新型城鎮污水深度處理技術淺析

謝洲鑒，卓妙玲

（肇慶市中譽環保科技有限公司，廣東 肇慶 526060）

我國是一個水資源十分短缺的國家，可利用的淡水資源有限。按照國際劃分的標準（輕度缺水、中度缺水、重度缺水、極度缺水）來看，我國有16個省區重度缺水，6個省區極度缺水，全國600多個城市中有2/3屬于“嚴重缺水”和“缺水”城市。另外，水資源的浪費、污染等因素，也加劇了我國水資源短缺的危機。

污水的深度處理主要是指在傳統的生物處理方法之后，即在一級出水或二級出水之后進一步去除污水中的有機污染物、懸浮物、氨氮和磷酸鹽等污染物。常用的污水深度處理方法主要包括吸附法、膜處理法、混凝等物理方法，Fenton氧化、臭氧氧化、濕式氧化、光催化氧化等化學方法，還有借助微生物的新陳代謝作用進行污染物深度處理的生物法。一般污水的深度處理技術都是多種方法聯合使用，從而滿足對水質的不同使用需求。選擇污水處理工藝時要考慮工程的投資成本、運行成本，同時也要考慮出水的達標情況及穩定性。深度處理后的污水可以循環利用，作為農田灌溉用水、綠化養護用水、工業循環冷卻用水等。污水的深度處理不僅能夠節約水資源、改善供水不足的緊張局面，還可以改善生態環境，保證我國經濟的可持續發展。

1 混凝-氧化聯合深度處理技術

經過多年的發展，污水的深度處理技術有很多種。在實際應用中往往要根據污水深度處理回用的要求、經濟可行性等來進行選擇，有時可以采用兩種技術或者多種技術聯合使用的方法以達到出水要求。混凝沉淀法是指在廢水中加入混凝劑，以混凝劑作為電解質形成膠團，從而與廢水中的膠體物質發生電中和，形成絨粒沉降。臭氧氧化法是指使污染物氧化分解。而Fenton氧化法是以過氧化氫為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化法。前者與后兩者的聯合應用可以對污水進行深度處理，并達到滿意的效果。王浩分別采用Fenton氧化-混凝工藝和混凝-臭氧氧化工藝對某污水處理廠排放的COD（化學需氧量）和TP（總磷）偏高、色度明顯的水質進行深度處理[1]。結果發現，經Fenton氧化-混凝沉淀法處理后，出水COD去除率為97.5%、色度去除率為96.7%、TP去除率為99.2%，出水效果均可達到一級A排放標準，出水穩定。而經過混凝沉淀-臭氧氧化法處理后，出水COD、色度和TP三者的去除率分別為86.8%、93.3%和98.1%，也可以滿足要求，但處理成本要比前者高。在工程實際中，為了滿足需求，在混凝-氧化聯合工藝后再接續其他處理工藝如生物法也是常見的，主要目的均為滿足排放標準，降低工程成本[2]。

當然，氧化法也可以單獨作為一種污水的深度處理技術。氧化法的種類很多，除上文所述的臭氧氧化法和Fenton氧化法以外，還包括一些其他氧化法。例如，在反應中產生活性極強的自由基（如OH）的高級氧化法，可以將難降解的有機污染物直接轉變成容易降解的小分子物質。在傳統的濕式氧化處理中加入金屬鹽、氧化物、復合氧化物等催化劑的濕式催化氧化法，可以在更溫和的條件下以更短的時間完成污染物的去除。另外，電化學氧化法也是一種行之有效的方法，該方法利用電極表面的電催化作用或者利用產生的自由基對有機物進行氧化，這種方法可以將有機物徹底氧化成CO2和H2O，設備相對簡單，操作費用低，無二次污染。

2 活性炭吸附法深度處理技術

活性炭巨大的表面積使其具有良好的吸附性能，它的吸附具有選擇性，由于其自身在水中極性較小，因此對水中一些非極性的物質具有良好的親和力。一般來說，活性炭對分子量500～3 000的有機污染物去除效果明顯，能夠達到70%的去除率，在實際應用中通常可以利用活性炭來去除水中臭味、色度、重金屬、農藥、放射性有機物、氯化有機物及消毒副產物等。活性炭有以木屑和木炭制成的活性炭，也有一些以核桃殼和椰子殼等制成的活性炭，還有一些以煤和礦石為主要成分的活性炭。在城鎮污水的深度處理中，如COD和亞甲基藍活性物質等，都可以采用活性炭吸附作為其中的一個操作單元。

