水是人類及一切生物賴以生存的一種重要資源，是不可替代的生命之源。隨著我國經濟的飛速發展和人口不斷增加，各行各業對水資源的需求量及利用也越來越多，然而，一系列觸目驚心的水質監測數據卻無情地向我們反映出當下日益嚴重的水污染現象，對國民生命安全和經濟發展造成了嚴重的威脅，讓人深感切膚之痛，水體治理刻不容緩，因此以污水處理為代表的資源再生行業再次被推到了風口浪尖。那么在污水處理方面又有哪些值得關注的科學秘密呢？今天小編就帶領大家走進污水處理廠來看看這些有趣的故事吧！

原來污水處理還有這么多學問

A. 大開眼界的復雜工藝

污水處理是指為使污水達到排水某一水體或再次使用的水質要求對其進行凈化的過程，目前已被廣泛應用于建筑、農業、交通、能源、環保、醫療、餐飲等各行各業，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。污水的來源如此廣泛，但按照大類一般可分為生產污水和生活污水。生產污水包括工業污水、農業污水以及醫療污水等，而生活污水就是日常生活產生的污水，是指各種形式的無機物和有機物的復雜混合物，包括漂浮和懸浮的大小固體顆粒、膠狀和凝膠狀擴散物、純溶液等。

圖1：生產和生活污水

由于污水中的成分多種多樣，因此現代污水處理按照其作用可分為物理法、生物法和化學法三種。

1. 物理法

主要利用物理作用分離污水中的非溶解性物質，在處理過程中不改變化學性質。常見的有重力分離、離心分離、反滲透、氣浮等。該方法是一種比較簡單、經濟的處理方法，主要用于村鎮水體容量大、自凈能力強、污水處理程度要求不高的情況。

2. 生物法

利用微生物的新陳代謝功能，將污水中呈溶解或膠體狀態的有機物分解氧化為穩定的無機物質，從而使污水得到凈化。常見的有活性污泥法和生物膜法等。該方法處理程度比物理法要高。

3. 化學法

主要是利用化學反應作用來處理或回收污水的溶解物質或膠體物質，經常用于處理工業廢水。常見的有混凝法、中和法、氧化還原法、離子交換法等。該方法處理效果好，但成本高，多用作生化處理后的出水，作進一步的處理，提高出水水質。

同時，基于不同的水處理排放標準，污水處理也會有不同級別的處理程度，其中通常會涉及到兩個指標，即BOD (Biochemical Oxygen Demand) 和COD (Chemical Oxygen Demand)。

BOD稱為生化需氧量或生化耗氧量，是水中有機物等需氧污染物質含量的一個綜合指示，表示水中有機物由于微生物的生化作用進行氧化分解，使之無機化或氣體化時所消耗水中溶解氧的總數量。

COD稱為化學需氧量或化學耗氧量，是利用化學氧化劑（如高錳酸鉀）將水中可氧化物質（如有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽等）氧化分解，然后根據殘留的氧化劑的量計算出氧的消耗量。COD的單位為毫克/升，其值越小說明水質污染程度越輕。

BOD和COD都是衡量水質污染度的重要指標，按不同的污水處理程度可分為以下三個級別：

1. 一級處理

主要去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質，物理法大部分只能完成一級處理的要求。經過一級處理的污水，一般可去除左右，還達不到排放標準。因此一級處理只能屬于二級處理的預處理。

2. 二級處理

主要去除污水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物質（和物質），去除率可達以上，使有機污染物達到排放標準。

3. 三級處理

進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法、混凝沉淀法、砂濾法、離子交換法和電滲分析法等。

通過粗格柵的原污水經過污水提升泵提升后，流經格柵或砂濾器進入沉砂池，這樣經過砂水分離的污水進入初次沉淀池，到這里為一級處理（物理法），初沉池的出水進入生物處理設備，包括之前提到的活性污泥法和生物膜法，其中活性污泥法的反應器有曝氣池、氧化溝等，生物膜法包括生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化法和生物流化床，生物處理設備的出水進入二次沉淀池，二沉池的出水經過消毒排放或進入三級處理。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物處理設備，一部分進入污泥濃縮池，之后進入污泥消化池，經過脫水和干燥設備后，污泥被最后利用。這就是污水處理的一般流程。

B. 不斷進化的曝氣池

從上面的處理流程可看出，生物處理法在整個處理過程中扮演著舉足輕重的角色，而作為生物處理主要構筑物的曝氣池的運行直接影響污水處理的干凈程度與處理成本的高低。

曝氣，顧名思義就是不斷地把空氣打入水中，是使空氣與水強烈接觸的一種手段，其目的是利用機械攪拌作用使空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發性物質放逐到空氣中。傳統曝氣池利用活性污泥法進行污水處理，這是一種需氧性生物處理方法，在處理過程中，池內提供一定的污水停留時間，滿足好氧微生物所需要的氧量以及污水與活性污泥充分接觸的混合條件，污水中的有機物經微生物作用被生物氧化，同時污水中的氨氮經微生物硝化與反硝化作用，達到脫氮的效果。

隨著污水處理技術不斷地發展，曝氣工藝也在朝著高效率、小體積、節省能源的方向發展，一些特殊型式的曝氣池被研發出來，如生物接觸氧化、生物膜載體流化床曝氣池等。目前連續循環曝氣系統工藝（Continuous Cycle Aeration System，簡稱CCAS）已成為比較先進的生物除磷、脫氮處理方法。CCAS是在SBR（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，序批式活性污泥法）的基礎上改進而成的一種連續進水式SBR曝氣系統，CCAS對污水預處理要求不高，只設間隙15mm的機械格柵和沉砂池。生物處理核心是CCAS反應池，除磷、脫氮、降解有機物及懸浮物等功能均在該池內完成，BOD、COD的去除率高達95%，氮、磷去除率達80%以上，出水即可達標排放。

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在曝氣池中，為了維持微生物的生命活動，必須保證水中有一定量的溶解氧，而且BOD和COD的核心都是計算水中的耗氧量。因此溶解氧的精確測定直接或間接地反映出污水的處理程度。

目前溶解氧儀表測定有極譜法、原電池法和光學法。其中極譜法、原電池法屬于化學法，需要勻速攪拌樣品，否則讀數會不穩定、下降。光學法則避免該類情況出現。而污水處理中曝氣池溶解氧監測的重要性不言而喻，但是由于曝氣池中要連續機械攪拌供氧氣，同時曝氣池比較大，每處供氧量不同會導致使用化學法測量值有所差異。

圖2：某污水處理廠曝氣反應池

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圖3：ST400D光學法儀表與某品牌在線光學法儀表讀數對比

通常曝氣池中的氧值在1~3mg/L。而出現上述數值，經過與該廠技術人員溝通得知，實驗前一周該地連續大雨使得污泥濃度下降，曝氣池中的氧氣含量有所回升，因此該值為正常情況。

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