污水處理技術進展

黃向鵬，谷 勇 ，吳 昊

（1.西南林業大學 環 境科學與工程學院，云南 昆 明650224；2.中國林業科學研究院資源昆蟲研究所，云南 昆 明650224）

1 引言

水污染問題已經成為社會的焦點之一。水體污染主要是由于工業“三廢”及生活污水的任意排放，農業活動中農藥、化肥的大量使用等造成的。水體污染的危害主要有危害人體健康，易引發傳染病，影響水生生物的生長，導致河道內魚類大量死亡，此外，還有制約經濟發展，阻礙工業發展的弊端等［1，2］。

水體污染是指當排入水域的污水、廢水、各種廢棄物等污染物質超過水體自凈能力時，水質就受到了污染［3］。21世紀以來，水體嚴重污染的現象時常發生，如江蘇太湖的藍藻事件，廣東北江中上游河段鉈等重金屬超標事件，山西潞城的煤化工廠的苯胺泄漏入河事件等。水體中的污染物主要有Hg、Ag等重金屬離子，As、P、N等非重金屬離子及其它的有毒有害物質、懸浮物等。對于水污染日益嚴重的現象，應當從源頭上進行治理，主要有物理方法、化學方法、生物方法以及物化、化生、物生等相結合的方法。下面將簡單介紹幾種常見的污水處理方法，SBR污水處理技術、氧化溝污水處理法、化學混凝法等，這些污水處理技術具有不同的特點及適用條件。

2 污水處理技術

2.1 SBR污水處理技術

SBR，為序批式活性污泥法的簡稱，從傳統的活性污泥法改進而來，在國內外廣受歡迎的污水生物處理技術。SBR污水處理工藝流程如圖1所示。

SBR處理工序是間歇、周期性的，整個運行過程分成進水期、反應期、沉降期、排水期和閑置期，各個運行期在時間上按序排列，稱為一個運行周期［4］。在進水期時，要求反應池中殘存著高濃度的活性污泥混合液，不斷進行曝氣，使污泥再生；在反應期能夠去除大量的BOD，對污水進行脫氮、除磷處理等；在沉降期具有澄清出水、濃縮污泥的作用；在排水階段，經處理達到一定要求的水排出處理系統，剩余污泥被引出排放，閑置期是為下一個運行周期創造良好的初始條件［5，6］。此流程主要處理高濃度的BOD及氨氮廢水。

圖1 SBR工藝流程

近年來，SBR污水處理技術在我國具有廣闊的前景。北京同仁堂藥酒廠、上海中藥三廠以及上海乳制品一廠均采用此工藝，發現此工藝的污水處理效果極好［7］；SBR技術對造紙廢水中的COD具有較強的去除能力，真菌對造紙廢水活性污泥具有生物強化作用［8］；采用SBR＋過濾工藝進行綜合處理煤制甲醇廢水，能夠有效降低廢水中主要污染物的含量，出水水質能達到排放要求［9］；研究表明，采用SBR工藝對小型污水處理廠及垃圾滲濾液的廢水進行生物脫氮除磷處理，具有較高地去除效率［10，11］。

SBR污水處理技術的優點是水質較好，速度快，工藝簡單，造價低；對高濃度有機廢水中氮、磷、硫的去除效果獨特；沉淀性能較好，污水處理效果大幅提升等［12～15］。當然，此方法也有其缺點，主要是設備長時間閑置，不能夠得到充分利用；不適用于大型處理廠；在我國北方寒冷地區，受溫度限制，易出現不穩定的現象等［15～17］。

2.2 氧化溝法

氧化溝法是城市生活污水處理常見的方法，是利用活性污泥中的微生物通過分解、合成完成自身生長過程來處理凈化污水的技術［18］。

氧化溝處理污水的主要原理是將污水處理過程中的反應池設置為橢圓形（圖2），污水和活性污泥在溝內進行幾十圈甚至更多的循環，并利用曝氣器對反應池不斷進行曝氣，讓其進行水平流動，再排出系統從而達到污水進化的效果［19］。氧化溝系統基本結構通常包括氧化溝池體、曝氣設備、進水出水設備、導流和混合裝置以及附屬構筑物等。該方法主要處理水體中的BOD5，去除N、COD、SS等。常見的氧化溝類型有Orbal氧化溝、一體化氧化溝、T型氧化溝等，它們的工藝也有微妙的差別［19］。

