在我國(guó)，絕大部分江河湖泊都不同程度地受到污染。這主要是與我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及污水處理水平有關(guān)。我國(guó)目前工業(yè)廢水治理率不足70%，達(dá)標(biāo)率不到50%，年排放18900896t生活污水，其中80%未經(jīng)處理直接排放。水體質(zhì)量正逐步惡化，如果不采取行之有效的措施，有朝一日，惡化的水體將對(duì)人類的生存造成威脅。
自從改革開放以來(lái)“隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市污水排放量持續(xù)增加。1997年,全國(guó)城市污水年排放量達(dá)到351億m3,而污水處理率只有25.84%,其中集中處理率僅為13.65%”。因此提高處理率以及處理的技術(shù)成了當(dāng)今城市污水處理技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。
1、傳統(tǒng)上廢水的處理方法分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法的去除對(duì)象是水中不溶解的懸浮物質(zhì)?；瘜W(xué)法是指向廢水中投加化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到凈化廢水的目的。生物法指采取一定的人工措施，創(chuàng)造微生物生長(zhǎng)、繁殖的環(huán)境，使微生物大量繁殖，從而提高微生物氧化、分解有機(jī)污染物的一種技術(shù)。生物法主要用于去除廢水中呈溶解態(tài)和膠態(tài)的有機(jī)物，與物理和化學(xué)法相比，生物處理在去除廢水中有機(jī)碳、硫、氮、磷等污染物質(zhì)方面，存在許多優(yōu)越之處.
1.1傳統(tǒng)活性污泥法
活性污泥法自1914年由Arden和Lockett開創(chuàng)至今，已經(jīng)過(guò)90年的發(fā)展與實(shí)踐，在供氧方式、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、反應(yīng)器形式等方面不斷得到革新和改進(jìn)。總的說(shuō)來(lái)，活性污泥法的主要優(yōu)點(diǎn)是能以相對(duì)合理的費(fèi)用得到優(yōu)良的出水水質(zhì)，這是因?yàn)榕欧胖凹?xì)胞物質(zhì)就從廢水中去除;主要缺點(diǎn)是可控制性差。要達(dá)到期望的水質(zhì)，往往需要復(fù)雜的操作能，提高微生物對(duì)環(huán)境和水質(zhì)變化的適應(yīng)能力。
1.2生物膜法
生物膜法和活性污泥法一樣，都是利用微生物來(lái)去除廢水中有機(jī)物的方法。但在活性污泥法中，微生物處于懸浮生長(zhǎng)的狀態(tài)，所以活性污泥法處理系統(tǒng)又稱為懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)。而生物膜法中的微生物則附著在某些物質(zhì)的表面，所以生物膜法處理系統(tǒng)又稱為附著生長(zhǎng)系統(tǒng)。生物膜法主要包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床法等。
研究者和工程師們的關(guān)注，又涌現(xiàn)出大量新型的單一或復(fù)合式生物膜反應(yīng)器(Hybrid bio—reactors)，如微孔膜生物反應(yīng)器(Membrane Biofilm Reactor)、氣提式生物膜反應(yīng)器(Air—lift Biofilm Reactor)、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(Moving Bed Biofilm Reactor)、復(fù)合式活性污泥生物膜反應(yīng)器(Hybrid Activated Sludge—Biofilm Reactor)、序批式生物膜反應(yīng)器(Sequencing Batch Biofilm Reactor)、升流式厭氧污泥床——厭氧生物濾池(UASB—AF)及附著生長(zhǎng)穩(wěn)定塘(Attached—growth Ponds)，等等。目前，生物膜法需研究改進(jìn)的主要技術(shù)問(wèn)題有：在理論研究上須有所發(fā)展和突破;工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化;研究適用的輕質(zhì)高強(qiáng)、價(jià)廉、使用壽命長(zhǎng)的濾池濾料;生物膜法除磷脫氮的研究。
1.3生物接觸氧化法
生物接觸氧化法是界于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝。接觸氧化池內(nèi)設(shè)有填料，部分微生物以生物膜的形式附著生長(zhǎng)于填料表面，部分則是絮狀懸浮生長(zhǎng)于水中。因此它兼有活性污泥法與生物濾池二者的特點(diǎn)。由于其中濾料及其上生物膜均淹沒(méi)在水中，故又稱之為淹沒(méi)式生物濾池。生物接觸氧化裝置的形式很多，根據(jù)水流狀態(tài)不同可分為分流式和直流式，從供氧方式上可分為鼓風(fēng)曝氣式、機(jī)械曝氣式、灑水式和射流曝氣式。生物接觸氧化池的填料大多是蜂窩狀，目前應(yīng)用較好的是全面曝氣的網(wǎng)狀組合填料，纖維填料具有較好的應(yīng)用前景?？偟膩?lái)說(shuō)，生物接觸氧化法的特點(diǎn)是：具有較高的容積負(fù)荷;不存在污泥膨脹問(wèn)題，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便;對(duì)水質(zhì)水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。
