污水處理工藝的目的是使污水得到有效的處理。污水處理是指將污水中含有的污染物（化學(xué)污染物與微生物）通過(guò)物理或者化學(xué)等方法去除，達到凈化污水，防止水體污染和環(huán)境惡化，改善生態(tài)環(huán)境條件的過(guò)程。污水處理工藝有傳統生物處理和新生物處理兩種，前者包括傳統生物處理和新型生物處理兩種。前者包括生物濾池和活性污泥法兩種形式。前者是將污水中污染物通過(guò)物理和化學(xué)兩種方法去除，而后者是通過(guò)生物處理過(guò)程。由于生物濾池是一個(gè)處理單元，所以一般稱(chēng)之為一體化裝置。
一、城市污水處理的技術(shù)工藝
目前，城市污水處理的技術(shù)主要有傳統的生物處理工藝和新型生物處理工藝。傳統的生物處理工藝是在傳統的厭氧發(fā)酵基礎上發(fā)展起來(lái)的，如氧化溝技術(shù)；新型的生物處理工藝是指具有一定規模的生物處理設施技術(shù)，如二級生物濾池技術(shù)、三級沉淀法技術(shù)、四位一體等。目前處理技術(shù)比較成熟的是二級處理技術(shù)，它是將污泥與活性污泥分離起來(lái)，使污泥得到進(jìn)一步的濃縮、脫水和無(wú)害化處理，以達到一定的出水標準。我國自上世紀70年代起開(kāi)始研究厭氧-好氧生物濾池技術(shù)，并取得了良好的效果，但由于設備昂貴、占地面積大、操作管理不方便、運行費用高等缺點(diǎn)而不能大規模推廣使用。近年來(lái)采用膜分離技術(shù)對生活污水進(jìn)行深度處理取得了良好效果。國外常用組合型生物濾池以及膜生物反應器技術(shù)用于城市污水處理。我國采用活性污泥法對城市污水處理也取得了良好效果。
1、活性污泥的生物量隨著(zhù)過(guò)濾介質(zhì)的種類(lèi)不同而變化，如微孔樹(shù)脂，多孔樹(shù)脂，超濾膜等。
活性污泥的比表面積和負荷隨過(guò)濾介質(zhì)的種類(lèi)不同。用常規的組合型生物濾池來(lái)進(jìn)行城市污水處理，可以節省出水水質(zhì)高、污泥產(chǎn)量少、能耗低、管理方便。我國對多介質(zhì)生物濾池有一定的研究。其中最常用的是膜生物反應器技術(shù)。膜生物反應器技術(shù)是一種高效去除污水中有機污染物的工藝。具有良好的去除率及投資低。缺點(diǎn)是對生物膜有一定的依賴(lài)性。
2、絮凝的作用由于絮凝作用可以使活性污泥中的有機污染物進(jìn)一步分解，從而達到凈化污水的目的。
在絮凝過(guò)程中，對水中的懸浮物，大分子有機物，以及其它難處理的物質(zhì)或顆粒都有很好的去除作用，一般是用混凝為主、外加絮凝劑為輔。其基本原理是：混凝過(guò)程是在污泥負荷較高時(shí)，污泥水力停留時(shí)間較長(cháng)，而微生物細胞對絮凝材料的需求也相應增加，因此需要通過(guò)絮凝提高污泥負荷以保證出水效果。此外，在污泥消化過(guò)程中如果混凝物質(zhì)增多或者絮凝劑加入量過(guò)多均會(huì )對污水處理設備造成一定的沖擊甚至破壞作用。因此在選擇絮凝填料時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)來(lái)確定其用量或設計的最佳用量。常用高分子絮凝劑有聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鐵(PAM)等；絮凝前投加混凝劑（如 DMF或 TDI)、活性污泥絮凝填料等等。
3、曝氣池和泥水分離在曝氣池中加入適量的微生物（菌種在一定濃度下，微生物生長(cháng)繁殖可消耗水中溶解氧，從而使污水凈化效率有所提高。
