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摘要：我国人均水资源少，时空分布不均。人类对水质提出了更高的要求，污水深度处理与回用技术兴起。污水经一级、二级处理后再经深度处理可作为水资源回用于生产或生活。污水处理厂的侧重点不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水质。
关键词：水资源 深度处理 回用 物理化学 生物处理 高级氧化 膜分离
1前言
我国水资源的总储量平均每年达2.81万亿m3，居世界第6位，但人均水资源拥有量仅为2340m3，为世界平均值的1/4，排在世界第121位，是世界13个贫水国之一[1]。同时我国的水资源时空分布不均，南多北少，东多西少，雨季旱季分明，使得中国城市水资源供需矛盾更加突出。
近年来，随着我国经济的迅速发展，人口的增加，工业化和城市化步伐的加快，污水排放量也相应增加，加剧了水环境的污染。
初步处理后的污水,再经过深度处理可作为再生资源回用到适宜的位置,如城市绿化用水、景观用水、工业冷却用水、城市洒水降温等。
因此，污水深度处理技术研究应用对促进工农业生产和国民经济的可持续发展意义重大，对缓解水资源不足和保护水环境具有重要意义。
2污水深度处理方法
污水深度处理是指城市污水或工业废水经一级、二级处理后，为控制出水中某些特定的污染物浓度，获得比传统二级处理更好的水质，达到一定的回用水标准使污水作为水资源回用于生产或生活的进一步水处理过程。常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质，SS及氮、磷高浓度营养物质及盐类[2]。
2.1物理化学法
物理化学方法中常用深度处理方法有以下几种：
2.1.1 活性炭吸附法
活性炭是一种多孔性物质，而且易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强，因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性炭对分子量在500～3000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般为70%～86.7%[3]。
2.1.2 化学沉淀法
混凝沉淀工艺是污水深度处理中最常用的工艺，我国大多数污水厂在深度处理工艺中均采用此方法。向水中投加化学药剂，药剂水解后与污染物相互作用，通过混凝过程形成大颗粒絮体，通过沉淀或气浮得到分离。混凝沉淀工艺经济、成熟,但处理效果受水质改变影响较大（藻类、pH、水温等），且对水质要求较高时，该工艺则无法满足处理效果[4]。
2.1.3 化学氧化法
化学氧化法是指利用强氧化剂的氧化性，在一定条件下与水中的有机污染物发生反应，将污染物氧化成微毒、无害的物质或转化成易处理的形态，从而达到消除污染的目的[5]。
2.1.4 离子交换法
离子交换法是利用树脂的特点将水中的污染物质通过旷或OH-的交换吸附在树脂上,达到对污染物的去除目的。离子交换树脂已在不同领域广泛应用[5]。离子交换法去除率高，可浓缩回收有用物质，设备简单，操作控制容易，但目前应用范围还受到离子交换剂品种、性能、成本的限制；对预处理要求较高；离子交换剂的再生和再生液的处理有时也是一个难题。
2.2生物方法
生物处理法是利用微生物自身可对有机物、含氮化合物、含磷化合物等物质进行分解吸收来产生能量及营养物质的特性，培养出某些特定的微生物，利用它们的这种特点处理污水中的污染物质，达到对水质净化的目的。生物处理法一般运行费用较低，生物培养驯化成熟后，通常无需人工强化，在其自身生长的过程中就可将水中的污染物质去除，流程简单、易于管理。生物处理法可分为活性污泥法、厌氧生化法、生物膜法以及自然生物处理系统等[6]。
2.3物理化学与生物组合方法
一般单独工艺很难使出水达到设计标准，组合工艺则不仅可充分利用各工艺自身的优点，而且能发挥不同工艺协同合作，达到处理目的，可节省运行成本。例如，氧化工艺与曝气生物滤池工艺组合，前阶段工艺利用氧化性强的氧化剂改善水质的结构，将不利于生物利用的大分子有机物转化为有利于生物利用的小分子有机物，有助于加强下一阶段的生物处理，处理的效果和运行成本远优于两种工艺单独处理之和。
2.4高级氧化法
高级氧化法在反应中产生活性极强的自由基（如·OH等），使难降解有机污染物转变成易降解小分子物质，甚至直接生成CO2和H2O，达到无害化目的。高级氧化法主要有以下几种：
2.4.1 湿式氧化法
湿式氧化法（WAO）是在高温（150～350℃）、高压（0.5～20MPa）下利用O2或空气作为氧化剂，氧化水中的有机物或无机物，达到去除污染物的目的，其最终产物是CO2和H2O[7]。
2.4.2湿式催化氧化法
湿式催化氧化法（CWAO）是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成，也因此可减轻设备腐蚀、降低运行费用[8,9]。湿式催化氧化法的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类。
2.4.3 超临界水氧化法
超临界水氧化法把温度和压力升高到水的临界点以上，该状态的水就称为超临界水。在此状态下水的密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化学性能都不同于普通水。较高的反应温度（400～600℃)和压力也使反应速率加快，可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率[10]。
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2.4.4 光化学催化氧化法
目前研究较多的光化学催化氧化法主要分为Fenton试剂法、类Fenton试剂法和以TiO2为主体的氧化法。
Fenton试剂法由Fenton在20世纪发现，如今作为废水处理领域中有意义的研究方法重新被重视起来。Fenton试剂依靠H2O2和Fe2+盐生成·OH，对于废水处理来说，这种反应物是一个非常有吸引力的氧化体系，因为铁是很丰富且无毒的元素，而且H2O2也很容易操作，对环境也是安全的[11]。Fenton试剂能够破坏废水中诸如苯酚和除草剂等有毒化合物。类Fenton试剂法具有设备简单、反应条件温和、操作方便等优点，在处理有毒有害难生物降解有机废水中极具应用潜力。该法实际应用的主要问题是处理费用高，只适用于低浓度、少量废水的处理。
