[科普中國]-城市污水

現(xiàn)狀

根據(jù)《2015年環(huán)境統(tǒng)計年報》統(tǒng)計，2015年全國廢水排放量735.3億噸，比2014年增加2.7%。工業(yè)廢水排放量199.5億噸，比2014年減少2.8%；占廢水排放總量的27.1%，比2014年減少1.6個百分點。城鎮(zhèn)生活污水排放量535.2億噸，比2014年增加4.9%；占廢水排放總量的72.8%，比2014年增加1.5個百分點。集中式污染治理設施廢水（不含城鎮(zhèn)污水處理廠，下同）排放量0.6億噸。

其中，工業(yè)廢水中化學需氧量排放量293.5萬噸，比2014年減少5.7%；占化學需氧量排放總量的13.2%，比2014年減少0.4個百分點。城鎮(zhèn)生活污水中化學需氧量排放量846.9萬噸，比2014年減少2.0%；占化學需氧量排放總量的38.1%，比2014年增加0.4個百分點。工業(yè)廢水氨氮排放量21.7萬噸，比2014年減少6.5%；占氨氮排放總量的9.4%，比2014年減少0.3個百分點。城鎮(zhèn)生活污水中氨氮排放量134.1萬噸，比2014年減少2.9%；占氨氮排放總量的58.3%，比2014年增加0.4個百分點。2015年，全國工業(yè)廢水中石油類排放量1.5萬噸，比2014年減少6.5%；揮發(fā)酚排放量973.2噸，比2014年減少28.6%；氰化物排放量146.2噸，比2014年減少11.6%。工業(yè)廢水中重金屬汞、鎘、六價鉻、總鉻、鉛及砷排放量分別為1.0噸、15.5噸、23.5噸、104.4噸、77.9噸和111.6噸。2

主要污染物及其來源城市污水中普遍含有有機污染物（用COD、BOD5表示），包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、油脂、酯類等物質(zhì)。在選擇污水處理工藝時往往需要用BOD5/COD比來評價污水的可生物降解性，在研究和測試方法上則常用生物呼吸氧量與時間的變化曲線來間接表示有機物的降解速率，也可通過此方法間接反映可生物降解性。城市污水BOD5一般為100mg/L～500mg/L。

城市污水含有大量的懸浮物（SS=150mg/L～500mg/L），包含了有機物和無機物，SS也是構(gòu)成COD、BOD5的主要貢獻者。SS中含有大量的無機顆粒和膠體顆粒，對污水中原有的有機化合物、無機物、或病原菌具有吸附作用，并有可能形成新的復合污染物。SS是污水處理流程中在一級單元應考慮去除的污染物，可采用沉淀混凝、沉淀、過濾等這種物理化學組合法被分離去除。

城市污水中的氮，可來源于生活污水和工業(yè)廢水中。生活污水中人體排泄物（糞便）含有的氮素，通過下水道排至污水處理廠；某些工業(yè)廢水，如：化肥、食品、焦化等工業(yè)生產(chǎn)排放廢水，含有較高的氮素，容易造成污水處理廠碳氮比例失調(diào)、生物脫氮不徹底的問題。在污水處理流程中，氮素的形態(tài)較多，原水中含有銨鹽和有機氮、生物段轉(zhuǎn)化為硝酸鹽、亞硝酸鹽，生物脫氮的產(chǎn)物則為氮氣被排放到水處理系統(tǒng)之外。城市污水中的磷來自生活污水和地面徑流中，生活污水中磷含量大約30～75%。由于城市污水中摻雜有工業(yè)廢水或地面徑流攜帶的污染物，所以有的城市污水中可能含有非常規(guī)無機污染物和有機污染物（如氟、砷、酚、氰、重金屬、農(nóng)藥類化合物、多環(huán)芳烴等）。3

