污水处理系统的规模和容量由与污水系统相连的住宅、企业和工业产生的预计污水量以及预期流入和渗透确定。具体的批内、集群或集中处理厂配置的选择取决于所服务的客户数量、地理场景、场地限制、下水道连接、平均流量和峰值流量、进水废水特征、监管废水限制、技术可行性等因素，能源消耗，以及所涉及的运营和维护成本。

　　在大城镇，废水处理的主要方法是排入地表水体。郊区和农村地区更依赖地下处置。在任何一种情况下，都必须对废水进行一定程度的净化或处理，以保护公众健康和水质。悬浮颗粒物和可生物降解的有机物必须在不同程度上去除。必须消灭致病菌。可能还需要去除硝酸盐和磷酸盐（植物营养素），中和或去除工业废物和有毒化学品。

　　废水的处理程度因当地环境条件和政府标准而异。两种相关的标准类型是河流标准和污水标准。旨在防止现有水质恶化的河流标准对河流、河流和湖泊中允许的特定污染物的数量进行了限制。限制取决于水的“最大有益使用”分类。河流标准规定的水质参数包括溶解氧、大肠菌群、浊度、酸度和有毒物质。另一方面，废水标准与污水处理厂排放的经处理废水的质量直接相关。根据这些标准控制的因素通常包括生化需氧量（BOD）、悬浮固体、酸度和大肠菌群。

　　废水处理分为三级：一级、二级和三级（或高级）。一级处理去除约60%的总悬浮固体和约35%的BOD；溶解的杂质不会被去除。它通常在二次处理前作为第一步使用。二级处理去除了85%以上的悬浮固体和生化需氧量。美国和其他发达国家通常需要最低限度的二级治疗。当必须去除85%以上的总固体和BOD，或必须降低溶解的硝酸盐和磷酸盐水平时，使用三级处理方法。三级处理可以去除污水中99%以上的杂质，产生的出水几乎达到饮用水水质。三级处理可能非常昂贵，往往使二级处理的成本翻一番。仅在特殊情况下使用。

　　对于所有级别的废水处理，在将污水排入地表水体之前的最后一步是消毒，这将摧毁污水中残留的任何病原体并保护公众健康。消毒通常通过将废水与氯气或次氯酸盐化学品的液体溶液在接触罐中混合至少15分钟来完成。由于废水中的氯残留可能会对水生生物产生不利影响，因此可以添加额外的化学品来对废水进行脱氯。紫外线可以消毒而不会在废水中留下任何残余物，与氯气作为废水消毒剂相比，它正变得更具竞争力。

　　初级处理

　　一级处理可去除因重力而漂浮或容易沉降的物质。它包括筛分、粉碎、除砂和沉淀的物理过程。筛网是由长的、间隔紧密的窄金属条制成的。它们可以阻挡漂浮的碎片，如木头、破布和其他可能堵塞管道或泵的笨重物体。在现代工厂中，筛网是用机械清洗的，材料被迅速地掩埋在工厂的地面上进行处理。粉碎机可用于研磨和粉碎通过滤网的碎屑。粉碎的材料随后通过沉淀或浮选过程去除。

废水初级处理

　　沉砂池是一种狭长的槽，设计用于减缓水流，使沙子、咖啡渣和蛋壳等固体从水中沉淀出来。砂砾会导致泵和其他电厂设备过度磨损。在有合流污水系统的城市，清除污水尤为重要，因为合流污水系统携带大量淤泥、沙子和砾石，在暴风雨中冲刷街道或土地。

　　通过滤网和沉砂池的悬浮固体从沉淀池的污水中去除。这些池也称为初级澄清池，为重力沉降提供大约两小时的滞留时间。随着污水缓慢流过，固体逐渐沉到底部。被称为未经处理或初级污泥的沉淀固体通过机械刮刀沿池底移动。污泥收集在料斗中，然后泵出进行清除。机械表面撇渣装置去除油脂和其他漂浮物。

　　二级处理

　　二级处理去除逃避一级处理的可溶性有机物。它还能去除更多的悬浮固体。去除通常是通过生物过程完成的，在生物过程中，微生物将有机杂质作为食物，将其转化为二氧化碳、水和能量，以供自身生长和繁殖。污水处理厂为这一自然生物过程提供了一个合适的环境，尽管是钢铁和混凝土。在处理厂去除可溶性有机物有助于保护接收溪流、河流或湖泊的溶解氧平衡。

