環保工程中污水處理工藝及方法探究

王莉香

（臨沂市生態環境局郯城縣分局，山東 臨沂 276100）

引言

近年來環境污染日益嚴峻，污水排放成為重要的環境問題。在環保工程中，污水處理是一項關鍵技術，通過合理的處理工藝和方法可以將污水中的有害物質去除或減少到合理的水平，從而減輕對環境和人類健康的影響。傳統的污水處理工藝包括物理、化學和生物處理，隨著科技的不斷進步，越來越多的先進污水處理工藝和方法得到了應用，例如反滲透、紫外線消毒、高級氧化等技術，同時也不斷涌現出新興的污水處理技術如生物電化學系統、微生物燃料電池等。隨著環境保護法律法規的日益嚴格和全社會環保意識的不斷提高，污水處理工作在環保工程中的地位日益重要。因此，深入研究污水處理工藝和方法，探索先進的技術及其發展趨勢，對于推動環境保護和可持續發展具有重要意義。

1 環保工程中污水處理的意義

1.1 保護水資源

1.1.1 保護水資源

污水處理技術可以有效去除污水中的有害物質，降低污水對水資源的污染，保護水質。清潔的水資源對于人類生產、生活及生態環境都至關重要，合理處理污水可以保障水資源的可持續利用。

1.1.2 預防水環境污染

未經處理的污水直接排放將會對周圍的水環境造成嚴重污染，對水生生物和生態系統產生負面影響。利用污水處理工藝和方法可以有效去除污水中的有害物質，防止污染物進入水體，預防水環境污染的發生。

1.1.3 保障人體健康

未經處理的污水中含有各種有害物質，如細菌、病毒、重金屬等，對人體健康構成潛在威脅。利用合理的污水處理工藝和方法可以有效去除這些有害物質，保障人們飲用水的安全和健康。

1.1.4 符合環境保護法律法規

環境保護法律法規對于污水排放有嚴格的規定，這就要求企業和個人必須合法合規地進行污水處理，并遵守環境保護的相關法律法規要求。合理的污水處理工藝和方法可以降低企業和個人環保法律法規的合規風險。

1.1.5 推動社會的可持續發展

污水處理工作是推動社會可持續發展的重要舉措，合理的污水處理技術可以實現資源的循環利用，例如污水中的有機物和營養物質可以被轉化為能源或肥料，從而減少環境負擔，推動經濟、社會和環境的可持續發展。

1.2 降低污水危害并進行循環利用

第一，污水處理可以有效去除污水中的有害物質，包括懸浮物、有機物、營養物質、重金屬等，且經處理的污水可以被安全排放或進一步利用，減少了水資源的浪費并降低了污染。第二，污水處理可以減少水體富營養化現象，防止水體產生藍藻、水華等有害生物，保護水體生態平衡。合理的污水處理工藝和方法可以去除污水中的營養物質，如氮、磷等，減少水體富營養化的風險，保護水資源的生態健康。第三，污水處理可以降低水源地的污染風險，保護水質。第四，污水處理可以降低水資源的開采壓力。隨著人口增加和經濟發展，對水資源的需求也不斷增加，合理的污水處理可以將污水轉化為可供農業灌溉、城市綠化、工業生產等用途的水資源，減輕對自然水源的開采壓力。第五，污水處理可以促進水資源的循環利用。經過處理的污水可以通過適當的技術手段進行再利用，例如灌溉農田、生態濕地建設、城市景觀用水等，實現水資源的循環利用，提高水資源利用效率。

2 污水處理工藝分析

2.1 生物處理工藝

2.1.1 活性污泥法

活性污泥法是將含有有機污染物的污水與具有降解能力的微生物接觸的一種生物處理工藝。該方法通過調控反應器內的氧氣、溫度、pH值等條件，使微生物降解污水中的有機物，并形成活性污泥顆粒，再通過沉淀或過濾的方式進行分離。

2.1.2 曝氣法

曝氣法是通過將空氣或氧氣通入污水中，供微生物降解有機物的工藝，包括表面曝氣和深層曝氣兩種方式。表面曝氣通常采用曝氣池或曝氣溝，深層曝氣通常采用曝氣生物濾池。曝氣法能夠提供充足的氧氣，促進微生物的生長和有機物的降解。

2.1.3 生物膜法

該方法是在固體支撐體上生長微生物膜，通過微生物膜降解污水中的有機物，包括生物膜濾池、生物膜反應器等。微生物膜能夠提供較大的附著面積，有利于微生物生長和有機物降解。

2.1.4 厭氧處理工藝

厭氧處理工藝是在缺氧或無氧條件下進行生物處理的方法，通過厭氧微生物對有機物進行降解。常見的厭氧處理工藝包括厭氧消化池、厭氧濾池等。該工藝可以在無氧情況下降解有機物，適用于一些污水中氧氣供應不足的情況[1]。