具體分類城市污水按來源可分為生活污水、工業(yè)廢水和徑流污水。

生活污水

生活污水主要來自家庭、機關(guān)、商業(yè)和城市公用設施。其中主要是糞便和洗滌污水，集中排入城市下水道管網(wǎng)系統(tǒng)，輸送至污水處理廠進行處理后排放。其水量水質(zhì)明顯具有晝夜周期性和季節(jié)周期變化的特點。

工業(yè)廢水

工業(yè)廢水在城市污水中的比重，因城市工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和水平而不同，可從百分之幾到百分之幾十。其中往往含有腐蝕性、有毒、有害、難以生物降解的污染物。因此，工業(yè)廢水必須進行處理，達到一定標準后方能排入生活污水系統(tǒng)。生活污水和工業(yè)廢水的水量以及兩者的比例決定著城市污水處理的方法、技術(shù)和處理程度。

城市徑流污水

城市徑流污水是雨雪淋洗城市大氣污染物和沖洗建筑物、地面、廢渣、垃圾而形成的。這種污水具有季節(jié)變化和成分復雜的特點，在降雨初期所含污染物甚至會高出生活污水多倍。3

物理性質(zhì)城市污水的物理性質(zhì)包括顏色、氣味、水溫、氧化還原電位等指標。

顏色。以生活污水為主的污水廠，進水顏色通常為灰褐色，這種污水比較新鮮，但實際上進水的顏色通常變化不定，這取決于城市下水管道的排水條件和排入的工業(yè)廢水的影響。如果進水呈黑色且臭味特別嚴重，則污水陳腐，可能在管道中存積太久。如果進水中混有明顯可辨的其他顏色如紅、綠、黃等，則說明有工業(yè)廢水進入。對一個已建成的污水廠來說，只要它的服務范圍與服務對象不發(fā)生大的變化，則進水的污水顏色一般變化不大。要按流程逐個觀測各污水池上的污水?；钚晕勰嗟念伾灿兄谂袛鄻?gòu)筑物運轉(zhuǎn)狀態(tài)，活性污泥正常的顏色為黃褐色，正常的氣味應為土腥味，運行人員在現(xiàn)場巡視中應有意識地觀察與嗅聞。如果顏色變黑或聞到腐敗氣味，則說明供氧不足，或污泥已發(fā)生腐敗。

氣味。污水廠的浸信會除了正常的糞臭味外，有時在集水井附近有臭雞蛋味，這是管道內(nèi)因污水腐化而產(chǎn)生的少量硫化氫氣體所致。活性污泥混合液也有一定氣味，當操作工人在曝氣池旁嗅到一股土腥味時，則就能斷定曝氣池運轉(zhuǎn)良好。若城市污水中有汽油、溶劑、香味，可能是有工業(yè)廢水排入。

水溫。水溫對曝氣生化反應有著很大的影響。一個污水廠的水溫時隨季節(jié)逐漸緩慢變化的，一天內(nèi)幾乎無甚變化。如果有一天內(nèi)變化很大，則要進行檢查，是否有工業(yè)冷卻水進入。

氧化還原電位。正常的城市污水具有約+100mV的氧化還原電位，小于+40 mV的氧化還原電位或負值氧化還原電位說明污水已經(jīng)厭氧發(fā)酵或有工業(yè)還原劑的大量排放。氧化還原電位超過+300mV，說明有工業(yè)氧化劑廢水大量排入。

化學性質(zhì)化學指標 城市污水的化學指標很多，它包括酸堿度（PH）、堿度、生化需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、固體物質(zhì)、氨氮（NH3-N）、總磷(TP)、重金屬含量等。

酸堿度（PH）。城市污水PH值一般為6.5—7.5。PH值的微小降低可能是由于城市污水輸送管道中的厭氧發(fā)酵。雨季時進水較低的PH值往往是城市酸雨造成的，這在合流系統(tǒng)尤其突出。PH值的突然大幅度變化不論是升高還是降低，通常是由于工業(yè)廢水的大量排入造成的。

