城市污水處理工藝選擇與優(yōu)化分析

張玉山

（中鐵建生態(tài)環(huán)境有限公司，重慶 400700）

1 引言

為了提高城市污水處理效率和降低成本， 需要對所選擇的污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化分析。 常用的優(yōu)化措施包括調(diào)節(jié)處理條件、改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)、優(yōu)化操作流程等。 通過對工藝的優(yōu)化，可以提高處理效率、 減少能耗和化學(xué)藥劑使用、 降低處理成本、提高污水處理的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

2 城市污水處理需求分析

城市污水處理的主要目的是去除廢水中的有機物、 營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬等有害物質(zhì)，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)并可循環(huán)利用[1]。城市污水的處理需求主要包括以下方面。

2.1 去除有機物和營養(yǎng)物質(zhì)

城市污水中的有機物和營養(yǎng)物質(zhì)主要來自人類和動植物的排泄物、食品加工廢水、生活垃圾等。 這些物質(zhì)如果排放到自然環(huán)境中，會消耗水中的氧氣，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，產(chǎn)生藻類暴發(fā)等問題，對水生生物的生存和生長造成極大的影響。 因此， 城市污水處理工藝需要采用有效的去除方法， 如生物處理、化學(xué)氧化等，以達(dá)到去除有機物和營養(yǎng)物質(zhì)的目的。

2.2 去除重金屬和其他有害物質(zhì)

城市污水中含有的重金屬和其他有害物質(zhì)主要來自工業(yè)生產(chǎn)和人類活動，如電子廢料、農(nóng)藥、醫(yī)療廢水等。 這些物質(zhì)具有毒性和難以降解的特點， 對人體健康和環(huán)境會產(chǎn)生潛在危害。 因此，城市污水處理工藝需要采用有效的去除方法去除重金屬和其他有害物質(zhì)[2]。

2.3 穩(wěn)定性和可持續(xù)性

城市污水處理工藝需要具有穩(wěn)定性和可持續(xù)性， 以確保長期穩(wěn)定運行并降低處理成本。 為了實現(xiàn)穩(wěn)定性，需要采用合理的工藝流程和運營管理措施， 確保處理效果穩(wěn)定并減少故障率。 為了實現(xiàn)可持續(xù)性， 需要將污水處理過程中產(chǎn)生的廢物、廢水等資源化利用，如將污泥轉(zhuǎn)化為肥料、產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電等，以達(dá)到節(jié)約能源和環(huán)保的目的。

3 常用的污水處理工藝及其適用范圍

3.1 生物處理工藝

生物處理工藝主要包括活性污泥法、生物膜法、人工濕地等。

3.1.1 活性污泥法

活性污泥法是一種常用的生物處理工藝， 適用于中低濃度有機廢水的處理。 其原理是將污水與一定比例的活性污泥混合在一起，在一定條件下，通過微生物代謝將有機物分解降解。 此處理工藝操作簡單、技術(shù)成熟、適用范圍廣，且對于大部分有機物的降解能力較強。 但是，活性污泥法對進(jìn)水水質(zhì)的變化敏感，處理效果易受到外界因素的影響，如溫度、水質(zhì)、負(fù)荷變化等，需要嚴(yán)格控制和管理[3]。

3.1.2 生物膜法

生物膜法是一種利用生物膜將廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解處理的一種生物處理工藝。 其原理是將污水通過一定的填料，形成生物膜層，通過微生物的代謝作用降解污染物質(zhì)。 與活性污泥法相比， 生物膜法具有處理效率高、 效果穩(wěn)定等優(yōu)點。 但是，生物膜法對進(jìn)水水質(zhì)的適應(yīng)性較差，需要較長的啟動時間，同時操作難度較大，對操作人員技術(shù)水平要求較高。

3.1.3 人工濕地

人工濕地是一種利用人工構(gòu)筑濕地植物群落進(jìn)行廢水處理的生態(tài)工藝。 其原理是通過植物根系和微生物的共同作用，將污水中的有機物、營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬等污染物質(zhì)分解吸收，達(dá)到凈化污水的效果。 人工濕地具有處理效果穩(wěn)定、 環(huán)境友好、能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的資源化利用等優(yōu)點。 但是，其處理效率相對較低、處理能力較小，需要一定的面積和時間來完成廢水的處理，同時對環(huán)境溫度、植物生長等因素要求較高[4]。

3.2 化學(xué)處理工藝

化學(xué)處理工藝主要包括沉淀法、氧化法、還原法等。

3.2.1 沉淀法

沉淀法是通過投加化學(xué)藥劑， 使污水中的有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成沉淀物沉淀下來。 常見的化學(xué)藥劑包括氫氧化鈣、氫氧化鐵等。 沉淀物可通過過濾、離心等方式分離出來，然后進(jìn)行資源化利用或安全處理。 沉淀法適用于處理含有大量懸浮物和重金屬離子的污水， 但沉淀物的處理和回收需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理和處置[5]。