　　有三种基本的生物处理方法：滴滤器、活性污泥法和氧化池。第四种不太常见的方法是旋转生物接触器。

　　滴滤器

　　滴滤器只是一个装满深石层的水箱。沉淀的污水被不断地喷洒到石头的顶部，然后流到底部，在那里收集起来进行进一步的处理。随着废水滴下，细菌在石头上聚集繁殖。污水在这些生长物上的稳定流动使微生物能够吸收溶解的有机物，从而降低污水的生化需氧量（BOD）。向上循环的空气通过石头之间的空间，为代谢过程提供足够的氧气。

　　沉淀池（称为二沉池）位于滴滤器之后。这些澄清器去除了被废水流从岩石上冲走的微生物。两个或多个滴滤器可以串联连接，污水可以再循环以提高处理效率。

　　活性污泥

　　活性污泥处理系统由曝气池和二沉池组成。沉淀污水与从二沉池再循环的新鲜污泥混合，被引入曝气池。然后，压缩空气通过储罐底部的多孔扩散器注入混合物。当气泡到达表面时，扩散的空气提供氧气和快速混合作用。空气也可以通过位于油箱表面的机械螺旋桨式混合器的搅动作用添加。

　　在这种含氧条件下，微生物会茁壮成长，形成一种活性的、健康的生物固体悬浮液，其中大部分是被称为活性污泥的细菌。曝气池中有大约6小时的滞留时间。这使微生物有足够的时间从污水中吸收溶解的有机物，从而降低BOD。然后，混合物从曝气池流入二沉池，活性污泥在二沉池中重力沉降。从澄清池表面撇去清水，进行消毒，并作为二级出水排放。污泥从罐底部的料斗中泵出。大约30%的污泥被再循环回曝气池，在那里与一级出水混合。这种再循环是活性污泥法的一个关键特征。回收的微生物能很好地适应污水环境，并能很容易地代谢一级出水中的有机物。剩余70%的二级污泥必须以可接受的方式进行处理和处置（见污泥处理和处置）。

活性污泥工艺

　　活性污泥法的变化包括延长曝气时间、接触稳定和高纯氧曝气。延长曝气和接触稳定系统省略了主要沉降步骤。它们能有效处理汽车旅馆、学校和其他相对隔离的废水源产生的小污水流。这两种处理通常在预制钢罐（称为包装厂）中提供。氧气曝气系统将纯氧与活性污泥混合。氧气浓度越高，曝气时间可以从6小时缩短到2小时，从而减少所需的储罐容积。

　　氧化池

　　氧化塘，也称为生物接触氧化池，是一种大型浅塘，旨在通过阳光、细菌和藻类的相互作用来处理废水。藻类的生长利用太阳能量、二氧化碳和水中细菌释放的无机化合物。在光合作用过程中，藻类释放需氧细菌所需的氧气。有时会安装机械曝气器以提供更多氧气，从而减少所需的池塘尺寸。最终必须通过清淤清除池塘中的污泥沉积物。池塘污水中残留的藻类可通过过滤或化学处理与沉淀相结合的方法去除。

氧化塘

　　旋转式生物接触器

　　在该处理系统中，安装在水平轴上的一系列大型塑料盘部分浸没在一级出水中。当轴旋转时，圆盘交替暴露在空气和废水中，使圆盘上生长一层细菌，并代谢废水中的有机物。

　　三级处理

　　当预期接收水非常容易受到污染影响时，二级出水可通过几个三级工艺进一步处理。

　　抛光过滤器

　　为了从二级流出物中去除额外的悬浮固体和 BOD， 抛光过滤器是一种有效的处理方法。 它通常使用颗粒介质过滤器来完成，就像用于净化饮用水的过滤器一样。 抛光过滤器通常作为预制单元建造，水箱直接放置在过滤器上方，用于储存反冲洗水。 也可以使用用于处理市政供水的微型过滤器来实现废水的出水净化。

废三级处理

　　植物养分的去除

　　当处理标准要求从污水中去除植物养分时，通常作为第三步进行。废水中的磷通常以有机化合物和磷酸盐的形式存在，很容易通过化学沉淀去除。然而，这一过程增加了污泥的体积和重量。氮是另一种重要的植物养分，以氨和硝酸盐的形式存在于污水中。氨水对鱼类有毒，当氨水转化为硝酸盐时，它也会在接收水中产生需氧量。硝酸盐和磷酸盐一样，促进藻类生长和湖泊富营养化。一种叫做硝化-反硝化的方法可以用来去除硝酸盐。这是一个两步生物过程，其中氨氮首先由微生物转化为硝酸盐。硝酸盐被另一种细菌进一步代谢，形成氮气逃逸到空气中。这一过程需要建造更多的曝气池和沉淀池，并显著增加处理成本。

