污水處理方案及路徑分析

高 悟

（太原市衛生健康綜合行政執法隊，山西 太原 030001）

0 引言

隨著我國經濟的發展，我國社會已經全面步入小康。在城鎮化速度加快的同時，用水量和污水量也逐年提升。但是由于一部分居民和企業缺乏對水資源的保護與節約意識，同時在一些偏遠地區污水處理基礎設施建設不夠完善，導致生產和生活中產生大量污水卻無法徹底處理，同時污水排放管控不足，又造成了更多的水資源被污染[1-2]。在這種情況下，對水污染制定合理的治理方案，分析有效路徑，具有十分重要的意義。

1 水污染現狀分析

我國城鎮化建設程度逐年提高，城市人口日益增多。伴隨著人口密度散布的擴大，為了保證城市人口的生活狀態，不少企業布署于城鎮中，可能會導致城鎮污水產量大幅度提高。

從2016 年到2020 年，污水排放量從480 萬m3提升到了570 萬m3，增長量接近20%。由此可見我國城市污水排放量巨大，并且一直呈現出增長趨勢，在未來幾年污水排放量還會逐年提升。為促進污水處理的工作效率，各級政府也全力以赴加大投入污水處理的力度。2016 年至2020 年全國污水處理廠數量由不足2 100 家增長到2 600 多家，雖然污水處理廠的數量與污水處理量得到了一定的提升，但是相較于全國污水排放量的增長卻略顯不足。隨著人們生活水平的提升，還應該提升水資源保護的教育與宣傳，以此從根源上降低水污染，從而為城市污水處理減少一定的壓力

2 污水治理方案

在水污染治理的過程當中，通常采用物理處理和化學處理兩種解決辦法。在這當中物理處理具體方法如圖1 所示。

圖1 污水物理處理法

物理處理方式便是城市污水借助粗格柵的原污水通過污水提升泵提高后，通過格柵或是砂濾器，過后步入沉砂池，通過砂水分離的污水步入初淀池，初淀池的出水進入生物處理設備，生物處理設備的出水步入二次沉淀池，二沉池的出水通過消毒殺菌，步入混凝土沉積[3]。二沉池的污泥其中一部分回流至初次沉淀池或是生物處理設備，其中一部分步入污泥濃縮池，過后步入污泥消化池，通過脫水和烘干設備后，污泥被最終運用。

化學處理的方法如圖2 所示。

圖2 污水化學處理法

化學處理的形式主要是靠化糞池、提籃格柵、調節池、集成一體化污水處理設備、消毒池等程序模塊使污水達到應用的要求。化學處理設備易于實際操作，也很容易完成自動識別與控制；一些有毒有害物質的污染物可以作為有益的資源再利用[4]。化學處理操作系統能夠實現一些工業用水的閉路循環。在水和其他資源日益緊缺的現況下，污水化學處理法將獲得更多的發展趨勢。

3 污水治理路徑分析

水污染治理的路徑現在主要分為吸附法、電化學催化技術、人工濕地治理技術和生物浮島治理技術。

3.1 吸附法

吸附法中吸附物質對雜質吸附的能力強與弱通常由吸附的物質數目、濃度值、環境溫度等多種因素確定。吸附物質數目與濃度的影響如式（1）和式（2）所示。

式（1）為弗蘭德里希（Freundlich）吸附等溫式，式（2）為朗繆爾（Langmuir）吸附等溫式。在式（1）和式（2）中，y 為吸附劑中吸附的物質總數量；m 為所花費的吸附劑的總數量；ρ 為吸附結束時，溶液中被吸附的物質濃度值；K 和n 為在一定范圍內表示吸附過程的經驗系數，通常情況下，n＞1。相較于式（1），式（2）能更好地適合各種濃度，并且式中每一項都有較明確的物理意義。

吸附法主要應用于污水處理的先頭環節中。在污水處理的過程當中，最先要把廢水開展固液分離，擺脫原來廢水中膠體操作系統的平衡與穩定性，使固態膠體集聚下移。在這個環節中通過吸附法，依靠不同特性的吸附物質，對廢水中不同的被吸附物進行分離。比較常見的吸附物涉及有機化合物和活性炭[5]。有機物的溶解度也隨著吸附鏈長的提高而極大減少，吸附能力極大減弱，而活性炭吸附功能是伴隨著有機化合物溶解度的極大減少而變化的；伴隨著有機化合物分子量的擴大，活性炭的吸附量也逐步增加，例如活性炭對甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有機酸的吸附量是逐步增加的，活性炭對酯類化合物的吸附作用強過脂環族有機化合物，對飽和狀態鏈有機物的吸附性遜于對不飽和鏈有機物的吸附性，吸附性伴隨著極性的提高而極大減少。因而，在具體的污水處理環節中，一般會添加多種吸附化學物質，使其相互促進，從而達到最佳的吸附效果。