3.2.2 氧化法

氧化法是一種常見的污水處理技術(shù)， 能夠有效去除難以生物降解的有害物質(zhì)。 氧化法的處理原理是通過氧化劑將污水中的有害物質(zhì)氧化分解，轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程。 常用的氧化劑包括臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀等。 （1）臭氧氧化法是一種常用的氧化法，具有高效、快速、無殘留等優(yōu)點。 臭氧通過強氧化作用， 能夠?qū)⑽鬯械挠袡C物和重金屬等有害物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，使其轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。 （2）過氧化氫氧化法是一種綠色環(huán)保的氧化法，具有投加方便、反應(yīng)速度快等優(yōu)點。 （3）高錳酸鉀氧化法也是一種常用的氧化法， 其處理原理是通過高錳酸鉀的強氧化作用，將污水中的有機物進(jìn)行氧化分解。 氧化法的處理效率高，能夠去除難以降解的有害物質(zhì)，對水質(zhì)的改善效果比較顯著。 同時， 氧化法還可以實現(xiàn)污泥的資源化利用，達(dá)到節(jié)約能源和環(huán)保的目的。 但是，氧化劑投加量需要控制，否則可能會對環(huán)境造成二次污染。 此外，氧化法投資成本較高，運行和維護(hù)成本也相對較高。

3.2.3 還原法

還原法是通過投加還原劑， 將污水中的有害物質(zhì)還原成無害物質(zhì)的處理工藝。 還原劑通過電子交換和氧化還原反應(yīng)，將有害物質(zhì)還原為無害物質(zhì)。 常見的還原劑包括亞硫酸鈉、硫酸亞鐵等。 還原法操作簡單、投資成本較低，但還原劑的種類和投加量需要嚴(yán)格控制，否則會對環(huán)境造成二次污染。 此外，還原法僅適用于具有可還原性的有害物質(zhì)。

3.3 物理處理工藝

常見的物理處理工藝包括篩選法、過濾法、吸附法等。

3.3.1 篩選法

篩選法是指通過使用篩子或濾網(wǎng)， 將污水中的固體顆粒和較大的雜質(zhì)分離出來的一種物理處理工藝。 篩選法的處理效率高， 能夠去除較大的雜質(zhì)和懸浮物， 使污水變得清澈透明。 這種方法相對簡單且成本較低，在處理污水時比較常見。但是，篩選設(shè)備和篩網(wǎng)的選擇需要根據(jù)污水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。 同時，處理效果也易受到流量變化等因素的影響，需要進(jìn)行定期維護(hù)和清洗。

3.3.2 過濾法

過濾法適用于處理中小濃度的污水。 該技術(shù)主要通過過濾介質(zhì)將污水中的懸浮物、微生物和有機物去除，以實現(xiàn)固液分離。 常用的過濾介質(zhì)包括石英砂、活性炭、纖維素、陶粒等。過濾法操作簡單、 處理效率高， 處理過程不需要加入化學(xué)藥劑，對水質(zhì)的改善效果比較顯著。 過濾法的處理過程對水質(zhì)沒有任何副產(chǎn)物的產(chǎn)生，對環(huán)境無污染，是一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)。 但是，過濾法的過濾介質(zhì)容易受到雜質(zhì)的堵塞，會導(dǎo)致過濾效率降低。 為了保證過濾效果，需要對過濾介質(zhì)進(jìn)行定期更換或清洗。 此外，過濾法只能去除污水中的固體物質(zhì)，對于污水中的溶解性有機物和重金屬等難以去除的污染物，處理效果較差。 因此，在實際應(yīng)用過程中，需要將過濾法與其他污水處理技術(shù)相結(jié)合，以達(dá)到更好的處理效果。

3.3.3 吸附法

吸附法是指通過使用吸附劑將污水中的有害物質(zhì)分離出來的一種物理處理工藝。 吸附劑通常是一種多孔性的物質(zhì)，例如，活性炭和離子交換樹脂等。 吸附法的處理效率高，能夠去除水中的有機物、重金屬等污染物。 同時，它具有廣泛的適用范圍和操作簡便的優(yōu)點。 但是，吸附劑的投加量需要根據(jù)不同的污水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。 此外，吸附劑的回收和處理也存在一定的困難，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