總的說(shuō)來(lái)，傳統(tǒng)的廢水生物處理方法無(wú)論在設(shè)計(jì)理論和實(shí)際運(yùn)行管理等方面，都有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。但是，隨著石油化工和有機(jī)化工的發(fā)展，有機(jī)物的種類和數(shù)量不斷增加，需要處理的城市廢水水質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜，需要研究開發(fā)新的廢水處理生物技術(shù)。另外，隨著水資源的日益緊張和人們環(huán)保意識(shí)的提高，進(jìn)一步尋求能夠高效除去生物難降解物質(zhì)和氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也要求研究開發(fā)新的廢水處理生物技術(shù)。
2、近年來(lái)推出的污水處理新技術(shù)
近年來(lái)城市污水處理技術(shù)的發(fā)展方向主要有：對(duì)傳統(tǒng)的活性污泥法流程和技術(shù)進(jìn)行革新，使之更為經(jīng)濟(jì)合理;研究開發(fā)可以代替活性污泥法的處理流程和技術(shù);研究開發(fā)目標(biāo)為城市廢水回用的處理流程和技術(shù)，由此開發(fā)了許多廢水處理的新工藝，如吸附生物降解(AB)工藝，序批式間歇反應(yīng)器(SBR)、膜分離活性污泥法、氧化溝工藝等。
2.1 AB法
AB法是吸附生物降解法(Adsorption Bio—degradation)的簡(jiǎn)稱，是聯(lián)邦德國(guó)亞琛大學(xué)B.Bohnke教授于20世紀(jì)70年代中期在傳統(tǒng)兩段活性污泥法(Z—A法)和高負(fù)荷活性污泥法基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新工藝，屬超高負(fù)荷活性污泥法，在技術(shù)上有突破。適合經(jīng)濟(jì)水平不高的中小城市。該工藝的主要缺點(diǎn)是污泥產(chǎn)量較高。該工藝在我國(guó)一些城市已有應(yīng)用，如深圳市羅芳污水處理廠。
2.2 SBR法。
SBR法是間歇式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，近年來(lái)，由于電子工業(yè)發(fā)展，污水處理廠的整個(gè)系統(tǒng)做到了自控運(yùn)行，為活性污泥法的間歇式運(yùn)行在技術(shù)上創(chuàng)造了條件。主要變形工藝有間歇式循環(huán)延時(shí)活性污泥工藝(ICEAS)和循環(huán)式活性污泥工藝(CA—ST)。適合應(yīng)用于對(duì)出水水質(zhì)要求較高、水量水質(zhì)波動(dòng)較大的旅游城市的污水處理。如昆明市第三污水處理廠就采用ICEAS工藝，揚(yáng)州市污水處理廠采用了CAST工藝。
2.3 MSBR法
MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良式序列間歇反應(yīng)器，我國(guó)深圳鹽田處理廠在國(guó)內(nèi)首次采用該工藝。
MSBR工藝目前被認(rèn)為是最新、集約化程度最高的污水處理工藝。從系統(tǒng)的可行性、土建工程量、總裝機(jī)容量、節(jié)能、降低運(yùn)行成本和節(jié)約用地等多方面來(lái)看，均具有明顯優(yōu)勢(shì)。
2.4 CASS
CASS(Cyclic Activated Sludge System)也是改良式序列間歇反應(yīng)器，它是近年來(lái)國(guó)際公認(rèn)的生活污水和工業(yè)廢水的先進(jìn)處理工藝。其主要原理是把序批式活性污泥法SBR的反應(yīng)池沿長(zhǎng)度方向分為2個(gè)部分，前部為生物選擇區(qū)也稱為預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)，在主反應(yīng)區(qū)的后部安裝了可升降的撇水裝置，曝氣、沉淀等在同一池子周期循環(huán)運(yùn)行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)[10].北京航天城工程是我國(guó)使用該工藝較早的工程之
2.5 Unitank
Unitank是2O世紀(jì)9O年代比利時(shí)西格斯(SEGERS)公司開發(fā)的。從運(yùn)行方式來(lái)看，它像SBR法的一種變形和發(fā)展，具有SBR法和傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，一體化設(shè)計(jì)，不僅具有SBR法的主要特點(diǎn)，還可以像傳統(tǒng)活性污泥法那樣在恒定水位下連續(xù)運(yùn)行。在我國(guó)應(yīng)用較少，報(bào)道僅見梧州污水處理廠。
2.6 氧化溝(Oxidation Ditch)
