污水处理技术进展

黄向鹏，谷 勇 ，吴 昊

（1.西南林业大学 环 境科学与工程学院，云南 昆 明650224；2.中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南 昆 明650224）

1 引言

水污染问题已经成为社会的焦点之一。水体污染主要是由于工业“三废”及生活污水的任意排放，农业活动中农药、化肥的大量使用等造成的。水体污染的危害主要有危害人体健康，易引发传染病，影响水生生物的生长，导致河道内鱼类大量死亡，此外，还有制约经济发展，阻碍工业发展的弊端等［1，2］。

水体污染是指当排入水域的污水、废水、各种废弃物等污染物质超过水体自净能力时，水质就受到了污染［3］。21世纪以来，水体严重污染的现象时常发生，如江苏太湖的蓝藻事件，广东北江中上游河段铊等重金属超标事件，山西潞城的煤化工厂的苯胺泄漏入河事件等。水体中的污染物主要有Hg、Ag等重金属离子，As、P、N等非重金属离子及其它的有毒有害物质、悬浮物等。对于水污染日益严重的现象，应当从源头上进行治理，主要有物理方法、化学方法、生物方法以及物化、化生、物生等相结合的方法。下面将简单介绍几种常见的污水处理方法，SBR污水处理技术、氧化沟污水处理法、化学混凝法等，这些污水处理技术具有不同的特点及适用条件。

2 污水处理技术

2.1 SBR污水处理技术

SBR，为序批式活性污泥法的简称，从传统的活性污泥法改进而来，在国内外广受欢迎的污水生物处理技术。SBR污水处理工艺流程如图1所示。

SBR处理工序是间歇、周期性的，整个运行过程分成进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期，各个运行期在时间上按序排列，称为一个运行周期［4］。在进水期时，要求反应池中残存着高浓度的活性污泥混合液，不断进行曝气，使污泥再生；在反应期能够去除大量的BOD，对污水进行脱氮、除磷处理等；在沉降期具有澄清出水、浓缩污泥的作用；在排水阶段，经处理达到一定要求的水排出处理系统，剩余污泥被引出排放，闲置期是为下一个运行周期创造良好的初始条件［5，6］。此流程主要处理高浓度的BOD及氨氮废水。

图1 SBR工艺流程

近年来，SBR污水处理技术在我国具有广阔的前景。北京同仁堂药酒厂、上海中药三厂以及上海乳制品一厂均采用此工艺，发现此工艺的污水处理效果极好［7］；SBR技术对造纸废水中的COD具有较强的去除能力，真菌对造纸废水活性污泥具有生物强化作用［8］；采用SBR＋过滤工艺进行综合处理煤制甲醇废水，能够有效降低废水中主要污染物的含量，出水水质能达到排放要求［9］；研究表明，采用SBR工艺对小型污水处理厂及垃圾渗滤液的废水进行生物脱氮除磷处理，具有较高地去除效率［10，11］。

SBR污水处理技术的优点是水质较好，速度快，工艺简单，造价低；对高浓度有机废水中氮、磷、硫的去除效果独特；沉淀性能较好，污水处理效果大幅提升等［12～15］。当然，此方法也有其缺点，主要是设备长时间闲置，不能够得到充分利用；不适用于大型处理厂；在我国北方寒冷地区，受温度限制，易出现不稳定的现象等［15～17］。

2.2 氧化沟法

氧化沟法是城市生活污水处理常见的方法，是利用活性污泥中的微生物通过分解、合成完成自身生长过程来处理净化污水的技术［18］。

氧化沟处理污水的主要原理是将污水处理过程中的反应池设置为椭圆形（图2），污水和活性污泥在沟内进行几十圈甚至更多的循环，并利用曝气器对反应池不断进行曝气，让其进行水平流动，再排出系统从而达到污水进化的效果［19］。氧化沟系统基本结构通常包括氧化沟池体、曝气设备、进水出水设备、导流和混合装置以及附属构筑物等。该方法主要处理水体中的BOD5，去除N、COD、SS等。常见的氧化沟类型有Orbal氧化沟、一体化氧化沟、T型氧化沟等，它们的工艺也有微妙的差别［19］。

图2 氧化沟反应池示意

采用改良型氧化沟工艺对草浆废水进行处理后，出水水质可达到造纸工业水污染物排放的国家标准［20］；根据四川某合建式一体化氧化沟工艺特点和运行情况，针对其生物除磷的特点，分析其除磷的优势和存在的不足，可以提出改善措施和建议［21］；研究表明，奥贝尔氧化沟应用于城市污水处理时出水指标均达到国家规定的排放标准［22］；增加氧化沟的曝气量，可以使污水在处理过程中出现流动分层现象［23］。

氧化沟污水处理技术的优点是该方法处理效果好、运行稳定，污泥量少，构筑物少运行管理方便，运行费用低等［24～26］。

2.3 化学混凝法

化学混凝法是向废水中加入一定的化学混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉淀，并与水分离，以污泥形式排出，从而达到净化的目的［27］。化学混凝法可以去除水体中的BOD，COD，SS等［28］。

化学混凝法可以应用于处理制革废水的重金属离子，造纸废水中高浓度的COD，受污染的采油废水等。利用化学混凝法对制革废水中的Cr6＋、总铬的去除效果发现，以不同的絮凝剂为基础，聚合硫酸铁投药量较小，处理效果好［29］；以PAC作为混凝剂，PAM 作为助凝剂联合处理洛阳市龙翔造纸厂的生产废水时，对CODcr的去除效率较高［30］；利用聚合氯化铝和聚合硫酸铁混凝处理城市生活污水，效果较好［31］。

