污水處理方案及路徑分析

高 悟

（太原市衛(wèi)生健康綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 太原 030001）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)社會(huì)已經(jīng)全面步入小康。在城鎮(zhèn)化速度加快的同時(shí)，用水量和污水量也逐年提升。但是由于一部分居民和企業(yè)缺乏對(duì)水資源的保護(hù)與節(jié)約意識(shí)，同時(shí)在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不夠完善，導(dǎo)致生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生大量污水卻無(wú)法徹底處理，同時(shí)污水排放管控不足，又造成了更多的水資源被污染[1-2]。在這種情況下，對(duì)水污染制定合理的治理方案，分析有效路徑，具有十分重要的意義。

1 水污染現(xiàn)狀分析

我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)程度逐年提高，城市人口日益增多。伴隨著人口密度散布的擴(kuò)大，為了保證城市人口的生活狀態(tài)，不少企業(yè)布署于城鎮(zhèn)中，可能會(huì)導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水產(chǎn)量大幅度提高。

從2016 年到2020 年，污水排放量從480 萬(wàn)m3提升到了570 萬(wàn)m3，增長(zhǎng)量接近20%。由此可見(jiàn)我國(guó)城市污水排放量巨大，并且一直呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，在未來(lái)幾年污水排放量還會(huì)逐年提升。為促進(jìn)污水處理的工作效率，各級(jí)政府也全力以赴加大投入污水處理的力度。2016 年至2020 年全國(guó)污水處理廠數(shù)量由不足2 100 家增長(zhǎng)到2 600 多家，雖然污水處理廠的數(shù)量與污水處理量得到了一定的提升，但是相較于全國(guó)污水排放量的增長(zhǎng)卻略顯不足。隨著人們生活水平的提升，還應(yīng)該提升水資源保護(hù)的教育與宣傳，以此從根源上降低水污染，從而為城市污水處理減少一定的壓力

2 污水治理方案

在水污染治理的過(guò)程當(dāng)中，通常采用物理處理和化學(xué)處理兩種解決辦法。在這當(dāng)中物理處理具體方法如圖1 所示。

圖1 污水物理處理法

物理處理方式便是城市污水借助粗格柵的原污水通過(guò)污水提升泵提高后，通過(guò)格柵或是砂濾器，過(guò)后步入沉砂池，通過(guò)砂水分離的污水步入初淀池，初淀池的出水進(jìn)入生物處理設(shè)備，生物處理設(shè)備的出水步入二次沉淀池，二沉池的出水通過(guò)消毒殺菌，步入混凝土沉積[3]。二沉池的污泥其中一部分回流至初次沉淀池或是生物處理設(shè)備，其中一部分步入污泥濃縮池，過(guò)后步入污泥消化池，通過(guò)脫水和烘干設(shè)備后，污泥被最終運(yùn)用。

化學(xué)處理的方法如圖2 所示。

圖2 污水化學(xué)處理法

化學(xué)處理的形式主要是靠化糞池、提籃格柵、調(diào)節(jié)池、集成一體化污水處理設(shè)備、消毒池等程序模塊使污水達(dá)到應(yīng)用的要求?；瘜W(xué)處理設(shè)備易于實(shí)際操作，也很容易完成自動(dòng)識(shí)別與控制；一些有毒有害物質(zhì)的污染物可以作為有益的資源再利用[4]。化學(xué)處理操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一些工業(yè)用水的閉路循環(huán)。在水和其他資源日益緊缺的現(xiàn)況下，污水化學(xué)處理法將獲得更多的發(fā)展趨勢(shì)。

3 污水治理路徑分析

水污染治理的路徑現(xiàn)在主要分為吸附法、電化學(xué)催化技術(shù)、人工濕地治理技術(shù)和生物浮島治理技術(shù)。

3.1 吸附法

吸附法中吸附物質(zhì)對(duì)雜質(zhì)吸附的能力強(qiáng)與弱通常由吸附的物質(zhì)數(shù)目、濃度值、環(huán)境溫度等多種因素確定。吸附物質(zhì)數(shù)目與濃度的影響如式（1）和式（2）所示。

