污水處理工(gōng)藝流程分(fēn)析

一(yī)、工(gōng)業廢水（Industrial Wastewater）的含義和分(fēn)類

定義：指工(gōng)業企業各行業生(shēng)産過程中(zhōng)産生(shēng)和排放(fàng)的廢水。 

包括：生(shēng)産污水（包括生(shēng)活污水）和生(shēng)産廢水兩大(dà)類。 

二、工(gōng)業廢水的分(fēn)類、種類、指标

1、分(fēn)類

按行業的産品加工(gōng)對象：冶金、造紙(zhǐ)、紡織、印染等。 

按工(gōng)業廢水中(zhōng)主要污染物(wù)分(fēn)：無機廢水（電(diàn)鍍、礦物(wù)加工(gōng)），有機廢水（食品加工(gōng)） 

按廢水中(zhōng)污染物(wù)的主要成分(fēn)：酸性、堿性、含酚等 

按處理難易程度和危害性分(fēn)：易處理危害性小(xiǎo)的廢水，易生(shēng)物(wù)降解無明顯毒性的廢水，難生(shēng)物(wù)降解又(yòu)有毒性的廢水。

2、工(gōng)業廢水造成環境污染的種類

1)含無毒物(wù)質的有機廢水和無機廢水的污染； 

2)含有毒物(wù)質的有機廢水和無機廢水的污染； 

3)含有大(dà)量不溶性懸浮物(wù)廢水的污染； 

4)含油廢水産生(shēng)的污染； 

5)含高濁度和高色度廢水産生(shēng)的污染； 

6)酸性和堿性廢水産生(shēng)的污染； 

7)含有多種污染物(wù)質廢水産生(shēng)的污染； 

8)含有氮、磷等工(gōng)業廢水産生(shēng)的污染。 

三、工(gōng)業廢水處理方法概述

1、工(gōng)業廢水的物(wù)理處理 （Physical Treatment）

定義：應用物(wù)理作用沒有改變廢水成分(fēn)的處理方法稱爲物(wù)理處理法； 

操作單元（Operating Units）：調節（Adjust）、離(lí)心分(fēn)離(lí)（CentrifugalSeparation）、除油（Oil Elimination）、過濾（Filtration）等。 

廢水經過物(wù)理處理過程後并沒有改變污染物(wù)的化學本性，而僅使污染物(wù)和水分(fēn)離(lí)。 

2、工(gōng)業廢水的化學處理（Chemical Treatment）

定義：應用化學原理和化學作用将廢水中(zhōng)的污染物(wù)成分(fēn)轉化爲無害物(wù)質，使廢水得到淨化的方法稱爲化學處理。 

操作單元（Operating Units） ：中(zhōng)和（ Neutralization）、化學沉澱（ Chemical Precipitation）、藥劑氧化還原（Chemical Oxidation Reduction）、臭氧氧化(Ozone Oxidation )、電(diàn)解(Electrolysis)、光氧化法(Photo- Oxidation)等。 

污染物(wù)在經過化學處理過程後改變了化學本性，處理過程中(zhōng)總是伴随着化學變化。 

3、工(gōng)業廢水的物(wù)理化學處理（Physic-chemicalTreatment）

定義：廢水中(zhōng)的污染物(wù)在處理過程中(zhōng)是通過相轉移的變化而達到去(qù)除的目的的處理方法稱爲物(wù)理化學處理。 

操作單元（Operating Units） ：混凝（Coagulation）、氣浮（Floatation）、吸附(Adsorption)、離(lí)子交換(Ion Exchange)、電(diàn)滲析(Electro-dialysis)、擴散滲析(Diffusion Dialysis)、反滲透(Reverse Osmosis)、超濾(Ultra Filtrate)等。 

