環(huán)境工程中的城市污水處理工藝研究

蔡 華

（江蘇綠東坡環(huán)境工程有限公司，江蘇 南京 210000）

城市污水處理工藝的研究和應(yīng)用對于保護水環(huán)境、維護生態(tài)平衡具有重要意義。本文重點闡述物理處理工藝、化學(xué)處理工藝和生物處理工藝等城市污水處理方法，并對其特點和適用性進行了比較分析。通過不斷創(chuàng)新和完善城市污水處理工藝，可以提高處理效率、減少能源消耗，并最大限度地實現(xiàn)污水資源化利用。

1 城市污水處理工藝意義研究

1.1 保護環(huán)境

隨著城市化進程的加速，城市污水的排放量也不斷增加，如果不進行適當(dāng)?shù)奶幚恚鬯械挠泻ξ镔|(zhì)將直接排放到自然環(huán)境中，對水體、土壤和生態(tài)系統(tǒng)造成污染。通過研究污水處理工藝，可以開發(fā)出高效的處理方法，能夠有效去除污水中的有害物質(zhì)和污染物，降低其對環(huán)境的影響，保護水資源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1.2 保障公共衛(wèi)生

城市污水中含有大量的細(xì)菌、病毒和其他病原體，如果未經(jīng)適當(dāng)處理就直接排放，將會對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過研究和應(yīng)用先進的污水處理工藝，可以有效去除污水中的病原體和有害物質(zhì)，保障人們的飲用水安全和環(huán)境衛(wèi)生。

1.3 促進資源回收和能源利用

城市污水中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)和有機物，這些物質(zhì)如果得不到有效回收利用，將對環(huán)境造成浪費。通過研究先進的污水處理工藝，可以實現(xiàn)對污水中的營養(yǎng)物質(zhì)、有機物和能源的回收和利用，例如生物氣體發(fā)酵產(chǎn)生沼氣、污泥處理產(chǎn)生肥料等，從而實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。

1.4 促進污水處理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，污水處理工藝也在不斷創(chuàng)新和改進。通過對污水處理工藝的研究，可以發(fā)現(xiàn)新的工藝方法、技術(shù)和裝備，提高處理效率和質(zhì)量，降低成本和能耗。同時，研究還可以推動污水處理技術(shù)與其他領(lǐng)域的交叉融合，促進創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，提升整體處理能力和水平[2]。

2 環(huán)境工程中城市污水處理工藝應(yīng)用探討

2.1 活性污泥處理工藝

活性污泥處理工藝是一種常見而有效的生物處理工藝，被廣泛應(yīng)用于城市污水處理廠。該工藝通過懸浮的微生物，也稱為活性污泥，對污水中的有機物質(zhì)和污染物進行降解，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的?；钚晕勰嗵幚砉に囃ǔＳ山佑|氧化池、好氧池和沉淀池等單元組成。在接觸氧化池中，污水與活性污泥進行充分接觸，進一步降解有機物質(zhì)和污染物。接觸氧化池中的攪拌設(shè)備可以增加污水與活性污泥的接觸面積，提高降解效果。隨后，污水進入好氧池，此時提供充足的氧氣供給，為微生物的生長和代謝提供必要的條件。微生物利用污水中的有機物質(zhì)作為能源，進行生長和繁殖，并在此過程中將有機物質(zhì)降解為較簡單的化合物。最后，污水和活性污泥進入沉淀池。在沉淀池中，由于停止攪拌，懸浮的微生物和污染物逐漸沉降至池底，形成污泥。經(jīng)過沉淀過程，懸浮物與污泥分離，使得凈化后的水體上升至水面，進一步處理或排放。一部分沉淀下來的活性污泥可以回流到好氧池，保持處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。活性污泥處理工藝的優(yōu)點在于其處理效果好、運行穩(wěn)定，并且具有適應(yīng)性強的特點。它能夠有效地去除污水中的有機物質(zhì)和污染物，降低水體中的污染物濃度，使污水得到有效凈化。此外，活性污泥處理工藝還具有操作簡便、投資成本相對較低的優(yōu)勢，因此在城市污水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 厭氧生物處理工藝

