[科普中国]-城市污水

现状

根据《2015年环境统计年报》统计，2015年全国废水排放量735.3亿吨，比2014年增加2.7%。工业废水排放量199.5亿吨，比2014年减少2.8%；占废水排放总量的27.1%，比2014年减少1.6个百分点。城镇生活污水排放量535.2亿吨，比2014年增加4.9%；占废水排放总量的72.8%，比2014年增加1.5个百分点。集中式污染治理设施废水（不含城镇污水处理厂，下同）排放量0.6亿吨。

其中，工业废水中化学需氧量排放量293.5万吨，比2014年减少5.7%；占化学需氧量排放总量的13.2%，比2014年减少0.4个百分点。城镇生活污水中化学需氧量排放量846.9万吨，比2014年减少2.0%；占化学需氧量排放总量的38.1%，比2014年增加0.4个百分点。工业废水氨氮排放量21.7万吨，比2014年减少6.5%；占氨氮排放总量的9.4%，比2014年减少0.3个百分点。城镇生活污水中氨氮排放量134.1万吨，比2014年减少2.9%；占氨氮排放总量的58.3%，比2014年增加0.4个百分点。2015年，全国工业废水中石油类排放量1.5万吨，比2014年减少6.5%；挥发酚排放量973.2吨，比2014年减少28.6%；氰化物排放量146.2吨，比2014年减少11.6%。工业废水中重金属汞、镉、六价铬、总铬、铅及砷排放量分别为1.0吨、15.5吨、23.5吨、104.4吨、77.9吨和111.6吨。2

主要污染物及其来源城市污水中普遍含有有机污染物（用COD、BOD5表示），包括碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪酸、油脂、酯类等物质。在选择污水处理工艺时往往需要用BOD5/COD比来评价污水的可生物降解性，在研究和测试方法上则常用生物呼吸氧量与时间的变化曲线来间接表示有机物的降解速率，也可通过此方法间接反映可生物降解性。城市污水BOD5一般为100mg/L～500mg/L。

城市污水含有大量的悬浮物（SS=150mg/L～500mg/L），包含了有机物和无机物，SS也是构成COD、BOD5的主要贡献者。SS中含有大量的无机颗粒和胶体颗粒，对污水中原有的有机化合物、无机物、或病原菌具有吸附作用，并有可能形成新的复合污染物。SS是污水处理流程中在一级单元应考虑去除的污染物，可采用沉淀混凝、沉淀、过滤等这种物理化学组合法被分离去除。

城市污水中的氮，可来源于生活污水和工业废水中。生活污水中人体排泄物（粪便）含有的氮素，通过下水道排至污水处理厂；某些工业废水，如：化肥、食品、焦化等工业生产排放废水，含有较高的氮素，容易造成污水处理厂碳氮比例失调、生物脱氮不彻底的问题。在污水处理流程中，氮素的形态较多，原水中含有铵盐和有机氮、生物段转化为硝酸盐、亚硝酸盐，生物脱氮的产物则为氮气被排放到水处理系统之外。城市污水中的磷来自生活污水和地面径流中，生活污水中磷含量大约30～75%。由于城市污水中掺杂有工业废水或地面径流携带的污染物，所以有的城市污水中可能含有非常规无机污染物和有机污染物（如氟、砷、酚、氰、重金属、农药类化合物、多环芳烃等）。3

具体分类城市污水按来源可分为生活污水、工业废水和径流污水。

生活污水

生活污水主要来自家庭、机关、商业和城市公用设施。其中主要是粪便和洗涤污水，集中排入城市下水道管网系统，输送至污水处理厂进行处理后排放。其水量水质明显具有昼夜周期性和季节周期变化的特点。

工业废水

工业废水在城市污水中的比重，因城市工业生产规模和水平而不同，可从百分之几到百分之几十。其中往往含有腐蚀性、有毒、有害、难以生物降解的污染物。因此，工业废水必须进行处理，达到一定标准后方能排入生活污水系统。生活污水和工业废水的水量以及两者的比例决定着城市污水处理的方法、技术和处理程度。