污染物(wù)在物(wù)化過程中(zhōng)可以不參與化學變化或化學反應，直接從一(yī)相轉移到另一(yī)相，也可以經過化學反應後再轉移。

4、工(gōng)業廢水的生(shēng)物(wù)處理（Biological Treatment）

定義：是利用微生(shēng)物(wù)的代謝作用氧化、分(fēn)解、吸附廢水中(zhōng)可溶性的有機物(wù)及部分(fēn)不溶性有機物(wù)，并使其轉化爲無害的穩定物(wù)質從而使水得到淨化的方法稱爲生(shēng)物(wù)處理。 

操作單元（Operating Units） ：好氧生(shēng)物(wù)處理(Aerobic Biological Treatment)、厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理(Anaerobic Biological Treatment)。

生(shēng)物(wù)處理過程的實質是一(yī)種由微生(shēng)物(wù)參與進行的有機物(wù)分(fēn)解過程，分(fēn)解有機物(wù)的微生(shēng)物(wù)主要是細菌，其它微生(shēng)物(wù)如藻類和原生(shēng)動物(wù)也參與該過程，但作用較小(xiǎo)。

現代污水處理技術，按處理程度劃分(fēn)，可分(fēn)爲一(yī)級、二級和三級處理。 

一(yī)級處理，主要去(qù)除污水中(zhōng)呈懸浮狀态的固體(tǐ)污染物(wù)質，物(wù)理處理法大(dà)部分(fēn)隻能完成一(yī)級處理的要求。經過一(yī)級處理的污水，BOD一(yī)般可去(qù)除30%左右，達不到排放(fàng)标準。一(yī)級處理屬于二級處理的預處理。 

二級處理，主要去(qù)除污水中(zhōng)呈膠體(tǐ)和溶解狀态的有機污染物(wù)質(BOD，COD物(wù)質)，去(qù)除率可達90%以上，使有機污染物(wù)達到排放(fàng)标準。 

三級處理，進一(yī)步處理難降解的有機物(wù)、氮和磷等能夠導緻水體(tǐ)富營養化的可溶性無機物(wù)等。主要方法有生(shēng)物(wù)脫氮除磷法，混凝沉澱法，砂率法，活性炭吸附法，離(lí)子交換法和電(diàn)滲分(fēn)析法等。 

整個過程爲通過粗格删的原污水經過污水提升泵提升後，經過格删或者篩率器，之後進入沉砂池，經過砂水分(fēn)離(lí)的污水進入初次沉澱池，以上爲一(yī)級處理(即物(wù)理處理)，初沉池的出水進入生(shēng)物(wù)處理設備，有活性污泥法和生(shēng)物(wù)膜法，(其中(zhōng)活性污泥法的反應器有曝氣池，氧化溝等，生(shēng)物(wù)膜法包括生(shēng)物(wù)濾池、生(shēng)物(wù)轉盤、生(shēng)物(wù)接觸氧化法和生(shēng)物(wù)流化床)，生(shēng)物(wù)處理設備的出水進入二次沉澱池，二沉池的出水經過消毒排放(fàng)或者進入三級處理，一(yī)級處理結束到此爲二級處理，三級處理包括生(shēng)物(wù)脫氮除磷法，混凝沉澱法，砂濾法，活性炭吸附法，離(lí)子交換法和電(diàn)滲析法。二沉池的污泥一(yī)部分(fēn)回流至初次沉澱池或者生(shēng)物(wù)處理設備，一(yī)部分(fēn)進入污泥濃縮池，之後進入污泥消化池，經過脫水和幹燥設備後，污泥被最後利用。 

各個處理構築物(wù)的能耗分(fēn)析

1、污水提升泵房

進入污水處理廠的污水經過粗格删進入污水提升泵房，之後被污水泵提升至沉砂池的前池。水泵運行要消耗大(dà)量的能量，占污水廠運行總能耗相當大(dà)的比例，這與污水流量和要提升的揚程有關。

2、沉砂池

沉砂池的功能是去(qù)除比重較大(dà)的無機顆粒。沉砂池一(yī)般設于泵站前、倒虹管前，以便減輕無機顆粒對水泵、管道的磨損；也可設于初沉池前，以減輕沉澱池負荷及改善污泥處理構築物(wù)的處理條件。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝氣沉砂池、多爾沉砂池和鍾式沉砂池。 