式（1）為弗蘭德里希（Freundlich）吸附等溫式，式（2）為朗繆爾（Langmuir）吸附等溫式。在式（1）和式（2）中，y 為吸附劑中吸附的物質(zhì)總數(shù)量；m 為所花費(fèi)的吸附劑的總數(shù)量；ρ 為吸附結(jié)束時(shí)，溶液中被吸附的物質(zhì)濃度值；K 和n 為在一定范圍內(nèi)表示吸附過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常情況下，n＞1。相較于式（1），式（2）能更好地適合各種濃度，并且式中每一項(xiàng)都有較明確的物理意義。

吸附法主要應(yīng)用于污水處理的先頭環(huán)節(jié)中。在污水處理的過(guò)程當(dāng)中，最先要把廢水開(kāi)展固液分離，擺脫原來(lái)廢水中膠體操作系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定性，使固態(tài)膠體集聚下移。在這個(gè)環(huán)節(jié)中通過(guò)吸附法，依靠不同特性的吸附物質(zhì)，對(duì)廢水中不同的被吸附物進(jìn)行分離。比較常見(jiàn)的吸附物涉及有機(jī)化合物和活性炭[5]。有機(jī)物的溶解度也隨著吸附鏈長(zhǎng)的提高而極大減少，吸附能力極大減弱，而活性炭吸附功能是伴隨著有機(jī)化合物溶解度的極大減少而變化的；伴隨著有機(jī)化合物分子量的擴(kuò)大，活性炭的吸附量也逐步增加，例如活性炭對(duì)甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有機(jī)酸的吸附量是逐步增加的，活性炭對(duì)酯類化合物的吸附作用強(qiáng)過(guò)脂環(huán)族有機(jī)化合物，對(duì)飽和狀態(tài)鏈有機(jī)物的吸附性遜于對(duì)不飽和鏈有機(jī)物的吸附性，吸附性伴隨著極性的提高而極大減少。因而，在具體的污水處理環(huán)節(jié)中，一般會(huì)添加多種吸附化學(xué)物質(zhì)，使其相互促進(jìn)，從而達(dá)到最佳的吸附效果。

3.2 電化學(xué)催化技術(shù)

電化學(xué)催化技術(shù)可以通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)化合物開(kāi)展溶解的效果，主要是通過(guò)臭氧和羥基自由基等氧化劑對(duì)有機(jī)化合物開(kāi)展溶解。電催化還原技術(shù)利用了物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，比傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)更加清潔高效，并且通過(guò)外部電場(chǎng)的作用，電子在污染物溶液階段的離子之間移動(dòng)，從而使昂貴的高毒性物質(zhì)陽(yáng)離子被電子還原，陰離子失去氧化作用。元素材料被回收或轉(zhuǎn)化為低成本的可生物降解的低毒性材料[6]。

有研究發(fā)現(xiàn)，金屬氧化物陽(yáng)極上的氧化反應(yīng)原理和有機(jī)化合物的結(jié)果與表面的陽(yáng)極金屬氧化物和氧化物的價(jià)態(tài)相關(guān)。在金屬氧化物MOx陽(yáng)極上所形成的較高價(jià)金屬氧化物MOx+1可確定氧化有機(jī)化合物以產(chǎn)生氧化含氧化合物。在MOx陽(yáng)極產(chǎn)生的自由基MOx（·OH）通過(guò)有機(jī)物的氧化燃燒促進(jìn)CO2。在析氧反應(yīng)的潛在性區(qū)域中，能夠在金屬氧化物的外表面產(chǎn)生氧化物，促使陽(yáng)極具備兩種活性氧情況：吸附在晶格中的羥基自由基和高價(jià)氧化化學(xué)物質(zhì)。陽(yáng)極表面的氧化過(guò)程分兩個(gè)階段開(kāi)展。最先，溶液中的H2O 或OH 形成吸附在陽(yáng)極上的羥基自由基，具體如式（1）所示：