2.2 物理處理工藝

2.2.1 沉淀法

沉淀法是利用重力作用將污水中的固體顆粒沉降到底部形成污泥。常見設備包括沉淀池、沉淀池攪拌器、沉淀池澄清區等。通過沉淀有效去除污水中的懸浮固體顆粒，如懸浮顆粒、污泥等。

2.2.2 過濾法

過濾法是利用濾材攔截污水中的固體顆粒，常見的過濾設備包括砂濾器、活性炭濾器、纖維濾器等。通過不同孔徑和層次的濾材，有效去除污水中的懸浮固體、顏色和異味等。

2.2.3 空氣浮選法

該方法是利用氣泡將污水中的懸浮物或沉淀物浮起到液體表面，實現固液分離的一種方法。常見的空氣浮選設備包括氣浮池、氣浮機等。通過在水中注入氣泡，形成氣泡與懸浮物或沉淀物的附著，從而使其浮到水面，便于后續的固液分離。

2.2.4 蒸發

蒸發是利用高溫蒸發污水中的水分，實現污染物的濃縮和分離，通常用于高濃度污水處理。蒸發可以實現污水體積減小和濃縮固體物質的目的，便于后續的處理或處置。

2.3 化學處理工藝

2.3.1 氧化法

氧化法是通過引入氧化劑使污水中的有機物或無機物發生氧化反應，從而將其轉化為較為穩定的物質。常見的氧化劑包括氯氣、次氯酸、臭氧、過氧化氫等。氧化法可以有效降解有機物，如有機溶解物、重金屬離子、氨氮等。

2.3.2 沉淀/絮凝法

化學沉淀和絮凝法是通過添加化學藥劑使污水中的懸浮物或溶解物發生化學反應，從而形成沉淀物或凝結物并與固液分離。常見的化學藥劑包括氫氧化鈣、氯化鐵、聚合氯化鋁等。該方法可以去除污水中的懸浮物、膠體物質、重金屬離子等。

2.3.3 中和/調節pH值法

中和/調節pH值法是通過添加化學藥劑改變污水的酸堿性質，從而達到中和反應或調節pH值的一種方法。常見的中和藥劑包括石灰、碳酸氫鈉等。該方法可以對抗酸性或堿性污水，并控制污水的酸堿平衡，有助于后續處理步驟的進行。

2.3.4 吸附法

吸附法是通過添加吸附劑將污水中的污染物吸附到固體表面，從而去除污染物。常見的吸附劑有活性炭、沸石、聚合物等。該方法可以去除污水中的有機物、色素、重金屬離子等[2]。

3 環保工程中污水處理技術的選擇和應用

3.1 污水水質特性

3.1.1 化學需氧量（COD）

COD是污水中有機物質的測量指標，表示單位體積污水中所含的有機物質需要消耗的氧量。高COD值通常表示污水中有機物質的含量較高，需要采取相應的處理措施。

3.1.2 生化需氧量（BOD）

BOD是污水中有機物質生物降解的測量指標，表示單位體積污水中所含的有機物質能被生物降解的能力。BOD值可以用于評估污水的生物降解性能，從而確定合適的生物處理工藝。

3.1.3 總懸浮物（TSS）

TSS是污水中懸浮顆粒物的測量指標，包括懸浮固體和懸浮液體。高TSS值通常表示污水中懸浮顆粒物的含量較高，可能會導致污水處理過程中出現懸浮物沉淀、堵塞和污染等問題。

3.1.4 總氮（TN）和總磷（TP）

TN和TP是污水中氮和磷的測量指標，這兩種元素是水體中的營養物質，過多的氮和磷會導致水體富營養化，引發水體藍藻水華等環境問題。因此，控制污水中的氮和磷含量對于保護水環境至關重要。

3.1.5 pH值

pH值是污水酸堿性的測量指標，對于生物處理過程的穩定性和效果具有重要影響。不同的處理工藝對pH值有不同的要求，因此需要在污水處理過程中監測和調整pH值。

3.1.6 溫度

污水的溫度也會對污水處理過程產生影響，高溫和低溫都可能對生物處理過程的效果和運行穩定性產生影響，因此需要在處理過程中對污水的溫度進行監測和控制。

3.2 處理效果要求

3.2.1 出水水質符合排放標準

污水經處理后的出水水質應符合國家、地區或行業規定的排放標準，包括化學需氧量、生化需氧量、總氮、總磷、懸浮物等指標的限值同，確保處理后的污水不會對水體和環境造成污染。

3.2.2 滿足再利用要求

經處理的污水可用于農田灌溉、工業用水或其他用途，但需要滿足相應的再利用要求，如對微生物、營養物質、重金屬等含量的限制。

3.2.3 生物降解效果良好

對于采用生物處理工藝的污水處理系統，要求處理過程中有機物質的生物降解效果良好，即COD、BOD的去除率達到預期要求，確保處理過程穩定、可靠且具有良好的生物處理效果。

