施漢昌
清華大學環(huán)境科學與工程系

　　我國是一個水資源短缺的國家，在世界缺水國家中排名第13名，占國土面積50％以上的地區(qū)干旱缺水。由于水環(huán)境的污染，使我國有限的水資源更加短缺。由于經濟的高速發(fā)展，在短短20年中國民經濟經歷了發(fā)達國家?guī)资甑陌l(fā)展歷程，但與此同時我國也發(fā)生了特有的復合污染問題。水環(huán)境的復合污染表現在發(fā)達國家不同時期的水污染問題在中國短期內集中爆發(fā)，點源、面源、降雨和底泥中污染物的釋放形成了對水體污染的時間和空間復合：一般碳源有機物、氮、磷等營養(yǎng)物質，難降解有機物和重金屬等有毒物質的共存，形成了水環(huán)境的復合污染。
　　水環(huán)境的復合污染對廢水處理技術提出了新的需求，這些技術需求主要集中在以下方面：
　　*應用于工業(yè)污染源控制的處理高濃度、難降解、有毒物質、高含鹽和高氨氮等的廢水處理技術；
　　*改善和提高城市污染水處理廠運行穩(wěn)定性和處理效率的技術；
　　*適用于污水回用的深度處理技術；
　　*受微污染飲用水的處理技術。
　　一個世紀以來在水處理領域產生了各種各樣的技術，特別是70年代以來廢水處理技術得到了迅速的發(fā)展。當前我國的水污染控制迫切需要大量的適用技術，針對不同地：不同水污染控制問題的特點，如何選擇現有技術，需要對廢水處理技術進行比較研究，從而確定哪些技術是適用的廢水處理技術。

分類及適用范圍

　　廢水處理技術可以依據處理技術的原理分為物理法、化學法、生物法或這三種方法的不同結合。也可以按處理的對象和目標分為初級處理(非水溶性物質的去除)、二級處理(溶解性有機物去除)和深度處理(營養(yǎng)物質、微量有毒有機物的去除)。(見圖1)
　　廢水處理的物理法方法最常用的是沉淀和過濾工藝，由于其運行費用低、技術成熟，被廣泛應用于廢水的初級處理和預處理。當廢水中有機或無機的非溶早性污染物能采用沉淀法去除時，應首選沉淀分離技術。過濾、膜分離、離心分離主要應用于不宜沉淀的微小顆粒物的分離。而吸附主要應用于難降解的溶解性微量污染物的去除。
　　化學法中最常用的是化學沉淀和化學氧化法。化學沉淀法可包括用于去除微小顆粒物和肢體的混凝沉淀，利用絮凝劑的水解架橋作用與水中微顆粒和肢體形成絮體，通過沉淀實現對污染物的凈化作用。此類工藝廣泛應用于工業(yè)廢水的預處理，近年也在特殊情況下用于城市污水的一級半處理和污水的化學除磷。另一類化學沉淀是采用無機鹽，如鈣鹽與無機離子反應形成沉淀，主要用于去除重金屬離子等污染物質。化學氧化法主要用于水中難生物降解的溶解性污染物的凈化，但應用時要注意水中多種物質的競爭氧化問題，必須先去除水中易降解的有機污染物，然后有針對性地采用化學氧化。
　　生物法或稱為生化法是以生物化學原理為基礎利用微生物的代謝作用去除廢水中的有機污染物。此類方法是目前廢水處理中大量采用的工藝方法，包括各種不同的技術，主要應用于廢水的二級處理和深度處理。
　　日前，寧夏銀川第一污水處理廠工程順利建成。該工程是銀川市重點工程，占地128畝，一期建設規(guī)模為日污水處理能力10萬噸，包括實施細格柵及曝氣沉砂池、SBR反應池、污泥濃縮池、污泥均質池等12項子項工程。承擔施工任務的杭州市市政工程集團有限公司充分發(fā)揮一級企業(yè)的技術優(yōu)勢，運用一整套成熟有效的施工管理經驗，精心組織施工，確保了工程質量。
　　圖為該工程SBR反應池一瞥。