生化需氧量（BOD）。城市污水處理中，常用生化需氧量BOD指標反映污水中有機污染物的濃度。生化需氧量是在制定的溫度和制定的時間段內(nèi)，微生物在分解、氧化水中有機物的過程中所需要的樣的數(shù)量，單位為mg/L。由于微生物的好氧分解速度開始很快，約5天后其需氧量即達到完全分解需氧量的70%左右，因此在實際操作中常用5d生化需氧量（BOD5）來衡量污水中有機物的濃度。

化學需氧量（COD）?；瘜W需氧量是指用強氧化劑使被測廢水中有機物進行化學氧化時所消耗的氧量。COD測定速度快，不受水質(zhì)限制，用它指導生產(chǎn)較方便。常用的氧化劑為KMnO4和K2Cr4O7。KMnO4的氧化能力較弱，往往只有一部分被氧化，因此需所測定的結(jié)果與實際情況有很大的差別，而K2Cr4O7的氧化能力很強，能使污水中的絕大部分有機物氧化，故常用K2Cr4O7來測定。 在城市污水處理分析中，把的BOD5/COD比值作為可生化性指標。當BOD5/COD≥0.3時，可生化性較好，適宜采用生化處理工藝。城市污水的BOD5和COD的均值之間保持著一定的相關(guān)關(guān)系，通過大量的數(shù)據(jù)分析對比，可以近似地從COD推求BOD5。

溶解固體（DS）和懸浮固體（SS）。城市污水中含有大量的固體物質(zhì)，按其物理性質(zhì)可分為懸浮固體SS和溶解固體DS。懸浮固體（SS）簡稱懸浮物，是檢測污水的重要指標。SS指標的意義為： ①表示污水的污染情況，SS含量的多少直接影響著水環(huán)境的外觀情況，也不利于水的復氧過程； ②可以反映用簡單沉淀法去除污染物的效果和難易程度。

總氮（TN）、氨氮（NH3-N）和總磷(TP) 氮、磷含量是重要的污水水質(zhì)指標之一，在污水生化處理過程中微生物的新陳代謝需要消耗一定量的氮、磷。如果氮、磷排入到水體中，將會導致水體中藻類的超量增長，造成富營養(yǎng)化為題。 總氮是污水中各類有機氮和無機氮的總和。氨氮是無機氮的一種，總磷是污水中各類有機磷和無機磷的總和。4

生物指標應用較多的生物指標是細菌總數(shù)和總大腸桿菌數(shù)，在生活污水、醫(yī)院污水中?？蓹z測到。

處理步驟我國城市污水一般通過收集進入污水處理廠進行處理，具體可分為一、二、三級處理。一級處理，又稱初級處理。處理的對象是污水中的漂浮物和懸浮物?？梢圆捎煤Y濾截留法——篩網(wǎng)、格柵過濾、重力分離法——沉砂池、沉淀池、隔油池、氣浮池等。離心分離法、旋流分離器、離心機等。二級處理，是指去除污水中污染物，使其各項指標達到要求。主要環(huán)節(jié)要根據(jù)不同的污水處理程度、規(guī)模、水質(zhì)特點來確定處理工藝。比如活性污泥法、生物膜法等。三級處理，又稱深度處，彌補二級處理的欠缺，可使用化學和物理化學以及生物方法，比如中和法、人工濕地法等。5

處理方法1、活性污泥法

和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液通過曝氣設備充人空氣，空氣中的氧溶入混合液，產(chǎn)生好氧代謝反應，且使混合液得到足夠的攪拌而呈懸浮狀態(tài)，這樣，廢水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸反應，混合液進入沉淀池，混合液中的懸浮固體在沉淀池中沉下來和水分離，流出沉淀池的就是凈化水、沉淀池中的污泥大部分回流，稱為回流污泥，回流污泥的目的是使曝氣池內(nèi)保持一定的懸浮固體濃度，也就是保持一定的微生物濃度、曝氣池中的生化反應引起微生物的增殖，增殖的微生物量通常從沉淀池中排除，以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，這部分污泥叫剩余污泥活性污泥除了有氧化和分解有機物的能力外，還要有良好的凝聚和沉降性能，以使活性污泥能從混合液中分離出來，得到澄清的出水。