氧化溝又名氧化渠，因其構(gòu)筑物呈封閉狀的溝渠而得名。氧化溝工藝屬于懸浮生物處理技術(shù)，在機(jī)理上類似于延時(shí)曝氣工藝，常見的氧化溝有Carrousel氧化溝、交替工作式氧化溝、Orbal氧化溝、一體化氧化溝。與常規(guī)的活性污泥法或傳統(tǒng)的活性污泥法相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少，運(yùn)行管理方便;處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好;基建費(fèi)用低，運(yùn)行費(fèi)用低;污泥產(chǎn)生量少，污泥的性質(zhì)穩(wěn)定;能承受水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷，對(duì)高濃度的工業(yè)廢水有很大的稀釋能力;污泥停留時(shí)間較長(zhǎng)，硝化反應(yīng)容易進(jìn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)供氧量，可獲得較高的脫氮效率。氧化溝工藝是我國(guó)目前采用較多的污水處理工藝技術(shù)之一。
2.7 A2/0法
A2/0(厭氧、缺氧、好氧)法是常用的脫氮除磷工藝。我國(guó)許多城市的污水處理廠，如廣州大坦沙污水處理廠、桂林的第四污水處理廠采用了該工藝。
3、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
3.1 一級(jí)處理：
從傳統(tǒng)的城市污水處理工藝流程來(lái)看，一級(jí)處理部分，近年來(lái)技術(shù)理論沒(méi)有多大突破，工藝流程大致如舊。近期主要的發(fā)展表現(xiàn)為處理設(shè)備的機(jī)械化和自動(dòng)化水平的提高，各種機(jī)械處理設(shè)備的研制與發(fā)展。如出現(xiàn)了各種形式的格柵、格網(wǎng)、鐘式沉砂池、多爾沉砂池及各種形式的除泥裝置、清洗裝置等。
3.2 二級(jí)處理：
從二級(jí)處理來(lái)看。仍然以生物化學(xué)法為主，典型流程格局仍為污水經(jīng)格柵，到沉砂池(或曝氣沉砂池)。到初沉池、曝氣池、二沉池，然后排放。在生物化學(xué)處理法中，為了脫氮除磷。近年來(lái)不少國(guó)家的污水處理廠改用A/0法和A2/0法處理污水，有些國(guó)家土地問(wèn)題日趨緊張。正考慮用物理化學(xué)法代替生物化學(xué)法，取得對(duì)磷、氮、重金屬、色度等更好的處理效果。同時(shí)處理廠占地小，節(jié)省能源。便于自動(dòng)化管理。
3.3采用新流程、新技術(shù)、新設(shè)備等改善處理效果
由于檸水處理技術(shù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)。它涉及的科學(xué)技術(shù)范圍相當(dāng)廣泛，隨著世界各國(guó)科研生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，而使傳統(tǒng)工藝不斷得到改進(jìn)或更新。近年來(lái)用于城市污水處理方面的新工藝(流程)、新技術(shù)、新設(shè)備等領(lǐng)域大致如下：
1、在分離技術(shù)方面，主要采用有回轉(zhuǎn)式固液分離裝置、新型重力沉淀技術(shù)和高效氣浮技術(shù)。
(1)固液分離技術(shù)。主要表現(xiàn)采用先進(jìn)的回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵。這種機(jī)械格柵具有水力條件好，過(guò)水流量大、效率高和水頭損失小的特點(diǎn)。
(2)采用集泥式大波板斜板沉淀池。“沉淀效率可提高l倍左右”、“容積負(fù)荷可提高l倍左右”。“結(jié)構(gòu)緊湊、合理。容積利用系數(shù)可高達(dá)91%;“對(duì)原水負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)”的“新型高效沉淀裝置”。二沉池和三級(jí)處理混凝沉淀池都可使用。
(3)采用高效氣浮技術(shù)
所謂高效氣浮技術(shù)與普通壓力溶氣氣浮法相比，通過(guò)采用高效溶氣罐等裝置來(lái)降低溶氣壓力、減少能耗，使單位容積的污水處理量提高8～12倍，減少池容80%上。投資和占地面積均可降低，且操作控制穩(wěn)定[6].
2、在活性污泥及生物膜法處理技術(shù)方面。主要研究或采用微孔曝氣、A/O及A2/0工藝、氧氣曝氣、氧化溝、氧化塘、射流曝氣、A—B法、TF/SC工藝、SBR(序批活性污泥法)系統(tǒng)等。
另外城市污水處理技術(shù)獲突破：微濾膜的首次應(yīng)用。近日，湖南大學(xué)與長(zhǎng)沙市第二污水凈化中心科技人員經(jīng)過(guò)三年的攻關(guān)，成功推出“浸沒(méi)式濾膜與氧化溝組合”的城市污水回用處理新技術(shù)。
對(duì)于城市污水處理，我國(guó)目前采用“污水二級(jí)生物處理混凝沉淀常規(guī)過(guò)濾”的工藝，存在流程長(zhǎng)、建設(shè)投資大、運(yùn)行費(fèi)用較高的缺點(diǎn)。湖南大學(xué)在全國(guó)首次將化工領(lǐng)域的微濾膜成功替代傳統(tǒng)的二沉池，不僅簡(jiǎn)化了流程，而且具有投資小、占地少、污水處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量，新工藝運(yùn)行成本比傳統(tǒng)污水深度處理工藝低13%左右，其建設(shè)投資則低40%左右，如果湖南污水處理廠全部推廣該工藝，每年可節(jié)省污水處理運(yùn)行費(fèi)用2000多萬(wàn)元。
