污水處理技術概述

污水處理技術概述

污水處理技術，就是采用各種方法將污水中所含有的污染物質分離出來，或將其轉化為無害和穩定的物質，從而使污水得以凈化。

一、污水處理方法的分類

現代的污水處理技術，按其作用原理可分為物理法、化學法、物理化學法和生物處理法四大類。

（一）物理法

通過物理作用，以分離、回收污水中不溶解的呈懸浮狀的污染物質（包括油膜和油珠），在處理過程中不改變其化學性質。物理法操作簡單、經濟。常采用的有重力分離法、離心分離法、過濾法及蒸發、結晶法等。

1．重力分離（即沉淀）法

利用污水中呈懸浮狀的污染物和水密度不同的原理，借重力沉降（或上浮）作用，使水中懸浮物分離出來。沉淀（或上浮）處理設備有沉砂池、沉淀池和隔油池。

在污水處理與利用方法中，沉淀與上浮法常常作為其他處理方法前的預處理。如用生物處理法處理污水時，一般需事先經過預沉池去除大部分懸浮物質減少生化處理構筑物的處理負荷，而經生物處理后的出水仍要經過二次沉淀池的處理，進行泥水分離保證出水水質。

2．過濾法

利用過濾介質截流污水中的懸浮物。過濾介質有鋼條、篩網、砂布、塑料、微孔管等，常用的過濾設備有格柵、柵網、微濾機、砂濾機、真空濾機、壓濾機等（后兩種濾機多用于污泥脫水）。

3．氣浮（浮選）

將空氣通入污水中，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，污水中相對密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質（如乳化油）黏附在氣泡上，并隨氣泡上升至水面，從而使污水中的污染物質得以從污水中分離出來。根據空氣打入方式不同，氣浮處理方法有加壓溶氣氣浮法、葉輪氣浮法和射流氣浮法等。為了提高氣浮效果，有時需向污水中投加混凝劑。

4．離心分離法

含有懸浮污染物質的污水在高速旋轉時，由于懸浮顆粒（如乳化油）和污水受到的離心力大小不同而被分離的方法。常用的離心設備按離心力產生的方式可分為兩種：由水流本身旋轉產生離心力的為旋流分離器，由設備旋轉同時也帶動液體旋轉產生離心力的為離心分離機。

旋流分離器分為壓力式和重力式兩種。因它具有體積小、單位容積處理能力高的優點，近幾十年來廣泛用于軋鋼污水處理及高濁度河水的預處理。離心機的種類很多，按分離因素分有常速離心機和高速離心機。常速離心機用于分離低漿廢水效果可達60％～70％，還可用于沉淀池的沉渣脫水等。高速離心機適用于乳狀液的分離，如用于分離羊毛廢水，可回收30％～40％的羊毛脂。

（二）化學法

向污水中投加某種化學物質，利用化學反應來分離、回收污水中的某些污染物質，或使其轉化為無害的物質。常用的方法有化學沉淀法、混凝法、中和法、氧化還原（包括電解）法等。

1．化學沉淀法

向污水中投加某種化學物質，使它與污水中的溶解性物質發生互換反應，生成難溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物質的方法。這種處理法常用于含重金屬、氰化物等工業生產污水的處理。按使用沉淀劑的不同，化學沉淀法可分為石灰法（又稱氫氧化物沉淀法）、硫化物法和鋇鹽法。

2．混凝法

向水中投加混凝劑，可使污水中的膠體顆粒失去穩定性，凝聚成大顆粒而下沉。通過混凝法可去除污水中細分散固體顆粒、乳狀油及膠體物質等。該法可用于降低污水的濁度和色度，去除多種高分子物質、有機物、某種重金屬毒物（汞、鎘、鉛）和放射性物質等，也可以去除能夠導致富營養化物質如磷等可溶性無機物，此外還能夠改善污泥的脫水性能。因此混凝法在工業污水處理中使用得非常廣泛，既可作為獨立處理工藝，又可與其他處理法配合使用，作為預處理、中間處理或最終處理。目前常采用的混凝劑有硫酸鋁、堿式氯化鋁、鐵鹽（主要指硫酸亞鐵、三氯化鐵及硫酸鐵）等。

當單獨使用混凝劑不能達到應有凈水效果時，為加強混凝過程、節約混凝劑用量，常可同時投加助凝劑。

3．中和法

用于處理酸性廢水和堿性廢水。向酸性廢水中投加堿性物質如石灰、氫氧化鈉、石灰石等，使廢水變為中性。對堿性廢水可吹入含有CO2的煙道氣進行中和，也可用其他的酸性物質進行中和。