傳統(tǒng)活性污泥法。優(yōu)點：①不宜采用物理化學方法處理的廢水,BOD去除率可達95%以上。②建設投資額高,但處理的動力費較低。缺點:所需停留時間長,設備龐大,基建投資大,因而要加各種構(gòu)筑物,使各種構(gòu)筑物容積增大,從而使處理廠面積增大,增加管理人員及管理難度。發(fā)展方向:①為了廢水體系的組分、濃度均勻化,重新估價預處理,重新研究調(diào)整槽。②探討選擇活性污泥微生物系的菌種。③活性污泥法的設備中引入儀表化和擬定管理指標。

兩段活性污泥法。兩段活性污泥法，簡稱AB法。該法把污水管道、污水處理廠視為一個污水處理系統(tǒng)。其工藝特點是：不設初淀池，A段高負荷，B段低負荷，A、B兩段污泥分別回流，充分利用污水管道中的微生物，為不同時期生長的優(yōu)勢微生物種群創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，讓其充分發(fā)揮作用，耐沖擊負荷能力強，處理效果穩(wěn)定。其主體工藝流程為：原污水→格柵→頂曝氣調(diào)節(jié)池→A段曝氣池→A段沉淀池→B段曝氣池→B段沉淀池→排放該類設備，采用自吸式射流曝氣機、無支架的污泥懸浮型生物填料、側(cè)向流坡形斜板沉淀池等先進技術(shù)。BOD5去除率為90%，COD去除率為80%。

序批式活性污泥法。簡稱SBR法，原則上，SBR法的主體工藝設備只有一個間隙反應器，在一個運行周期中，按運行次序，分為進水、反應、沉淀、排水和閑置五個階段。SBR法的關(guān)鍵設備潷水器的研制，已取得長足的發(fā)展。目前常用的潷水器，有虹吸式、旋轉(zhuǎn)式和套筒式三種。SBR法工藝簡單、節(jié)省費用，理想的推流過程使生化反應推力大、效率高，運行方式靈活，脫氮除磷效果好，沒有污泥膨脹，耐沖擊負荷、處理能力強。其主體工藝流程為：原污水→調(diào)節(jié)池→SBR反應池→消毒池→出水。6

2、生物膜法

在污水生物處理的發(fā)展和應用中，活性污泥和生物膜法一直占據(jù)主導地位。

生物膜法主要用于從廢水中去除溶解性有機污染物，主要特點是微生物附著在介質(zhì)濾料表面，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化為H2OCOA2NH2，和微生物細胞物質(zhì)，污水得到凈化，所需氧化一般直接來自大氣生物膜法采用的處理構(gòu)筑物有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化設備和生物流化床等。隨著新型填料的開發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善，與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高耐沖擊負荷性能好，產(chǎn)泥量低占地面積少便于運行管理等優(yōu)點，在處理中極具競爭力。5

厭氧處理法中，厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝有填料作為微生物載體的處理裝置。厭氧微生物附著載體的表面生長，當污水自下而上升式通過載體所構(gòu)成的固定床層時，在厭氧微生物作用下，污水中的有機物得以厭氧分解，并產(chǎn)生沼氣。厭氧生物濾池有多種變型，填料的發(fā)展迅速，其工藝流程為：進水→沉淀池→厭氧消化池→厭氧生物濾池→拔風管→氧化溝→進氣出水井→排水污水經(jīng)沉淀池預處理后進入?yún)捬跸剡M行水解和酸化，可提高污水的可生化性，為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。在拔風系統(tǒng)作用下，生物濾池處于兼氧狀態(tài)，阻止了污水中甲烷細菌的產(chǎn)生，使整個系統(tǒng)仍處于酸性階段，而氧化溝內(nèi)溶解氧一般可穩(wěn)定在1.5～2.8mg/L，污水在此進一步好氧處理。該工藝的實質(zhì)類似于A/O法，但兼性厭氧生物濾池使厭氧段得到強化。拔風系統(tǒng)是處理過程的關(guān)鍵。其主要優(yōu)點是不耗能、造價低、管理簡單、無噪聲、無異味、掛膜快、剩余污泥量少、出水水質(zhì)好、運行效果穩(wěn)定。6

