污水處理技術(shù)的方法原理、問題與發(fā)展趨勢

夏邦天 鄒斌 趙罡 周偉華

1，上海市青浦區(qū)給水排水管理所 201700

2，上海市青浦區(qū)污水處理廠 201700

3，上海市青浦區(qū)水務(wù)行政執(zhí)法支隊 201700

污水處理技術(shù)的方法原理、問題與發(fā)展趨勢

夏邦天1鄒斌1趙罡2周偉華3

1，上海市青浦區(qū)給水排水管理所 201700

2，上海市青浦區(qū)污水處理廠 201700

3，上海市青浦區(qū)水務(wù)行政執(zhí)法支隊 201700

闡述了傳統(tǒng)污水處理的方法原理和優(yōu)缺點，分析了當(dāng)前污水處理存在的主要問題：二次污染、難降解工業(yè)廢水的有效處理、面源污染及由此造成的水體富營養(yǎng)化，展望了污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。

工業(yè)革命以來，特別是近半個世紀(jì)，隨著世界范圍內(nèi)人口的迅猛增長和工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水和生活污水。對于污水的各種處理技術(shù)，按照其方法原理可分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法三類。

1 傳統(tǒng)污水處理的主要方法

1.1 物理方法 利用物理作用分離、去除污水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，處理過程中不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)。常用的物理方法有格柵、篩網(wǎng)、過濾、沉淀、氣浮和離心分離等。其優(yōu)點在于工藝簡單，費用低廉，但處理效果較差，一般作為污水的預(yù)處理和初級處理。

1.2 化學(xué)方法 通過化學(xué)反應(yīng)去除污染物或改變污染物的性質(zhì)，使之無害化。主要處理方法有中和、化學(xué)沉淀、氧化還原、電解、離子交換、化學(xué)吸附、電滲析等。化學(xué)方法處理效果較好，但運行費用較高，有些化學(xué)藥劑具有生物毒性，易造成二次污染。

1.3 生物方法 利用自然界中各種微生物的代謝作用將污水中的有機污染物分解、轉(zhuǎn)化為無機物，使污水得到凈化。生物處理是目前應(yīng)用最廣泛且有效的一種方法，分為好氧處理和厭氧處理兩大類，好氧處理又包括活性污泥法和生物膜法，活性污泥法中的微生物無附著載體，呈懸浮狀態(tài)，而生物膜法的微生物有固定的附著載體，微生物可以附著在上面形成生物膜。生物處理方法的優(yōu)點是效果較好，費用低廉，僅相當(dāng)于化學(xué)方法所需費用的1/3～1/2，缺點在于占地面積較大，處理時間長，不能有效處理難降解工業(yè)廢水。

2 當(dāng)前污水處理存在的主要問題

2.1 二次污染問題 現(xiàn)有的傳統(tǒng)處理方法多為預(yù)處理—生物處理—深度處理的三級模式，在分解、轉(zhuǎn)化廢水中原有污染物的同時，有時會在水體產(chǎn)生新的有毒、有害的中間產(chǎn)物，另外大量生物污泥、化學(xué)污泥的處理、處置也是一個棘手問題，處理不當(dāng)極易對周圍環(huán)境造成二次污染。

2.2 難降解工業(yè)廢水的有效處理 隨著化學(xué)技術(shù)（特別是有機合成工業(yè)）的飛速發(fā)展，各種難降解、有生物毒性的人工合成有機物大量涌現(xiàn)，自然界中的微生物不能有效降解這些有機廢水，導(dǎo)致很多工業(yè)廢水（焦化、印染、農(nóng)藥等廢水）無法達(dá)標(biāo)排放。

2.3 面源污染及由此造成的水體富營養(yǎng)化 農(nóng)業(yè)灌溉、畜禽養(yǎng)殖及城市地表徑流等面源污染由于收集困難、水量巨大，無法使用固定的污水處理構(gòu)筑物有效處理，大量的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)流入受納水體，造成水體富營養(yǎng)化。國內(nèi)太湖、巢湖和滇池因富營養(yǎng)化而頻繁暴發(fā)藍(lán)藻水華，給當(dāng)?shù)鼐用裆睢⒊鞘新糜魏徒?jīng)濟發(fā)展帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

3 污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

為了克服傳統(tǒng)污水處理方法的問題與不足，適應(yīng)不斷提高的污水處理要求，各種新興的污水處理技術(shù)應(yīng)運而生。

3.1 高級氧化技術(shù) 通過使用氧化劑、催化劑、聲、光、電等，在反應(yīng)中產(chǎn)生活性極強的自由基（主要是·OH），再通過自由基氧化、分解有機物，使廢水中難降解的大分子有機物降解、轉(zhuǎn)化為低毒或無毒的小分子有機物，甚至直接分解為C O2、H2O等無機物，達(dá)到無害化。主要包括光化學(xué)催化法、超聲氧化法、電催化氧化法、超臨界氧化法、Fenton試劑法等，具有處理效率高、對有毒污染物破壞徹底等優(yōu)點，逐漸應(yīng)用于有毒難降解工業(yè)廢水如制藥、精細(xì)化工、印染等有機廢水的處理中。高級氧化技術(shù)無毒、降解徹底，是典型的綠色水處理技術(shù)，以其巨大的潛力及獨特的優(yōu)勢成為近年來環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域競相研究的熱點，并迅速在水處理中得到推廣應(yīng)用。