4．氧化還原法

利用液氯、臭氧、高錳酸鉀等強氧化劑或利用電解時的陽極反應，將廢水中的有害物氧化分解為無害物質；利用還原劑或電解時的陰極反應，將廢水中的有害物還原為無害物質，以上方法統稱為氧化還原法。

氧化還原方法在污水處理中的應用實例有：空氣氧化法處理含硫污水；堿性氯化法處理含氰污水；臭氧氧化法在進行污水的除臭、脫色、殺菌及除酚、氰、鐵、錳，降低污水的BOD與COD等均有顯著效果。還原法目前主要用于含鉻污水處理。

（三）物理化學法

利用萃取、吸附、離子交換、膜分離技術、氣提等操作過程，處理或回收利用工業廢水的方法可稱為物理化學法。工業廢水在應用物理化學法進行處理或回收利用之前，一般均需先經過預處理，盡量去除廢水中的懸浮物、油類、有害氣體等雜質，或調整廢水的pH值，以便提高回收效率及減少損耗。常采用的物理化學法有以下幾種。

1．萃取（液-液）法

將不溶于水的溶劑投入污水之中，使污水中的溶質溶于溶劑中，然后利用溶劑與水的密度重差，將溶劑分離出來。再利用溶劑與溶質的沸點差，將溶質蒸餾回收，再生后的溶劑可循環使用。常采用的萃取設備有脈沖篩板塔、離心萃取機等。

2．吸附法

利用多孔性的固體物質，使污水中的一種或多種物質被吸附在固體表面而去除的方法。常用的吸附劑有活性炭。此法可用于吸附污水中的酚、汞、鉻、氰等有毒物質，且還有除色、脫臭等作用。吸附法目前多用于污水的深度處理。吸附操作可分為靜態和動態兩種。靜態吸附，在污水不流動的條件下進行的操作。動態吸附則是在污水流動條件下進行的吸附操作。污水處理中多采用動態吸附操作，常用的吸附設備有固定床、移動床和流動床三種方式。

3．離子交換法

用固體物質去除污水中的某些物質，即利用離子交換劑的離子交換作用來置換污水中的離子化物質。隨著離子交換樹脂的生產和使用技術的發展，近年來在回收和處理工業污水的有毒物質方面，由于效果良好，操作方便而得到一定的應用。

在污水處理中使用的離子交換劑有無機離子交換劑和有機離子交換劑兩大類。采用離子交換法處理污水時必須考慮樹脂的選擇性。樹脂對各種離子的交換能力是不同的。交換能力的大小主要取決于各種離子對該種樹脂親和力（又稱選擇性）的大小。目前離子交換法廣泛用于去除污水中的雜質，例如去除（回收）污水中的銅、鎳、鎘、鋅、汞、金、銀、鉑、磷酸、有機物和放射性物質等。

4．電滲析法（膜分離技術的一種）

電滲析法是在離子交換技術基礎上發展起來的一項新技術。它與普通離子交換法不同，省去了用再生劑再生樹脂的過程，因此具有設備簡單、操作方便等優點。電滲析是在外加直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對水中離子的選擇透過性，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，以達到濃縮、純化、合成、分離的目的。另用于海水、苦咸水除鹽，制取去離子水等。

5．反滲透（膜分離技術的一種）

利用一種特殊的半滲透膜，在一定的壓力下，將水分子壓過去，而溶解于水中的污染物質則被膜所截留，污水被濃縮，而被壓透過膜的水就是處理過的水。目前該處理方法已用于海水淡化、含重金屬的廢水處理及污水的深度處理等方面。制作半透膜的材料有醋酸纖維素、磺化聚苯醚等有機高分子物質。為降低操作壓力以節省設備和運轉費用，目前對于膜的材料和性能正在深入試驗研究。

反滲透處理工藝流程由三部分組成：預處理、膜分離及后處理。

6．超過濾法

也是利用特殊半滲透膜的一種膜分離技術。以壓力為推動力，使水溶液中大分子物質與水分離，膜表面孔隙大小是主要控制因素。用于電泳涂漆廢液等工業廢水處理。具體參見http://www.manhuagui.cn更多相關技術文檔。

（四）生物法

污水的生物處理法就是利用微生物新陳代謝功能，使污水中呈溶解和膠體狀態的有機污染物被降解并轉化為無害的物質，使污水得以凈化。屬于生物處理法的工藝，又可以根據參與作用的微生物種類和供氧情況分為兩大類即好氧生物處理及厭氧生物處理。

1．好氧生物處理法

在有氧的條件下，借助于好氧微生物（主要是好氧菌）的作用來進行的。依據好氧微生物在處理系統中所呈的狀態不同，又可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。