3.2 電化學催化技術

電化學催化技術可以通過陽極反應技術實現對有機化合物開展溶解的效果，主要是通過臭氧和羥基自由基等氧化劑對有機化合物開展溶解。電催化還原技術利用了物質的化學性質，比傳統的污水處理技術更加清潔高效，并且通過外部電場的作用，電子在污染物溶液階段的離子之間移動，從而使昂貴的高毒性物質陽離子被電子還原，陰離子失去氧化作用。元素材料被回收或轉化為低成本的可生物降解的低毒性材料[6]。

有研究發現，金屬氧化物陽極上的氧化反應原理和有機化合物的結果與表面的陽極金屬氧化物和氧化物的價態相關。在金屬氧化物MOx陽極上所形成的較高價金屬氧化物MOx+1可確定氧化有機化合物以產生氧化含氧化合物。在MOx陽極產生的自由基MOx（·OH）通過有機物的氧化燃燒促進CO2。在析氧反應的潛在性區域中，能夠在金屬氧化物的外表面產生氧化物，促使陽極具備兩種活性氧情況：吸附在晶格中的羥基自由基和高價氧化化學物質。陽極表面的氧化過程分兩個階段開展。最先，溶液中的H2O 或OH 形成吸附在陽極上的羥基自由基，具體如式（1）所示：

然后，吸附的羥基自由基的氧轉移到金屬氧化物晶格中以形成高價氧化物，具體如下式（2）所示：

如果在溶液中不存在有機物質的情況下，自由基的氧生成反應以兩種狀態發生，具體如下式（3）：

而當氧化有機物質R 存在于溶液中時，反應如下式（4）所示：

電化學氧化在含氰化物、苯酚、醇和含氮有機染料的廢水處理中起著非常有效的作用。為實現高轉換效率，電催化氧化還原過程必須符合下列標準：

1）氧化還原劑的形成速率應夠大。

2）分離氧化還原劑的形成電位和析氧反應的電位。

3）電極應該極大減少所吸附的其他化學物質。

4）污染物與氧化還原劑反應迅速且明顯。

3.3 人工濕地治理技術

人工濕地治理技術主要是人工建造濕地，將污水、污泥有掌控地投配到經人工建造的濕地上，污水與污泥在沿相應方位流動環節中，采用濕地中土壤、微生物菌種、綠植及對污水中污染物開展物理性、有機化學、生物體協同處理。其作用機制涉及吸附、滯留、過濾、氧化還原反應、沉淀、微生物降解、轉化、綠植遮蔽、殘余物累積、蒸騰水分和養分吸收以及各類動物的功效。

3.4 生物浮島治理技術

生物體浮島綜合治理理論是采用植物生長的自然法則，根據搭建浮體，采用植物根系吸附來清除污染物，從而實現水質凈化的作用，關鍵應用于流經有污染源的城鎮的河流或是水域。人工生物體浮島的治污作用是利用生物的自然生態習性，在損傷水體中吸收、吸附消化和溶解水中的有機污染物，因而，不需要專業化的機械設備制造及其化學藥劑資金投入，能夠大批量地節省成本支出，極大減少動力、能源和維護保養管理費用，具備低投資、效果好、節約資源、運作質量穩定、維護保養簡單等優勢。

4 結語

我國城市化建設的不斷發展，致使人們對于水資源的需求量以及污水排放量都在逐年提升。本次研究首先對近年來全國污水排放量和污水處理廠的數量進行了分析，發現近年來全國污水排放量和污水處理廠的數量都在逐年提升，但城市污水的處理壓力卻不降反增。為了提升水資源保護的教育與宣傳，本次研究從物理處理和化學處理兩種方式介紹了污水處理的方案，然后從吸附法、電化學催化技術、人工濕地治理技術和生物浮島治理技術四個方面分析了污水處理的路徑。在未來，為了加強對水資源的保護以及對水污染治理的教育，應建立健全水資源污染治理法律法規體系、多方面正確引導社會力量參加水資源污染整治、構建統籌考慮水資源污染整治體制、堵塞工業廢水根源、增加落后地區水資源污染整治力度、提升新技術應用、新生產工藝、新型材料的使用等水資源污染治理的方案，并給出貫徹落實協調發展核心理念、加強監管力度、宣傳清潔生產等水環境保護途徑。