环境工程中城市污水处理技术的应用

李娜 平顶山天安煤业股份有限公司一矿

一、城市污水的主要来源分析

（一）城市居民生活污水

目前，我国社会经济迅速发展，城市居民生活水平和质量进一步提高，强烈地刺激了居民消费，消费不仅带来了城市经济发展，同时也带来了各种生活垃圾，导致生活废水剧增，且呈逐年增长趋势，加大了城市发展和生态环境之间的矛盾。以前很长一段时间，针对生活污水处理和管理存在严重不足，技术不够先进，管理不够到位，无法很好地进行污水处理，甚至一些城市将生活污水直接排出河水，加重了城市水资源污染的程度，增加了城市污水处理的难度和成本，甚至破坏了城市水系统。作为城市污水的主要来源之一，生活污水处理难度大，且复杂，因此，一定要根据城市发展规划和环境工程建设需求，采取切实可行的污水处理技术，做好污水处理管控。

（二）工业废水的排放

我国已进入工业4.0时代，工业化水平不断提升。工业废水是工业生产排出的废弃物，也是城市污水的主要构成成分。伴随工业生产产量的增加，工业废水排放仍旧居高不下，相比生活污水，工业废水成分更加复杂，且化学成分多，危害性更大。若无法有效处理工业废水，把控废水排放量，将会对城市居民生活用水、地下水和城市水资源造成不利影响。因此，相关部门应加大工业废水排放管理力度，健全相关法律法规，提高执法检查力度，保证无污染排放、零排放。此外，在工业废水处理当中，相关企业和单位，也要积极引进先进的处理设备和工艺，实现污水处理技术创新，加大污水处理资金投入，加大环境保护力度。

（三）城市降水和部分受污染的地表水

随着大气污染程度的加剧，空气中漂浮了大量小颗粒状污染物，如粉尘、烟、雾等，甚至还包括有害气体，如CO等。在雨水下落过程中，空气内的杂质、有害物也会随之流入地表水体，增加水体内污染有机物的含量，影响城市水质量。针对这一类水污染问题，需定期做好地表水监测工作，结合城市规划和环境工程建设情况，建立及完善地表水水质监测数据库，做好数据跟踪观察与分析，为完善城市水质监测网络提供数据支撑。

二、环境工程中城市污水处理常见技术类型

（一）活性污泥法

目前，活性污泥法是多数污水处理厂污水处理的方法之一，曝气池、沉淀池、污泥回流系统等部分构成了活性污泥法，其原理为通过悬浮生长的微生物絮体进行有机废水一类好氧生物的处理。活性污泥便是微生物絮体，其主要组成成分为好氧微生物及其代谢、吸附的有机物与无机物等，针对水内有机污染物其具有降解效用。作为一个生物化学反应器，活性污泥法在曝气池内属于一个完整的系统，即“液相—固相—气相”三相混合系统，其反应过程如图1所示。

活性污泥法具有良好的处理效果，可污水处理过程中具有较高的净化程度和稳定性。在具体处理环节，可结合实际情况，对污水处理程度的高低进行适度调节。基于上述优势，在污水处理方面传统的活性污泥法应用较为广泛。然而，一旦活性污泥法曝气池内具有较高有机污染物负荷，将加快耗氧速度，为避免曝气池因缺氧等问题，产生厌氧问题，需在合理范围内控制进水有机负荷。换言之，活性污泥法在浓度较高的污水处理中效果一般。此外，为提高去污效果，活性污泥法往往需要很大的曝气池容量，会增加占地面积和建设成本，甚至会出现污泥膨胀等问题，进而加大日常管理难度。为解决上述缺陷，在传统活性污泥法的基础上进行了改进出来，比如，SBR工艺、氧化沟工艺等，很大程度上，改进后的污水处理技术能够进一步提升污水处理效果。

（二）膜技术

膜技术也被称为膜分离技术，是指分子水平上粒径各异的不同混合物在半透膜通过时，可达到选择性分离的效果。按照孔径大小进行划分，可将膜技术分为不同类型，按照孔径由小到大排序，常见类型包括：反渗透（＜0.0001μm）—纳滤（0.001～0.0001μm）—超滤（0.01～0.001μm）—微滤（0.01～10μm）。

（1）反渗透膜技术。在上述四种膜技术当中，反渗透膜技术孔径最小，其主要用于去除水溶液当中的溶解性盐类。被截留物质主要为水和溶剂，而无机盐、糖类、氨基酸等则会被透过。

