也存在差异。在经济发达的华东地区，巨大的用水量伴随着惊人的废水排放量，2017年底华东地区城市有703座污水处理厂，县城有332座，城镇有2030座，约占全国污水处理厂数量的35.68%;其次为西南地区，到2017年底有2111座，约占全国污水处理厂数量的24.57%。如表5所示，全国污水处理厂数量最多的省份是四川省，之后分别是江苏省和山东省，其他地区均在700座以下[1]。

近年来，污水排放总量稍有下降，但仍然保持在较高水平，同时国家推出了许多支持政策，污水处理设施逐年增多，污水处理设施覆盖率不断提高，呈现出我国未来污水处理发展的良好态势。

2 城镇生活污水处理厂的建设规范

2.1 城镇生活污水厂建设规模

污水厂建设规模主要的参考数据是日污水处理量[1]，根据城镇污水处理厂建设规模（污水处理量）来划分类别，污水厂大致可以分为5种规模，如表6所示。

2.2 建设内容

污水处理厂需要建设的主要内容：

（1）污水厂在建设时应考虑污水处理及污泥处理的生产设施，及辅助装备，生产管理与生活设施，表7为不同等级、不同规模污水厂的附属设施建设面积指标。

（2）针对不同级别处理的污水厂应配备相应的污水处理和污泥处理的装置。污水厂建设时，应建设相关场所保证工作后期的正常运作，可包括办公室、食堂、锅炉房、浴室、值班宿舍、绿化、安全保卫等设施。

（3）负责污水收集和排放的管渠及其污水清理的配套装置。

（4）泵站：泵房及其设备，变配电，控制系统。

（5）污水处理及污泥处理的生产设施。

（6）出水排放：出水排放的管道及其配套装备，排放口的水质检测装置。

污水处理厂建设工程中需要遵循的规范：

（1）污水处理厂的建设规模应根据当地的污水排放量，以及日污水处理排放量情况等进行科学计算，把握好污水处理量，优化污水处理的环节，合理降低污水处理的成本。

（2）污水处理工艺分为多道工序，不同的区域分别有不同的分工，在建设时要把控好基础建设的走势，施工之前应计划好基础计划，项目图纸，进行相关漏洞补充，以避免在施工时出现各类问题加大建设难度。

（3）施工建设泵站用地指标参照表8，施工建设人员分配参照表9。

常见的污水处理厂建设工艺设备包括格栅，沉砂设备，除砂，贮砂设备，沉淀设施，集水池，沉砂池，砂水分离间，SBR反应池，钢砼风机房与变配电间，污泥浓缩池，污泥脱水机房，消毒间，机电维修间与仓库，截流污水管以及可持续供电的设备，材料设备防腐措施等。

3 常见的污水处理工艺选择

3.1 大中型城市污水处理厂

城市污水的成分主要是有机物，所以生物法成为了国内外首选的方法，但在个别地方也使用化学法处理污水，化学法存在效率较低的缺点，只适用于某些对水质要求不高的地区。在生物法中，有活性污泥法和生物滤池两大类，由于生物滤池存在许多缺陷，只有少数地区的污水处理厂采用该方法，而活性污泥法是最常用的方法。

3.1.1 传统的活性污泥法及改进的A/O、AA/O工艺

传统活性污泥法首先是通过连续进水的方式在初次沉淀池中进行初步沉淀，再将污水排入曝气池与活性污泥充分混合，形成混合物后加入空气，使空气中的氧气充分溶解以增加混合物中的溶解氧的含量[5]，氧气充分溶解后混合液进入二沉池，目的是将混合液中固体物质沉淀下来。

传统活性污泥法对有机物具有很高的净化效率，通常能达到85%以上，中间产物也能用比较方便的方法去除，并且能耗和运行费用相比于其他工艺来说更低，因此得到了广泛的运用。而它的改进工艺A/O、AA/O则是为了处理当今富营养化的水体（含有磷和氮）而研发的，前者又可以分为两种：一种除磷，一种脱氮，后者则是既除磷又脱氮。

3.1.2 氧化沟工艺

氧化沟工艺是悬浮生物处理技术的一种，在机理上类似于延时曝气工艺，同时也是活性污泥法的一种[6]。其工艺流程是：首先将污水送入格栅进行第一步净化，再将初步处理的污水送入提升泵房提升水位，之后送入沉砂池去除无机颗粒，随后将污水和污泥放在氧化沟中充分混合，最后将净化后的水依次经过沉淀、消毒和排放。氧化沟工艺对有机物同样具有很高的去除效率，同时也可以实现脱氮。

3.2 中小型城镇污水处理厂

我国农村、乡镇污水因为人口、地域等因素，排放的污水主要有以下三个特点：第一，水质差异小。城镇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质比较少，但含有较多的营养元素，例如洗衣液、洗衣粉中含有的磷元素、氮元素，使寄生虫和细菌在污水中大量存在[6]。第二，分布范围广。我国农村人口是分散性很大的一个群体，尤其是北方山区，虽然我国农村污水量较大，但集中收集难度大，往往没有引起足够的重视。第三，变化幅度大。城镇居民夜间污水排放量少，白天污水排放量多，易造成其排放量变化幅度较大，此外污水来源多，不仅来自厕所污水、厨房污水还有农业带来的污水，加大了污水处理的难度。常见的处理工艺有SBR工艺、自然处理和人工湿地处理。