圖2 氧化溝反應池示意

采用改良型氧化溝工藝對草漿廢水進行處理后，出水水質可達到造紙工業水污染物排放的國家標準［20］；根據四川某合建式一體化氧化溝工藝特點和運行情況，針對其生物除磷的特點，分析其除磷的優勢和存在的不足，可以提出改善措施和建議［21］；研究表明，奧貝爾氧化溝應用于城市污水處理時出水指標均達到國家規定的排放標準［22］；增加氧化溝的曝氣量，可以使污水在處理過程中出現流動分層現象［23］。

氧化溝污水處理技術的優點是該方法處理效果好、運行穩定，污泥量少，構筑物少運行管理方便，運行費用低等［24～26］。

2.3 化學混凝法

化學混凝法是向廢水中加入一定的化學混凝劑，破壞膠體的穩定性，使細小懸浮顆粒和膠體微粒聚集成較粗大的顆粒而沉淀，并與水分離，以污泥形式排出，從而達到凈化的目的［27］。化學混凝法可以去除水體中的BOD，COD，SS等［28］。

化學混凝法可以應用于處理制革廢水的重金屬離子，造紙廢水中高濃度的COD，受污染的采油廢水等。利用化學混凝法對制革廢水中的Cr6＋、總鉻的去除效果發現，以不同的絮凝劑為基礎，聚合硫酸鐵投藥量較小，處理效果好［29］；以PAC作為混凝劑，PAM 作為助凝劑聯合處理洛陽市龍翔造紙廠的生產廢水時，對CODcr的去除效率較高［30］；利用聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵混凝處理城市生活污水，效果較好［31］。

化學混凝法主要是根據廢水中膠體顆粒的穩定性來進行污水處理的，膠體的結構具有穩定性，主要是由于膠體微粒具有帶電性、水化作用。在污水處理的過程中，膠體顆粒會出現脫穩的現象，形成大顆粒絮體，從而達到污水處理的效果。其中，混凝機理可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網捕四種，影響混凝效果的因素有廢水水質、混凝劑、水利條件［28］。

化學混凝法在運行的過程中，它的優缺點也漸漸顯現出來［32］。優點主要是混凝劑種類繁多，無二次污染，高效、無毒，應用前景廣闊，缺點主要是技術不夠先進，要向廢水中不斷投藥，成本較高等。

2.4 MBR污水處理技術

MBR，即膜生物反應器，是以酶、微生物或動植物細胞為催化劑進行化學反應或生化轉化，同時借助膜分離技術裝置不斷的分離出反應產物并截留催化劑而進行反應的裝置［33］，主要有膜組件、生物反應器、物料輸送三部分組成。MBR污水處理技術近年來在國內外已經取得了飛速的發展，是一種高效的污水處理技術。其工藝流程主要是原水→格柵→調節池→提升泵→生物反應器→循環泵→膜組件→消毒裝置→中水貯池→中水用水系統等。

MBR污水處理工藝的原理是利用膜分離裝置將反應池中污水的水與泥分離，并利用大量的微生物有效地降解污水中各種有機物，將反應器內的硝化細菌轉化污水中的氨氮，通過中空纖維膜進行高效的固液分離出水，從而達到水質得到凈化的目的［33，34］。MBR技術的形成起始于20世紀60～80年代，并不斷改進發展。MBR污水處理工藝的特點是反應池內的微生物濃度濃度高，主要是由于微生物在里面不斷生長，具有較高的沖擊負荷，對污染物的去除效率較高，可以去除大量的細菌、病毒等。

利用MBR污水處理工藝對屠宰廢水進行處理，并進行中水回用，對其指標進行監測測后可以發現，出水水質良好，符合三級處理標準，可直接回用，實現了污水資源化［35］；荊門市某城鎮污水處理廠利用MBR污水處理工藝處理生活污水，采用MBR工藝能夠保證出水水質，在污水處理方面具有傳統工藝不具備的優點［36］；煤化工污水具有高含油、高氨氮、高COD污水的特點，利用MBR污水處理工藝處理污水，在實踐中可以實施［37］；利用MBR技術對制藥廢水進行處理，具有較廣闊的前景［38］。

然而，隨著MBR工藝的不斷發展，其弊端也不斷顯現出來，主要是膜污染特別嚴重，這主要與膜材料的性質有關，如表面電荷性質、親疏水性、粗糙度等，還與料液的性質、操作條件等有關；膜的造價昂貴，運行費用較高等。針對上述膜污染特別嚴重的狀況，可以通過改進相關的膜材料，調節pH值，改進運行的工藝條件等方法解決［39］。目前MBR技術主要用于中水回用、城市污水處理、工業廢水處理、糞便污水處理、微污染飲用水凈化等領域［40］。

2.5 中和法

中和法是指利用化學法使廢水中pH值達到適宜范圍的過程，或者說是利用中和劑消除廢水中過量的酸或堿，使pH值為中性［41］。中和法通常有兩種情況，一種就是酸中和堿，另一種就是堿中和酸。通常，中和法的處理構筑物都是在中和池里進行。