城市径流污水

城市径流污水是雨雪淋洗城市大气污染物和冲洗建筑物、地面、废渣、垃圾而形成的。这种污水具有季节变化和成分复杂的特点，在降雨初期所含污染物甚至会高出生活污水多倍。3

物理性质城市污水的物理性质包括颜色、气味、水温、氧化还原电位等指标。

颜色。以生活污水为主的污水厂，进水颜色通常为灰褐色，这种污水比较新鲜，但实际上进水的颜色通常变化不定，这取决于城市下水管道的排水条件和排入的工业废水的影响。如果进水呈黑色且臭味特别严重，则污水陈腐，可能在管道中存积太久。如果进水中混有明显可辨的其他颜色如红、绿、黄等，则说明有工业废水进入。对一个已建成的污水厂来说，只要它的服务范围与服务对象不发生大的变化，则进水的污水颜色一般变化不大。要按流程逐个观测各污水池上的污水。活性污泥的颜色也有助于判断构筑物运转状态，活性污泥正常的颜色为黄褐色，正常的气味应为土腥味，运行人员在现场巡视中应有意识地观察与嗅闻。如果颜色变黑或闻到腐败气味，则说明供氧不足，或污泥已发生腐败。

气味。污水厂的浸信会除了正常的粪臭味外，有时在集水井附近有臭鸡蛋味，这是管道内因污水腐化而产生的少量硫化氢气体所致。活性污泥混合液也有一定气味，当操作工人在曝气池旁嗅到一股土腥味时，则就能断定曝气池运转良好。若城市污水中有汽油、溶剂、香味，可能是有工业废水排入。

水温。水温对曝气生化反应有着很大的影响。一个污水厂的水温时随季节逐渐缓慢变化的，一天内几乎无甚变化。如果有一天内变化很大，则要进行检查，是否有工业冷却水进入。

氧化还原电位。正常的城市污水具有约+100mV的氧化还原电位，小于+40 mV的氧化还原电位或负值氧化还原电位说明污水已经厌氧发酵或有工业还原剂的大量排放。氧化还原电位超过+300mV，说明有工业氧化剂废水大量排入。

化学性质化学指标 城市污水的化学指标很多，它包括酸碱度（PH）、碱度、生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、固体物质、氨氮（NH3-N）、总磷(TP)、重金属含量等。

酸碱度（PH）。城市污水PH值一般为6.5—7.5。PH值的微小降低可能是由于城市污水输送管道中的厌氧发酵。雨季时进水较低的PH值往往是城市酸雨造成的，这在合流系统尤其突出。PH值的突然大幅度变化不论是升高还是降低，通常是由于工业废水的大量排入造成的。

生化需氧量（BOD）。城市污水处理中，常用生化需氧量BOD指标反映污水中有机污染物的浓度。生化需氧量是在制定的温度和制定的时间段内，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中所需要的样的数量，单位为mg/L。由于微生物的好氧分解速度开始很快，约5天后其需氧量即达到完全分解需氧量的70%左右，因此在实际操作中常用5d生化需氧量（BOD5）来衡量污水中有机物的浓度。

化学需氧量（COD）。化学需氧量是指用强氧化剂使被测废水中有机物进行化学氧化时所消耗的氧量。COD测定速度快，不受水质限制，用它指导生产较方便。常用的氧化剂为KMnO4和K2Cr4O7。KMnO4的氧化能力较弱，往往只有一部分被氧化，因此需所测定的结果与实际情况有很大的差别，而K2Cr4O7的氧化能力很强，能使污水中的绝大部分有机物氧化，故常用K2Cr4O7来测定。 在城市污水处理分析中，把的BOD5/COD比值作为可生化性指标。当BOD5/COD≥0.3时，可生化性较好，适宜采用生化处理工艺。城市污水的BOD5和COD的均值之间保持着一定的相关关系，通过大量的数据分析对比，可以近似地从COD推求BOD5。

