中國城鎮污水處理工藝的主要污染物去除效率分析

薛垂寶

徐州建邦環境水務有限公司 江蘇 徐州 221000

有機物是城鎮污水中含量最高的污染物之一，它包括多種有害物質，如碳水化合物、蛋白質、脂肪等。有機物的去除效率是衡量污水處理工藝效果的重要指標之一[1]。目前，常用的有機物去除方法包括生物處理法和化學處理法。不同的污染物的去除效率直接關系到污水處理的效果和水資源的保護。因此，研究城鎮污水處理工藝的主要污染物去除效率及相關內容具有重要的現實意義。

1 當前我國城鎮污水處理廠污水處理使用現狀

在城市化進程中，污水處理廠的地位日益重要。它們負責處理大量的城鎮污水，以保護環境和公眾健康。近年來，我國在污水處理方面取得了顯著的進步，但仍然面臨一些挑戰，本文將探討我國城鎮污水處理廠污水處理工藝的使用情況。

從總體上看，我國城鎮污水處理廠的數量和規模都在不斷增長。根據《中國城市建設統計年鑒》的數據，截至2020年底，全國設市城市、縣及重點鎮建成污水處理廠約3300座，污水處理能力達到1.93億m3/d。這個數字比前幾年有了顯著的增長，表明在污水處理設施建設方面取得了很大的進步。然而，盡管得到了長足的發展，城鎮污水處理工藝在使用上仍舊存在一些問題不容忽視[2]。其中，最突出的是處理工藝落后，處理效率低下。例如，仍有不少城鎮的污水處理廠采用傳統的活性污泥法、A2/O法等處理工藝。這些工藝在處理高濃度有機廢水時效果較好，但對于氮、磷等營養物質的去除效果有限。另一個問題是二次污染控制能力不足。在污水處理過程中，一些化學物質如氯、堿、酸等被廣泛使用，但這些物質在處理過程中可能會產生二次污染。如果處理不當，污染物可能會對環境造成更大的危害。為了解決這些問題，我國正在積極推動城鎮污水處理廠的升級改造。一些新型的處理工藝如膜生物反應器(MBR)、高效反滲透(RO)、電化學等被引入到污水處理中，這些工藝具有處理效率高、二次污染少等優點，應用效果十分明顯。同時，政府還出臺了一系列的政策措施，以鼓勵企業采用先進的處理工藝，提高處理效率[3]。

2 不同城鎮污水處理工藝的主要污染物去除效率對比

2.1 COD去除效率分析

化學需氧量（COD）是指水中有機物在氧化劑作用下所需氧的量。去除COD的工藝則是指通過各種方法將水中的有機物分解成無害的物質，以達到凈化水質的目的。常見的去除COD工藝包括生物法、化學法、物理法和電化學法等。在城鎮污水處理過程中，不同的COD去除處理工藝對于主要污染物的去除效率有所不同[4]。

（1）活性污泥法?；钚晕勰喾ㄊ且环N傳統的污水處理工藝，具有較高的污染物去除效率。該方法通過培養和利用微生物來吸附和降解有機污染物。在曝氣池中，微生物與污水充分接觸，將有機物轉化為無害的物質，如二氧化碳和水?；钚晕勰喾ň哂刑幚硇矢?、運行成本低等優點，適用于處理高濃度有機廢水。同時，活性污泥法也存在一些問題，如污泥膨脹、二次污染等。在實際應用中，應采取相應的措施解決這些問題，能夠保證處理效果和環境安全。根據相關研究數據，活性污泥法在處理城市污水時，COD去除效率可達80%以上。

（2）A2/O法。A2/O法全稱為“厭氧-缺氧-好氧法”。該工藝將污水中的有機物通過三個不同的階段進行處理，即厭氧階段、缺氧階段和好氧階段。在厭氧階段，污水中的有機物在無氧條件下，由厭氧菌的作用進行分解，產生的氣體主要是沼氣，可回收利用。在缺氧階段，污水中的有機物在有氧條件下，由兼性菌分解，產生二氧化碳。好氧階段，污水中的有機物在有氧條件下由好氧菌分解，產生氧氣。A2/O法具有去除有機物效果好、總去除率較高、出水水質好等優點。同時，A2/O法也存在一些問題，如需消耗大量能源、運行成本較高、需要大量投資。理想狀態下，A2/O法在處理城市污水時，COD去除效率可達70%～85%[5]。

