污水处理技术的方法原理、问题与发展趋势

夏邦天 邹斌 赵罡 周伟华

1，上海市青浦区给水排水管理所 201700

2，上海市青浦区污水处理厂 201700

3，上海市青浦区水务行政执法支队 201700

污水处理技术的方法原理、问题与发展趋势

夏邦天1邹斌1赵罡2周伟华3

1，上海市青浦区给水排水管理所 201700

2，上海市青浦区污水处理厂 201700

3，上海市青浦区水务行政执法支队 201700

阐述了传统污水处理的方法原理和优缺点，分析了当前污水处理存在的主要问题：二次污染、难降解工业废水的有效处理、面源污染及由此造成的水体富营养化，展望了污水处理技术的发展趋势。

工业革命以来，特别是近半个世纪，随着世界范围内人口的迅猛增长和工农业的飞速发展，产生了大量的工业废水和生活污水。对于污水的各种处理技术，按照其方法原理可分为物理方法、化学方法和生物方法三类。

1 传统污水处理的主要方法

1.1 物理方法 利用物理作用分离、去除污水中呈悬浮状态的污染物质，处理过程中不改变污染物的化学性质。常用的物理方法有格栅、筛网、过滤、沉淀、气浮和离心分离等。其优点在于工艺简单，费用低廉，但处理效果较差，一般作为污水的预处理和初级处理。

1.2 化学方法 通过化学反应去除污染物或改变污染物的性质，使之无害化。主要处理方法有中和、化学沉淀、氧化还原、电解、离子交换、化学吸附、电渗析等。化学方法处理效果较好，但运行费用较高，有些化学药剂具有生物毒性，易造成二次污染。

1.3 生物方法 利用自然界中各种微生物的代谢作用将污水中的有机污染物分解、转化为无机物，使污水得到净化。生物处理是目前应用最广泛且有效的一种方法，分为好氧处理和厌氧处理两大类，好氧处理又包括活性污泥法和生物膜法，活性污泥法中的微生物无附着载体，呈悬浮状态，而生物膜法的微生物有固定的附着载体，微生物可以附着在上面形成生物膜。生物处理方法的优点是效果较好，费用低廉，仅相当于化学方法所需费用的1/3～1/2，缺点在于占地面积较大，处理时间长，不能有效处理难降解工业废水。

2 当前污水处理存在的主要问题

2.1 二次污染问题 现有的传统处理方法多为预处理—生物处理—深度处理的三级模式，在分解、转化废水中原有污染物的同时，有时会在水体产生新的有毒、有害的中间产物，另外大量生物污泥、化学污泥的处理、处置也是一个棘手问题，处理不当极易对周围环境造成二次污染。

2.2 难降解工业废水的有效处理 随着化学技术（特别是有机合成工业）的飞速发展，各种难降解、有生物毒性的人工合成有机物大量涌现，自然界中的微生物不能有效降解这些有机废水，导致很多工业废水（焦化、印染、农药等废水）无法达标排放。

2.3 面源污染及由此造成的水体富营养化 农业灌溉、畜禽养殖及城市地表径流等面源污染由于收集困难、水量巨大，无法使用固定的污水处理构筑物有效处理，大量的氮、磷营养物质流入受纳水体，造成水体富营养化。国内太湖、巢湖和滇池因富营养化而频繁暴发蓝藻水华，给当地居民生活、城市旅游和经济发展带来严重的负面影响。

3 污水处理技术的发展趋势

为了克服传统污水处理方法的问题与不足，适应不断提高的污水处理要求，各种新兴的污水处理技术应运而生。

3.1 高级氧化技术 通过使用氧化剂、催化剂、声、光、电等，在反应中产生活性极强的自由基（主要是·OH），再通过自由基氧化、分解有机物，使废水中难降解的大分子有机物降解、转化为低毒或无毒的小分子有机物，甚至直接分解为C O2、H2O等无机物，达到无害化。主要包括光化学催化法、超声氧化法、电催化氧化法、超临界氧化法、Fenton试剂法等，具有处理效率高、对有毒污染物破坏彻底等优点，逐渐应用于有毒难降解工业废水如制药、精细化工、印染等有机废水的处理中。高级氧化技术无毒、降解彻底，是典型的绿色水处理技术，以其巨大的潜力及独特的优势成为近年来环境学科领域竞相研究的热点，并迅速在水处理中得到推广应用。