　　土地处理

　　在某些地方，二次污水可以直接施用于地面，当污水流过植被并渗入土壤时，可以通过自然过程获得经过抛光的污水。土地处理分为三种类型：慢速、快速下渗和地表漫流。

　　在慢速灌溉或灌溉方法中，污水通过垄沟撒播（在沟渠中）或通过喷水灭火系统施加到土地上。大部分水分和养分被生长的植物的根部吸收。在快速渗透方法中，废水储存在称为补给池的大池塘中。大部分渗透到地下水中，很少被植被吸收。为了使这种方法起作用，土壤必须具有高渗透性。在地表水流中，废水被喷洒到倾斜的植被梯田上，然后慢慢流向收集沟。净化是通过物理、化学和生物过程实现的，收集的水通常排放到附近的溪流中。

　　污水的土地处理可以为植物的生长提供水分和养分，例如用作动物饲料的玉米或谷物。它还可以补给或补充地下水含水层。实际上，土地处理使污水得以回收利用。然而，需要大面积的土地，这种处理的可行性可能会受到土壤质地和气候的进一步限制。

　　集群式废水处理系统

　　在某些情况下，当无法将住宅或单元连接到公共下水道系统时，社区可以选择集群式污水处理系统。此类设施是集中式处理厂的较小版本，仅用于有限数量的连接。集群废水处理所使用的技术可能与集中式系统或单个现场系统所使用的技术相同，具体取决于所需的具体应用和处理程度。经过处理后，集群废水系统的废水可通过地表或地下处理方法排放。

　　化粪池

　　在人口稀少的郊区或农村地区，修建污水收集系统和集中处理厂通常不经济。相反，每个家庭都有一个单独的处理和处置系统。只要正确设计、安装和维护，现场系统为废水处理提供有效、低成本、长期的解决方案。在美国，大约三分之一的私人住宅使用现场地下处置系统。

　　最常见的现场系统包括一个埋地、水密化粪池和一个地下吸收场（也称为排水场或淋滤场）。化粪池用作一级沉淀和污泥储存室，从进水中去除大部分可沉淀和漂浮物。尽管污泥在厌氧条件下分解，但最终会积聚在池底，必须定期（每两年至四年）抽出。漂浮的固体和油脂被储罐出口的挡板截留，沉淀的污水流入吸收场，通过吸收场向下渗透到地下。当沉淀的废水缓慢流过土层时，在其到达地下水位之前，通过物理和生物过程对其进行进一步处理和净化。

　　废水回用

　　在人口不断增长且供水有限的城市或城镇，废水可能是一种宝贵的资源。除了缓解有限淡水供应的压力外，废水的再利用还可以通过减少河流和湖泊接收的污水排放来改善河流和湖泊的质量。废水可以回收再利用，用于作物和景观灌溉、地下水补给或娱乐目的。回收饮用在技术上是可能的，但这种再利用面临着公众的强烈抵制。

　　废水回用有两种类型：直接和间接。在直接回用中，处理过的废水通过管道进入某种类型的水系统，而无需先在天然溪流或湖泊或地下水中稀释。一个例子是用市政污水处理厂的污水灌溉高尔夫球场。间接回用涉及在回用之前将再生废水与另一水体混合。实际上，任何使用另一个社区处理厂排放管下游的地表水供应的社区都是在间接再利用废水。间接再利用还通过将回收的废水排放到地下水含水层中，然后将水提取以供使用来实现。向含水层排放（称为人工补给）是通过深井注入或浅表铺展完成的。

　　随着人类直接接触和摄入的机会增加，再生废水的质量和处理要求变得更加严格。必须去除的杂质取决于水的预期用途。例如，如果预期用途是景观灌溉，则不需要去除磷酸盐或硝酸盐。如果打算作为饮用水直接再利用，则需要对污染物具有多重屏障的三级处理。这可能包括二次处理，然后是颗粒介质过滤、紫外线辐射、颗粒活性炭吸附、反渗透、空气汽提、臭氧化和氯化。