厭氧生物處理工藝是一種利用厭氧微生物降解污水中有機物質(zhì)的有效方法，同時可以實現(xiàn)能量回收。它在一些特定場合具有處理效率高和產(chǎn)生少量污泥等優(yōu)點，因此得到廣泛的應(yīng)用。厭氧生物處理工藝包括厭氧消化池和厭氧氨氧化反應(yīng)器等單元。在厭氧消化池中，通過控制污水的停留時間和溫度等條件，創(chuàng)造適合厭氧微生物生長和降解的環(huán)境。在厭氧條件下，厭氧微生物利用有機物質(zhì)進行降解，產(chǎn)生可利用的氣體和有機酸等。另一個常見的厭氧生物處理單元是厭氧氨氧化反應(yīng)器。在這種反應(yīng)器中，厭氧微生物將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，同時釋放出能量。這一過程可以在無需供氧的情況下進行，因此節(jié)省了能源和運行成本。厭氧生物處理工藝相較于其他生物處理工藝具有一些獨特的優(yōu)點。首先，由于反應(yīng)過程不需要氧氣供應(yīng)，因此能夠適應(yīng)低氧或無氧環(huán)境，例如高濃度有機廢水的處理。其次，厭氧微生物的生長速度較慢，導(dǎo)致產(chǎn)生的污泥量相對較少，減少了處理過程中的污泥處理和處置成本。此外，厭氧生物處理工藝還可以回收能量，例如通過產(chǎn)生的沼氣進行發(fā)電或熱能回收。然而，厭氧生物處理工藝也存在一些挑戰(zhàn)和限制。厭氧微生物的生長速率相對較慢，處理過程對溫度、PH 值等條件的要求較高，需要嚴(yán)格控制操作參數(shù)。此外，厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣具有易燃和有毒性的特點，需要采取相應(yīng)的安全措施進行處理和利用。

2.3 AB 法污水處理工藝

AB 法是指將A/O（好氧/厭氧）工藝和A2/O（好氧/好氧/厭氧）工藝相結(jié)合的一種生物處理工藝。A/O 工藝是指將好氧池和厭氧池相結(jié)合的工藝，A2/O工藝是在A/O 工藝的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而來的，增加一個好氧池，形成好氧/好氧/厭氧的處理單元。在好氧池1 中，微生物進一步降解有機物質(zhì)，同時進行氮的氨氧化反應(yīng)；在好氧池2 中，進行硝化和磷的釋放等反應(yīng)；而在厭氧池中，厭氧微生物繼續(xù)降解有機物質(zhì)。通過這種方式，能夠更加充分地去除污水中的有機物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，提高處理效果。AB 法工藝在一些大型城市污水處理廠得到廣泛的應(yīng)用，并取得較好的處理效果。它結(jié)合好氧和厭氧生物處理的優(yōu)點，既能高效去除有機物質(zhì)，又能有效去除營養(yǎng)物質(zhì)，能滿足對污水處理的綜合要求。此外，AB 法工藝還具有運行穩(wěn)定、操作簡便、投資成本相對較低等優(yōu)勢，適用于不同規(guī)模和不同類型的污水處理廠[3]。

2.4 MSBR 污水處理工藝

MSBR（膜生物反應(yīng)器）是一種先進的污水處理工藝，MSBR 工藝的核心是利用微生物對污水中的有機物質(zhì)和污染物進行降解和處理。在MSBR 系統(tǒng)中，污水首先進入生物反應(yīng)器，微生物在生物反應(yīng)器中與污染物發(fā)生作用，將有機物質(zhì)分解為無害的物質(zhì)，并轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和氣體等形式。而與傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器不同的是，MSBR 系統(tǒng)采用了微孔過濾膜，將生物反應(yīng)器與沉淀池隔離開來。微孔過濾膜可以有效地阻止微生物和污染物的通過，使處理后的水與微生物徹底分離，這種分離能夠有效提高出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和清潔度。MSBR 工藝的應(yīng)用優(yōu)勢顯著。首先，它具有高處理效率，能夠高效地去除污水中的有機物質(zhì)和污染物。微生物在生物反應(yīng)器中與污染物接觸的時間較長，使得有機物質(zhì)得到充分降解。其次，MSBR 系統(tǒng)采用膜分離技術(shù)，可以實現(xiàn)微生物和污染物的有效分離，確保出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和清潔度。此外，MSBR 工藝還具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定、操作管理方便、節(jié)能環(huán)保等特點，適用于各種規(guī)模和類型的污水處理廠。

2.5 等離子體處理工藝

等離子體處理工藝是一種新興的物理處理污水技術(shù)，它利用高溫等離子體產(chǎn)生的活性物種對污水中的有機物質(zhì)進行氧化降解。等離子體是一種高能量狀態(tài)的氣體，具有強氧化性和高溫特性。在等離子體處理工藝中，通過將污水引入等離子體反應(yīng)器，利用高溫等離子體中的活性物種如自由基、離子和電子等，與污水中的有機物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，使有機物質(zhì)分解為無害的物質(zhì)。這種氧化降解過程能夠有效去除難降解有機物，如有機溶劑、農(nóng)藥殘留、重金屬離子等，提高水質(zhì)的處理效果。等離子體處理工藝的優(yōu)勢在于其高處理效率和對難降解有機物的適用性。由于等離子體具有極高的能量，能夠激發(fā)污水中的有機物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而實現(xiàn)高效的降解和去除。

此外，等離子體處理工藝還具有操作簡便、處理過程無需添加化學(xué)試劑、無二次污染等特點，有利于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展。然而，等離子體處理工藝在實際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，該工藝對設(shè)備要求較高，包括高溫等離子體反應(yīng)器和電源等設(shè)備的建設(shè)和維護，增加了投資成本和運行難度。其次，等離子體處理工藝對能源消耗較大，需要保證穩(wěn)定的能源供應(yīng)。此外，等離子體處理工藝的應(yīng)用范圍和規(guī)模有限，目前在城市污水處理中的應(yīng)用較少，仍需進一步研究和改進。