中和法基本原理是，使酸性廢水或者堿性廢水中的OH－與H＋之間相互作用，生成弱解離的水分子，同時也有生成可溶解或難溶的鹽類，從而消除它們的有害作用。

利用堿性物質中和法處理煤礦廢水，主要是通過用堿性物質與硫酸亞鐵發生中和反應生成Fe（OH）2和Fe（OH）3，來凈化煤礦排放水源，從而降低水的硬度［42］；利用中和法處理軋鋼漂洗廢水，利用CaO二次中和法可有效降低pH值，使離子沉淀進一步去除，達到回收利用的目的或排放的標準［43］；利用中和法對廣東某包裝廠高濃度油漆廢水進行處理，排出的廢水達到國家《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）二級排放標準［44］；利用酸堿中和反應，對亞臨界和超臨界的水進行處理，效果良好［45］。

中和法主要處理的是酸性、堿性廢水以及污染的重金屬離子等。該方法的優點有酸堿中和可以節省處理原料，石灰石等材料容易獲取，缺點就是易造成二次污染。

除了上述的5種污水處理方法外，常見的污水處理方法還有離子交換法、活性污泥法、生物轉盤法、反滲透法等，它們具有不同的特點。

3 展望

近年來，我國的污水處理技術已經取得了突破性進展。面對我國污水處理存在的問題，需要轉變原有思維觀念，從生態文明的角度出發，探尋綠色的污水處理技術，改變原有污水處理耗能高、資源能源回收少、產生二次污染等問題［46］。再生水利用技術已經越來越受歡迎，經過污水處理廠處理過的水，我們可以用來沖洗馬路，可以用來澆灌道路兩旁的綠化帶。對于水污染日益嚴重的問題，最好的方法是從源頭上減少水體的污染。不斷改進我國的污水處理技術，將投資小、效率高的處理技術投入運行，不斷改革創新。

我國是一個非常重視環境保護的國家，隨著我國的發展，環境問題將越來越突出，在不久的將來，高級氧化技術、基因工程、生態處理與生態修復、混凝－動態膜濃縮技術等都會被廣泛地運用，更好地保護水體環境［47，48］。

［1］劉 建，徐學良，劉富裕.水污染及其危害［J］.地下水，2004（3）：167～189.

［2］裴繼春.水污染的危害及防治［J］.工業安全與環保，2006（3）：18～19.

［3］張宏梅，吳利峰.淺析水體污染的形成原因［J］.中國科技博覽，2010（4）：199.

［4］喬 春，湯金如，沈希光.SBR工藝污水處理技術［J］.安陽工學院學報，2009（4）：44～47.

［5］鐘玉鳴.淺談SBR污水處理技術的進展［J］.廣州環境科學，2005（3）：20～23，27.

［6］陳 銘，馬月珠.SBR污水處理技術在鄉鎮污水處理中的應用［J］.環境科技，2011（S2）：24～26.

［7］陳鎮華.SBR污水處理技術的發展及其在我國的應用［J］.廣州環境科學，1995（1）：20～23.

［8］劉娜娜.SBR反應器生物強化處理造紙廢水研究［J］.安徽農學通報，2015（5）：88～91.

［9］趙忠萍.SBR處理煤制甲醇廢水的應用分析［J］.能源環境保護，2015（2）：34～36.

［10］Puig S，Corominas L，Balaguer M D，et al.Biological nutrient removal by applying SBR technology in small wastewater treatment plants：carbon source and C／N／P ratio effects［J］.Water Science and Technology，2007，55（7）：135～141.

［11］Monclús Hèctor，Puig Sebastià，Coma Marta，et al.Nitrogen removal from landfill leachate using the SBR technology.［J］.Environmental Technology，2009，30（3）：283～290.

［12］王月更.城市建設污水廠使用SBR污水處理技術的探討［J］.中國科技博覽，2010（29）：26～27.

［13］呂 娜.污水處理SBR技術發展的探討［J］.應用能源技術，2008（6）：38～40.

［14］湯 瑩.淺析我國SBR污水處理技術的發展［J］.科技創新與應用，2014，08：109－110.

［15］林宏卿.SBR污水處理技術應用［J］.廣州化工，2009（5）：167～169，175.

［16］王 雪.SBR污水處理工藝技術分析［J］.科技致富向導，2013（20）：361～393.

［17］王 爽.低溫條件下SBR法污水處理技術［J］.中國資源綜合利用，2011（9）：49～50.

［18］張建軍，張會良.關于氧化溝法污水處理的運行淺析［J］.平頂山工學院學報，2002（3）：89～90.

