张玉山

（中铁建生态环境有限公司，重庆 400700）

1 引言

为了提高城市污水处理效率和降低成本， 需要对所选择的污水处理工艺进行优化分析。 常用的优化措施包括调节处理条件、改进设备结构、优化操作流程等。 通过对工艺的优化，可以提高处理效率、 减少能耗和化学药剂使用、 降低处理成本、提高污水处理的经济性和可持续性。

2 城市污水处理需求分析

城市污水处理的主要目的是去除废水中的有机物、 营养物质、重金属等有害物质，使其达到排放标准并可循环利用[1]。城市污水的处理需求主要包括以下方面。

2.1 去除有机物和营养物质

城市污水中的有机物和营养物质主要来自人类和动植物的排泄物、食品加工废水、生活垃圾等。 这些物质如果排放到自然环境中，会消耗水中的氧气，导致水体富营养化，产生藻类暴发等问题，对水生生物的生存和生长造成极大的影响。 因此， 城市污水处理工艺需要采用有效的去除方法， 如生物处理、化学氧化等，以达到去除有机物和营养物质的目的。

2.2 去除重金属和其他有害物质

城市污水中含有的重金属和其他有害物质主要来自工业生产和人类活动，如电子废料、农药、医疗废水等。 这些物质具有毒性和难以降解的特点， 对人体健康和环境会产生潜在危害。 因此，城市污水处理工艺需要采用有效的去除方法去除重金属和其他有害物质[2]。

2.3 稳定性和可持续性

城市污水处理工艺需要具有稳定性和可持续性， 以确保长期稳定运行并降低处理成本。 为了实现稳定性，需要采用合理的工艺流程和运营管理措施， 确保处理效果稳定并减少故障率。 为了实现可持续性， 需要将污水处理过程中产生的废物、废水等资源化利用，如将污泥转化为肥料、产生的沼气用于发电等，以达到节约能源和环保的目的。

3 常用的污水处理工艺及其适用范围

3.1 生物处理工艺

生物处理工艺主要包括活性污泥法、生物膜法、人工湿地等。

3.1.1 活性污泥法

活性污泥法是一种常用的生物处理工艺， 适用于中低浓度有机废水的处理。 其原理是将污水与一定比例的活性污泥混合在一起，在一定条件下，通过微生物代谢将有机物分解降解。 此处理工艺操作简单、技术成熟、适用范围广，且对于大部分有机物的降解能力较强。 但是，活性污泥法对进水水质的变化敏感，处理效果易受到外界因素的影响，如温度、水质、负荷变化等，需要严格控制和管理[3]。

3.1.2 生物膜法

生物膜法是一种利用生物膜将废水中的有害物质进行降解处理的一种生物处理工艺。 其原理是将污水通过一定的填料，形成生物膜层，通过微生物的代谢作用降解污染物质。 与活性污泥法相比， 生物膜法具有处理效率高、 效果稳定等优点。 但是，生物膜法对进水水质的适应性较差，需要较长的启动时间，同时操作难度较大，对操作人员技术水平要求较高。

3.1.3 人工湿地

人工湿地是一种利用人工构筑湿地植物群落进行废水处理的生态工艺。 其原理是通过植物根系和微生物的共同作用，将污水中的有机物、营养物质和重金属等污染物质分解吸收，达到净化污水的效果。 人工湿地具有处理效果稳定、 环境友好、能够实现废水的资源化利用等优点。 但是，其处理效率相对较低、处理能力较小，需要一定的面积和时间来完成废水的处理，同时对环境温度、植物生长等因素要求较高[4]。

3.2 化学处理工艺

化学处理工艺主要包括沉淀法、氧化法、还原法等。

3.2.1 沉淀法

沉淀法是通过投加化学药剂， 使污水中的有害物质发生化学反应，从而形成沉淀物沉淀下来。 常见的化学药剂包括氢氧化钙、氢氧化铁等。 沉淀物可通过过滤、离心等方式分离出来，然后进行资源化利用或安全处理。 沉淀法适用于处理含有大量悬浮物和重金属离子的污水， 但沉淀物的处理和回收需要进行进一步的处理和处置[5]。

3.2.2 氧化法

氧化法是一种常见的污水处理技术， 能够有效去除难以生物降解的有害物质。 氧化法的处理原理是通过氧化剂将污水中的有害物质氧化分解，转化为无害物质的过程。 常用的氧化剂包括臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等。 （1）臭氧氧化法是一种常用的氧化法，具有高效、快速、无残留等优点。 臭氧通过强氧化作用， 能够将污水中的有机物和重金属等有害物质进行氧化分解，使其转化为无害的物质。 （2）过氧化氢氧化法是一种绿色环保的氧化法，具有投加方便、反应速度快等优点。 （3）高锰酸钾氧化法也是一种常用的氧化法， 其处理原理是通过高锰酸钾的强氧化作用，将污水中的有机物进行氧化分解。 氧化法的处理效率高，能够去除难以降解的有害物质，对水质的改善效果比较显著。 同时， 氧化法还可以实现污泥的资源化利用，达到节约能源和环保的目的。 但是，氧化剂投加量需要控制，否则可能会对环境造成二次污染。 此外，氧化法投资成本较高，运行和维护成本也相对较高。

3.2.3 还原法

还原法是通过投加还原剂， 将污水中的有害物质还原成无害物质的处理工艺。 还原剂通过电子交换和氧化还原反应，将有害物质还原为无害物质。 常见的还原剂包括亚硫酸钠、硫酸亚铁等。 还原法操作简单、投资成本较低，但还原剂的种类和投加量需要严格控制，否则会对环境造成二次污染。 此外，还原法仅适用于具有可还原性的有害物质。