沉砂池中(zhōng)需要能量供應的主要是砂水分(fēn)離(lí)器和吸砂機，以及曝氣沉砂池的曝氣系統，多爾沉砂池和鍾式沉砂池的動力系統。 

3、初次沉澱池

初次沉澱池是一(yī)級污水處理廠的主題處理構築物(wù)，或作爲二級污水處理廠的預處理構築物(wù)設在生(shēng)物(wù)處理構築物(wù)的前面。處理的對象是SS和部分(fēn)BOD5，可改善生(shēng)物(wù)處理構築物(wù)的運行條件并降低其BOD5負荷。初沉池包括平流沉澱池，輻流沉澱池和豎流沉澱池。 

初沉池的主要能耗設備是排泥裝置，比如鏈帶式刮泥機，刮泥撇渣機，吸泥泵等，但由于排泥周期的影響，初沉池的能耗是比較低的。 

4、生(shēng)物(wù)處理構築物(wù)

污水生(shēng)物(wù)處理單元過程耗能量要占污水廠直接能耗相當大(dà)的比例，它和污泥處理的單元過程耗能量之和占污水廠直接能耗的60%以上。活性污泥法的曝氣系統的曝氣要消耗大(dà)量的電(diàn)能，其基本上是聯系運行的，且功率較大(dà)，否則達不到較好的曝氣效果，處理效果也不好。氧化溝處理工(gōng)藝安裝的曝氣機也是能耗很大(dà)的設備。生(shēng)物(wù)膜法處理設備和活性污泥法相比能耗較低，但目前應用較少，是以後需要大(dà)力推廣的處理工(gōng)藝。 

5、二次沉澱池

二次沉澱池的能力消耗主要是在污泥的抽吸和污水表明漂浮物(wù)的去(qù)除上，能耗比較低。 

6、污泥處理

污泥處理工(gōng)藝中(zhōng)的濃縮池，污泥脫水，幹燥都要消耗大(dà)量的電(diàn)能，污泥處理單元的能量消耗是相當大(dà)的，這些設備的電(diàn)耗功率都很大(dà)。 

針對各個處理構築物(wù)的節能途徑

1、污水提升泵房

污水提升泵房要節省能耗，主要是考慮污水提升泵如何進行電(diàn)能節約，正确科學的選泵，讓水泵工(gōng)作在高效段是有效的手段，合理利用地形，減少污水的提升高度來降低水泵軸功率N也是有效的辦法，定期對水泵進行維護，減少摩擦也可以降低電(diàn)耗。 

2、沉砂池

采用平流沉砂，避免采用需要動力設備的沉砂池，如平流沉砂池。采用重力排砂，避免使用機械排砂，這些措施都可大(dà)大(dà)節省能耗。

3、初次沉澱池

初次沉澱池的能耗較低，主要能量消耗在排泥設備上，采用靜水壓力法無疑會明顯降低能量的消耗。 

4、生(shēng)物(wù)處理構築物(wù)

國外(wài)的學者通過能耗和費(fèi)用效益分(fēn)析比較了生(shēng)物(wù)處理工(gōng)藝流程，他們認爲處理設施大(dà)部分(fēn)的能量消耗是發生(shēng)在電(diàn)機這類單一(yī)的設備上，因而節能應從提高全廠功率因數、選擇高效機電(diàn)設備及減少高峰用電(diàn)要求等方面入手。他們提出的節能措施既包括改善電(diàn)機的電(diàn)氣性能，也包括解決運轉的工(gōng)藝問題，還包括污水廠産物(wù)中(zhōng)的能量回收(Energy Recovery)。

