污水三级处理

(tertiary treatment of sewage)

　　污水处理一般来说包含以下三级处理：一级处理是它通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。二级处理是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。可能根据处理的目标和水质的不同，有的污水处理过程并不是包含上述所有过程。^[1]

   三级处理,三个级别中的最后一级，是污水高级处理（又称深度处理）措施。污水经过二级处理后，仍含有磷、氮和难以生物降解的有机物、矿物质、病原体等，需要进一步净化处^[2]理，以便消除污染。污水高级处理的另一种形式是物理化学处理法（见）。^[3]

　根据三级处理出水的具体去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同。如果为防止受纳水体富营养化，则采用除磷和除氮的处理单元过程；如果为保护下游饮用水源或浴场不受污染，则应采用除磷、除氮、除毒物、除病原体等处理单元过程；如果直接作为城市饮用以外的生活用水，例如洗衣、清扫、冲洗厕所、喷洒街道和绿化地带等用水,其出水水质要求接近于饮用水标准,则要采用更多的处理单元过程。污水的三级处理厂与相应的输配水管道结合起来便形成城市的中水道系统。

　三级处理各个单元处理过程如下：

　除磷　最有效和实用的除磷方法是化学沉淀法，即投加石灰或铝盐、铁盐形成难溶性的磷酸盐沉淀。石灰与废水中的磷酸根离子发生如下反应而形成难溶的羟基磷灰石沉淀：

   [412-01]＋5Ca＋4OHCa(OH)(PO)↓＋3HO为了保证投加石灰的沉淀除磷效果，必须将pH值提高到9.5～11.5。

　铝盐和磷酸根反应生成的磷酸铝在pH值为 6时沉淀效果最好,铁盐和磷酸根反应生成的磷酸铁在PH值为4时沉淀效果最好。为了确定金属盐的准确投量，须对待处理的污水进行小型试验。^[4]

　除氮　生物硝化－反硝化法：是需氧生物处理过程和厌氧生物处理过程串联工作的系统。污水中的含氮有机物首先经需氧生物处理转化为硝酸盐，随后再经厌氧生物处理将硝酸盐还原为氮气析出而被去除。有多种处理流程，如三级串联的处理系统，其中第一级用于氧化碳水化合物,第二级用于氧化含氮有机物,而第三级是使第二级产生的硝酸盐在厌氧条件下还原析出氮气。在所有的处理流程中，都是向厌氧系统中投加一些补充的需氧源（如甲醇），以使反硝化所需的反应时间缩短而切合实用。

　物理－化学法：有三种方法，即吹脱法、折点氯化法和选择性离子交换法。①吹脱法：使污水的铵离子在高pH值的条件下大部转变成氨气：

　           NH＋OHNH↑＋HO在温度25℃和pH值为7911的条件下，溶液中NH与NH的分配比分别为180、1.8和0.018,因此吹脱法除氮最适宜的pH值在11左右。将污水调到这样高的pH值以后送入吹脱塔中，自上而下喷洒流动，与向上流动的空气逆流接触而将氨气吹出。吹脱法的除氮效率主要受到温度的影响。如在气温为20℃和10℃时，除氮率分别为95％和75％。②折点氯化法：见。③选择性离子交换法：是以沸石（特别是斜发沸石）对铵离子比对钙、镁和钠等离子有优先交换吸附的性能为基础来去除氨氮的。将斜发沸石破碎筛分成20～50目的颗粒，填装于滤池中。废水大约以每小时10倍滤床体积的滤速流经沸石滤池。大约流过200倍滤床体积的正常浓度的城市污水以后,滤出水中会出现氨氮。此时便需要用浓食盐水溶液对沸石滤床进行再生^[5]。用过的浓食盐溶液可通过吹脱等方法脱氨，然后重复使用。

　除有机物　活性炭能有效地除去二级处理出水中的大部分有机污染物。一些三级处理厂的粉末活性炭接触吸附装置(或粒状活性炭过滤吸附装置)去除(COD)和总有机碳(TOC)的代表性的效率为70～80％，每公斤活性炭吸附容量为0.25～0.87公斤COD,具体吸附容量是由进水的有机物浓度和所要求的出水有机物浓度决定的。在任何情况下，活性炭的实际吸附容量比按吸附等温线试验测定的吸附容量大得多。这主要是在活性炭上还有生物吸附和氧化作用所致(见)。

　臭氧氧化法和活性炭吸附法配合使用，往往能更有效地去除有机物并可延长活性炭的使用寿命。臭氧能将有机物氧化降解，减轻活性炭的负荷，还能将一些难以生物降解的大分子有机物分解为易于生物降解的小分子有机物，而便于被活性炭吸附和生物降解。臭氧氧化的废水流经活性炭滤池时因含有较多的氧气而会增强活性炭的生物活性，提高生物氧化能力。