溶解固体（DS）和悬浮固体（SS）。城市污水中含有大量的固体物质，按其物理性质可分为悬浮固体SS和溶解固体DS。悬浮固体（SS）简称悬浮物，是检测污水的重要指标。SS指标的意义为： ①表示污水的污染情况，SS含量的多少直接影响着水环境的外观情况，也不利于水的复氧过程； ②可以反映用简单沉淀法去除污染物的效果和难易程度。

总氮（TN）、氨氮（NH3-N）和总磷(TP) 氮、磷含量是重要的污水水质指标之一，在污水生化处理过程中微生物的新陈代谢需要消耗一定量的氮、磷。如果氮、磷排入到水体中，将会导致水体中藻类的超量增长，造成富营养化为题。 总氮是污水中各类有机氮和无机氮的总和。氨氮是无机氮的一种，总磷是污水中各类有机磷和无机磷的总和。4

生物指标应用较多的生物指标是细菌总数和总大肠杆菌数，在生活污水、医院污水中常可检测到。

处理步骤我国城市污水一般通过收集进入污水处理厂进行处理，具体可分为一、二、三级处理。一级处理，又称初级处理。处理的对象是污水中的漂浮物和悬浮物。可以采用筛滤截留法——筛网、格栅过滤、重力分离法——沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池等。离心分离法、旋流分离器、离心机等。二级处理，是指去除污水中污染物，使其各项指标达到要求。主要环节要根据不同的污水处理程度、规模、水质特点来确定处理工艺。比如活性污泥法、生物膜法等。三级处理，又称深度处，弥补二级处理的欠缺，可使用化学和物理化学以及生物方法，比如中和法、人工湿地法等。5

处理方法1、活性污泥法

和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液通过曝气设备充人空气，空气中的氧溶入混合液，产生好氧代谢反应，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态，这样，废水中的有机物、氧气同微生物能充分接触反应，混合液进入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离，流出沉淀池的就是净化水、沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥，回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度、曝气池中的生化反应引起微生物的增殖，增殖的微生物量通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行，这部分污泥叫剩余污泥活性污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉降性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。

传统活性污泥法。优点：①不宜采用物理化学方法处理的废水,BOD去除率可达95%以上。②建设投资额高,但处理的动力费较低。缺点:所需停留时间长,设备庞大,基建投资大,因而要加各种构筑物,使各种构筑物容积增大,从而使处理厂面积增大,增加管理人员及管理难度。发展方向:①为了废水体系的组分、浓度均匀化,重新估价预处理,重新研究调整槽。②探讨选择活性污泥微生物系的菌种。③活性污泥法的设备中引入仪表化和拟定管理指标。

两段活性污泥法。两段活性污泥法，简称AB法。该法把污水管道、污水处理厂视为一个污水处理系统。其工艺特点是：不设初淀池，A段高负荷，B段低负荷，A、B两段污泥分别回流，充分利用污水管道中的微生物，为不同时期生长的优势微生物种群创造良好的环境条件，让其充分发挥作用，耐冲击负荷能力强，处理效果稳定。其主体工艺流程为：原污水→格栅→顶曝气调节池→A段曝气池→A段沉淀池→B段曝气池→B段沉淀池→排放该类设备，采用自吸式射流曝气机、无支架的污泥悬浮型生物填料、侧向流坡形斜板沉淀池等先进技术。BOD5去除率为90%，COD去除率为80%。

序批式活性污泥法。简称SBR法，原则上，SBR法的主体工艺设备只有一个间隙反应器，在一个运行周期中，按运行次序，分为进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段。SBR法的关键设备滗水器的研制，已取得长足的发展。目前常用的滗水器，有虹吸式、旋转式和套筒式三种。SBR法工艺简单、节省费用，理想的推流过程使生化反应推力大、效率高，运行方式灵活，脱氮除磷效果好，没有污泥膨胀，耐冲击负荷、处理能力强。其主体工艺流程为：原污水→调节池→SBR反应池→消毒池→出水。6

2、生物膜法

在污水生物处理的发展和应用中，活性污泥和生物膜法一直占据主导地位。

生物膜法主要用于从废水中去除溶解性有机污染物，主要特点是微生物附着在介质滤料表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2OCOA2NH2，和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧化一般直接来自大气生物膜法采用的处理构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。随着新型填料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展起来的生物膜法处理工艺在近年来得以快速发展。由于生物膜法具有处理效率高耐冲击负荷性能好，产泥量低占地面积少便于运行管理等优点，在处理中极具竞争力。5