2.6 其他污水處理工藝

1.CASS 技術(shù)。CASS（循環(huán)活性污泥系統(tǒng)）技術(shù)是一種改進的活性污泥處理工藝，通過循環(huán)反應(yīng)器和沉淀池的組合，實現(xiàn)更高的處理效率和更穩(wěn)定的運行。CASS 技術(shù)主要通過循環(huán)回流將活性污泥從沉淀池回流到反應(yīng)器中，增加微生物的接觸機會，提高有機物質(zhì)的降解效率。同時，CASS 技術(shù)還可以減少廢污泥的產(chǎn)生量，降低處理成本。由于其處理效果好、穩(wěn)定性高的特點，CASS 技術(shù)在城市污水處理中得到了廣泛應(yīng)用。

2.生物膜技術(shù)。生物膜技術(shù)是一種利用生物膜將有機物質(zhì)降解為無機物質(zhì)的工藝。在生物膜技術(shù)中，通過固定生物膜或在載體表面形成生物膜，使微生物固定在膜上，利用微生物的附著和代謝作用降解污水中的有機物質(zhì)。常見的生物膜技術(shù)包括生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜技術(shù)具有處理效率高、操作穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠有效去除有機物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。因此，生物膜技術(shù)在城市污水處理中得到了廣泛應(yīng)用。

3.Unitank 技術(shù)。Unitank 技術(shù)是一種將好氧、厭氧和厭氧-好氧結(jié)合的工藝。通過在同一反應(yīng)器中設(shè)置不同區(qū)域，分別實現(xiàn)好氧、厭氧和厭氧-好氧的處理過程，達(dá)到對有機物質(zhì)、氮和磷等污染物的高效處理。Unitank 技術(shù)的關(guān)鍵在于合理控制不同區(qū)域的氧氣、底物和微生物濃度，以促進各種生物反應(yīng)的協(xié)同作用。Unitank 技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能耗低等優(yōu)點，能夠同時實現(xiàn)多種處理效果，被廣泛應(yīng)用于城市污水處理廠[4]。

3 環(huán)境工程中城市污水處理工藝的科學(xué)選用

在環(huán)境工程中，科學(xué)選用適合的城市污水處理工藝是確保高效處理污水的關(guān)鍵。選用合適的處理工藝需要考慮多個因素，包括污水水質(zhì)、污水量、建設(shè)與運維成本、污水深度以及因地制宜等因素。

3.1 污水水質(zhì)

污水水質(zhì)是選擇適當(dāng)處理工藝的基礎(chǔ)。不同地區(qū)、不同污水來源的水質(zhì)特點可能存在差異，包括有機物濃度、氮、磷、重金屬等污染物的含量。根據(jù)污水水質(zhì)特征，可以選擇適當(dāng)?shù)纳锾幚砉に?、物理化學(xué)處理工藝或其組合，以達(dá)到水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放的要求。

3.2 污水量

污水量的大小直接影響到處理工藝的設(shè)計規(guī)模。需根據(jù)城市污水處理廠的設(shè)計處理能力確定污水量，包括日平均流量和峰值流量。不同處理工藝對污水量的適應(yīng)性也不同，例如，活性污泥工藝適用于較大規(guī)模的處理廠，而厭氧處理工藝適用于小型處理廠[5]。

3.3 建設(shè)與運維成本

選擇合適的處理工藝還需要考慮建設(shè)和運維成本。不同工藝的建設(shè)和運維成本存在差異，包括設(shè)備投資、能耗、污泥處理等方面。綜合考慮經(jīng)濟性和可行性，選擇與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平相適應(yīng)的處理工藝，確保長期運行的可持續(xù)性。

3.4 污水深度

污水深度是指污水處理過程中涉及的水力水位。對于一些特殊的處理工藝，如曝氣池、沉淀池等，污水深度對工藝的運行效果有重要影響。合理確定污水深度，確保污水在處理過程中能夠充分接觸到氧氣或發(fā)生沉淀，從而提高處理效果。

3.5 因地制宜

因地制宜是指根據(jù)具體地區(qū)的自然環(huán)境條件、土地利用、人口密度、污水排放特點等，選用適宜的處理工藝。例如，對于水資源緊缺地區(qū)，可以考慮采用水資源回用工藝；對于土地資源有限的地區(qū)，可以選擇小型、高效的處理工藝。根據(jù)實際情況進行調(diào)研和評估，制定因地制宜的處理方案。

總之，城市污水處理工藝的研究和應(yīng)用是保護環(huán)境、改善水質(zhì)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)，每種技術(shù)都有其適用的場合和局限性，需要根據(jù)實際情況選擇最合適的工藝組合，相關(guān)部門應(yīng)不斷努力和創(chuàng)新，進一步提高城市污水處理工藝的效率和可靠性，為建設(shè)清潔、美麗的城市和健康的生態(tài)環(huán)境做出貢獻。