3.2 基因工程 尽管难降解化合物在自然界中可能会经自然形成的微生物群体的协同作用而缓慢降解，但一般需要一个漫长的过程而失去实际意义。针对某些特定的有毒废水或成分单一的高浓度有机废水，为了提高污水净化效率，通过转基因、质粒育种、固定化微生物等基因工程方法选育出具有较高降解活性的菌种，进行培养后用于废水处理，可大大提高处理效率和效果。 日本将嗜油酸单孢杆菌的耐汞基因转入腐臭单孢杆菌，该菌株能把汞化物吸收到细胞内，用它处理污水既能解决汞污染问题，又使汞得以回收。美国利用D N A重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接,转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”,用之清除石油污染,在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需一年之久 。通过基因工程构建高效降解污染物的基因工程菌，必将对污水的净化起到变革性的作用。

3.3 膜分离技术 利用天然或人工膜，以外界能量或化学位差作推动力，对水溶液中杂质进行分离、提纯的方法，依据膜孔孔径可分为微滤（M F）、超滤（U F）、纳滤（N F）和反渗透（R O）等。膜分离技术作为一种新兴的水处理技术，对水中杂质拦截效率高，出水水质好，工艺日趋成熟，随着膜制造成本的逐渐降低和膜污染问题的改善，该技术在污水深度处理和中水回用方面必将得到广泛应用。

3.4 生态处理与生态修复 运用生态学原理，采用生态工程与环境工程相结合的手段对污水进行治理与水资源利用，主要包括土地处理系统、稳定塘处理系统、人工湿地、活机器、蚯蚓生态滤池等。与传统环境工程相比，生态工程是一项低能耗、多效益、无二次污染、可持续的工程体系，在治理污染的同时，可以取得生态环境效益、经济效益和社会效益的统一，尤其适用于面源污染治理和受污染水体的生态修复。

3.5 各种单元技术的优化组合 各种处理技术自身的优势、不足和污水的水质特点决定了不可能通过单一技术实现对污水的有效治理，由多个处理单元组成的工艺流程是必然选择。在保证出水水质的前提下尽可能地缩短和简化工艺流程，克服传统污水处理工艺流程复杂的弊端，利用最合理的时空安排，通过对多种单元技术的优化组合，实现连续稳定工作的集成技术和一体化装置，符合污水处理厂的运行要求和污水处理的发展方向，因而也是污水处理技术的重要发展趋势。

4 结束语

水是一切生物赖以生存的基础，是工农业生产和社会经济发展不可或缺的基础性的自然资源和战略性的经济资源。水环境是人类环境的重要组成部分和控制性因素，控制水污染、保护水环境是环境科学的重要任务。随着环境科学的发展，污水治理技术也在不断发展中，原有的污水处理工艺不断改进、完善，新的污水处理工艺不断产生，这些工艺技术的推广、应用，对于遏制水污染、保护水环境和实现经济、社会的可持续发展必将发挥重要的现实作用和产生深远的历史意义。

[1]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程（第三版）[M].北京：高等教育出版社.2007.

[2] Mackenzie L Davis, David A Cornwell,王建龙(译).环境工程导论(第三版)[M].北京:清华大学出版社.2002.

[3]张自杰.排水工程(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社.2000.

[4]徐文梅，曹军胜，邓振山.基因工程的研究现状与前景[J].延安大学学报（自然科学版）.2005,24(3).

[5]张旋，王启山.高级氧化技术在废水处理中的应用[J].水处理技术.2009,35(3).