4 污水處理工藝的優(yōu)化分析

4.1 工藝流程優(yōu)化

工藝流程優(yōu)化是污水處理過程中常見的優(yōu)化手段， 通過改進(jìn)和優(yōu)化處理工藝流程，可以提高處理效率和降低成本。 其中，增加預(yù)處理環(huán)節(jié)是一種常見的工藝流程優(yōu)化方式。 預(yù)處理環(huán)節(jié)可以通過去除污水中的懸浮物、泥沙和其他大顆粒雜質(zhì)，減輕后續(xù)處理設(shè)備的壓力和損傷， 同時也可以提高后續(xù)處理設(shè)備的處理效率。 例如，可以增加格柵、沉砂池、旋流器等預(yù)處理設(shè)備。 除了增加預(yù)處理環(huán)節(jié)，采用多級反應(yīng)器和再生處理設(shè)備也是一種常見的工藝流程優(yōu)化方式。 多級反應(yīng)器可以在多個處理階段對污水中的有害物質(zhì)進(jìn)行逐步降解和轉(zhuǎn)化， 實現(xiàn)深度處理和回收； 再生處理設(shè)備可以對處理后的廢水進(jìn)行再次處理，回收其中的有用物質(zhì)，同時也可以降低處理成本。 例如，可以采用生物膜反應(yīng)器、接觸氧化器等多級反應(yīng)器和再生處理設(shè)備。 此外，采用高效過濾介質(zhì)和吸附劑也是一種常見的工藝流程優(yōu)化方式。 高效過濾介質(zhì)可以對污水中的微小顆粒進(jìn)行有效分離和去除，從而提高處理效率。 吸附劑可以吸附污水中的有害物質(zhì)，實現(xiàn)對污水的深度凈化。 例如，可以采用活性炭、膜分離等高效過濾介質(zhì)和吸附劑。

4.2 技術(shù)設(shè)備優(yōu)化

技術(shù)設(shè)備優(yōu)化是另一種常見的污水處理優(yōu)化手段， 通過改進(jìn)和優(yōu)化處理設(shè)備，可以提高處理效率和降低處理成本。 其中，采用高效節(jié)能設(shè)備是一種重要的技術(shù)設(shè)備優(yōu)化方式。 高效離心機、 膜分離設(shè)備等高效節(jié)能設(shè)備能夠提高處理效率和降低處理成本，同時減少能源消耗和對環(huán)境的影響。 另一種常見的技術(shù)設(shè)備優(yōu)化方式是采用在線監(jiān)測和自動化控制系統(tǒng)。 在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)μ幚碓O(shè)備和工藝流程進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，實現(xiàn)對處理效率和成本的精確掌控。 自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)μ幚碓O(shè)備和工藝流程進(jìn)行智能化控制和優(yōu)化， 從而提高處理效率和降低處理成本。 例如，可以采用PLC 自動控制系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)等在線監(jiān)測和自動化控制系統(tǒng)。 此外，加強設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)也是一種重要的技術(shù)設(shè)備優(yōu)化方式。 定期對處理設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)， 能夠有效延長設(shè)備的使用壽命和維護(hù)周期，降低設(shè)備故障率和維修成本[6]。

4.3 污水處理副產(chǎn)物的回收和利用

污水處理副產(chǎn)物的回收和利用是一項非常重要的環(huán)保措施， 能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最大化利用， 降低資源的浪費和污染排放。 污水處理過程中產(chǎn)生的沉淀物、油脂和生物質(zhì)是比較常見的污水處理副產(chǎn)物。 （1）沉淀物主要包括污泥和其他固體物質(zhì)，通過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，可用于土壤改良、生態(tài)環(huán)保等方面。（2）油脂主要來自餐飲和工業(yè)生產(chǎn)過程中的廢水，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗图庸?，可以制作成工業(yè)制品和飼料等產(chǎn)品。 （3）生物質(zhì)主要來自生物反應(yīng)器和生物處理過程中產(chǎn)生的廢棄物， 通過適當(dāng)?shù)奶幚砗娃D(zhuǎn)化，可用于能源生產(chǎn)、土壤改良等方面。 因此，污水處理副產(chǎn)物的回收和利用具有很大的潛力和價值， 能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最大化利用，減少污染排放和環(huán)境污染。

5 結(jié)語

綜上所述， 城市污水處理工藝的選擇和優(yōu)化是一項非常重要的環(huán)保任務(wù)。 通過采用優(yōu)化工藝流程、技術(shù)設(shè)備，以及回收、利用污水處理副產(chǎn)物等方面的措施，可以提高處理效率、降低處理成本、減少環(huán)境污染和資源浪費，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時， 也需要注意污水處理過程中可能產(chǎn)生的安全隱患和環(huán)境風(fēng)險，加強管理和監(jiān)控，確保處理過程的安全和可靠性。