　除无机物　有三种可采用的方法：即离子交换、和反渗透。在污水三级处理中用反渗透法脱除矿物质和有机污染物最受重视。使用高效除盐膜反渗透装置的结果证明，总溶解性固体可去除90～95％，磷酸盐可去除95～99％，氨氮可去除80～90％，硝酸盐氮可去除50～85％，悬浮物可去除99～100％,总有机碳可去除90～95％。可见，反渗透法能有效地去除多种污染物。缺点是设备造价和运转费用都高。另外，反渗透膜容易被污染物堵塞，需要清洗。有些三级处理系统是由超过滤和反渗透串联组成的，前者主要去除有机污染物，而后者去除溶解性无机物。

　除病原体　用铝盐和铁盐混凝沉淀，可去除病原体99％以上，经滤池过滤能进一步提高去除率。但是，病原体并未被杀灭，仍在污泥中存活，而用石灰在pH值大于或等于10.5的条件下混凝沉淀则能杀灭污泥中的病毒。用臭氧杀灭病毒的效果也较好。

　废水三级处理厂基建费和运行费用都很昂贵，约为相同规模二级处理厂的2～3倍，因此其发展和推广应用受到限制，只运用于严重缺水的地区或城市，回收和利用经三级处理后的出水。

　　在天然淡水资源已被充分开发、自然灾害日益频繁暴发的今天，缺水已经对世界各国众多城市的经济和市民生活构成了十分严重的威胁，缺水危机已经是我们面临的现实，解决城市缺水问题的重要途径应该是将城市污水变为城市供水水源。城市污水就近可得，来源稳定，容易收集，是可靠且稳定的供水水源。城市污水经净化后回用主要可作为市政绿化、景观用水和工业用水。

　　城市污水再生回用工程包括污水收集系统、污水净化处理技术及其系统、出水输配系统、回用水应用技术和监测系统。其中污水净化再生技术及其系统是关键，污水净化处理的流程要简单可靠，投资和运行费用要为该城市经济实力所能承受，处理后出水的水质要满足回用的要求。

　　沿用了许多年的传统的“一级处理”及“二级处理”水处理工艺技术和设备已经难以适应当今的高浊度和高浓度污水的净化处理要求，处理后出水更不能满足城市对水回用的水质要求。沿着传统的工艺技术路线只能进一步附加传统的“三级处理”设备系统，既回避不了庞大复杂的传统二级生化处理系统，也回避不了投资和运行费用都十分昂贵的传统三级过滤吸附处理系统。这些恰恰是实现污水回用的忌讳之处。所以，环保市场十分迫切需要净化效率更高、处理后出水能满足现有环保标准并且能回用于城市，投资和运行费用又要为现有城市的经济实力所能接受的污水处理新技术和新设备。

　　最新发明的“SPR高浊度污水净化系统”（美国发明专利 ）将污水的“一级处理”和“三级处理”程序合并设计在一个SPR污水净化器罐体内 ，在30分钟流程里快速完成 。它容许直接吸入悬浮物（浊度）高达500毫克/升至5000毫克/升的高浊度污水，处理后出水的悬浮物（浊度）低于3毫克/升（度）；它容许直接吸入CODcr为200毫克/升至800毫克/升的高浓度有机污水，处理后出水CODcr可降为40毫克/升以下。只需用相当于常规的一 、二级污水处理厂的工程投资和低于常规二级处理的运行费用 ，就能够获得三级处理水平的效果 ，实现城市污水的再生和回用。

　　SPR污水处理系统首先采用化学方法使溶解状态的污染物从真溶液状态下析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒；选用高效而又经济的吸附剂将有机污染物、色度等从污水中分离出来；然后采用微观物理吸附法将污水中各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体；再依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理，在自行设计的SPR高浊度污水净化器内使絮体与水快速分离；清水经过罐体内自我形成的致密的悬浮泥层过滤之后，达到三级处理的水准，出水实现回用；污泥则在浓缩室内高度浓缩，定期靠压力排出，由于污泥含水率低，且脱水性能良好，可以直接送入机械脱水装置，经脱水之后的污泥饼亦可以用来制造人行道地砖，免除了二次污染。

　　最新发明的SPR污水净化技术以其流程简单可靠、投资和运行费用低、占地少、净化效果好的众多优势将为当今世界的城市污水的再利用开创一条新路。城市污水实现再利用之后，为城市提供了第二淡水水源，为城市的可持续发展提供了必不可少的条件，其经济效益和社会效益是不可估量的.