　　在新的商业建筑中使用污水回收系统提供了一种节水和减少污水总量的方法。这些系统过滤和氯化来自浴缸和水槽的排水，并将水重新用于非饮用目的（例如，冲洗马桶和小便池）。再生水可以用蓝色染料标记，以确保它不用于饮用水。

　　污泥处理和处置

　　在污水处理厂中积累的残留物称为污泥（或生物固体）。污水污泥是作为废水处理过程的副产品而产生的固体、半固体或泥浆残留物。这种残渣通常分为一级和二级污泥。初级污泥由化学沉淀、沉淀和其他初级工艺产生，而次级污泥则是生物处理产生的活性废物生物量。一些污水处理厂还接收来自家庭现场废水处理系统的隔水或化粪池固体。通常，污泥会结合在一起进行进一步的处理和处置。

　　污水污泥的处理和处置是所有污水处理厂设计和运行的主要因素。 在最终处置前处理污泥的两个基本目标是减少其体积和稳定有机材料。 稳定的污泥没有难闻的气味，可以在不造成滋扰或健康危害的情况下进行处理。 较小的污泥体积降低了泵送和储存的成本。

　　污泥消化

　　污泥消化是一种将有机固体分解成稳定物质的生物过程。消化减少了固体的总质量，破坏了病原体，并使污泥更容易脱水或干燥。消化后的污泥无害，具有丰富的盆栽土壤的外观和特征。

　　大多数大型污水处理厂使用两级消化系统，其中有机物被细菌厌氧代谢（在没有氧气的情况下）。在第一阶段，污泥浓缩至干固体 (DS) 含量约为 5%，在密闭罐中加热并混合数天。产酸细菌水解蛋白质和脂质等大分子，将它们分解成较小的水溶性分子，然后将这些较小的分子发酵成各种脂肪酸。然后污泥流入第二个罐，在那里溶解的物质被其他细菌转化为沼气，即二氧化碳和甲烷的混合物。甲烷是可燃的，用作燃料来加热第一个消化罐以及为工厂发电。

　　厌氧消化对温度、酸度和其他因素非常敏感。它需要仔细地监测和控制。在某些情况下，污泥在第一个消化阶段开始时接种额外的水解酶，以补充细菌的作用。已经发现，这种酶处理可以破坏污泥中更多不需要的病原体，并且还可以导致在消化的第二阶段产生更多的沼气。

　　传统两阶段厌氧消化过程的另一个改进是热水解，或通过加热分解大分子。这是在消化之前的单独步骤中完成的。在典型的情况下，该过程开始于已脱水至 DS 含量约为 15% 的污泥。污泥在碎浆机中与蒸汽混合，并将这种热的均质混合物送入反应器，在那里将其在约 165 °C（约 330 °F）的压力下保持约 30 分钟。此时，随着水解反应的完成，一些蒸汽被排出（被送入碎浆机），仍然处于一定压力下的污泥突然被释放到“闪蒸罐”中，在那里突然下降压力使大部分固体物质的细胞壁破裂。水解后的污泥冷却后，用水稍微稀释，然后直接送入第二阶段的厌氧消化。

　　污泥消化也可以在有氧条件下进行——即在有氧的情况下。污泥在敞口池中剧烈曝气约20天。在这个过程中不形成甲烷气体。尽管有氧系统比厌氧系统更容易操作，但由于曝气所需的动力，它们的操作成本通常更高。好氧消化通常与小型扩展曝气或接触稳定系统相结合。

　　好氧和常规厌氧消化将大约一半的有机污泥固体转化为液体和气体。热水解和厌氧消化可以将大约 60% 到 70% 的固体物质转化为液体和气体。不仅产生的固体体积比传统消化要小，而且沼气产量的增加可以使一些污水处理厂的能源自给自足。

　　脱水

　　消化后的污水污泥通常在处置前进行脱水。脱水污泥仍然含有大量的水——通常高达 70%——但是，即使有这样的水分，污泥也不再表现为液体，可以作为固体材料处理。污泥干燥床提供了最简单的脱水方法。将消化后的污泥浆铺在开放的沙床上，并使其保持干燥。干燥通过蒸发和通过沙子的重力排水的组合进行。建在沙子下的管道网络收集水，然后将水泵回工厂的头部。经过大约六周的干燥后，所谓的污泥饼可能具有大约 40% 的固体含量。然后可以使用干草叉或前端装载机将其从沙子中移除。为了减少在潮湿或寒冷天气下的干燥时间，可以在沙床上建造一个玻璃围栏。由于干燥床需要大量土地，因此这种脱水方法通常用于农村或郊区城镇，而不是人口稠密的城市。