［19］高守有，彭永臻，胡天紅，等.氧化溝工藝及其生物脫氮原理［J］.哈爾濱商業大學學報：自然科學版，2005（4）：435～439.

［20］王 猛，張安龍.改良型氧化溝工藝處理堿法草漿中段廢水［J］.中華紙業，2008（2）：73～75.

［21］彎軍英.合建式一體化氧化溝生物除磷研究［J］.河南科技：上半月，2015（3）：131～133.

［22］盛 恒.奧貝爾氧化溝在城市污水處理中的應用［J］.資源節約與環保，2014（3）：127.

［23］Vasileios Diamantis，Ioannis Papaspyrou，Parasxos Melidis，et al.High aeration rate enhances flow stratification in full－scale oxidation ditch［J］.Bioprocess and Biosystems Engineering，2010，33（2）：293～298.

［24］耿土鎖.氧化溝生化法在城鎮污水處理中的應用［J］.貴州環保科技，2001（3）：16～19.

［25］李 耀.上流式厭氧污泥床—氧化溝法處理啤酒生產廢水［J］.環境工程，2001（4）：56～57.

［26］賈 莉.氧化溝處理生活污水的工藝設計［J］.池州師專學報，2006（3）：58～60.

［27］趙銀秋.非均相Fenton催化劑的制備、表征及性能研究［D］.齊齊哈爾：齊齊哈爾大學，2012.

［28］張建春.化學混凝法處理城市污水［J］.科技信息（科學·教研），2007（21）：318.

［29］郭沛涌，陳克誠，劉 英.化學混凝法處理制革廢水中鉻的研究［J］.工業水處理，2008（9）：37～39.

［30］湯紅妍，楊 敏，劉紅宇，等.化學混凝法處理造紙廢水的研究［J］.河北化工，2009（3）：33～35.

［31］莊 耀，任洪強，耿金菊，等.混凝法去除城市生活污水中抗性基因［J］.環境工程學報，2014（12）：5105～5110.

［32］王紹溫，陳 勝，孫德智.物化法處理印染廢水的研究進展［J］.工業水處理，2010（1）：8～12.

［33］張 靜，王洪斌.MBR技術及設計簡［J］介.黑龍江科技信息，2014（9）：87，267.

［34］黃建元.MBR技術的形成、應用范圍與發展新趨勢［J］.凈水技術，2015（2）：1～3.

［35］任永峰.MBR對屠宰廢水進行中水回用的工程應用［J］.中國科技博覽，2015（13）：189～190.

［36］黃 興，魏 旭.荊門市某城鎮污水處理廠 MBR工藝設計［J］.凈水技術，2015（S1）：84～87.

［37］張 歡.MBR在煤化工污水處理中的可行性研究［J］.中國高新技術企業，2015（18）：103～106.

［38］Saima Fazal，Beiping Zhang，Zhengxing Zhong，et al.Membrane Separation Technology on Pharmaceutical Wastewater by Using MBR（Membrane Bioreactor）［J］.Journal of Environmental Protection，2015，6（4）：299～307.

［39］楊曉瑞.MBR（膜生物反應器）的技術優勢及其膜污染問題［J］.中國科技信息，2014（14）：61～62.

［40］張玉杰，吉爾格.MBR在污水處理中的應用［J］.水利天地，2015（4）：36～37，41.

［41］常東勝.用過濾中和法治理酸性廢水［J］.環境科學動態，2005（3）：29～30.

［42］王成金，崔晉江，劉榮梅.堿性物質中和法在處理煤礦廢水中的應用［J］.內蒙古環境保護，2005（1）：35～36.

［43］李 強，回燕斌，王君芳，等.中和法處理軋鋼漂洗廢水的工藝研究［J］.有色礦冶，2004（3）：57～60.

［44］何錦強.三維電極／Fenton試劑／中和法處理油漆廢水的實驗研究［J］.廣東輕工職業技術學院學報，2009（3）：17～20.

［45］Keith P.Johnston，Jerzy B.Chlistunoff.Neutralization of acids and bases in subcritical and supercritical water：acetic acid and HCl［J］.The Journal of Supercritical Fluids，1998，12（2）：155～164.

［46］侯立安，李 明.生態文明視閾下綠色污水處理技術研究進展［J］.科學與社會，2015（1）：51～58.

［47］夏邦天，鄒 斌，趙 罡，等.污水處理技術的方法原理、問題與發展趨勢［J］.中國科技信息，2010（5）：22～23.

［48］王凱軍，宮 徽，金正宇.未來污水處理技術發展方向的思考與探索［J］.建設科技，2013（2）：36～38，42.