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污水处理文献综述

文献综述

[前言]

为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程即为污水处理。

污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

近年我国的污水处理行业虽然取得了较大发展，但仍然存在污水处理厂设计标准低、设备和工艺技术落后等问题，导致工厂出现“高耗能，低效率”的现象。

污水处理工艺与其他工艺过程相似，需要在一定的温度、压力、流量、液位等工艺条件下进行。

其可变因素较多，水量、浓度、温度、气量、微生物状态、机械运行和系统控制情况等，都会影响污水处理效率以及功能，因此尽快建立自动化程度较高的污水处理厂并高效运作已经成为当下刻不容缓的任务。

目前我国大城市污水处理后排放的不到10%,未经处理的污水严重影响了水环境,制约了现代化进程的告诉发展。

这种状况已经引起了各级政府的高度关注,开始逐步推行各级政府的污水处理项目。

[正文]

1国内污水处理行业的发展

地球虽然有70.8％的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26％，而且分布不均。

20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。

全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。

一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。

根据2012-2016年中国污水处理行业深度调研及投资前景预测报告，目前，中国污水处理现已位于世界前列。

随着中国政府对节能减排工作的高度重视，积极引入市场机制，加大投资力度，污水处理能力快速增长，城镇污水处理设施对污染物减排的贡献率不断提升。

中国“十一五”规划中有关城镇污水处理的相关指标已经基本实现，并提前一年完成规划任务。

截至2011年3月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂2996座，处理能力达到1.33亿立方米日。

目前，全国在建城镇污水处理项目约1500个，处理能力近3600万立方米日。

从市场化程度来看，全国已运营污水处理厂市场化程度至少达到45.4%，从市场化的模式来看，BOT、TOT、BT、托管分别占29.1%、5.0%、2.3%和8.1%，BOT模式是已投入运营污水处理厂市场化投资的主流模式。

从项目的地域分布来看，江苏、山东、广东、河南、浙江分列市场化项目数量前五位。

这五省共运营污水处理厂占全国运营项目总数的48.4%。

2010年，运营污水处理厂中，采用市场化手段投资超过50%的省市达到13个，而2008年仅为4个，显示市场化项目在污水处理领域的延伸。

我国水务行业面临着快速城市化及生态、民生、资金等方面的挑战与压力。

比如排水系统方面，环境承载力有限，我国处理设施建设也存在问题，尽管“十一五”期间处理能力翻了一番，但是城乡差别、区域差别大，现在还有120多个城市没有污水处理设施，70%以上的县没有污水处理设施。

“十二五”时期，中国政府在“十二五”期间设定了较高的污染减排目标，为了应对不断增长的污水处理量，实现国家2015年污染降低目标和污水处理率，中国将继续大规模投资新的城市污水废物处理厂。

估计在“十二五”期间城市污水处理的投资将介于4500亿人民币和7000亿人民币之间，而工业污水处理的投资约为1250亿人民币。

此外，工业废水污染治理行业销售产值若以年均增长率15%计算，预计“十二五”期间（2011－2015年）工业废水污染治理行业的销售产值约为1375亿元。

“十二五”期间，工业废水污染治理投资如能达到1250亿元，将促进国民经济生产总值（GDP）增长1875亿元。

2011年，全国城市污水处理率要达到75%。

按照目前污水处理项目的投产规模，这一目标肯定可以实现。

2污水处理目前存在的问题

2.1　工艺的选择

国内已建成并投入运行的城市污水处理厂中80%属于二级生化处理工艺,普遍采用的工艺包括普通活性污泥法、氧化沟法、SBR（间歇式活性污泥）法、AB法等,与美国、德国等发达国家所采用的技术与工艺几乎在同一水平上,投资费用十分高昂,这与我们国家当前的经济实力是不相称的。

从基建和运行费用方面分析,根据已建、在建污水厂的实际情况,吨水造价一般在1500～2000元之间,运行费在0.8～1.4元Pm3之间,即建成一座日处理规模50万m3的城市污水处理厂,一次性投资费用约在7.5亿至10亿元,年运行费需数千万元甚至达亿元。

因此,普遍采用二级生物处理工艺设计和处理城市污水,对于经济尚不发达的我国来言,是不堪重负的[2-5],必须考虑开发适合我国现阶段经济发展水平的城市污水处理新工艺。

对发达国家而言,也并非一律采用二级处理工艺,在美国、墨西哥、挪威等国家,对于土壤贫瘠的城市,一部分城市污水经过一级强化处理,加药杀灭有毒有害的微生物后用于灌溉土壤,既降低了污水处理的运行成本,又提高了农作物的产量。