　　污泥干燥床的替代品包括转鼓真空过滤器、离心机和带式压滤机。这些机械系统比污泥干燥床需要更少的空间，并且它们提供更大程度的操作控制。然而，它们之前通常必须有一个称为污泥调节的步骤，在该步骤中，将化学物质添加到液体污泥中以凝结固体并提高排水性。

　　处置

　　经过处理的污水污泥的最终目的地通常是土地。脱水污泥可以埋在卫生填埋场的地下。它也可以在农田上传播，以利用其作为土壤改良剂和肥料的价值。由于污泥可能含有有毒的工业化学品，因此不会扩散到种植作物供人类食用的土地上。

　　如果没有合适的土地处置场地，如在城市地区，污泥可以焚烧。焚烧完全蒸发水分，并将有机固体转化为惰性灰烬。灰必须进行处理，但减少的体积使处理更经济。污泥焚烧时，空气污染控制是一个非常重要的考虑因素。必须使用适当的空气清洁设备，如洗涤器和过滤器。

　　将污泥倾倒在海洋中，曾经是许多沿海社区的一种经济处理方法，现在已不再被认为是可行的选择。现在美国和许多其他沿海国家都禁止这种行为。

　　新型污水技术

　　废水处理部门的专家一直在努力实施既定技术，并改进环境规则和条例，以实现水质目标和人类健康保护。与此同时，该行业也在转型，为未来挑战做好准备，如气候变化、人口变化和基础设施老化。

　　改进的污水方法

　　由于水质标准越来越严格，许多较旧的污水处理设施需要升级，但由于扩展空间有限，这往往很困难。为了在不需要更多的土地面积的情况下提高治疗效率。

　　「链接」

　　水体生态共代谢技术是以自然科学为核心，以地球科学、生物学、物理学 为基础，结合环境科学、环境规划学、生态学、承载材料学、系统学等多学科 理论的综合应用体系。是历经十余年的执着探索与研究下成功开发的环境水体 污染治理的新技术。

　　水体生态共代谢系统 水体生态共代谢是指环境水因子对生物的影响和生物对各种水分条件的适应。水体生态共代谢系统是由水生生物群落与水环境共同构成的具有特定结构 和功能的动态平衡系统。

　　生物食物链 通俗地讲，是各种生物通过一系列吃与被吃的关系彼此联系起来的序列，在生态学上被称为食物链。按照生物与生物之间的关系可将食物链分为捕食食 物链、腐食食物链和寄生食物链。各种生物以其独特的方式获得生存、生长、 繁殖所需的能量，并通过一系列取食的关系在生物间进行传递，这种食物关系 而形成的链锁式多向联系称为食物链。实际在自然界中，每种动物并不是只吃 一种食物，因此形成一个复杂的食物链网。

　　水生生物食物链

　　水生生物食物链是指在一定范围水域内的各种生物以其独特的方式获得生 存、生长、繁殖所需的能量，通过一系列取食的关系在生物间进行传递的食物 链。水体生物食物链网由微生物、原生物、水生动物、水生植物等组成。

　　水体生态共代谢技术成果 第一我们「链接」历经十余年的探索研究而开发的“气动生态氧化沟”等技术突破了传统技术的治理极限，高质量产水要求可直接达到地表水Ⅱ-Ⅲ类水质标 准，并达到基本免维护的生态循环经济，同时具有运行成本低、产水效益高、 系统寿命长、稳定性强等特点。

　　第二突破免维护，传统工艺均需要环保专业的管理人员进行管理，而水生 态技术在建成后的要求是尽量避免人为作业以免对生物食物链造成破坏，运行 管理区别在于一个需要专业的人为介入，一个是尽量避免人为介入。

　　第三突破寿命长，传统工艺均三至五年需要进行系统维护更新，但水生食 物链创建不易，因此引进美国 RoderickJ.McNeil 博士开发的生物载体，在常规 状态下不低于 30 年寿命，具有自动更新生物膜杜绝板结功能。并自主开发了无

　　堵设计的机械高效曝氧装置，所用材质均满足 60 年寿命要求。 除了上述的免维护、寿命长、效益高、运行成本低、管理简单之外，其实现了污泥减量 95%以上的治理效应，大大降低了污泥处理成本，还可结合景观 效益打造园林化污水处理站。
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