近些年來，一種生物活性炭技術（BAC）也得到了廣泛的關注。該技術主要是將活性炭作為微生物的載體，充分利用活性炭的吸附性能及微生物對有機污染物的分解作用，從而實現污水中有機污染物去除的目的。BAC可以延長活性炭的使用壽命，增加水中溶解性有機污染物的去除效率，提高出水水質。目前，BAC技術已經在生活污水、印染廢水、石化廢水等多種廢水的深度處理中開始應用。李倩研究了生物活性炭對某污水處理廠污水的深度處理效果，結果顯示，生物活性炭處理法可以使最終處理后的出水達到地表水環境質量Ⅳ類或Ⅲ類標準，粒徑較小的活性炭對SS（懸浮物）的去除效果較好[3]。在實際的應用中，利用單一的活性炭處理技術較少，一般都是與其他技術聯合使用，如臭氧-活性炭處理工藝。有研究發現，臭氧-生物活性炭處理工藝對污水的色度、有機物、氮磷去除效果都較好，可以應用在再生水循環利用系統中[4]。

3 膜法深度處理技術

膜法深度處理技術具有出水水質良好、處理效果可靠、管理簡單方便、經濟性強的特點，人們已經開展了很多研究并且對其進行大規模的推廣應用。膜處理技術包括微濾、超濾、反滲透、納濾等技術，其主要原理就是以壓差作為驅動力的一種高分子分離膜，當流體通過時，可以去除污水中的細菌、病毒、寄生生物、COD、BOD（生化需氧量）、SS等污染物。有處理實踐表明，膜處理技術去除BOD、COD、SS、氨氮等能夠達到80%，總氮去除率也能達到60%，甚至COD可以達到92%[5]。利用膜處理法可以深度處理石油化工過程中的污水、造紙過程中的污水、化纖污水、城市污水等。據報道，天津開發區污水處理廠采用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理，滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求。但由于膜的材質和生產工藝的不同，不同的膜處理效果存在差距。如何制造出強度高、壽命長、污染抵抗性好、高通量的膜材料是一個重點的研發方向。另外，膜處理技術也受到膜組件、進水情況、水力停留時間、曝氣量和溶解氧、溫度等影響，一旦膜受到污染就會對出水效果產生嚴重的影響，因此在實際工程中需要特別注意。

4 污水深度處理磷的去除技術

在污水的深度處理過程中，根據二級出水水質中磷和氮的含量，有專門針對磷和氮的處理工藝。化學沉淀絮凝是應用比較成熟的除磷技術，一些鈣系除磷劑、鐵系除磷劑和鋁系除磷劑是經常選擇的除磷劑。投加這些金屬鹽類的除磷劑時，人們還要考慮后續影響，特別是沉淀藥劑溶液中含有酸的話，要加以注意。另外，當同步沉析工藝中含有硫酸鐵時，也要考慮酸堿度對硝化反應的影響。若是使用了金屬藥劑除磷的污泥進行農用時，人們也要考慮后續污染和影響。

利用一些吸附劑進行吸附除磷也是常用的方法，活性炭、生物質、金屬氧化物或者金屬氫氧化物、硅基介孔分子篩、黏土礦物等都是較為有效的除磷吸附劑，這類吸附劑容量大、耗能少、污染小，但也存在缺陷，例如，要解決共存離子對活性炭的干擾作用，解決酸堿度的變化對吸附劑吸附容量的影響等[6]。

微藻除氮去磷技術近些年來也有所發展，利用微藻將污水中氮和磷轉化為自身物質，從而用來做飼料、生物燃油或堆肥[7]。相關研究表明，用污水廠二級出水中采集到小球藻和螺旋藻進行除氮去磷時，人們發現，在水力停留時間為8 d的情況下，氨氮和磷的去除率高達92.9%和95.8%。在微藻選擇過程中，選擇細胞干重大、生物質產量高的經濟型微藻，可實現環境保護與經濟適用的雙重價值。

5 結語

當前，我國面臨嚴峻的水資源短缺問題，生態環境也不容樂觀，因此污水深度處理技術必定是我國未來水處理領域的主要發展方向。隨著科學技術的進步，為了滿足不斷提高的污水回用標準，新型污水深度處理技術必將蓬勃發展。目前，污水深度處理技術所耗費用較一級處理費用高，由于回用對象所需的污水處理標準不同，各個處理方法又有其優缺點。在實際的工程應用中，人們要根據污水回用對象的標準，在做好水質和工程實施情況的客觀分析基礎上，通過方案比選，選出出水效果好、經濟實用的處理工藝。

1 王 浩.城鎮污水深度處理技術[D].石家莊：河北科技大學，2016.

2 周義輝，劉東方，孟凡盛，等.混凝-臭氧-生化法組合工藝深度處理制藥廠二級出水[J].工業水處理，2017，37（12）：38-42.

3 李 倩.生物活性炭法在城市污水深度處理中的應用研究[D].濟南：山東大學，2012.

4 李雄飛.臭氧-生物活性炭工藝用于再生水循環利用系統的水質保障技術研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012.

5 陳 穎.城鎮污水深度處理工程設計與運行研究[D].石家莊：河北科技大學，2013.

6 唐朝春，陳慧民，劉 名，等.利用吸附法除磷研究進展[J].工業水處理，2015，35（7）：1-3.

7 李晨旭，彭 偉，方振東，等.微藻用于城市污水深度處理的研究進展[J].化學與生物工程，2017，34（11）：5-10.