3.2.1 SBR工艺

SBR工艺也是序批式活性污泥法，是一种利用间歇曝气方式运行并改变活性污泥生长环境净化污水的活性污泥污水处理方法[7]。SBR工艺共有五个基本工作程序，分别是进水、间歇曝气、沉淀、排水和闲置，其工艺流程是：污水经过格栅预处理后排入调节池，调节池有可控制高度的浮球，进而控制污水的水质和水量，当污水注满后，开始第二道工序，即曝气操作，曝气时间由处理废水中的参考数据决定，若要求去除污水中的BOD、脱氮除磷及反硝则需要曝气，若需要反硝化则应停止曝气。第三道工序则是使污水处于静止状态，其沉淀时间为1～1.5h，沉淀后的污水经过消毒杀菌后排放。第四道工序為出水，即把含有不同菌种的活性污泥留下，除去反应池沉淀后剩余的上清液，最后一道工序是使整个反应池处于非工作状态，准备下一个周期的开始[8]。不同的SBR工艺对BOD、COD等的去除率不同，表10是常见的6种不同规模SBR工艺的去除率。

3.2.2 自然处理

自然处理是利用了水体的自净功能，指水体能够在其环境容纳范围内，通过水体自身的物理、化学和生物等作用，使水体含有的污染物浓度、毒性随着时间的增加而逐渐降低。这种污水处理工艺更适用于农村地区处理生活污水。其工艺流程如图1所示。

自然处理工艺具有费用低廉、运行管理简单方便等优点，并且对某些难生化降解的有机物、细菌的去除效果远高于其他常规处理方式，此外自然处理工艺系统可实现将污水中的营养物质资源重复利用，例如将剩余污水用于农田灌溉，有一举两得的效果。

3.2.3 人工湿地处理

人工湿地是一项投资低、出水水质好、操作简单的废水处理新技术，适用于乡镇生活污水处理[9]。其原理是利用湿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达到净化效果。其适用于乡镇污水处理的常用类型主要是垂直流入人工湿地系统。

垂直流入人工湿地系统工艺流程：污水经过初级处理后通过配水系统流入人工湿地地床基质，污水在基质表面以下流动，同时附着在湿地的植物和微生物可对污水含有的有机物进行吸收和分解，污水达到排放要求后通过集水系统排放，此系统对氨氮的净化效率在80%以上，污水处理效果可达二级生化处理效果，且运行费比一般二级生化处理低一半左右。

此外若处理污水不含有毒物质，可以选择蛋白质含量较高或含肥料有效成分高且易分解的水生植物，待植物生长一定周期后可用于饲料、肥料等用途，也可根据实际情况，选择观赏性植物，发展旅游景区。

SBR工艺是中小型城镇污水处理的主要工艺，有较高的去除有机物和污水处理效率，但自然处理法和人工湿地处理法也逐渐受到我国的重视，其在净化污水和净化空气方面效率高，与传统污水处理厂相比较，投资运行成本低，更适合乡镇、农村的污水处理。

4 污水处理厂消毒技术

4.1 紫外线消毒

紫外线消毒法运用物理原理进行消毒，对水的性质没有过多要求，不产生消毒副产物，消毒范围广，消毒时间短，消毒成本低，但其也存在很多缺点，例如水在消毒前必须提前处理以保证紫外线不被水中物质吸收、没有持续的消毒能力且杀死的微生物可能复活、不能做到全面消毒等等。

4.2 液氯消毒

液氯消毒法是运用化学原理进行消毒。液氯放入水中会发生化学反应产生次氯酸和次氯酸根，它们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，折点消毒及过量氯消毒四种方法。液氯消毒具有价格便宜，技术成熟，操作简单且消毒作用好等优点，但液氮的储存不是十分安全，容易发生泄漏。同时，氯在消毒的过程会与水中多种物质发生反应，形成致癌或病变的产物，使此工艺在发展上受到了限制。目前常用的加氯系统如图2所示。

4.3 臭氧消毒

臭氧是一種强氧化剂，溶于水后与水反应生成大量无机物和有机物进入细胞氧化细胞内的有机物，灭活细胞，从而达到消毒的目的。

臭氧消毒的效果好且范围广，不会形成副产物且绿色环保。但其亦存在一些缺点，首先，臭氧消毒所需的费用较高;其次，臭氧与有机物反应产生絮凝状物体，容易使水的浑浊度提高;此外，臭氧消毒后的水对排水管道具有一定的腐蚀作用，因此在排出前需要进行二次消毒。

目前，全球的污水消毒工艺仍是以氯消毒为主，以臭氧和紫外线等消毒工艺为辅助，同时，新型的电化学等消毒技术正处于研发阶段。总的来说，各类消毒工艺各有利弊，在消毒工艺选择上，应综合技术成熟程度、投资运行成本等多方面进行考虑。

5 结束语

综上所述，每种污水处理工艺都有各自的适用条件和要求，因此处理污水时不能盲目追求新技术，忽视污水排放特点，而是因地制宜，结合当地污水排放的实际情况，遵循污水处理厂的建设规范，各污水处理系统也应根据不同污水水质、水量及相应标准选择投资少、效果好的工艺。

参考文献：

[1]陈后润.预见2019：《2019年中国污水处理产业全景图谱》（附市场规模、竞争格局、发展前景）[EB/OL].前瞻产业研究院，2019-05-10.

[2]朱茜.农村污水处理潜力大 2030年市场规模有望达2000亿[EB/OL].前瞻产业研究院，2018-01-18.

[3]智研咨询集团.2016年中国生活污水排放量及处理率分析[EB/OL].中国产业信息网，2016-07-25.

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

[5]艾晨亮，崔东亮.氧化沟工艺处理村镇污水研究综述[J].辽宁化工，2018，47（06）：533-535.