（2）纳滤膜技术。纳滤膜技术主要去除目标为分子量200～2000Da，当水和溶剂等分子量在200Da以下时，则会被截留。透过物主要包括溶质、糖类和染料等。

（3）超滤膜技术。超滤膜技术主要去除5～100nm的颗粒，溶剂、离子和小分子均会被截留，仅蛋白质、乳胶等可透过。

（4）微滤膜技术。相比之下，微滤仅能去除粒径大于50nm的颗粒，例如悬浮物、微粒子、细菌等等，水、溶剂和溶解物均可透过。

三、案例分析

城市污水内的氮化物由于受到微生物的催化作用，将会逐步分解为氨基酸，随后经过一系列反应，将会形成有机物酸，并释放大量氨。在好氧环境下，氨化后的有机物逐步产生硝化反应，生成硝酸盐。通过活性污泥法的生物膜反应器作用，硝化菌将会在反应器内不断繁殖，此外，反应器内的载体将会给微生物的生存提供空间条件，保持良好的微生物活性，将会大大提高污水除氮能力。为此，本文以城市污水处理为研究对象，采用生物膜除氮方案进行污水处理研究。

图1 活性污泥法传质过程图

（一）材料选择

污水除氮生物膜技术应用当中往往需要各种不同的填料，比如，工业废水、生活污水等等。此次研究以某化工厂废水为样本，试验中选取800mL蒸馏水，并将NH4Cl、NaHCO3、MgSO4按照一定比例掺加到水内。在配制营养母液时，可按表1选择不同材料。根据配置比例模拟氨氮浓度的城市污水，并为微生物生存提供一定营养成分，即掺加适量葡萄糖。

（二）实验方法

根据具体情况，选择90.5L的曝气生物滤池容积，在选择污水样品时，可从滤池底部配水并通过流滤料层，将上层漂浮的滤料紧实，水过滤之后，利用曝气生物滤池向下一个处理单元聚集。此时可通过液体流量计对过滤池内的处理流量进行精准管控，确保所有过滤器水力负荷一致。

根据试验要求，污水在曝气3天后掺入，挂膜环节需控制好进水总氨氮浓度，一般为0.8mg/L，无须掺加亚硝酸盐氮。同时，在3～5 mg/L之间控制COD浓度，整个系统的水力停留时间可利用流量计调整。

（三）结果分析

根据实验结果分析可知，挂膜初期环节，进水总氨氮浓度为0.08～0.10 mg/L之间，且滤池出水氨氮浓度在0.058 mg/L以下，当系统运行至第五天后，去除率也随之增长，从66.8%增加到了88.7%，运行到第六天后，去除率仍在提升，增至90%以上，并成功挂膜。

待系统运行稳定之后，所得结果如表2所示。

通过表2可见，整个系统具有较为稳定的除氮性能，可达到城市污水处理规范要求，符合居民日常生活用水标准。

在水质分析当中，除氨氮之外，PH值以及温度等方面同样会影响污水处理效果。据本次实验研究发现，若水温在16℃以下，污水内的氨氮去除效果将受到很大影响，去除率大幅下降，平均去除率小于30%。随着水温的不断增加，污水内的氮化物去除率也将随之增长，去除率将由原来的30%以下，逐步提升到70%以上，甚至更高。究其原因在于温度低于16℃时，酶活性不断下降，将会严重影响污水内细菌生存环境当中的营养供给，进而削弱污水内有机物的氧化能力。

表1 掺加成分及用量

表2 系统除氮效果数据

在污水氨氮去除率方面，PH值影响较大。当PH值处于7.0～8.2之间，氨氮去除率高达80%左右。当PH值小于7.0，则氨氮去除率将随之下降，进而影响整体污水处理效果。

四、结束语

综上所述，当前，全球水资源短缺问题日益严峻，在全球水资源总量当中，中国淡水资源总量仅占6%左右。且我国人口总数在14亿人以上，人均占有量极低，为了满足人们的水需求量，地下水被大量开采，地下水位持续下降，已成为可持续发展的瓶颈。随着城市化进程的不断推进，城市污水排放量越来越高，给污水处理带来了巨大压力。污水处理是环境工程关注的重点之一，提高污水处理效率，缓解水污染，才能保护水环境，保证城市与生态环境和谐发展。