3.2 基因工程 盡管難降解化合物在自然界中可能會經(jīng)自然形成的微生物群體的協(xié)同作用而緩慢降解，但一般需要一個漫長的過程而失去實際意義。針對某些特定的有毒廢水或成分單一的高濃度有機廢水，為了提高污水凈化效率，通過轉(zhuǎn)基因、質(zhì)粒育種、固定化微生物等基因工程方法選育出具有較高降解活性的菌種，進(jìn)行培養(yǎng)后用于廢水處理，可大大提高處理效率和效果。 日本將嗜油酸單孢桿菌的耐汞基因轉(zhuǎn)入腐臭單孢桿菌，該菌株能把汞化物吸收到細(xì)胞內(nèi)，用它處理污水既能解決汞污染問題，又使汞得以回收。美國利用D N A重組技術(shù)把降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接,轉(zhuǎn)移到某一菌體中構(gòu)建出可同時降解4種有機物的“超級細(xì)菌”,用之清除石油污染,在數(shù)小時內(nèi)可將水上浮油中的2/3烴類降解完，而天然菌株需一年之久 。通過基因工程構(gòu)建高效降解污染物的基因工程菌，必將對污水的凈化起到變革性的作用。

3.3 膜分離技術(shù) 利用天然或人工膜，以外界能量或化學(xué)位差作推動力，對水溶液中雜質(zhì)進(jìn)行分離、提純的方法，依據(jù)膜孔孔徑可分為微濾（M F）、超濾（U F）、納濾（N F）和反滲透（R O）等。膜分離技術(shù)作為一種新興的水處理技術(shù)，對水中雜質(zhì)攔截效率高，出水水質(zhì)好，工藝日趨成熟，隨著膜制造成本的逐漸降低和膜污染問題的改善，該技術(shù)在污水深度處理和中水回用方面必將得到廣泛應(yīng)用。

3.4 生態(tài)處理與生態(tài)修復(fù) 運用生態(tài)學(xué)原理，采用生態(tài)工程與環(huán)境工程相結(jié)合的手段對污水進(jìn)行治理與水資源利用，主要包括土地處理系統(tǒng)、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)、人工濕地、活機器、蚯蚓生態(tài)濾池等。與傳統(tǒng)環(huán)境工程相比，生態(tài)工程是一項低能耗、多效益、無二次污染、可持續(xù)的工程體系，在治理污染的同時，可以取得生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一，尤其適用于面源污染治理和受污染水體的生態(tài)修復(fù)。

3.5 各種單元技術(shù)的優(yōu)化組合 各種處理技術(shù)自身的優(yōu)勢、不足和污水的水質(zhì)特點決定了不可能通過單一技術(shù)實現(xiàn)對污水的有效治理，由多個處理單元組成的工藝流程是必然選擇。在保證出水水質(zhì)的前提下盡可能地縮短和簡化工藝流程，克服傳統(tǒng)污水處理工藝流程復(fù)雜的弊端，利用最合理的時空安排，通過對多種單元技術(shù)的優(yōu)化組合，實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定工作的集成技術(shù)和一體化裝置，符合污水處理廠的運行要求和污水處理的發(fā)展方向，因而也是污水處理技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

水是一切生物賴以生存的基礎(chǔ)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源。水環(huán)境是人類環(huán)境的重要組成部分和控制性因素，控制水污染、保護(hù)水環(huán)境是環(huán)境科學(xué)的重要任務(wù)。隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，污水治理技術(shù)也在不斷發(fā)展中，原有的污水處理工藝不斷改進(jìn)、完善，新的污水處理工藝不斷產(chǎn)生，這些工藝技術(shù)的推廣、應(yīng)用，對于遏制水污染、保護(hù)水環(huán)境和實現(xiàn)經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展必將發(fā)揮重要的現(xiàn)實作用和產(chǎn)生深遠(yuǎn)的歷史意義。

[1]高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程（第三版）[M].北京：高等教育出版社.2007.

[2] Mackenzie L Davis, David A Cornwell,王建龍(譯).環(huán)境工程導(dǎo)論(第三版)[M].北京:清華大學(xué)出版社.2002.

[3]張自杰.排水工程(第四版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2000.

[4]徐文梅，曹軍勝，鄧振山.基因工程的研究現(xiàn)狀與前景[J].延安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.2005,24(3).

[5]張旋，王啟山.高級氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù).2009,35(3).