（3）膜生物反應器（MBR）。MBR是一種新型的污水處理工藝，它將膜分離技術應用于生物反應器中，具有較高的污染物去除效率和出水水質。根據相關研究數據，MBR在處理城鎮污水時，COD去除效率可達90%以上，最理想化的狀態下，可實現高達99.9%的細菌去除率。同時，MBR還具有占地面積小、運行管理方便等優點。在實際應用中，MBR工藝的能耗相對較高，但通過優化設計和運行參數，可降低運行成本。此外，MBR工藝還適用于處理高濃度有機廢水、回用污水等方面，具有廣闊的應用前景。

（4）高效反滲透（RO）。RO是一種較為先進的膜分離技術，目前廣泛應用于污水回用領域。RO工藝通過半透膜和壓力作用，將污水中的有機物、鹽分等有害物質進行有效去除，同時實現水質的凈化與回用。高效反滲透（RO）在處理城市污水時，具有極高的污染物去除效率。在適宜的操作條件下，RO工藝的COD去除率可保持95%以上，還可實現高達99.9%的鹽分去除率。此外，RO工藝的出水水質優良，能滿足各種回用要求，如景觀用水、工業用水等。然而，高效反滲透（RO）工藝也存在一定的局限性。例如，工藝能耗相對較高，需要一定的電力支持。同時，對進水水質的要求也較高，需要經過預處理和初級凈化后才能進入反滲透系統，因此如何提高RO工藝的經濟性和可行性是工藝發展的關鍵。

2.2 氨氮去除方法與效率分析

氨氮是水體中重要的污染物之一，過量的氨氮會導致水體富營養化，引發藍藻暴發、水體缺氧等一系列環境問題。因此，氨氮的去除是污水處理過程中的一個重要環節。除了生物法外，化學法也是處理高濃度氨氮廢水的一種有效方法?；瘜W法主要包括折點氯化法、電化學法等。

1.氨氮去除方法

折點氯化法是一種有效的氨氮去除方法，其原理是通過向廢水中投加氯氣或漂白粉等氯化劑，將氨氮氧化為無害的氮氣，從而達到去除效果。這種方法具有去除效率高、操作簡單、適用范圍廣等優點，因此，在實踐中得到了廣泛應用。折點氯化法的關鍵在于投加的氯化劑的量和反應條件。研究表明，當氯化劑的投加量不足時，氨氮的去除效果會受到限制；而當氯化劑的投加量過多時，則會導致余氯過多，對環境造成二次污染。因此，針對不同的氨氮濃度和污水類型，需要選擇合適的氯化劑投加量和反應條件。近年來，研究者們針對折點氯化法進行了大量的研究，主要集中在優化反應條件和減少二次污染方面。有研究表明，通過控制反應溫度、pH值、氯化劑種類和投加量等參數，可以顯著提高氨氮的去除效率和減少余氯的產生。此外，一些新型的氯化劑和催化劑，例如金屬氧化物催化劑，光氯化法等被開發出來，以提高氨氮的去除效果，減少對環境的影響。

電化學法是一種新型的氨氮去除技術，其原理是通過電解作用將氨氮轉化為無害的氮氣和氧氣。與傳統的生物法相比，電化學法具有更高的去除效率和更廣的適用范圍。電化學法的優點在于其操作簡單、去除效率高、占地面積小等。在電化學反應器中，氨氮通過陽極氧化成為氮氣，同時，氧氣在陰極還原成為氫氧根離子。電化學法能夠在短時間內達到較高的氨氮去除率，并且對各種不同濃度的氨氮廢水起到良好的處理效果。然而，電化學法的缺點也十分明顯，如需要消耗大量的電能、運行成本較高、電極容易受到污染。

2.效率分析

首先，影響因素。污水中氨氮的濃度是影響氨氮去除效率的關鍵因素之一。一般來說，濃度越高，去除難度越大，所需的處理時間也越長。當污水中氨氮濃度為20mg/L時，經過生物法處理后，去除率可達到90%以上；而當氨氮濃度上升到40mg/L時，去除率則下降到70%。同時，高濃度的氨氮還會對微生物造成抑制作用，降低氨氮的去除效率。其次，反應條件也是影響氨氮去除效率的重要因素之一。在生物法中，反應條件主要包括pH值、溫度、曝氣量等。適宜的pH值可以促進氨氮的轉化和去除；適宜的溫度可以維持微生物的活性，提高氨氮的去除效率；足夠的曝氣量可以提供足夠的氧氣，促進氨氮的氧化反應。當pH值為7.5、溫度為25℃、曝氣量為2m3/h時，生物法處理后的氨氮去除率可達到95%以上。再者，污泥停留時間。在活性污泥法中，污泥的停留時間對于氨氮的去除效率有較大影響。停留時間過短，微生物無法充分吸附和降解氨氮；停留時間過長則可能導致微生物老化，影響氨氮去除效果。根據相關研究數據，當污泥停留時間為12h時，活性污泥法處理后的氨氮去除率可達到85%以上；而當停留時間縮短為6h時，去除率則下降到75%左右。最后，污泥負荷也是影響氨氮去除效率的因素之一。過高的污泥負荷會使得微生物處于饑餓狀態，影響氨氮的去除效果；而過低的污泥負荷則會浪費處理能力，增加運行成本。當污泥負荷為0.5kg/(kg·d）時，活性污泥法處理后的氨氮去除率可達到90%以上；而當污泥負荷上升到1.0kg/(kg·d）時，去除率則下降到80%左右。

