環(huán)境工程中城市污水處理技術(shù)的應(yīng)用

李娜 平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦

一、城市污水的主要來源分析

（一）城市居民生活污水

目前，我國社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市居民生活水平和質(zhì)量進(jìn)一步提高，強(qiáng)烈地刺激了居民消費(fèi)，消費(fèi)不僅帶來了城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時也帶來了各種生活垃圾，導(dǎo)致生活廢水劇增，且呈逐年增長趨勢，加大了城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間的矛盾。以前很長一段時間，針對生活污水處理和管理存在嚴(yán)重不足，技術(shù)不夠先進(jìn)，管理不夠到位，無法很好地進(jìn)行污水處理，甚至一些城市將生活污水直接排出河水，加重了城市水資源污染的程度，增加了城市污水處理的難度和成本，甚至破壞了城市水系統(tǒng)。作為城市污水的主要來源之一，生活污水處理難度大，且復(fù)雜，因此，一定要根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃和環(huán)境工程建設(shè)需求，采取切實(shí)可行的污水處理技術(shù)，做好污水處理管控。

（二）工業(yè)廢水的排放

我國已進(jìn)入工業(yè)4.0時代，工業(yè)化水平不斷提升。工業(yè)廢水是工業(yè)生產(chǎn)排出的廢棄物，也是城市污水的主要構(gòu)成成分。伴隨工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量的增加，工業(yè)廢水排放仍舊居高不下，相比生活污水，工業(yè)廢水成分更加復(fù)雜，且化學(xué)成分多，危害性更大。若無法有效處理工業(yè)廢水，把控廢水排放量，將會對城市居民生活用水、地下水和城市水資源造成不利影響。因此，相關(guān)部門應(yīng)加大工業(yè)廢水排放管理力度，健全相關(guān)法律法規(guī)，提高執(zhí)法檢查力度，保證無污染排放、零排放。此外，在工業(yè)廢水處理當(dāng)中，相關(guān)企業(yè)和單位，也要積極引進(jìn)先進(jìn)的處理設(shè)備和工藝，實(shí)現(xiàn)污水處理技術(shù)創(chuàng)新，加大污水處理資金投入，加大環(huán)境保護(hù)力度。

（三）城市降水和部分受污染的地表水

隨著大氣污染程度的加劇，空氣中漂浮了大量小顆粒狀污染物，如粉塵、煙、霧等，甚至還包括有害氣體，如CO等。在雨水下落過程中，空氣內(nèi)的雜質(zhì)、有害物也會隨之流入地表水體，增加水體內(nèi)污染有機(jī)物的含量，影響城市水質(zhì)量。針對這一類水污染問題，需定期做好地表水監(jiān)測工作，結(jié)合城市規(guī)劃和環(huán)境工程建設(shè)情況，建立及完善地表水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，做好數(shù)據(jù)跟蹤觀察與分析，為完善城市水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)支撐。

二、環(huán)境工程中城市污水處理常見技術(shù)類型

（一）活性污泥法

目前，活性污泥法是多數(shù)污水處理廠污水處理的方法之一，曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)等部分構(gòu)成了活性污泥法，其原理為通過懸浮生長的微生物絮體進(jìn)行有機(jī)廢水一類好氧生物的處理?；钚晕勰啾闶俏⑸镄躞w，其主要組成成分為好氧微生物及其代謝、吸附的有機(jī)物與無機(jī)物等，針對水內(nèi)有機(jī)污染物其具有降解效用。作為一個生物化學(xué)反應(yīng)器，活性污泥法在曝氣池內(nèi)屬于一個完整的系統(tǒng)，即“液相—固相—?dú)庀唷比嗷旌舷到y(tǒng)，其反應(yīng)過程如圖1所示。

活性污泥法具有良好的處理效果，可污水處理過程中具有較高的凈化程度和穩(wěn)定性。在具體處理環(huán)節(jié)，可結(jié)合實(shí)際情況，對污水處理程度的高低進(jìn)行適度調(diào)節(jié)?；谏鲜鰞?yōu)勢，在污水處理方面?zhèn)鹘y(tǒng)的活性污泥法應(yīng)用較為廣泛。然而，一旦活性污泥法曝氣池內(nèi)具有較高有機(jī)污染物負(fù)荷，將加快耗氧速度，為避免曝氣池因缺氧等問題，產(chǎn)生厭氧問題，需在合理范圍內(nèi)控制進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷。換言之，活性污泥法在濃度較高的污水處理中效果一般。此外，為提高去污效果，活性污泥法往往需要很大的曝氣池容量，會增加占地面積和建設(shè)成本，甚至?xí)霈F(xiàn)污泥膨脹等問題，進(jìn)而加大日常管理難度。為解決上述缺陷，在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)出來，比如，SBR工藝、氧化溝工藝等，很大程度上，改進(jìn)后的污水處理技術(shù)能夠進(jìn)一步提升污水處理效果。

（二）膜技術(shù)

膜技術(shù)也被稱為膜分離技術(shù)，是指分子水平上粒徑各異的不同混合物在半透膜通過時，可達(dá)到選擇性分離的效果。按照孔徑大小進(jìn)行劃分，可將膜技術(shù)分為不同類型，按照孔徑由小到大排序，常見類型包括：反滲透（＜0.0001μm）—納濾（0.001～0.0001μm）—超濾（0.01～0.001μm）—微濾（0.01～10μm）。

