给排水水处理技术方法

给排水水处理技术方法给排水水处理是保障水质安全、实现水资源循环利用的核心技术领域，其核心目标是通过物理、化学、生物等手段去除水中悬浮物、有机物、微生物、重金属等污染物，使处理后的水质满足生活饮用、工业用水或生态回补等不同场景的标准要求。技术方法的选择需综合考虑原水水质特征、处理目标、运行成本及环境适应性，常见技术体系可分为物理处理、化学处理、生物处理及组合工艺四大类，各类技术在原理机制、适用场景及关键参数上存在显著差异。一、物理处理技术物理处理技术通过物理作用分离或去除水中不溶性污染物，主要依赖重力、筛滤、离心等物理过程，具有操作简单、运行成本低的特点，通常作为预处理或深度处理环节应用。1.沉淀与澄清沉淀是利用重力作用使水中悬浮物自然沉降的过程，适用于去除粒径大于10μm的颗粒物质。沉淀池设计的关键参数包括表面负荷（单位时间内通过单位面积的水量，通常控制在1.5至3.0m³/(m²·h)）、停留时间（约1.5至3.0小时）及有效水深（3至5米）。为提高效率，可采用斜管/斜板沉淀池，通过增加沉淀面积缩短沉降时间，表面负荷可提升至3.0至5.0m³/(m²·h)。澄清技术则结合了絮凝与沉淀过程，通过泥渣层的接触絮凝作用强化去除效果，适用于原水浊度波动较大的场景，典型设备如机械搅拌澄清池，其上升流速控制在0.8至1.2mm/s。2.过滤过滤是利用多孔介质（如石英砂、无烟煤、活性炭）截留水中细小悬浮物的过程，是给水处理中保障出水浊度的关键环节。根据滤料层级可分为单层滤料（石英砂）、双层滤料（无烟煤+石英砂）及多层滤料（石榴石+石英砂+无烟煤），其中双层滤料因截污能力更强应用更广泛。过滤速度是核心参数，单层砂滤池一般为8至10m/h，双层滤料可提升至10至12m/h。当滤层水头损失达到1.5至2.0m或出水浊度超过1NTU（nephelometricturbidityunit，浊度单位）时需反冲洗，反冲洗强度通常为15至20L/(m²·s)，时间5至10分钟。3.气浮气浮是通过向水中释放微小气泡（直径约20至100μm），使气泡与悬浮物附着形成密度小于水的絮体，从而上浮分离的技术。适用于处理密度接近水的胶体（如藻类、油类）或低浊度原水。溶气气浮是最常用的形式，分为全溶气（全部进水加压溶气）、部分溶气（部分进水加压溶气）和回流溶气（部分出水加压溶气）三种方式。关键参数包括溶气压力（0.3至0.5MPa）、回流比（回流水量与原水量的比值，通常为10%至30%）及停留时间（10至20分钟）。研究表明，气浮对藻类的去除率可达90%以上，对含油废水的除油效率超过85%。二、化学处理技术化学处理技术通过投加化学药剂引发化学反应，实现污染物的转化或分离，主要用于去除溶解性有机物、重金属、色度及微生物等，常与物理、生物处理联合应用。1.混凝与絮凝混凝是向水中投加混凝剂（如硫酸铝、聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铁PFS），通过压缩双电层、电性中和使胶体脱稳，形成微絮体；絮凝则通过高分子助凝剂（如聚丙烯酰胺PAM）的架桥作用，使微絮体聚集成大颗粒絮体，便于后续沉淀或气浮分离。混凝效果受pH值、水温、混凝剂投加量影响显著：铝盐最佳pH为6.5至7.5，铁盐为5.0至8.5；水温低于10℃时，混凝反应速率下降约30%；投加量需通过烧杯试验确定，一般PAC投加量为10至50mg/L。2.中和与化学沉淀中和用于调节水的酸碱性，使pH值满足后续处理或排放要求。酸性废水可投加石灰（CaO）、氢氧化钠（NaOH）中和，碱性废水可投加硫酸（H₂SO₄）或盐酸（HCl）中和，控制pH在6至9之间。化学沉淀通过投加沉淀剂（如硫化钠Na₂S、氢氧化物）使溶解性重金属离子（如Pb²+、Cd²+）生成难溶盐沉淀去除，例如向含铅废水中投加NaOH，当pH≥9时，Pb²+生成Pb(OH)₂沉淀（溶度积Ksp≈1.4×10⁻²⁰）。沉淀效率与pH值、沉淀剂投加量及反应时间相关，通常反应时间需维持15至30分钟。3.氧化还原氧化还原技术通过氧化剂（如臭氧O₃、次氯酸钠NaClO、过氧化氢H₂O₂）或还原剂（如亚硫酸氢钠NaHSO₃）将污染物转化为低毒或无害物质。臭氧氧化可有效去除色度、嗅味及难降解有机物（如农药、内分泌干扰物），氧化电位达2.07V（高于氯的1.36V），接触时间一般为10至30分钟，投加量5至15mg/L。