3、OAO法及OAOO法

AO法及AOO法是近年來開發(fā)出的生物脫氮除磷新工藝，與傳統(tǒng)的化學和生物脫氮除磷相比，它還有效提高了BOD、COD、SS的出水指標。AO法是缺氧、好氧的簡稱，AOO法是厭氧、缺氧和好氧的簡稱，脫氮是在缺氧段完成的，除磷則要求有厭氧段。AO法主要是脫氮,AOO法可以同時去除氮、磷。這兩種工藝都要求污水充分曝氣，使含氮有機物充分硝化,所以必須降低污泥負荷,延長曝氣時間和增大鼓風量。根據(jù)天津東郊污水處理廠和沈陽市北部污水處理廠的實踐，采用AO工藝比傳統(tǒng)活生污泥流程的曝氣池容積、二沉池容積、回流污泥量、鼓風量和曝氣裝置數(shù)量都增大一倍左右，而且由于該工藝要求比較低的污泥負荷，否則不足以達到污泥好氧穩(wěn)定，所以AO法將帶來基建投資和電耗的大幅度增加。AOO法在缺氧段前面還加有一個厭氧池，以達到對磷的有效去除效果，基建費用與電耗比AO工藝更高點。6

4、RSPR高濁度污水處理技術(shù)

最新發(fā)明的“SPR高濁度污水凈化系統(tǒng)”將污水的“一級處理”和“三級處理”程序合并設計在一個SPR污水凈化器罐體內(nèi)，在30分鐘流程里快速完成。SPR污水處理系統(tǒng)首先采用化學方法使溶解狀態(tài)的污染物從真溶液狀態(tài)下析出，形成具有固相界面的膠?；蛭⑿腋☆w粒；選用高效而又經(jīng)濟的吸附劑將有機污染物、色度等從污水中分離出來；然后采用微觀物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在自行設計的SPR高濁度污水凈化器內(nèi)使絮體與水快速分離；清水經(jīng)過罐體內(nèi)自我形成的致密的懸浮泥層過濾之后，達到三級處理的水準，出水實現(xiàn)回用；污泥則在濃縮室內(nèi)高度濃縮，定期靠壓力排出，由于污泥含水率低，且脫水性能良好，可以直接送入機械脫水裝置，經(jīng)脫水之后的污泥餅亦可以用來制造人行道地磚，免除了二次污染。6

5、污水回用

城市污水處理應考慮與污水資源化目標相結(jié)合，城市污水作為城市第二水資源，回用于工業(yè)及市政清掃綠化，是解決水資源緊缺的一條有效途徑，在考慮污水處理廠規(guī)劃建設時宜同步規(guī)劃污水回用工程的建設。在進行污水回用工程評價時，需分析回用水的利用途徑、可行性和因此產(chǎn)生的環(huán)境問題。城市污水處理廠污水回用的途徑是多方面的，大致可分為農(nóng)業(yè)用水（包括林、牧、漁業(yè)）、城市雜用水、工業(yè)用水、環(huán)境用水和補充水源水。當作為農(nóng)業(yè)用水、環(huán)境用水和補充水源水時，應對可能產(chǎn)生的地面水、地下水、土壤及生態(tài)環(huán)境的影響作進一步的分析。5