中国城镇污水处理工艺的主要污染物去除效率分析

薛垂宝

徐州建邦环境水务有限公司 江苏 徐州 221000

有机物是城镇污水中含量最高的污染物之一，它包括多种有害物质，如碳水化合物、蛋白质、脂肪等。有机物的去除效率是衡量污水处理工艺效果的重要指标之一[1]。目前，常用的有机物去除方法包括生物处理法和化学处理法。不同的污染物的去除效率直接关系到污水处理的效果和水资源的保护。因此，研究城镇污水处理工艺的主要污染物去除效率及相关内容具有重要的现实意义。

1 当前我国城镇污水处理厂污水处理使用现状

在城市化进程中，污水处理厂的地位日益重要。它们负责处理大量的城镇污水，以保护环境和公众健康。近年来，我国在污水处理方面取得了显著的进步，但仍然面临一些挑战，本文将探讨我国城镇污水处理厂污水处理工艺的使用情况。

从总体上看，我国城镇污水处理厂的数量和规模都在不断增长。根据《中国城市建设统计年鉴》的数据，截至2020年底，全国设市城市、县及重点镇建成污水处理厂约3300座，污水处理能力达到1.93亿m3/d。这个数字比前几年有了显著的增长，表明在污水处理设施建设方面取得了很大的进步。然而，尽管得到了长足的发展，城镇污水处理工艺在使用上仍旧存在一些问题不容忽视[2]。其中，最突出的是处理工艺落后，处理效率低下。例如，仍有不少城镇的污水处理厂采用传统的活性污泥法、A2/O法等处理工艺。这些工艺在处理高浓度有机废水时效果较好，但对于氮、磷等营养物质的去除效果有限。另一个问题是二次污染控制能力不足。在污水处理过程中，一些化学物质如氯、碱、酸等被广泛使用，但这些物质在处理过程中可能会产生二次污染。如果处理不当，污染物可能会对环境造成更大的危害。为了解决这些问题，我国正在积极推动城镇污水处理厂的升级改造。一些新型的处理工艺如膜生物反应器(MBR)、高效反渗透(RO)、电化学等被引入到污水处理中，这些工艺具有处理效率高、二次污染少等优点，应用效果十分明显。同时，政府还出台了一系列的政策措施，以鼓励企业采用先进的处理工艺，提高处理效率[3]。

2 不同城镇污水处理工艺的主要污染物去除效率对比

2.1 COD去除效率分析

化学需氧量（COD）是指水中有机物在氧化剂作用下所需氧的量。去除COD的工艺则是指通过各种方法将水中的有机物分解成无害的物质，以达到净化水质的目的。常见的去除COD工艺包括生物法、化学法、物理法和电化学法等。在城镇污水处理过程中，不同的COD去除处理工艺对于主要污染物的去除效率有所不同[4]。

（1）活性污泥法。活性污泥法是一种传统的污水处理工艺，具有较高的污染物去除效率。该方法通过培养和利用微生物来吸附和降解有机污染物。在曝气池中，微生物与污水充分接触，将有机物转化为无害的物质，如二氧化碳和水。活性污泥法具有处理效率高、运行成本低等优点，适用于处理高浓度有机废水。同时，活性污泥法也存在一些问题，如污泥膨胀、二次污染等。在实际应用中，应采取相应的措施解决这些问题，能够保证处理效果和环境安全。根据相关研究数据，活性污泥法在处理城市污水时，COD去除效率可达80%以上。

（2）A2/O法。A2/O法全称为“厌氧-缺氧-好氧法”。该工艺将污水中的有机物通过三个不同的阶段进行处理，即厌氧阶段、缺氧阶段和好氧阶段。在厌氧阶段，污水中的有机物在无氧条件下，由厌氧菌的作用进行分解，产生的气体主要是沼气，可回收利用。在缺氧阶段，污水中的有机物在有氧条件下，由兼性菌分解，产生二氧化碳。好氧阶段，污水中的有机物在有氧条件下由好氧菌分解，产生氧气。A2/O法具有去除有机物效果好、总去除率较高、出水水质好等优点。同时，A2/O法也存在一些问题，如需消耗大量能源、运行成本较高、需要大量投资。理想状态下，A2/O法在处理城市污水时，COD去除效率可达70%～85%[5]。