（1）活性污泥法 這是當前使用最廣泛的一種生物處理法。該法是將空氣連續鼓入曝氣池的污水中，經過一段時間，水中即形成繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝體——活性污泥，它能夠吸附水中的有機物，生活在活性污泥上的微生物以有機物為食料，獲得能量并不斷生長繁殖。從曝氣池流出并含有大量活性污泥的污水——混合液，進入沉淀池經沉淀分離后，澄清的水被排放，沉淀分離出的污泥作為種泥，部分地回流進入曝氣池，剩余的（增殖）部分從沉淀池排放。活性污泥法有多種池型及運行方式，常用的有普通活性污泥法、完全混合式表面曝氣法、吸附再生法等。廢水在曝氣池內停留一般為4～6小時，能去除廢水中的有機物（BOD5）90％左右。

（2）生物膜法 使污水連續流經固體填料（碎石、煤渣或塑料填料），在填料上大量繁殖生長微生物形成污泥狀的生物膜。生物膜上的微生物能夠起到與活性污泥同樣的凈化作用，吸附和降解水中的有機污染物，從填料上脫落下來的衰老生物膜隨處理后的污水流入沉淀池，經沉淀泥水分離，污水得以凈化而排放。

生物膜法多采用的處理構筑物有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池及生物流化床等。除此之外，土地處理系統（污水灌溉）和氧化塘皆屬于生物處理法中的自然生物處理范疇。

2．厭氧生物處理法

在無氧的條件下，利用厭氧微生物的作用分解污水中的有機物，達到凈化水的目的。它已有百年悠久歷史，但由于它與好氧法相比存在著處理時間長、對低濃度有機污水處理效率低等缺點，使其發展緩慢，過去厭氧法常用于處理污泥及高濃度有機廢水。近30多年來，出現世界性能源緊張，促使污水處理向節能和實現能源化方向發展，從而促進了厭氧生物處理的發展，一大批高效新型厭氧生物反應器相繼出現，包括厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床、厭氧流化床等。它們的共同特點是反應器中生物固體濃度很高，污泥齡很長，因此處理能力大大提高，從而使厭氧生物處理法所具有的能耗小并可回收能源，剩余污泥量少，生成的污泥穩定、易處理，對高濃度有機污水處理效率高等優點，得到充分地體現。厭氧生物處理法經過多年的發展，現已成為污水處理的主要方法之一。目前，厭氧生物處理法不但可用于處理高濃度和中等濃度的有機污水，還可以用于低濃度有機污水的處理。

二、污水處理流程

污水中的污染物質是多種多樣的，不能預期只用一種方法就能夠把污水中所有的污染物質去除殆盡，一種污水往往需要通過幾種方法組成的處理系統，才能達到處理要求的程度。

按污水的處理程度劃分，污水處理可分為一級、二級和三級（深度）處理。一級處理主要是去除污水中呈懸浮狀的固體污染物質，物理處理法中的大部分用作一級處理。經一級處理后的污水，BOD只能去除30％左右，仍不宜排放，還必須進行二級處理，因此針對二級處理來說，一級處理又屬于預處理。二級處理的主要任務，是大幅度地去除污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質（即BOD物質），常采用生物法，去除率（BOD）可達90％以上，處理后水中的BOD5含量可降至20～30mg/L，一般污水均能達到排放標準。但經二級處理后的污水中仍殘存有微生物不能降解的有機污染物和氮、磷等無機鹽類。深度處理往往是以污水回收、再次復用為目的而在二級處理工藝后增設的處理工藝或系統，其目的是進一步去除廢水中的懸浮物質、無機鹽類及其他污染物質。污水復用的范圍很廣，從工業上的復用到充作飲用水，對復用水水質的要求也不盡相同，一般根據水的復用用途而組合三級處理工藝，常用的有生物脫氮法、混凝沉淀法、活性炭過濾、離子交換及反滲透和電滲析等。

污水處理流程的組合，一般應遵循先易后難，先簡后繁的規律，即首先去除大塊垃圾及漂浮物質，然后再依次去除懸浮固體、膠體物質及溶解性物質。亦即，首先使用物理法，然后再使用化學法和生物法。

對于某種污水，采取由哪幾種處理方法組成的處理系統，要根據污水的水質、水量，回收其中有用物質的可能性和經濟性，排放水體的具體規定，并通過調查、研究和經濟比較后決定，必要時還應當進行一定的科學試驗。調查研究和科學試驗是確定處理流程的重要途徑。以下介紹一些常用的污水處理工藝流程。

（一）城市污水處理的典型流程

以去除污水中的BOD物質為主要對象的，一般其處理系統的核心是生物處理設備（包括二次沉淀池），處理流程如圖6－1所示。污水先經格柵、沉砂池，除去較大的懸浮物質及砂粒雜質，然后進入初次沉淀池，去除呈懸浮狀的污染物后進入生物處理構筑物（或采用活性污泥曝氣池或采用生物膜構筑物）處理，使污水中的有機污染物在好氧微生物的作用下氧化分解，生物處理構造物的出水進入二次沉淀池進行泥水分離，澄清的水排出二沉池后再經消毒直接排放；二沉池排放出的剩余污泥再經濃縮、污泥消化、脫水后進行污泥綜合利用；污泥消化過程產生的沼氣可回收利用，用作熱源能源或沼氣發電。