光催化法是利用光照某些具有能带结构的半导体光催化剂如TiO2、ZnO、CdS、WO3等诱发强氧化自由基·OH，用于处理污水中CHCl3、CCl4、多氯联苯等难降解物质，使许多难以实现的化学反应能在常规条件下进行[12]。另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。
2.5膜分离法
膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术。它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离效果，是一种非常节省能源的分离技术。目前，应用较多的膜处理技术主要有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）和膜生物反应器（MBR）技术[13]。
2.5.1 微滤
微滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力下［（50~100）kPa］，溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为（0.1~20）μm的对称微孔膜，只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留，从而使溶液或水得到净化。主要用于悬浮物分离、制药行业的无菌过滤等。
2.5.2 超滤
超滤和微滤一样，也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比超滤过程受膜表面孔的化学性质的影响较大。在一定的压力［（100~1000）kpa］条件下溶剂或小分子量的物质透过孔径为（1~20）μm 的对称微孔膜，而直径在（5~100）nm之间的大分子物质或微细颗粒被截留，从而达到了净化的目的。超滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。
2.5.3 反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的吸附扩散原理，以压力差为主要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加一外加压力［（1000~10000）kpa］，当此压力大于溶液的渗透压时，就会迫使浓溶液中的溶剂反向透过孔径为0.1~1nm的非对称膜流向稀溶液一侧，这一过程叫反渗透。反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。
2.5.4 渗析和电渗析
渗析也称透析是最早被发现和研究的膜现象。它是根据筛分和吸附扩散原理，主要利用膜两侧的浓度差使小分子溶质通过对称微孔膜进行交换，而大分子被截留的过程。渗析主要用于从大分子溶液中分离低分子组分。
电渗析是膜分离技术中较为成熟的一项技术，它的原理是利用离子交换和直流电场的作用，从水溶液和其他一些不带电离子组分中分离出小离子的一种电化学分离过程。电渗析用的是离子交换膜，这一膜分离过程主要用于含有中性组分的溶液的脱盐及脱酸。
结语：
（1）物理化学法具有工艺流程短，运行管理简单、方便，占地相对较小特点，但运行成本较高，适用于规模较小的中水工程；
（2）生物法具有消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点，但污水中BOD与COD比值要大于0.3，处理效果受温度影响较大；
（3）高级氧化法具有设备简单，反应速度快，不会产生大量的生物污泥，对废水中不可生化的有机污染物的降解能力强等优点，但高级氧化技术是近些年新兴的水处理工艺，探索时间短，基础理论还不十分完善，处理成本高、反应条件苛刻、反应器复杂，在实际应用中存在一系列问题；
（4）膜分离法与传统处理技术相比具有工艺占地面积小、出水稳地、人工成本少等优点，但设备费和运行费高，运行中膜易堵塞，需要定期进行化学清洗，前处理要求较高，存在浓缩液的处理与处置问题等；
（5）电吸附可吸附去除难生物降解的有机物质;净化程度好,可用于处理稀溶液体系;能耗小,操作成本低；但电吸附是一个复杂的过程，许多基础理论问题有待解决，需要更充分和深入的研究。
（6）生态透析技术具有技术简便、占地面积小，管理维护成本低，无有机污泥、无臭气，无化学添加，是一种比较环保绿色水处理技术。
本文在分析这些工艺技术的优点的同时，也分析了工艺存在的不足，深度处理方法费用昂贵，管理较复杂，处理每吨水的费用约为一级处理费用的4-5倍以上。通过科学设计、优化组合，可望在实际应用中获得技术与功能上一定程度的互补，有效降低污水深度处理与运转费用，从而推进污水深度处理的技术革命。
参考文献：
[1]肖锦.城市污水处理及回用技术.北京：化学工业出版社，2002
[2]张杰，熊必永，李捷，杨宏，污水深度处理与水资源可持续利用,2003
[3]董晴宇，胡海修．饮用水深度处理技术探讨[J]．西南给排水，2001，23(5):1-5．
[4]姜应和，张发根．混凝法在城市污水强化处理中的应用．中国给水排水，2002，18(3):30-32
[5]唐受印，戴友芝等，水处理工程师手册，化学工业出版社，200~201，199~210，254~276
[6]宋志伟.李燕，水污染控制工程，中国矿业大学出版社，199~203
[7]AndreozziR，CaprioV，InsolaA．Advancedoxidationprocesses(AOP)
forwaterpurificationandrecovery[J].CatalysisToday，1999，53:51-59．
论文作者:刘衍琛
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/28
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