3.3 物理处理工艺

常见的物理处理工艺包括筛选法、过滤法、吸附法等。

3.3.1 筛选法

筛选法是指通过使用筛子或滤网， 将污水中的固体颗粒和较大的杂质分离出来的一种物理处理工艺。 筛选法的处理效率高， 能够去除较大的杂质和悬浮物， 使污水变得清澈透明。 这种方法相对简单且成本较低，在处理污水时比较常见。但是，筛选设备和筛网的选择需要根据污水水质进行调整。 同时，处理效果也易受到流量变化等因素的影响，需要进行定期维护和清洗。

3.3.2 过滤法

过滤法适用于处理中小浓度的污水。 该技术主要通过过滤介质将污水中的悬浮物、微生物和有机物去除，以实现固液分离。 常用的过滤介质包括石英砂、活性炭、纤维素、陶粒等。过滤法操作简单、 处理效率高， 处理过程不需要加入化学药剂，对水质的改善效果比较显著。 过滤法的处理过程对水质没有任何副产物的产生，对环境无污染，是一种环保、经济的处理技术。 但是，过滤法的过滤介质容易受到杂质的堵塞，会导致过滤效率降低。 为了保证过滤效果，需要对过滤介质进行定期更换或清洗。 此外，过滤法只能去除污水中的固体物质，对于污水中的溶解性有机物和重金属等难以去除的污染物，处理效果较差。 因此，在实际应用过程中，需要将过滤法与其他污水处理技术相结合，以达到更好的处理效果。

3.3.3 吸附法

吸附法是指通过使用吸附剂将污水中的有害物质分离出来的一种物理处理工艺。 吸附剂通常是一种多孔性的物质，例如，活性炭和离子交换树脂等。 吸附法的处理效率高，能够去除水中的有机物、重金属等污染物。 同时，它具有广泛的适用范围和操作简便的优点。 但是，吸附剂的投加量需要根据不同的污水水质进行调整。 此外，吸附剂的回收和处理也存在一定的困难，需要进行适当的处理。

4 污水处理工艺的优化分析

4.1 工艺流程优化

工艺流程优化是污水处理过程中常见的优化手段， 通过改进和优化处理工艺流程，可以提高处理效率和降低成本。 其中，增加预处理环节是一种常见的工艺流程优化方式。 预处理环节可以通过去除污水中的悬浮物、泥沙和其他大颗粒杂质，减轻后续处理设备的压力和损伤， 同时也可以提高后续处理设备的处理效率。 例如，可以增加格栅、沉砂池、旋流器等预处理设备。 除了增加预处理环节，采用多级反应器和再生处理设备也是一种常见的工艺流程优化方式。 多级反应器可以在多个处理阶段对污水中的有害物质进行逐步降解和转化， 实现深度处理和回收； 再生处理设备可以对处理后的废水进行再次处理，回收其中的有用物质，同时也可以降低处理成本。 例如，可以采用生物膜反应器、接触氧化器等多级反应器和再生处理设备。 此外，采用高效过滤介质和吸附剂也是一种常见的工艺流程优化方式。 高效过滤介质可以对污水中的微小颗粒进行有效分离和去除，从而提高处理效率。 吸附剂可以吸附污水中的有害物质，实现对污水的深度净化。 例如，可以采用活性炭、膜分离等高效过滤介质和吸附剂。

4.2 技术设备优化

技术设备优化是另一种常见的污水处理优化手段， 通过改进和优化处理设备，可以提高处理效率和降低处理成本。 其中，采用高效节能设备是一种重要的技术设备优化方式。 高效离心机、 膜分离设备等高效节能设备能够提高处理效率和降低处理成本，同时减少能源消耗和对环境的影响。 另一种常见的技术设备优化方式是采用在线监测和自动化控制系统。 在线监测系统能够对处理设备和工艺流程进行实时监测和控制，实现对处理效率和成本的精确掌控。 自动化控制系统能够对处理设备和工艺流程进行智能化控制和优化， 从而提高处理效率和降低处理成本。 例如，可以采用PLC 自动控制系统、SCADA 系统等在线监测和自动化控制系统。 此外，加强设备维护和保养也是一种重要的技术设备优化方式。 定期对处理设备进行检查和维护， 能够有效延长设备的使用寿命和维护周期，降低设备故障率和维修成本[6]。

4.3 污水处理副产物的回收和利用

污水处理副产物的回收和利用是一项非常重要的环保措施， 能够实现资源的最大化利用， 降低资源的浪费和污染排放。 污水处理过程中产生的沉淀物、油脂和生物质是比较常见的污水处理副产物。 （1）沉淀物主要包括污泥和其他固体物质，通过适当的处理后，可用于土壤改良、生态环保等方面。（2）油脂主要来自餐饮和工业生产过程中的废水，经过适当的处理和加工，可以制作成工业制品和饲料等产品。 （3）生物质主要来自生物反应器和生物处理过程中产生的废弃物， 通过适当的处理和转化，可用于能源生产、土壤改良等方面。 因此，污水处理副产物的回收和利用具有很大的潜力和价值， 能够实现资源的最大化利用，减少污染排放和环境污染。

5 结语

综上所述， 城市污水处理工艺的选择和优化是一项非常重要的环保任务。 通过采用优化工艺流程、技术设备，以及回收、利用污水处理副产物等方面的措施，可以提高处理效率、降低处理成本、减少环境污染和资源浪费，实现可持续发展。同时， 也需要注意污水处理过程中可能产生的安全隐患和环境风险，加强管理和监控，确保处理过程的安全和可靠性。