（3）膜生物反应器（MBR）。MBR是一种新型的污水处理工艺，它将膜分离技术应用于生物反应器中，具有较高的污染物去除效率和出水水质。根据相关研究数据，MBR在处理城镇污水时，COD去除效率可达90%以上，最理想化的状态下，可实现高达99.9%的细菌去除率。同时，MBR还具有占地面积小、运行管理方便等优点。在实际应用中，MBR工艺的能耗相对较高，但通过优化设计和运行参数，可降低运行成本。此外，MBR工艺还适用于处理高浓度有机废水、回用污水等方面，具有广阔的应用前景。

（4）高效反渗透（RO）。RO是一种较为先进的膜分离技术，目前广泛应用于污水回用领域。RO工艺通过半透膜和压力作用，将污水中的有机物、盐分等有害物质进行有效去除，同时实现水质的净化与回用。高效反渗透（RO）在处理城市污水时，具有极高的污染物去除效率。在适宜的操作条件下，RO工艺的COD去除率可保持95%以上，还可实现高达99.9%的盐分去除率。此外，RO工艺的出水水质优良，能满足各种回用要求，如景观用水、工业用水等。然而，高效反渗透（RO）工艺也存在一定的局限性。例如，工艺能耗相对较高，需要一定的电力支持。同时，对进水水质的要求也较高，需要经过预处理和初级净化后才能进入反渗透系统，因此如何提高RO工艺的经济性和可行性是工艺发展的关键。

2.2 氨氮去除方法与效率分析

氨氮是水体中重要的污染物之一，过量的氨氮会导致水体富营养化，引发蓝藻暴发、水体缺氧等一系列环境问题。因此，氨氮的去除是污水处理过程中的一个重要环节。除了生物法外，化学法也是处理高浓度氨氮废水的一种有效方法。化学法主要包括折点氯化法、电化学法等。

1.氨氮去除方法

折点氯化法是一种有效的氨氮去除方法，其原理是通过向废水中投加氯气或漂白粉等氯化剂，将氨氮氧化为无害的氮气，从而达到去除效果。这种方法具有去除效率高、操作简单、适用范围广等优点，因此，在实践中得到了广泛应用。折点氯化法的关键在于投加的氯化剂的量和反应条件。研究表明，当氯化剂的投加量不足时，氨氮的去除效果会受到限制；而当氯化剂的投加量过多时，则会导致余氯过多，对环境造成二次污染。因此，针对不同的氨氮浓度和污水类型，需要选择合适的氯化剂投加量和反应条件。近年来，研究者们针对折点氯化法进行了大量的研究，主要集中在优化反应条件和减少二次污染方面。有研究表明，通过控制反应温度、pH值、氯化剂种类和投加量等参数，可以显著提高氨氮的去除效率和减少余氯的产生。此外，一些新型的氯化剂和催化剂，例如金属氧化物催化剂，光氯化法等被开发出来，以提高氨氮的去除效果，减少对环境的影响。

电化学法是一种新型的氨氮去除技术，其原理是通过电解作用将氨氮转化为无害的氮气和氧气。与传统的生物法相比，电化学法具有更高的去除效率和更广的适用范围。电化学法的优点在于其操作简单、去除效率高、占地面积小等。在电化学反应器中，氨氮通过阳极氧化成为氮气，同时，氧气在阴极还原成为氢氧根离子。电化学法能够在短时间内达到较高的氨氮去除率，并且对各种不同浓度的氨氮废水起到良好的处理效果。然而，电化学法的缺点也十分明显，如需要消耗大量的电能、运行成本较高、电极容易受到污染。

2.效率分析

首先，影响因素。污水中氨氮的浓度是影响氨氮去除效率的关键因素之一。一般来说，浓度越高，去除难度越大，所需的处理时间也越长。当污水中氨氮浓度为20mg/L时，经过生物法处理后，去除率可达到90%以上；而当氨氮浓度上升到40mg/L时，去除率则下降到70%。同时，高浓度的氨氮还会对微生物造成抑制作用，降低氨氮的去除效率。其次，反应条件也是影响氨氮去除效率的重要因素之一。在生物法中，反应条件主要包括pH值、温度、曝气量等。适宜的pH值可以促进氨氮的转化和去除；适宜的温度可以维持微生物的活性，提高氨氮的去除效率；足够的曝气量可以提供足够的氧气，促进氨氮的氧化反应。当pH值为7.5、温度为25℃、曝气量为2m3/h时，生物法处理后的氨氮去除率可达到95%以上。再者，污泥停留时间。在活性污泥法中，污泥的停留时间对于氨氮的去除效率有较大影响。停留时间过短，微生物无法充分吸附和降解氨氮；停留时间过长则可能导致微生物老化，影响氨氮去除效果。根据相关研究数据，当污泥停留时间为12h时，活性污泥法处理后的氨氮去除率可达到85%以上；而当停留时间缩短为6h时，去除率则下降到75%左右。最后，污泥负荷也是影响氨氮去除效率的因素之一。过高的污泥负荷会使得微生物处于饥饿状态，影响氨氮的去除效果；而过低的污泥负荷则会浪费处理能力，增加运行成本。当污泥负荷为0.5kg/(kg·d）时，活性污泥法处理后的氨氮去除率可达到90%以上；而当污泥负荷上升到1.0kg/(kg·d）时，去除率则下降到80%左右。