2.3 對比結果

為檢驗上述污水處理工藝的主要污染物去除效率，本文針對各項工藝的有機物去除效率、懸浮物去除效率、氮去除效率、磷去除效率以及適用范圍進行了討論，詳細結果見表1。

表1 不同水處理工藝的主要污染物去除效率對比

按照城鎮污水處理廠的規模劃分，對于大型污水處理廠，由于其處理規模大、污染物種類多，通常會采用多種處理工藝相結合的方式進行。例如，物化法（如化學混凝、化學沉淀）可以用于預處理，以去除懸浮物、有機物、氨氮等主要污染物。如果需要同時去除氮和磷，則可以選用A/O工藝。

對于中型污水處理廠，處理工藝的選擇也較多，通常會采用相對簡單、易于管理維護的處理工藝。例如，可以選用活性污泥法或生物膜法等。

對于小型污水處理廠，由于其處理規模小、污染物種類較少，通常會采用更為簡單、易于管理和維護的處理工藝。例如，可以選用生物膜法等。

3 主要污染物去除效率提升建議

3.1 升級現有的處理工藝

三級處理工藝是提升主要污染物去除效率的關鍵措施之一。針對現有的主要污染物去除效率情況，可以通過改進反應條件、增加處理環節、優化流程等方式進行升級改造，提高污染物的去除效率。例如，對于活性污泥法，可以借助增加曝氣時間、改善污泥質量等措施提高污染物去除效果；對于A2/O法，通過優化缺氧、厭氧和好氧三段的比例，能夠提高脫氮除磷效率；MBR法則可以通過更換高效膜組件、優化膜清洗周期等措施提高污染物去除率和膜通量。三級處理工藝不僅可以提高污染物的去除效率，還能降低能源消耗和運行成本，提高污水處理廠的運營效率和管理水平。在升級處理工藝時，技術人員需要重點考慮污水的水質、水量、處理要求等因素，選擇合適的工藝和技術，并進行充分的試驗和驗證，來確保升級改造后的工藝滿足實際生產需求。

3.2 做好預處理和深度處理

預處理可以通過物理、化學或生物方法預先去除大分子有機物、懸浮物和重金屬等污染物，為后續處理減輕負擔。對于預處理，可以采用格柵、沉淀池等物理方法去除大顆粒懸浮物；采用pH調節、混凝等化學方法去除有機物和重金屬；采用預曝氣、厭氧消化等生物方法去除有機物和氨氮。

深度處理則是在常規處理工藝之后，采用更高級的處理技術，如高級氧化、吸附、過濾等，以進一步去除污染物，提高出水水質。對于深度處理，可以采用高級氧化方法如臭氧氧化、光催化氧化等去除有機物和難降解污染物，采用活性炭吸附、樹脂吸附等吸附方法去除有機物和重金屬離子，借助超濾、納濾等過濾方法進一步去除懸浮物和溶解性污染物，提高主要污染物去除效率。

3.3 加強污染物去除效率數據監測

引入智能控制系統是提高主要污染物去除效率的另一個有效措施。智能控制系統可以應用自動化、智能化手段對污染物去除效率進行實時監測和控制，提高工藝的穩定性和效率。同時，還能實時監測污染物去除效率過程中的水質、水量、曝氣量、回流量參數變化，并根據這些參數的變化，自動調節工藝的運行狀態。例如，當污水的水質發生劣化時，智能控制系統會自動提高曝氣量和回流量，提升污染物去除效率。此外，智能控制系統還能實時監測和優化主要污染物去除效率提高或降低產生的能源消耗、運行成本，提高工藝的經濟性和可持續性。在實際應用中，引入智能控制系統需要分析污水的水質、水量、處理要求，選擇配套的智能控制系統，并進行充分的試驗和驗證，確保污染物去除效率穩定性。

4 結論

綜上所述，中國城鎮污水處理工藝的主要污染物去除效率還有待提高，需要升級現有的處理工藝、做好預處理和深度處理、加強污染物去除效率數據監測等方面的工作。同時，應結合實際情況選擇合適的污水處理工藝，以不斷提高主要污染物去除效率，滿足水環境治理改善的需要。