厌氧处理法中，厌氧生物滤池是一种内部装有填料作为微生物载体的处理装置。厌氧微生物附着载体的表面生长，当污水自下而上升式通过载体所构成的固定床层时，在厌氧微生物作用下，污水中的有机物得以厌氧分解，并产生沼气。厌氧生物滤池有多种变型，填料的发展迅速，其工艺流程为：进水→沉淀池→厌氧消化池→厌氧生物滤池→拔风管→氧化沟→进气出水井→排水污水经沉淀池预处理后进入厌氧消化池进行水解和酸化，可提高污水的可生化性，为后续处理创造条件。在拔风系统作用下，生物滤池处于兼氧状态，阻止了污水中甲烷细菌的产生，使整个系统仍处于酸性阶段，而氧化沟内溶解氧一般可稳定在1.5～2.8mg/L，污水在此进一步好氧处理。该工艺的实质类似于A/O法，但兼性厌氧生物滤池使厌氧段得到强化。拔风系统是处理过程的关键。其主要优点是不耗能、造价低、管理简单、无噪声、无异味、挂膜快、剩余污泥量少、出水水质好、运行效果稳定。6

3、OAO法及OAOO法

AO法及AOO法是近年来开发出的生物脱氮除磷新工艺，与传统的化学和生物脱氮除磷相比，它还有效提高了BOD、COD、SS的出水指标。AO法是缺氧、好氧的简称，AOO法是厌氧、缺氧和好氧的简称，脱氮是在缺氧段完成的，除磷则要求有厌氧段。AO法主要是脱氮,AOO法可以同时去除氮、磷。这两种工艺都要求污水充分曝气，使含氮有机物充分硝化,所以必须降低污泥负荷,延长曝气时间和增大鼓风量。根据天津东郊污水处理厂和沈阳市北部污水处理厂的实践，采用AO工艺比传统活生污泥流程的曝气池容积、二沉池容积、回流污泥量、鼓风量和曝气装置数量都增大一倍左右，而且由于该工艺要求比较低的污泥负荷，否则不足以达到污泥好氧稳定，所以AO法将带来基建投资和电耗的大幅度增加。AOO法在缺氧段前面还加有一个厌氧池，以达到对磷的有效去除效果，基建费用与电耗比AO工艺更高点。6

4、RSPR高浊度污水处理技术

最新发明的“SPR高浊度污水净化系统”将污水的“一级处理”和“三级处理”程序合并设计在一个SPR污水净化器罐体内，在30分钟流程里快速完成。SPR污水处理系统首先采用化学方法使溶解状态的污染物从真溶液状态下析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒；选用高效而又经济的吸附剂将有机污染物、色度等从污水中分离出来；然后采用微观物理吸附法将污水中各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体；再依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理，在自行设计的SPR高浊度污水净化器内使絮体与水快速分离；清水经过罐体内自我形成的致密的悬浮泥层过滤之后，达到三级处理的水准，出水实现回用；污泥则在浓缩室内高度浓缩，定期靠压力排出，由于污泥含水率低，且脱水性能良好，可以直接送入机械脱水装置，经脱水之后的污泥饼亦可以用来制造人行道地砖，免除了二次污染。6

5、污水回用

城市污水处理应考虑与污水资源化目标相结合，城市污水作为城市第二水资源，回用于工业及市政清扫绿化，是解决水资源紧缺的一条有效途径，在考虑污水处理厂规划建设时宜同步规划污水回用工程的建设。在进行污水回用工程评价时，需分析回用水的利用途径、可行性和因此产生的环境问题。城市污水处理厂污水回用的途径是多方面的，大致可分为农业用水（包括林、牧、渔业）、城市杂用水、工业用水、环境用水和补充水源水。当作为农业用水、环境用水和补充水源水时，应对可能产生的地面水、地下水、土壤及生态环境的影响作进一步的分析。5