还原法主要用于处理六价铬（Cr⁶+），通过投加硫酸亚铁（FeSO₄）将Cr⁶+还原为Cr³+，再调节pH至8至9生成Cr(OH)₃沉淀，反应式为Cr₂O₇²⁻+6Fe²++14H+→2Cr³++6Fe³++7H₂O。三、生物处理技术生物处理技术利用微生物（细菌、真菌、原生动物）的代谢活动分解有机物，是污水中有机物去除的核心手段，分为好氧、缺氧及厌氧处理三大类。1.好氧生物处理好氧处理在溶解氧（DO）≥2mg/L条件下，通过好氧微生物将有机物（以BOD₅表示）分解为CO₂和H₂O。活性污泥法是最典型的好氧工艺，由曝气池、沉淀池、污泥回流系统组成。关键参数包括污泥浓度（MLSS，混合液悬浮固体浓度）2000至4000mg/L、污泥负荷（F/M，单位质量污泥处理的BOD₅量）0.2至0.4kgBOD₅/(kgMLSS·d)、水力停留时间（HRT）4至8小时。研究显示，活性污泥法对BOD₅的去除率可达80%至95%，但对总氮（TN）、总磷（TP）去除效果有限（TN去除率约30%，TP约20%）。生物膜法通过微生物附着在载体（如填料、滤料）表面形成生物膜，利用膜内微生物降解有机物，常见形式有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池。生物接触氧化池的填料填充率为60%至70%，HRT2至6小时，DO2至4mg/L，对BOD₅去除率可达85%至90%，且抗冲击负荷能力优于活性污泥法。2.缺氧与厌氧处理缺氧处理在DO≤0.5mg/L条件下，利用反硝化菌将硝酸盐（NO₃⁻-N）还原为N₂，实现脱氮。典型应用于脱氮工艺（如A/O工艺），HRT2至4小时，碳氮比（C/N）需≥4:1以保证反硝化效率。厌氧处理在无氧条件下，通过厌氧微生物（产酸菌、产甲烷菌）将有机物分解为CH₄和CO₂，适用于高浓度有机废水（COD≥2000mg/L）处理。升流式厌氧污泥床（UASB）是主流工艺，污泥床区污泥浓度可达50至80g/L，HRT6至24小时，COD去除率80%至90%，同时可产生沼气（主要成分为CH₄，占50%至70%）作为能源。但厌氧处理对温度敏感（中温35±2℃，高温55±2℃），启动周期长（需3至6个月）。四、组合工艺技术单一技术难以同时满足有机物、氮、磷及难降解污染物的去除需求，组合工艺通过不同技术的协同作用提升处理效能，常见类型包括脱氮除磷组合、物化-生化组合及深度处理组合。1.脱氮除磷组合工艺A²/O（厌氧-缺氧-好氧）工艺是典型的脱氮除磷组合，流程为：厌氧段（释磷，HRT1至2小时）→缺氧段（反硝化脱氮，HRT2至3小时）→好氧段（有机物降解、吸磷，HRT6至8小时）。通过污泥回流（回流比50%至100%）和硝化液回流（回流比200%至400%）实现磷的过量吸收（聚磷菌在好氧段吸收的磷量是厌氧段释放量的2至3倍）和氮的转化（氨氮→硝态氮→氮气）。该工艺对TN、TP的去除率分别可达70%至80%和80%至90%，但存在碳源竞争（厌氧释磷与反硝化脱氮均需碳源）问题，需补充外碳源（如乙酸钠）时可提升脱氮除磷效率。2.物化-生化组合工艺对于含难降解有机物（如印染废水、制药废水）的污水，常采用“物化预处理+生化处理”组合。例如，印染废水先通过混凝沉淀（去除悬浮物、色度，COD去除率30%至50%），再经水解酸化（将大分子有机物分解为小分子，提高可生化性，B/C比从0.2提升至0.35以上），最后进入活性污泥法（COD去除率80%以上），整体COD去除率可达90%至95%。3.深度处理组合工艺为达到再生水回用标准（如《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T19923-2005），需采用“生化处理+深度处理”组合。常见工艺为“二级出水→混凝过滤→活性炭吸附→消毒”，其中混凝过滤去除剩余悬浮物（浊度≤5NTU），活性炭吸附去除溶解性有机物（COD≤30mg/L），消毒（氯消毒或紫外线消毒）控制微生物指标（总大肠菌群≤3个/L）。研究表明，该组合工艺可使出水COD≤30mg/L、氨氮≤1.5mg/L、浊度≤1NTU，满足工业循环冷却水水质要求。在实际工程中，水处理技术的选择需综合评估原水水质（如COD、B