　　SPR污水处理系统与众不同的技术特点

　　1 。城市生活污水和处理药剂的混合主要是在泵前吸药管道 、污水泵 叶轮、蛇形反应管 和瓷球反应罐的组合作用下完成的 ，依照紊流速度 、混合时间 、和水力学结构数据设计 ，得以十分充分的混合 ，为取得最佳混凝净化效果和最大限度地节省药剂创造了前提条件 。这是过去常规的一级处理和二级处理之水工结构所做不到的 。

　　2 。SPR系统处理城市污水时 ，采用五种以上污水处理药剂及其最佳配方组合使用 ，靠化学反应使污水中溶解状态的有机污染物 、重金属离子 和有害的盐类从水中析出 ，成为有固相界面的微小颗粒 （它包含有污水三级处理的作用）。其中还选用了一种吸附效果很好而价钱又很便宜的吸附剂,以吸附有机污染物和色度 。靠消毒剂在30分钟的流程内杀灭细菌和大肠杆菌 。靠混凝的物理化学吸附作用将悬浮物及各类杂质凝聚成大而且密实的絮团 。这样发挥各药剂的单独作用和它们之间的交联作用的用药方式是与常规的物理化学法不相同的 。而且SPR系统使用的组合药剂配方 ，只能在具有十分精细的水动力学参数设计的SPR污水净化器及其系统里才能充分发挥作用 ，在常规的水工系统里是无法使用的 。

　　3 。SPR系统装置能够依照模拟试验得出的配方 ，借助大气压力和流量计 ，十分精确地投加混凝药剂和絮凝药剂 ，不致因加药过量而造成药剂残留在净化后的出水中，而且动力消耗很少 。

　　4 。SPR污水净化器内部结构是完全按照混凝机理精确设计的 ，形成的涡旋流动和各部位恰当的水流速度 ，使得胶体颗粒之间有最多的碰撞次数 ，并且有凝聚吸附所需的最佳流速环境 。从而在极小的容积内获得了极充分的凝聚效果 。这也是常规水工装置无法比拟的 。

　　5 。根据混凝形成的絮团实际状况 ，准确确定了SPR污水净化器内部的水动力学数据 ，使得在罐体中上部形成了一个有几十厘米厚的 、十分致密的悬浮泥层 。所有经过混凝的出水都必须通过此悬浮泥层的过滤 ，才能升流到罐体上部的清水汇集区 。它十分成功地起到了污水高级处理工艺中极为重要的过滤作用 。

　　这个致密的悬浮泥层是由污水中的污泥及混凝药剂形成的絮体本身组成的 。随着絮体由下向上运动 ，使泥层的下表层不断增加 、变厚 ；同时 ，随着过滤水力学原理形成的罐体的旁路流动，引导着悬浮泥层的上表层不断流入中心接泥桶 ，上表层不断减少 、变薄 。这样 ，悬浮泥层的厚度达到一个动态的平衡 。当混凝后的出水由下向上穿过此悬浮泥层时 ，此絮体滤层靠界面物理吸附和电化学特性及范德华力的作用 ，将悬浮胶体颗粒 、絮体 、细菌菌体等等杂质全部拦截在此悬浮泥层上 ，使出水水质达到三级处理的水平 。由于泥层是由絮体组成 ，致密度高 ，过滤效率远远高于常规的沙粒层过滤 ；由于是处于悬浮状态的絮体泥层作滤层 ，其过滤的水头（阻力）损失非常小 ，所以动力消耗远远低于常规的砂层过滤 、微孔过滤 、或反渗透膜过滤；又由于过滤泥层是净化过程中由污水中的污泥自动补充添加 ，又自动被引走 ，即过滤泥层自身在不断地更新 ，过滤泥层总是保持着稳定的厚度，而且总是保持着稳定的物理吸附和电化学吸附性能 ，因此能获得稳定的过滤效果 。而且完全免去了常规系统中必不可少的过滤层的反冲洗以及反冲洗带来的众多麻烦 。这种结构和原理与常规的三级污水处理的过滤装置是完全不同的 ，这里没有价格昂贵的反渗透膜过滤 、微孔过滤 、或活性炭过滤等装置 。所以 ，投资省 、动力消耗小 、运行费用低是SPR系统的必然优势。

　　6 。SPR系统选用的絮凝剂 ，同时也是良好的污泥助滤剂 ，所以 ，系统最后排出的污泥浆 ，其脱水性能良好 ，可以不另外添加助滤剂 ，就直接泵入压滤机脱水 。泥饼可以制成人行道地砖再利用 ，不会带来二次污染的问题 。它没有传统的生化法产生的污泥含水率很高、脱水性能很差的致命弱点。