（1）反滲透膜技術(shù)。在上述四種膜技術(shù)當(dāng)中，反滲透膜技術(shù)孔徑最小，其主要用于去除水溶液當(dāng)中的溶解性鹽類。被截留物質(zhì)主要為水和溶劑，而無機(jī)鹽、糖類、氨基酸等則會被透過。

（2）納濾膜技術(shù)。納濾膜技術(shù)主要去除目標(biāo)為分子量200～2000Da，當(dāng)水和溶劑等分子量在200Da以下時，則會被截留。透過物主要包括溶質(zhì)、糖類和染料等。

（3）超濾膜技術(shù)。超濾膜技術(shù)主要去除5～100nm的顆粒，溶劑、離子和小分子均會被截留，僅蛋白質(zhì)、乳膠等可透過。

（4）微濾膜技術(shù)。相比之下，微濾僅能去除粒徑大于50nm的顆粒，例如懸浮物、微粒子、細(xì)菌等等，水、溶劑和溶解物均可透過。

三、案例分析

城市污水內(nèi)的氮化物由于受到微生物的催化作用，將會逐步分解為氨基酸，隨后經(jīng)過一系列反應(yīng)，將會形成有機(jī)物酸，并釋放大量氨。在好氧環(huán)境下，氨化后的有機(jī)物逐步產(chǎn)生硝化反應(yīng)，生成硝酸鹽。通過活性污泥法的生物膜反應(yīng)器作用，硝化菌將會在反應(yīng)器內(nèi)不斷繁殖，此外，反應(yīng)器內(nèi)的載體將會給微生物的生存提供空間條件，保持良好的微生物活性，將會大大提高污水除氮能力。為此，本文以城市污水處理為研究對象，采用生物膜除氮方案進(jìn)行污水處理研究。

圖1 活性污泥法傳質(zhì)過程圖

（一）材料選擇

污水除氮生物膜技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中往往需要各種不同的填料，比如，工業(yè)廢水、生活污水等等。此次研究以某化工廠廢水為樣本，試驗(yàn)中選取800mL蒸餾水，并將NH4Cl、NaHCO3、MgSO4按照一定比例摻加到水內(nèi)。在配制營養(yǎng)母液時，可按表1選擇不同材料。根據(jù)配置比例模擬氨氮濃度的城市污水，并為微生物生存提供一定營養(yǎng)成分，即摻加適量葡萄糖。

（二）實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)具體情況，選擇90.5L的曝氣生物濾池容積，在選擇污水樣品時，可從濾池底部配水并通過流濾料層，將上層漂浮的濾料緊實(shí)，水過濾之后，利用曝氣生物濾池向下一個處理單元聚集。此時可通過液體流量計對過濾池內(nèi)的處理流量進(jìn)行精準(zhǔn)管控，確保所有過濾器水力負(fù)荷一致。

根據(jù)試驗(yàn)要求，污水在曝氣3天后摻入，掛膜環(huán)節(jié)需控制好進(jìn)水總氨氮濃度，一般為0.8mg/L，無須摻加亞硝酸鹽氮。同時，在3～5 mg/L之間控制COD濃度，整個系統(tǒng)的水力停留時間可利用流量計調(diào)整。

（三）結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，掛膜初期環(huán)節(jié)，進(jìn)水總氨氮濃度為0.08～0.10 mg/L之間，且濾池出水氨氮濃度在0.058 mg/L以下，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至第五天后，去除率也隨之增長，從66.8%增加到了88.7%，運(yùn)行到第六天后，去除率仍在提升，增至90%以上，并成功掛膜。

待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定之后，所得結(jié)果如表2所示。

通過表2可見，整個系統(tǒng)具有較為穩(wěn)定的除氮性能，可達(dá)到城市污水處理規(guī)范要求，符合居民日常生活用水標(biāo)準(zhǔn)。

在水質(zhì)分析當(dāng)中，除氨氮之外，PH值以及溫度等方面同樣會影響污水處理效果。據(jù)本次實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，若水溫在16℃以下，污水內(nèi)的氨氮去除效果將受到很大影響，去除率大幅下降，平均去除率小于30%。隨著水溫的不斷增加，污水內(nèi)的氮化物去除率也將隨之增長，去除率將由原來的30%以下，逐步提升到70%以上，甚至更高。究其原因在于溫度低于16℃時，酶活性不斷下降，將會嚴(yán)重影響污水內(nèi)細(xì)菌生存環(huán)境當(dāng)中的營養(yǎng)供給，進(jìn)而削弱污水內(nèi)有機(jī)物的氧化能力。

表1 摻加成分及用量

表2 系統(tǒng)除氮效果數(shù)據(jù)

在污水氨氮去除率方面，PH值影響較大。當(dāng)PH值處于7.0～8.2之間，氨氮去除率高達(dá)80%左右。當(dāng)PH值小于7.0，則氨氮去除率將隨之下降，進(jìn)而影響整體污水處理效果。

四、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前，全球水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，在全球水資源總量當(dāng)中，中國淡水資源總量僅占6%左右。且我國人口總數(shù)在14億人以上，人均占有量極低，為了滿足人們的水需求量，地下水被大量開采，地下水位持續(xù)下降，已成為可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市污水排放量越來越高，給污水處理帶來了巨大壓力。污水處理是環(huán)境工程關(guān)注的重點(diǎn)之一，提高污水處理效率，緩解水污染，才能保護(hù)水環(huán)境，保證城市與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展。