以去除污水中BOD的同時達到脫氮除磷目的的城市污水處理流程有水解（酸化）-好氧生物處理工藝，A1/A2/O流程即厭氧-兼氧-好氧生物處理工藝，如圖6－2所示。

（二）煉油廠廢水處理的典型流程

煉油廠廢水處理的典型流程如圖6－3所示。

三、污泥處理、利用與處置

污泥是污水處理的副產品，也是必然產物。在城市污水和工業廢水處理過程中，產生很多沉淀物與漂浮物。有的是從污水中直接分離出來的，如沉砂池中的沉渣，初沉池中沉淀物，隔油池和浮選池中的渣渣等；有的是在處理過程中產生的，如化學沉淀污泥與生物化學法產生的活性污泥或生物膜。一座二級污水處理廠，產生的污泥量約占處理污水量的0.3％～5％（含水率以97％計）。如進行深度處理，污泥量還可增加0.5～1.0倍。污泥的成分非常復雜，不僅含有很多有毒物質，如病原微生物、寄生蟲卵及重金屬離子等，也可能含有可利用的物質如植物營養素、氮、磷、鉀、有機物等。這些污泥若不加妥善處理，就會造成二次污染。所以污泥在排入環境前必須進行處理，使有毒物質得到及時處理，有用物質得到充分利用。一般污泥處理的費用約占全污水處理廠運行費用的20％～50％。所以對污泥的處理必須予以充分的重視。

污泥處置的一般方法與流程如圖6-4所示。

（一）污泥的脫水與干化

從二次沉淀池排出的剩余污泥含水率高達99％～99.5％，污泥體體積大，在堆放及輸送方面都不方便，所以污泥的脫水、干化是當前污泥處理方法中較為主要的方法。

二次沉淀池排出的剩余污泥一般先在濃縮池中靜止沉降，使泥水分離。污泥在濃縮池內靜止停留12～24小時，可使含水率從99％降至97％，體積縮小為原污泥體積的1/3。

污泥進行自然干化（或稱曬泥）是借助于滲透、蒸發與人工撇除等過程而脫水的。一般污泥含水率可降至75％左右，使污泥體積縮小許多倍。污泥機械脫水是以過濾介質（一種多孔性物質）兩面的壓力差作為推動力，污泥中的水分被強制通過過濾介質（稱濾液），固體顆粒被截留在介質上（稱濾并），從而達到脫水的目的。常采用的脫水機械有真空過濾脫水（真空轉鼓、真空吸濾）、壓濾脫水機（板框壓濾機、滾壓帶式過濾機）、離心脫水機等，一般采用機械法脫水，污泥的含水率可降至70％～80％。

（二）污泥消化

1．污泥的厭氧消化

將污泥置于密閉的消化池中，利用厭氧微生物的作用，使有機物分解穩定，這種有機物厭氧分解的過程稱為發酵。由于發酵的最終產物是沼氣，污泥消化池又稱沼氣池。當沼氣池溫度為30～35℃時，正常情況下1m3污泥可產生沼氣10～15m3，其中甲烷含量大約為50％左右。沼氣可用作燃料和作為制造CCl4等化工原料。

2．污泥好氧消化

利用好氧和兼氧菌，在污泥處理系統中曝氣供氧，微生物分解生物可降解的有機物（污泥）及細胞原生質，并從中獲得能量。

近年來人們通過實踐發現污泥厭氧消化工藝的運行管理要求高，比較復雜，而且處理構筑物要求密閉、容積大、數量多而且復雜，所以認為污泥厭氧消化法適用于大型污水處理廠污泥量大、回收沼氣量多的情況。污泥好氧消化法設備簡單、運行管理比較方便，但運行能耗及費用較大些，它適用于小型污水處理廠污泥量不大、回收沼氣量少的場合。而且當污泥受到工業廢水影響，進行厭氧消化有困難時，也可采用好氧消化法。

3．污泥的最終處理

對主要含有機物的污泥，經過脫水及消化處理后，可用作農田肥料。

脫水后的污泥，如需要進一步降低其含水率時，可進行干燥處理或加以焚燒。經過干燥處理，污泥含水率可降至20％左右，便于運輸，可作為肥料使用。當污泥中含有有毒物質不宜用作肥料時，應采用焚燒法將污泥燒成灰燼，以作徹底的無害化處理，可用于填地或充作筑路材料使用。（谷騰水網）