城市污水处理技术流程指南

城市污水处理技术流程指南城市污水裹挟着生活、工业等多元污染源，若未经有效处理直接排放，将对水环境、生态系统乃至人体健康造成严重威胁。一套科学严谨的污水处理流程，需整合物理、化学、生物等多类技术，在实现污染物高效去除的同时，探索资源回收与循环利用的可能。本文从预处理到污泥处置，系统梳理城市污水处理的核心环节与技术逻辑，为工程设计、运行管理提供实用参考。一、预处理：拦截大颗粒与砂粒，减轻后续负荷预处理是污水进入主处理系统前的“初步净化”，核心目标是去除体积大、密度高的杂质，保护后续设备并降低处理难度。1.格栅截留：污水的“第一道闸门”格栅通过栅条间隙拦截漂浮物（如塑料袋、树枝、织物），按栅距分为粗格栅（栅距10-100mm，去除大体积杂物）和细格栅（栅距2-10mm，拦截细小悬浮物）。安装时通常与水平面呈60°-90°，利用重力和水流冲击力使杂物滑入收集装置。运行中需定期（如每4-8小时）清理栅渣，避免堵塞；机械格栅除污机可实现自动清渣，降低人工成本。2.沉砂池除砂：减少设备磨损的“防护网”沉砂池通过重力沉降分离砂粒、煤渣等无机颗粒，降低其对水泵、管道、曝气器的磨损。常见类型：平流沉砂池：结构简单，水流呈水平推流，砂粒在池底沉积，需定期人工或机械排砂，适合中小型污水厂。旋流沉砂池：利用旋流作用强化砂粒分离，砂粒沿池壁下沉，有机物随水流带走，分离效率高且排砂自动化，占地小。曝气沉砂池：通过曝气形成旋流，使砂粒与有机物分离（有机物随气泡上浮或悬浮），同时氧化部分有机物，利于后续生物处理。设计时需控制曝气量（通常0.2-0.5m³/(m²·h)），避免砂粒过度悬浮。二、一级处理：重力沉降去除悬浮固体一级处理以初沉池为核心，通过重力沉降去除污水中50%-70%的悬浮固体（SS）和20%-30%的有机物（以BOD计），降低后续生物处理负荷。初沉池设计需关注水力停留时间（通常1.5-2.5小时）、表面负荷（1.0-2.5m³/(m²·h)）和污泥斗倾角（≥55°，便于污泥排出）。进水经配水装置均匀布水，悬浮物在重力作用下沉降，上清液进入二级处理，污泥（初沉污泥）排入污泥处理系统。若进水SS过高（如工业废水混入），可投加絮凝剂（如聚合氯化铝）强化沉降，但需平衡药剂成本与处理效果。三、二级处理：生物降解核心，去除有机物与氮磷二级处理是污水净化的“核心战场”，通过微生物代谢降解有机物、脱氮除磷，使水质大幅改善。主流技术包含好氧生物处理和厌氧生物处理。1.好氧生物处理：活性污泥法与生物膜法活性污泥法：利用曝气池中悬浮生长的微生物（活性污泥）分解有机物，经典工艺及特点：传统活性污泥法：推流式曝气池，有机物降解效率高，但耐冲击性差，易发生污泥膨胀，适合水质稳定的大型污水厂。A/O（缺氧/好氧）工艺：在好氧段前设缺氧段，利用反硝化菌脱氮，同时好氧段聚磷菌吸磷，实现同步脱氮除磷（需控制回流比，通常200%-400%）。氧化沟：环形曝气池，通过转刷/转盘曝气，水力停留时间长（10-30小时），污泥龄长，耐冲击、脱氮效果好，适合中小型污水厂（如卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟）。SBR（序批式活性污泥法）：集进水、反应、沉淀、排水于一池，通过时间序列控制实现有机物降解与污泥沉降，无需二沉池，占地小、灵活性强；变种CASS工艺增加预缺氧区，强化脱氮除磷。MBR（膜生物反应器）：将膜分离与活性污泥法结合，膜（超滤/微滤）替代二沉池，出水SS接近0，可直接回用，但膜易污染（需定期清洗、反冲洗），运行成本较高，适合高标准出水（如中水回用）。生物膜法：微生物附着在载体（如滤料、转盘）表面形成生物膜，通过膜内外物质传递降解有机物。优势是污泥龄长、耐冲击、剩余污泥少：生物滤池：包括普通生物滤池（负荷低，适合小型厂）、高负荷生物滤池（负荷高，需回流）、曝气生物滤池（BAF，滤料曝气，同步去除SS、有机物、氮磷，出水水质优）。生物转盘：转盘浸没于污水中，转动时生物膜交替接触空气与污水，氧传递效率高，适合低温、低浓度污水，但占地较大。接触氧化池：池内填充填料（如组合填料、弹性填料），曝气供氧，微生物挂膜快，处理效率高，管理简单，广泛用于小型污水厂。2.厌氧生物处理：高浓度废水的“能源化”处理厌氧处理利用厌氧菌在无氧环境下降解有机物，产生沼气（甲烷为主），实现污染物去除与能源回收，适合高浓度有机废水（如食品、酿酒废水，COD＞2000mg/L）或作为生活污水的预处理（如UASB-A/O组合工艺）。UASB（上流式厌氧污泥床）：污水自下而上流动，污泥在池底形成“污泥床”，有机物在此被降解，产生的沼气带动污泥上浮，通过三相分离器（气、液、固分离）实现沼气收集、污泥回流。优点是负荷高（COD负荷5-15kg/(m³·d)）、占地小，缺点是启动慢（需培养颗粒污泥）、对水质波动敏感。