针对城市污水处理后作为补充性淡水资源,世界水质协会的专家也提出了三种不同城市污水回用的观点,Keinath认为在一些非洲沙漠国家,可以开发高级氧化、吸附、膜过滤等深度处理技术,将城市污水处理到饮用准;Alaerts强调清洁生产和源头控制的理念,减少生产过程中的污水排放量,节约水资源,这与一个国家的工业生产力发展水平密切相关;Okun不主张将城市污水处理到饮用标准后再进行回用的观点,他认为只需采用经济的处理方法达到农用水质要即可回用,各国应根据自己的实际情况采用相应的污水回用措施[6]。

我国淡水资源匮乏,农业灌溉用水量大,应该考虑一级强化处理后作为农用补充水源。

2.2　运行稳定性

从工艺处理效果来看,生物处理工艺对水质水量的抗冲击能力较差,对进水的稳定性要求较高。

而在我国,对污水的排放监控不力,一些企业的环保意识不强,有毒有害的生产废水不经处理直接排入污水管网。

在污水处理厂内部,运行操作人员专业知识较弱,不能根据实际的进水情况作出相应的运行调整,由于上述原因,已建的二级处理工艺也达不到所期望的处理效果。

并非所有的城市污水都适合采用二级处理工艺,我国地域辽阔,水资源分布不均,用水习惯的不同造成了南北城市污水水质的较大差异,南方城市雨水较多,而且排水系统多为合流制,使得城市污水浓度较低。

另外,南方地下水水位较高,地下水渗入排水管内,化粪池的不合理设置,也往往造成南方城市污水浓度偏低。

采用二级生化法处理低浓度城市污水,不利于活性污泥的培养成长,较低的有机物浓度也易导致丝状菌膨胀,引起出水水质恶化[7]。

2.3　氮磷去除

20世纪60年代后期,由氮磷元素引起的水质富营养化问题日益严重,也对现有的城市污水处理工艺提出了更高的要求。

在传统的二级生物处理工艺基础上,尽管已经开发出了一些具有强化氮磷去除功能的深度二级生物处理工艺,但其氮、磷去除过程复杂,一般需要涉及微生物硝化、反硝化、释磷和吸磷等过程,而且各过程中微生物所需的生长环境不同,因此,在同一污水处理工艺中就不可避免地产生了各过程间的矛盾关系,单纯地依靠生物法很难实现高效稳定的脱氮除磷效果。

相对于单纯的生物法而言,化学法具有稳定高效的除磷效果。

如何将化学法和生物法有机地组合,在实现有机物和悬浮物高效去除的同时,强化系统对氮、磷的去除,也是城市污水处理过程中一个亟待解决的问题[8]。

2.4　旧处理设施的超负荷运行

近年来,随着我国经济的发展,城镇人口急剧增长,城市污水排放量逐年增加,一些原有的污水处理厂在超设计负荷条件下运行,往往导致出水水质恶化。

如何在原有污水处理构筑物的基础上,通过运行方式的优化,实现污水达标排放也成为污水处理专家们关注的一个研究方向。

3生活污水的处理工艺

生产废水及生活污水的循环利用，是节约用水和减少水资源开采的有效途径，既可利国利民，又是减少生产成本的重要举措。

同时为了响应实现工业废水零排放，努力建设节约型企业的号召，污水处理工程改造项目很必要。

现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。

一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。

经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。

一级处理属于二级处理的预处理。

二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD，COD物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。

三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。

主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。

3.1SBR污水处理工艺

SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法.与传统污水处理工艺不同，技术采用时间分割的操作方式SBR替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。

它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。

3.1.1SBR工艺的特点

a.理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。

b.运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好

c.耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。

d.工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。

e.处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。

f.反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。

g.SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。

h.脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。

i.I工艺流程简单、造价低。

主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。

3.1.2SBR系统适合以下情况

A.中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。

B.需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。

C.资源紧缺的地方。

SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。

D.用地紧张的地方。

E.对已建连续流污水处理厂的改造等。

F.非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。

3.2MBR污水处理工艺

工艺流程　　

原水→格栅→调节池→提升泵→生物反应器→循环泵→膜组件→消毒装置→中水贮池→中水用水系统　　

MBR污水处理工艺说明　　

污水经格栅进入调节池后经提升泵进入生物反应器，通过PLC控制器开启曝气机充氧，生物反应器出水经循环泵进入膜分离处理单元，浓水返回调节池，膜分离的水经过快速混合法氯化消毒（次氯酸钠、漂白粉、氯片）后，进入中水贮水池池。