比較研究

　　1.主要參數和條件
　　廢水生物處理技術種類繁多應用廣泛，它用于降解廢水中的有機物和氮磷等引起水體富營養(yǎng)化的物質。這些技術可依據不同的處理對象、應用條件和工藝本身的特點分成不同的類型，并適用于不同廢水的處理。廢水生物處理的本質是利用微生物的代謝作用分解水中的污染物，因此在生物處理工藝中的核心是微生物生長、有機物分解和環(huán)境條件三者的關系。主要參數是比基質降解速率(污泥負荷)、微生物的比生長速率(污泥產率)，環(huán)境條件主要有氧、電位、PH、溫度等。此外在評價時十分重要的是技術經濟條件。(見圖2)

　　2.城市生活污水處理工藝比較
　　城市生活污水處理是量大面廣的水污染控制問題。主要去除的污染物是懸浮物、溶解性有機物和氮磷。由于城市污水處理要求采用廉價的處理技術，所以對于日處理能力在5萬噸污水以上的處理廠，在懸浮污染物的去除上都采用了沉淀工藝。這主要是由于物理沉淀法技術簡單，運行費用低。溶解性有機物和氮磷的去除多采用懸浮生長的生物處理系統(tǒng)，如果在日處理5萬噸污水的好氧生物處理反應池中填充生物填料，不僅要增加數百萬元以上的填料費，而且在維修上也十分困難。
　　城市生活污水的處理有許多種工藝可以采用，但對于日處理能力在20萬噸以上的城市污水處理廠最適宜的工藝是活性污泥法及其變形工藝。主要是鼓風曝氣的完全混合式活性污泥法和氧化溝工藝。完全混合式活性污泥法是一種具有廣泛適用性的城市污水處理工藝，而氧化溝工藝是活性污泥法的派生工藝類型。氧化溝的優(yōu)點是工藝系統(tǒng)簡單，只用一臺或幾臺曝氣轉刷或轉碟以及溝形的生物氧化池。連續(xù)運行的氧化溝需要二次沉淀池，交替運行的氧化溝連二沉淀池都不需要。一般講氧化溝出水水質好和污泥產量低的優(yōu)點是有條件的，當設計采用的污泥負荷較低時，氧化溝接近于延時曝氣的方法，有一部分氧被用來穩(wěn)定溝中的生物污泥，在此條件下確有出水水質好旦—污泥產量少的優(yōu)點，但此時處理一噸污水的能耗自然會較高，且由于設備容積的增加，基建費用也會增加。氧化溝工藝的缺點是由于轉刷式曝氣引起的水溫損失較大，在北方寒冷地區(qū)使用時必須考慮增加防凍措施，從而會增加造價。
　　對于日處理能力在20萬噸到5萬噸的城市污水處理廠，除上述兩類工藝都可以采用外，還可以采用序批式活性污泥法(SBR工藝)。SBR法是將一組活性污泥池分別在“進水→曝氣反應→沉淀→排水→排泥”的循環(huán)順序下運行，以達到連續(xù)進水，連續(xù)處理的目的。此類工藝之所以很少用于20萬噸以上的處理廠是因為處理能力越大需要的池數越多，運行控制程序越復雜。同時由于池壁的增加，使基建投資增加。SBR法的優(yōu)點是對于每一個單池既可作為曝氣池又可以作為沉淀池，在不同運行階段中可以好氧、缺氧的狀態(tài)運行，起到除碳和脫氮除磷的作用。由于多池 組合及其運行條件的可變性，SBR工藝可適用于不同水質和不同的處理要求。對于含反硝化的SBR工藝，由于在同一池內進行反硝化將消耗一部分有機碳，可以節(jié)省除碳的能耗，降低運行費用。對于日處理能力5萬噸以上的污水廠主要采用經典的SBR工藝，而從SBR工藝派生出來的“3A工藝”、“U-NITMJK工藝”等目前應用的經 驗還較少。
　　 日處理能力在1萬噸到5萬噸的城市污水處理廠可采用的技術比較多，近年各種新工藝不斷產生，但總體應用上仍以 活性污泥法為主。根據要求的不同可以分為：
　　(1)以去除有機碳為目的： 活性污泥法、氧化溝、SBR工藝、生物濾池、曝氣生物濾池、接觸氧化法。
　　(2)以除碳脫氮為目的：A／0法、氧化溝、交替運行氧化溝、SBR工藝、CAS工藝、UNI- TANK工藝等。
　　(3)以除碳脫氮除磷為目 的：A2／O法，交替運行氧溝、SBR工藝等。
　　以上工藝中值得注意的是A／O法，氧化溝和SBR法。A／O法是缺氧——好氧生物處理法，該工藝利用缺氧條件下微生物利用化合態(tài)態(tài)氧化有機碳的過程將硝酸鹽還原成氮氣，從而達到脫氮的目的。在脫氮的同時由于利用了化合態(tài)的氧，所以減少了后續(xù)好氧過程中氧化有機碳消耗的氧；在缺氧條件下一些顆粒性的有機物，或大分子的有機物會發(fā)生水解，有利于后續(xù)好氧生物處理過程對有機物的降解。因此，A／O法不僅能脫氮，還可以在相同條件下收到節(jié)能、改善處理效果和抑制絲狀菌生長的作用。氧化溝和SBR工藝在一定的運行條件下也能達到A／O法的效果。氧化溝工藝的運行管理更簡單，而SBR工藝對于每個單池在好氧氧化過程中的純推流反應模式和沉淀時的準靜置沉淀狀態(tài)，使處理設施更加緊湊占地面積更小。
　　日處理能力1萬噸以下的生活污水處理為了運行穩(wěn)定和管理上的方便，除采用上述工藝外，還可以采用固定式生長的生物處理工藝。由于處理設施容積較小，生物填料不會增加很多基建費用。采用此類工藝可以避免微生物的流失，對于缺乏專人管理和運行經驗的小型污水處理站尤為適用。在固定生長的生物處理工藝中最常用的有生物接觸氧化法，曝氣生物濾池和生物流化床。接觸氧化法已有大量的應用實例和運行經驗。生物流化床和曝氣生物濾池相對較新，還缺乏大規(guī)模應用的經驗。前者處理效率高，適用于土地緊缺的地區(qū)；后者出水水質較好，可在考慮污水回用的地方使用。日處理1萬噸以下的規(guī)模為污水處理裝置的設備化提供了發(fā)展空間，在此規(guī)模上可以設計生產出各種設備化的污水處理裝置。
　　對于生活污水的除磷一般采用A2／O工藝。生物除磷工藝的除磷能力是有限的，一般可使出水總磷濃度達到1mg／L，要使出水中總磷濃度降到0.5mg/L，就需要采用化學除磷與生物除磷的聯合處理方法。