然后，吸附的羥基自由基的氧轉(zhuǎn)移到金屬氧化物晶格中以形成高價(jià)氧化物，具體如下式（2）所示：

如果在溶液中不存在有機(jī)物質(zhì)的情況下，自由基的氧生成反應(yīng)以兩種狀態(tài)發(fā)生，具體如下式（3）：

而當(dāng)氧化有機(jī)物質(zhì)R 存在于溶液中時(shí)，反應(yīng)如下式（4）所示：

電化學(xué)氧化在含氰化物、苯酚、醇和含氮有機(jī)染料的廢水處理中起著非常有效的作用。為實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，電催化氧化還原過(guò)程必須符合下列標(biāo)準(zhǔn)：

1）氧化還原劑的形成速率應(yīng)夠大。

2）分離氧化還原劑的形成電位和析氧反應(yīng)的電位。

3）電極應(yīng)該極大減少所吸附的其他化學(xué)物質(zhì)。

4）污染物與氧化還原劑反應(yīng)迅速且明顯。

3.3 人工濕地治理技術(shù)

人工濕地治理技術(shù)主要是人工建造濕地，將污水、污泥有掌控地投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿相應(yīng)方位流動(dòng)環(huán)節(jié)中，采用濕地中土壤、微生物菌種、綠植及對(duì)污水中污染物開(kāi)展物理性、有機(jī)化學(xué)、生物體協(xié)同處理。其作用機(jī)制涉及吸附、滯留、過(guò)濾、氧化還原反應(yīng)、沉淀、微生物降解、轉(zhuǎn)化、綠植遮蔽、殘余物累積、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收以及各類動(dòng)物的功效。

3.4 生物浮島治理技術(shù)

生物體浮島綜合治理理論是采用植物生長(zhǎng)的自然法則，根據(jù)搭建浮體，采用植物根系吸附來(lái)清除污染物，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化的作用，關(guān)鍵應(yīng)用于流經(jīng)有污染源的城鎮(zhèn)的河流或是水域。人工生物體浮島的治污作用是利用生物的自然生態(tài)習(xí)性，在損傷水體中吸收、吸附消化和溶解水中的有機(jī)污染物，因而，不需要專業(yè)化的機(jī)械設(shè)備制造及其化學(xué)藥劑資金投入，能夠大批量地節(jié)省成本支出，極大減少動(dòng)力、能源和維護(hù)保養(yǎng)管理費(fèi)用，具備低投資、效果好、節(jié)約資源、運(yùn)作質(zhì)量穩(wěn)定、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，致使人們對(duì)于水資源的需求量以及污水排放量都在逐年提升。本次研究首先對(duì)近年來(lái)全國(guó)污水排放量和污水處理廠的數(shù)量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)近年來(lái)全國(guó)污水排放量和污水處理廠的數(shù)量都在逐年提升，但城市污水的處理壓力卻不降反增。為了提升水資源保護(hù)的教育與宣傳，本次研究從物理處理和化學(xué)處理兩種方式介紹了污水處理的方案，然后從吸附法、電化學(xué)催化技術(shù)、人工濕地治理技術(shù)和生物浮島治理技術(shù)四個(gè)方面分析了污水處理的路徑。在未來(lái)，為了加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)以及對(duì)水污染治理的教育，應(yīng)建立健全水資源污染治理法律法規(guī)體系、多方面正確引導(dǎo)社會(huì)力量參加水資源污染整治、構(gòu)建統(tǒng)籌考慮水資源污染整治體制、堵塞工業(yè)廢水根源、增加落后地區(qū)水資源污染整治力度、提升新技術(shù)應(yīng)用、新生產(chǎn)工藝、新型材料的使用等水資源污染治理的方案，并給出貫徹落實(shí)協(xié)調(diào)發(fā)展核心理念、加強(qiáng)監(jiān)管力度、宣傳清潔生產(chǎn)等水環(huán)境保護(hù)途徑。