反冲洗泵利用清洗池中处理水对膜处理设备进行反冲洗，反冲污水返回调节池。

通过生物反应器内的水位控制提升泵的启闭。

膜单元的过滤操作与反冲洗操作可自动或手动控制。

当膜单元需要化学清洗操作时，关闭进水阀和污水循环阀，打开药洗阀和药剂循环阀，启动药液循环泵，进行化学清洗操作。

MBR工艺特点

膜生物处理技术应用于废水再生利用方面，具有以下几个特点：

（1）能高效地进行固液分离，将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开。

分离工艺简单，占地面积小，出水水质好，一般不须经三级处理即可回用。

（2）可使生物处理单元内生物量维持在高浓度，使容积负荷大大提高，同时膜分离的高效性，使处理单元水力停留时间大大的缩短，生物反应器的占地面积相应减少。

（3）由于可防止各种微生物菌群的流失，有利于生长速度缓慢的细菌（硝化细菌等）的生长，从而使系统中各种代谢过程顺利进行。

（4）使一些大分子难降解有机物的停留时间变长，有利于它们的分解。

（5）膜处理技术与其它的过滤分离技术一样，在长期的运转过程中，膜作为一种过滤介质堵塞，膜的通过水量运转时间而逐渐下降有效的反冲洗和化学清洗可减缓膜通量的下降，维持MBR系统的有效使用寿命。

（6）MBR技术应用在城市污水处理中，由于其工艺简单，操作方便，可以实现全自动运行管理。

4.今后的发展趋势

4.1污水处理专用设备国产化

国内大中型企业中有许多是机械制造厂家,他们已具备机械制造行业的基本素质,再把污水处理专用设备的专业特点和要求结合起来,生产出高质量适用的污水处理设备是完全可以的。

这条渠道也是今后机械行业谋求生存之路的良好途径,国家再给予一些优惠的环保产业政策,以促进污水处理专用设备国产化。

4.2污水处理专用仪表的开发研制。

污水处理厂实行现代化管理,离不开污水处理专用仪表,而目前我国使用的国产仪表是借用化工、热工仪表,因污水处理专业与化工、热工行业有所不同,所以仪表在污水处理厂的运行管理中经常出现间题。

另外有些仪表在我国仪表行业中还是空白,这就致使国内大部分污水处理厂的仪表都采用国外生产的仪表,这不仅是市场被国外占领,也给维修带来不便,为此国内仪表行业应积极投人环境保护领域,国家也应给予相应的优惠政策,使其为我国的污水处理事业发展作好配套工作。

5.污水处理智能控制

污水处理的智能化是行业发展的技术升级与科学发展的具体体现。

智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，它主要包括模糊控制、神经网络控制、学习控制和专家控制等。

智能控制在各种非稳定的动态工程系统中的应用日益广泛与深入，特别是近年来取得的研究与应用成果更受瞩目。

5.1国内外自控技术现状分析

发达国家在二级处理普及以后投入大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测、运行和管理，实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。

与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入20世纪90年代以后污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少。

近年来，国内外均有学者对污水处理自动控制工艺进行研究，以寻求更精确、更可靠的方法实施自动控制。

合理数学模型的建立严重制约着传统污水处理技术的发展，并且建模必须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然而实际污水处理系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，因此采用传统控制理论建立的污水处理自动控制系统在实际工程应用上存在出水水质波动较大等问题。

污水处理自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表的功能目前还很不完善，在实际检测中达不到预期效果、误差很大，因此依靠这些检测设备判断污水处理情况并实施自动控制，往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。

污水处理自动控制有别于其他控制系统，它需要对大量阀门、泵、鼓风机和吸（刮）泥机、曝气池和污泥消化池内的搅拌器等机械设备及沉淀池和消化池进、排泥量进行控制，因此污水处理厂需要自动控制的开关量多。

[总结]

随着经济的发展，社会的进步我们发展的同时也破坏了自然环境，也使得水环境受到严重威胁。

我国的水环境现状已经不容乐观，生活污水、工业废水等无控制的大量排放导致河流、湖泊、土壤等污染严重。

因此对污水的预防和治理措施刻不容缓，对污水的合理处理对人类的生活生产、工农业的发展、生态环境的稳定起到了重要的作用。

污水处理系统的社会效益巨大，但运行成本高，处理厂的经济效益差。

所以应用计算机控制技术，实现污水处理工艺的半自动、全自动监控，提高污水处理厂的技术管理水平，合理使用和配置处理设备，具有非常现实的意义。

实践证明，污水处理控制系统的方案是可行的，系统采用现代先进的以太网通讯和无线通讯技术，实现了系统现场控制层、监控管理层和远程环保部门之间的通讯连接。

解决了污水处理各工艺过程地理分布相距较远，难于集中控制管理的问题，同时具有节约成本、高效、节能的特点，具有很高的实用性。

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