2.3 对比结果

为检验上述污水处理工艺的主要污染物去除效率，本文针对各项工艺的有机物去除效率、悬浮物去除效率、氮去除效率、磷去除效率以及适用范围进行了讨论，详细结果见表1。

表1 不同水处理工艺的主要污染物去除效率对比

按照城镇污水处理厂的规模划分，对于大型污水处理厂，由于其处理规模大、污染物种类多，通常会采用多种处理工艺相结合的方式进行。例如，物化法（如化学混凝、化学沉淀）可以用于预处理，以去除悬浮物、有机物、氨氮等主要污染物。如果需要同时去除氮和磷，则可以选用A/O工艺。

对于中型污水处理厂，处理工艺的选择也较多，通常会采用相对简单、易于管理维护的处理工艺。例如，可以选用活性污泥法或生物膜法等。

对于小型污水处理厂，由于其处理规模小、污染物种类较少，通常会采用更为简单、易于管理和维护的处理工艺。例如，可以选用生物膜法等。

3 主要污染物去除效率提升建议

3.1 升级现有的处理工艺

三级处理工艺是提升主要污染物去除效率的关键措施之一。针对现有的主要污染物去除效率情况，可以通过改进反应条件、增加处理环节、优化流程等方式进行升级改造，提高污染物的去除效率。例如，对于活性污泥法，可以借助增加曝气时间、改善污泥质量等措施提高污染物去除效果；对于A2/O法，通过优化缺氧、厌氧和好氧三段的比例，能够提高脱氮除磷效率；MBR法则可以通过更换高效膜组件、优化膜清洗周期等措施提高污染物去除率和膜通量。三级处理工艺不仅可以提高污染物的去除效率，还能降低能源消耗和运行成本，提高污水处理厂的运营效率和管理水平。在升级处理工艺时，技术人员需要重点考虑污水的水质、水量、处理要求等因素，选择合适的工艺和技术，并进行充分的试验和验证，来确保升级改造后的工艺满足实际生产需求。

3.2 做好预处理和深度处理

预处理可以通过物理、化学或生物方法预先去除大分子有机物、悬浮物和重金属等污染物，为后续处理减轻负担。对于预处理，可以采用格栅、沉淀池等物理方法去除大颗粒悬浮物；采用pH调节、混凝等化学方法去除有机物和重金属；采用预曝气、厌氧消化等生物方法去除有机物和氨氮。

深度处理则是在常规处理工艺之后，采用更高级的处理技术，如高级氧化、吸附、过滤等，以进一步去除污染物，提高出水水质。对于深度处理，可以采用高级氧化方法如臭氧氧化、光催化氧化等去除有机物和难降解污染物，采用活性炭吸附、树脂吸附等吸附方法去除有机物和重金属离子，借助超滤、纳滤等过滤方法进一步去除悬浮物和溶解性污染物，提高主要污染物去除效率。

3.3 加强污染物去除效率数据监测

引入智能控制系统是提高主要污染物去除效率的另一个有效措施。智能控制系统可以应用自动化、智能化手段对污染物去除效率进行实时监测和控制，提高工艺的稳定性和效率。同时，还能实时监测污染物去除效率过程中的水质、水量、曝气量、回流量参数变化，并根据这些参数的变化，自动调节工艺的运行状态。例如，当污水的水质发生劣化时，智能控制系统会自动提高曝气量和回流量，提升污染物去除效率。此外，智能控制系统还能实时监测和优化主要污染物去除效率提高或降低产生的能源消耗、运行成本，提高工艺的经济性和可持续性。在实际应用中，引入智能控制系统需要分析污水的水质、水量、处理要求，选择配套的智能控制系统，并进行充分的试验和验证，确保污染物去除效率稳定性。

4 结论

综上所述，中国城镇污水处理工艺的主要污染物去除效率还有待提高，需要升级现有的处理工艺、做好预处理和深度处理、加强污染物去除效率数据监测等方面的工作。同时，应结合实际情况选择合适的污水处理工艺，以不断提高主要污染物去除效率，满足水环境治理改善的需要。