化学混凝法主要是根据废水中胶体颗粒的稳定性来进行污水处理的，胶体的结构具有稳定性，主要是由于胶体微粒具有带电性、水化作用。在污水处理的过程中，胶体颗粒会出现脱稳的现象，形成大颗粒絮体，从而达到污水处理的效果。其中，混凝机理可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种，影响混凝效果的因素有废水水质、混凝剂、水利条件［28］。

化学混凝法在运行的过程中，它的优缺点也渐渐显现出来［32］。优点主要是混凝剂种类繁多，无二次污染，高效、无毒，应用前景广阔，缺点主要是技术不够先进，要向废水中不断投药，成本较高等。

2.4 MBR污水处理技术

MBR，即膜生物反应器，是以酶、微生物或动植物细胞为催化剂进行化学反应或生化转化，同时借助膜分离技术装置不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行反应的装置［33］，主要有膜组件、生物反应器、物料输送三部分组成。MBR污水处理技术近年来在国内外已经取得了飞速的发展，是一种高效的污水处理技术。其工艺流程主要是原水→格栅→调节池→提升泵→生物反应器→循环泵→膜组件→消毒装置→中水贮池→中水用水系统等。

MBR污水处理工艺的原理是利用膜分离装置将反应池中污水的水与泥分离，并利用大量的微生物有效地降解污水中各种有机物，将反应器内的硝化细菌转化污水中的氨氮，通过中空纤维膜进行高效的固液分离出水，从而达到水质得到净化的目的［33，34］。MBR技术的形成起始于20世纪60～80年代，并不断改进发展。MBR污水处理工艺的特点是反应池内的微生物浓度浓度高，主要是由于微生物在里面不断生长，具有较高的冲击负荷，对污染物的去除效率较高，可以去除大量的细菌、病毒等。

利用MBR污水处理工艺对屠宰废水进行处理，并进行中水回用，对其指标进行监测测后可以发现，出水水质良好，符合三级处理标准，可直接回用，实现了污水资源化［35］；荆门市某城镇污水处理厂利用MBR污水处理工艺处理生活污水，采用MBR工艺能够保证出水水质，在污水处理方面具有传统工艺不具备的优点［36］；煤化工污水具有高含油、高氨氮、高COD污水的特点，利用MBR污水处理工艺处理污水，在实践中可以实施［37］；利用MBR技术对制药废水进行处理，具有较广阔的前景［38］。

然而，随着MBR工艺的不断发展，其弊端也不断显现出来，主要是膜污染特别严重，这主要与膜材料的性质有关，如表面电荷性质、亲疏水性、粗糙度等，还与料液的性质、操作条件等有关；膜的造价昂贵，运行费用较高等。针对上述膜污染特别严重的状况，可以通过改进相关的膜材料，调节pH值，改进运行的工艺条件等方法解决［39］。目前MBR技术主要用于中水回用、城市污水处理、工业废水处理、粪便污水处理、微污染饮用水净化等领域［40］。

2.5 中和法

中和法是指利用化学法使废水中pH值达到适宜范围的过程，或者说是利用中和剂消除废水中过量的酸或碱，使pH值为中性［41］。中和法通常有两种情况，一种就是酸中和碱，另一种就是碱中和酸。通常，中和法的处理构筑物都是在中和池里进行。

中和法基本原理是，使酸性废水或者碱性废水中的OH－与H＋之间相互作用，生成弱解离的水分子，同时也有生成可溶解或难溶的盐类，从而消除它们的有害作用。

利用碱性物质中和法处理煤矿废水，主要是通过用碱性物质与硫酸亚铁发生中和反应生成Fe（OH）2和Fe（OH）3，来净化煤矿排放水源，从而降低水的硬度［42］；利用中和法处理轧钢漂洗废水，利用CaO二次中和法可有效降低pH值，使离子沉淀进一步去除，达到回收利用的目的或排放的标准［43］；利用中和法对广东某包装厂高浓度油漆废水进行处理，排出的废水达到国家《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准［44］；利用酸碱中和反应，对亚临界和超临界的水进行处理，效果良好［45］。

中和法主要处理的是酸性、碱性废水以及污染的重金属离子等。该方法的优点有酸碱中和可以节省处理原料，石灰石等材料容易获取，缺点就是易造成二次污染。

除了上述的5种污水处理方法外，常见的污水处理方法还有离子交换法、活性污泥法、生物转盘法、反渗透法等，它们具有不同的特点。

3 展望

近年来，我国的污水处理技术已经取得了突破性进展。面对我国污水处理存在的问题，需要转变原有思维观念，从生态文明的角度出发，探寻绿色的污水处理技术，改变原有污水处理耗能高、资源能源回收少、产生二次污染等问题［46］。再生水利用技术已经越来越受欢迎，经过污水处理厂处理过的水，我们可以用来冲洗马路，可以用来浇灌道路两旁的绿化带。对于水污染日益严重的问题，最好的方法是从源头上减少水体的污染。不断改进我国的污水处理技术，将投资小、效率高的处理技术投入运行，不断改革创新。

我国是一个非常重视环境保护的国家，随着我国的发展，环境问题将越来越突出，在不久的将来，高级氧化技术、基因工程、生态处理与生态修复、混凝－动态膜浓缩技术等都会被广泛地运用，更好地保护水体环境［47，48］。

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