厭氫生物處理技術

　　厭氧生物處理技術廣泛應用于城市生活污水處理產生的污泥消化。近年從節(jié)能出發(fā)也在一些國家應用于城市生活污水的處理，但仍處于探索階段。在廢水處理中厭氧生物處理主要應用于工業(yè)廢水處理。由于厭氧微生物在利用有機碳對將其轉化為甲烷，單位碳源利用的微生物產量低，所以厭氧生物處理首先可用于處理高濃度易生物降解的有機廢水，如啤酒生產廢水、屠宰廢水和養(yǎng)殖廢水等。在處理工業(yè)廢水時厭氧生物處理還具有一些特殊的用途，例如可以將慶氧生物處理作為預處理，利用一些復雜有機物在厭氧條件下的水解和分解作用，改善廢水的生物可降解性：對于易產生泡沫的廢水可以采用厭氧生物處理將產生泡沫的物質水解改性，然后再進行厭氧處理。

廢水處理技術的發(fā)展

　　科學技術的發(fā)展給廢水處理技術提供了發(fā)展的機遇。對于大規(guī)模城市污水處理由于工藝技術上基本趨于穩(wěn)定，主要的發(fā)展將在污水處理廠的自動監(jiān)測、運行控制與管理方面的技術。近年歐美國家通過污水廠的儀器化與自動控制已將城市污水廠的處理效率和穩(wěn)定活性大幅度提高。對于中小型生活污水處理技術的發(fā)展將集中于處理系統(tǒng)的集成化和設備化，將發(fā)展組合式和拼裝式污水處理裝置，從而走向系列化標準化的生產模式。工業(yè)廢水處理技術發(fā)展將集中于高濃度、難降解、高含鹽等廢水的處理，其中新型絮凝劑的開發(fā)，厭氧生物處理與好氧生物處理的結合應用，以及膜分離技術將成為發(fā)展的熱點。對于臺難降解有毒有機物的工業(yè)廢水生物強化技術、即通過投加優(yōu)選菌種或基因工程菌有針對性地進行降解具有良好的發(fā)展前景。