　　7 。本类型污水净化器曾开机运行处理过养猪场污水 、养鸡场污水 、煤矿矿井坑道污水 、生猪屠宰场污水 、高粱酿酒厂酒糟污水 、纺织印染污水、再生纸造纸污水和城市生活污水等等含有大量有机污染物和氨氮的污水；也成功应用于陶瓷厂污水、墙地砖厂污水、大理石水磨抛光污水、洗煤污水、燃煤锅炉湿法除尘污水、石英砂洗砂污水等悬浮物含量极高的污水的净化和回用。 各地权威检测部门测试了污水净化器进水和出水的有关数据 。测试报告单表明 ：氨氮去除率可以达到85％，总氮去除率可达95％ ，有机氮去除率可达96％ ，BOD去除率可达95％ ，悬浮物的去除率则高达98.3% ~ 99.6% ，出水浊度达到3 度（3 毫克 / 升）以下。这是本净水系统在低投资 、低运转费的前提下所获得的出水指标 。 这是常规的物化法和生物化学法的一级 、二级处理系统都无法达到的 。

　　除发达国家有专门的城市生活污水管路系统外，实际的城市污水往往混入有许多工业污水，可生化性差和污染物成分不规则地快速变化是我们面临的现实，而针对降解某种有机污染物的微生物生长、繁殖的过程却太长，所以，传统生化系统难以适应当今愈来愈工业化了的城市的污水。SPR系统已拥有处理众多工业污水的适应能力和物化法具有的快速应变能力，容易通过自动化的手段应付系统入口污水水质的变化，保持稳定的净化效果。

　　8 。在SPR系统中投放杀菌消毒药剂时 ，只要增加一些投氯量（无需另外增加设备）就可以起到用氯来氧化除氨的作用 ，进一步提高污水处理系统去除氨氮的效率 。

　　9 。假如经过SPR系统处理后的出水氨氮含量还未达到较严格的要求（如某些发达国家或发达地区将排水标准定为含氨氮1毫克 / 升以下） ，也可以后续再串联设置一级离子交换装置 ，靠斜发沸石离子交换柱最终达到除氨氮的目标 。

　　因为斜发沸石离子交换系统要求进口水质的悬浮物含量要低于35毫克 / 升 ，否则会影响离子交换柱的功能和寿命 ，从而大大增加离子交换的运行费用 。过去 ，常规的一 、二 级污水处理装置是难以长期稳定地达到这样的前处理水平的 ，因而限制了离子交换法除氨氮技术的广泛应用 。现在 ，SPR污水处理系统绝对可以保证净化后出水的悬浮物含量低于3毫克 / 升（实际运行中出水的悬浮物含量多为1毫克 / 升） ，使得后续的斜发沸石离子交换系统去除氨氮的负荷减轻很多 ，交换柱的使用寿命会大大延长 ，即离子交换的运行费用会大大降低 ，将使离子交换法除氨氮技术的优点得到更充分的发挥 。

　　早在七十年代 ，美国Minnesota 州Minneapolis 市的罗兹芒污水厂就是用纯粹的物理化学法处理城市生活污水的 ，其工艺流程是：化学混凝----沉淀----过滤和活性炭吸附----斜发沸石离子交换 。其最后出水水质标准为：氨氮1 毫克 / 升 ，BOD 10毫克 / 升 ，磷 1毫克 / 升，悬浮物 10毫克 / 升 ，pH 8.5 。证明纯粹的物理化学法处理城市污水在技术上是可行的 。现在 ，依靠新发明的SPR净水技术 ，将使这项工艺的经济性更为圆满 。

　　10 。其实 ，经过SPR污水净化系统处理后的出水 ，其悬浮物的含量小于3 毫克 / 升 ，浊度也小于3 度 （毫克 / 升 ） ，达自来水标准 ，不再会堵塞输水管路 ，并且已经经过了良好的消毒 。将此出水回送到城市各地 ，作为城市草坪绿地和树木绿化浇灌用水是十分安全 、可靠的 。经过SPR系统处理后的出水中 ，残存的氮含量已经很低 ，氮作为植物生长的营养物是不必去除 、或不必去除得那么干净 的。从而可以免去除氮的深度处理投资及其运行费用 ，既保证了环境质量 ，又为社会节省了大笔资金 。 用此回用水取代自来水作为城市绿化用水 ，将大大节省城市的淡水资源 ，减轻城市市政部门的供水压力 ，对城市的整体经济发展定会产生十分巨大的效益 。这是城市污水回用的新概念。

　　11 。这种纯粹的物理化学法污水处理系统 ，受天气 、环境 及人为因素的影响少 ，操作人员控制处理系统的能力和灵活性都大大优越于生物化学法 ，这是众所周知的 。