IC（内循环厌氧反应器）：在UASB基础上增加内循环系统，利用沼气提升力实现污泥内循环，强化传质，负荷更高（COD负荷15-30kg/(m³·d)），适合超高浓度废水，但结构复杂、造价高。四、深度处理：达标排放与回用的“最后防线”二级出水仍含残留污染物（如SS、TN、TP、难降解有机物），深度处理需根据出水要求（如国标一级A、地表水Ⅳ类、回用标准）选择技术，实现“提标”或“回用”。1.过滤：去除残留悬浮物与胶体砂滤：通过石英砂滤层截留SS，可作为二级出水的预处理，滤速通常8-10m/h，需定期反冲洗（气水联合反冲效果佳）。活性炭过滤：利用活性炭吸附有机物、色度、重金属，同时去除部分消毒副产物前体物，适合出水要求高的场景（如回用），但活性炭需定期再生或更换。膜过滤：超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO），UF可去除细菌、病毒、胶体，NF/RO可去除盐分、重金属，实现深度脱盐回用，但膜污染、浓水处置是难点。2.高级氧化：降解难降解有机物臭氧氧化：臭氧（O₃）强氧化性分解有机物，降低COD、脱色、除臭，同时灭活病毒；需控制臭氧投加量（通常10-50mg/L），避免过量残留。芬顿氧化：Fe²⁺催化H₂O₂产生·OH自由基，氧化难降解有机物，适合高COD、高色度废水，但需调节pH（2-4）、投加大量药剂，污泥产量高。光催化氧化：TiO₂等催化剂在光照下产生活性氧，降解有机物，适合低浓度废水的深度处理，能耗低但反应速率慢，需结合其他工艺。3.脱氮除磷：满足严格排放标准化学除磷：投加铁盐/铝盐（如PAC、FeCl₃）与磷酸盐生成沉淀，去除TP，适合生物除磷不足的场景，需控制投加点（如二沉池后、深度处理前端）。反硝化深床滤池：滤料（如石英砂、陶粒）表面挂膜，同时截留SS与进行反硝化脱氮，通过投加碳源（如甲醇、乙酸钠）强化反硝化，出水TN可降至5mg/L以下。4.消毒：杀灭病原微生物氯消毒：投加液氯、次氯酸钠，成本低、效果好，但产生余氯和消毒副产物（如THMs），需控制投加量（接触时间≥30分钟，余氯0.5-1.0mg/L）。紫外线消毒：通过紫外线破坏微生物DNA，无残留、速度快，但对水质透明度要求高（SS＜20mg/L），需定期清洗灯管。臭氧消毒：强氧化性灭活微生物，同时降解有机物、脱色，无残留，但成本高，适合高标准回用。五、污泥处理处置：减量化、稳定化、资源化污水处理产生的污泥（含水率99%左右）需经处理处置，避免二次污染，实现资源回收。1.污泥浓缩：减少体积重力浓缩：利用重力沉降浓缩污泥，含水率降至95%-97%，适合初沉污泥（无机成分多），但停留时间长（12-24小时），易厌氧发酵。气浮浓缩：通过溶气水释放气泡，使污泥上浮浓缩，含水率降至95%左右，适合活性污泥（有机成分多），但能耗高。机械浓缩：如离心浓缩机，通过离心力分离污泥与水，含水率降至90%-95%，效率高、占地小，适合大规模处理。2.污泥稳定：降解有机物厌氧消化：在厌氧环境下，污泥中有机物被分解为沼气（能源）和稳定污泥，同时杀灭病原菌，含水率降至90%左右，需控制温度（中温35℃左右、高温55℃左右），中温消化更经济。好氧消化：曝气供氧，微生物降解有机物，稳定污泥，适合小型污水厂，但能耗高、污泥产量大。3.污泥脱水：降低含水率机械脱水是主流，通过压滤机（板框、带式、离心）使污泥含水率降至60%-80%，便于运输与处置。脱水前需投加调理剂（如PAM、石灰）改善污泥脱水性能，减少滤饼含水率。4.最终处置：资源化与无害化土地利用：污泥经稳定、脱水、检测（重金属、病原菌达标）后，可作为土壤改良剂、园林绿化肥，但需控制施用量，避免污染土壤。焚烧：将污泥烘干后焚烧，彻底减容（减容率＞90%），回收热量发电，但投资大、能耗高，需处理烟气（二噁英、NOx）。填埋：脱水污泥（含水率＜60%）送入填埋场，需满足填埋标准（如GB____），但占用土地资源，易产生渗滤液。六、工艺选择与优化：因地制宜，提质增效1.工艺选择依据进水水质：高COD、高氮磷选A²/O、MBR；高SS选强化预处理+初沉池；工业废水混入选厌氧+好氧组合。出水要求：一级A选MBR+深度处理；回用选MBR+NF/RO；一级B选氧化沟、SBR。规模与场地：大型厂（＞10万m³/d）选活性污泥法（如A²/O、氧化沟）；中小型厂（＜5万m³/d）选SBR、生物膜法；场地紧张选MBR、SBR。气候与经济：寒冷地区选保温工艺（如地下式MBR）；经济欠发达地区选低成本工艺（如氧化沟、生物滤池）。2.工艺优化方向强化脱氮除磷：分段进水A²/O（减少碳源竞争）、侧流除磷（处理部分回流污泥，降低磷负荷）、投加缓释碳源（如秸秆、乙酸钠）。节能降耗：曝气系统变频控制（根据DO自动调节风量）、污泥厌氧消化产沼气发电、太阳能供电（预处理单元）。智慧化管理：在线监测（COD、NH3-N、DO、MLSS）、大数据建模（预测水质波动