曝氣系統的能耗相當大(dà)，對曝氣系統能耗能效的研究總是涉及到曝氣設備的改造和革新。新型的曝氣設備雖然層出不窮，但目前仍然可劃分(fēn)爲2類:第1種是采用淹沒式的多孔擴散頭或空氣噴嘴産生(shēng)空氣泡将氧氣傳遞進水溶液的方法，第2種是采用機械方法攪動污水促使大(dà)氣中(zhōng)的氧溶于水的方法。微孔曝氣，曝氣擴散頭的布局和曝氣系統的調節這些都是節能的有效措施。在傳統活性污泥處理廠曝氣池中(zhōng)辟出前端厭(yàn)氧區，用淹沒式攪拌器混合的節能、生(shēng)物(wù)除磷方案。這一(yī)簡單的改造可以節省近20%的曝氣能耗，如果算上混合用能，節能也達到12%。自動控制系統的應用于污水處理節能，曝氣系統進行階段曝氣，溶解氧存在濃度梯度，既減少了能耗，又(yòu)可以改善處理效果，減少污泥量。

生(shēng)物(wù)膜法處理工(gōng)藝采用厭(yàn)氧處理可以明顯降低能量的消耗。 

5、二次沉澱池

二次沉澱池中(zhōng)對排泥設備的研究和排泥方式的改善是降低能耗的有效方法。 

6、污泥處理

污泥處理系統節能研究主要集中(zhōng)于污泥處理的能量回收。從污水污泥有機污染物(wù)中(zhōng)回收能量用于處理過程早在上世紀初就已投入實踐，但能源危機之前一(yī)直不受重視。目前有兩種回收途徑：一(yī)是污泥厭(yàn)氧消化氣利用，一(yī)是污泥焚燒熱的利用。 

消化氣性質穩定、易于貯存，它可通過内燃機或燃料電(diàn)池轉化爲機械能或電(diàn)能，廢熱還可回收于消化污泥加熱。因此利用消化氣能解決污水廠不同程度的能量自給問題。林榮忱等人比較了沼氣發電(diàn)機和燃料電(diàn)池兩種利用形式，認爲燃料電(diàn)池能量利用率高，具有很好的發展前途。對消化氣的最大(dà)化利用是提高能效的主要方式。沼氣發電(diàn)機組并網發電(diàn)的研究和應用在國内已有應用實例，是大(dà)型污水處理廠的沼氣綜合利用的可行途徑。 

另外(wài)一(yī)種能量回收方式是将城市固體(tǐ)廢物(wù)焚燒場建在污水處理廠旁，将固廢與污水污泥一(yī)起焚燒，獲得的電(diàn)能用于處理廠的運轉。 

城市污水處理的能耗分(fēn)析研究與節能技術和手段的發展往往并不同步。由于污水處理能量平衡分(fēn)析方法研究的欠缺，節能措施的制訂和實施常常超前。而多數節能途徑和手段常常由處理廠的操作管理人員(yuán)結合各處理設施實際情況提出，具有經驗性和個别性，不一(yī)定能适用于其他污水廠甚至是工(gōng)藝相似的污水廠;另一(yī)方面，從廣義上說，污水處理學科領域的技術創新、新材料和新設備的使用都蘊涵着節能增效的潛力，因而節能的途徑和手段往往是很寬泛的。 

四、結論

污水處理是能源密集(energy intensity)型的綜合技術。一(yī)段時期以來，能耗大(dà)、運行費(fèi)用高一(yī)定程度上阻礙了我(wǒ)國城市污水處理廠的建設，建成的一(yī)些處理廠也因能耗原因處于停産和半停産狀态。在今後相當長的一(yī)段時期内，能耗問題将成爲城市污水處理的瓶頸。能否解決耗污水廠的能耗問題，合理進行能源分(fēn)配，已經成爲決定污水處理廠運行效益好壞的關鍵因素。能耗是否較低，也是未來新的污水處理廠可行性分(fēn)析的決定性因素，開(kāi)發能效較高的污水處理技術，合理設計及運行污水處理廠，必将是未來污水處理廠設計和運行的必由之路。