3.2.4 特殊污染物的去除

對于特定的污水處理項目，如工業廢水處理、醫療廢水處理等，可能存在特殊污染物，如重金屬、有機化合物、藥物等，所以需要去除這些污染物，以確保出水符合相應要求。

3.2.5 符合節能減排要求

在環保工程中，節能減排也是一個重要要求。污水處理系統應該在能源消耗和減排方面盡可能優化，通過采用先進技術和管理手段，減少處理過程中的能源消耗和污染物排放。

3.3 投資成本

3.3.1 項目規模

污水處理項目的規模越大，通常投資成本就會越高。大規模的項目可能需要更多的土地、更大容量的處理設備、更復雜的處理工藝以及更高的建設和運營管理成本。

3.3.2 處理工藝

不同的污水處理工藝投資成本不同，例如，生物處理工藝通常需要建設生物反應器、曝氣設備、污泥處理設備等；物理處理工藝可能需要建設沉淀池、過濾設備、混凝劑投加系統等；化學處理工藝可能需要投資較高的化學投加系統和化學藥劑；混合處理工藝則可能需要同時建設多個處理單元，如生物處理單元和物理/化學處理單元，因而投資成本相對較高。

3.3.3 水質的要求

不同水質要求對處理工藝和設備的要求也不同，投資成本也不同。例如，高水質要求的污水處理項目，可能需要采用更先進的處理工藝和設備，因而投資成本較高。而一些低水質要求的項目，可以采用較簡單的處理工藝和設備，投資成本相對較低。

3.3.4 設備選型

不同的處理設備品牌、型號和質量也會對投資成本產生影響。一些高品質的處理設備通常價格較高，但可能具有更好的性能、更長的壽命和更低的運維成本，從長期看可能會取得更大的經濟效益。而一些低價位的設備雖然價格較低，但性能和壽命可能存在一定的缺陷。

3.3.5 用地條件

項目所需用地條件也會對投資成本產生影響。若項目用地條件復雜或需要大規模的土地開發，會增加項目的總體成本。

3.3.6 施工周期

施工周期的長短也會對投資成本產生影響。如果項目施工周期設置過短，為了趕工期會增加人員數量，由此導致人力資本增加。而如果施工周期過長，在每日成本固定情況下，工期越長，成本也就越高。

4 污水處理技術的發展趨勢

4.1 綠色、可持續和低碳技術

隨著人們環保和可持續發展意識的不斷提高，污水處理技術趨向于綠色、可持續和低碳化。例如，采用生物處理工藝中的高級氧化工藝（如生物膜反應器、厭氧/好氧工藝等）可以實現對廢水的高效處理，并減少能耗和化學藥劑的投加。同時，采用可再生能源如太陽能、風能等作為能源來源，可以減少對傳統能源的依賴，從而降低碳的排放。

4.2 先進的水質處理技術

隨著社會和經濟的發展，人們對水質的要求不斷提高，傳統的污水處理技術已經無法滿足人們對高水質的要求。因此，先進的污水水處理技術逐漸成為污水處理領域的發展趨勢。例如，采用先進的膜技術（如反滲透、超濾、納濾等）可以實現對水質的高級處理，能夠去除更小的顆粒和有機物質，從而提高出水的水質。

4.3 智能化和數字化技術

隨著信息技術的快速發展，智能化和數字化技術在污水處理領域的應用越來越廣泛。例如，采用自動化控制系統、遠程監控和數據分析技術可以實現對污水處理過程的精確控制和優化管理，進而提高污水處理效果和運營效率。

4.4 實現污水的綜合利用和資源化

傳統的污水處理技術注重對污水的去除和排放，而先進技術越來越注重對污水的綜合利用和資源化。例如，通過污泥處理和資源化利用，可以將污泥轉化為能源、肥料或其他有價值的產品，從而實現污泥的資源化利用并減少處置成本[3]。

5 結語

污水處理工藝和方法在環保工程中具有非常重要的作用，對于維護水環境質量、保護生態系統和人體健康具有重要意義。隨著環保法律法規的不斷完善和全社會對環境保護的日益關注，污水處理技術也在不斷發展和創新。目前，污水處理技術呈現出綠色、可持續、低碳化、先進水質處理、智能化和數字化、綜合利用和資源化、去中心化和本地化等趨勢。通過采用生物處理工藝中的高級氧化工藝、先進的膜技術、自動化控制系統、遠程監控和數據分析技術，可以實現對污水的高效處理、優化管理和資源化利用。然而，污水處理工藝和方法的選擇和應用需要根據具體情況而定，包括污水的性質、處理要求、經濟可行性等因素。同時，還需要注重運營和管理的規范性和可持續性，以確保污水處理設施長期穩定地運行并達到預期的環保效果。總之，污水處理工藝和方法的探究和應用對于保護水環境、推動環保工程可持續發展具有非常重要的意義，相關技術人員要不斷推動科技創新和管理創新，進一步實現經濟、社會和環境的協同發展。