由于微生物在缺氧環(huán)境中生長(cháng)繁殖，而出水水質(zhì)又受微生物濃度的影響),可使污水中的污染物達到去除率90%以上。在曝氣池中添加少量的化學(xué)藥劑，如石灰、碳酸鈣、硫酸鎂等，可使出水水質(zhì)更好。對含磷廢水則采用投加磷酸二鈉或溴化銨溶液等方式抑制微生物生長(cháng)，從而降低污水的脫氮效率，但這兩種藥劑需定期進(jìn)行處理才能達到水質(zhì)要求。由于曝氣池內存在大量溶解氧，當廢水排出后，溶解氧被完全消耗而造成污泥膨脹現象。因此為了防止產(chǎn)生泥渣現象并保持污水澄清、無(wú)異味，應將池子底部設置排泥裝置和排水溝。
二、城市污水預處理系統的主要功能
(1)沉淀：污水中污染物通過(guò)重力作用，沉降在地表以下，將有機物沉淀下來(lái)。(2)過(guò)濾：將污水中 SS去除；同時(shí)，水在一定條件下會(huì )繼續沉降，以減少污染物濃度，凈化水質(zhì)。(3)消毒作用可以去除污水中的部分懸浮物或膠體；消毒后，還可排放到自然水體。
1、污水處理系統對污水進(jìn)行預處理，能有效去除水中的懸浮物、膠體及其他懸浮固體。
(1)沉淀：污水泵送入生物接觸氧化池，沉淀池污泥不斷的與水中污染物混合、沉淀。污染物通過(guò)污泥泵作用與被分離的金屬顆粒接觸，溶解后被沉淀下來(lái)。污水流入后續處理設備時(shí)，經(jīng)泵送入污水預處理設備。其中所需的污泥量為污泥產(chǎn)量的1%~3%左右。(2)過(guò)濾：主要是過(guò)濾去除水中可懸浮固體、懸浮物以及膠體顆粒；主要是過(guò)濾水的色度及其他污染物。
2、在此基礎上，將污水中的雜質(zhì)去除。
城市污水的主要污染物有有機物、氮、磷、鉛、鉀、鈉、鈣、鎂、硫、氯等，以及對水體和人體健康有嚴重危害的鉛、砷、汞、鎘、鉻、鉛元素等都屬于這類(lèi)雜質(zhì)。如果污水直接排入河道或湖泊中，就會(huì )對環(huán)境造成嚴重危害。為此，城市污水預處理系統必須首先去除這些雜質(zhì)。例如生活污水及工業(yè)廢水的污染物主要是無(wú)機污染物（泥沙與膠體、有機物）及有機物混合的廢水中污染物含量在2-20 mg/L),其主要成分是無(wú)機和有機膠體及有機物。目前采用預處理效果較好的有:(1)預處理工藝：采用絮凝劑和沉淀介質(zhì);(2)絮凝作用：吸附;(3)生物處理：污水中的有機污染物在一定條件下能被微生物分解。同時(shí)也可以用吸附法將廢水中已有的有機物吸附到預處理設備上去。我國近年來(lái)應用的濾膜技術(shù)就是一種常用的預處理技術(shù)之一。
3、在污水預處理階段，可以對污水進(jìn)行各種微生物的培養、篩選及氧化還原等處理，以達到控制 SS、氨氮、總氮等污染物的目的。
(1)生化處理：采用厭氧處理的污水，必須有好氧或厭氧條件。在好氧條件下生物膜具有很好的耐性和抗逆性，可以有效的吸附并降解污染物。但曝氣是一種快速且耗能的操作。當系統壓力突然增加到足以使微生物處于缺氧狀態(tài)時(shí)，厭氧微生物便迅速死亡，而活性污泥處于缺氧狀態(tài)時(shí)，厭氧微生物才會(huì )大量繁殖并將污水進(jìn)行降解。因此，曝氣系統必須有好氧微生物和厭氧微生物的共同作用。
4、污水經(jīng)預處理后，經(jīng)過(guò)濾及消毒處理后達到國家排放標準。
城市污水預處理主要包括沉淀、消毒、除磷等。其中沉淀是污水處理的第一步。去除污泥(BOD)主要有兩種方法，一是生物膜法，二是過(guò)濾法。生物膜法主要適用于城市污水處理。過(guò)濾法是通過(guò)填料去除懸浮物和部分固體懸浮物。沉淀后的水可進(jìn)入曝氣池，待污水流到曝氣池時(shí)，因填料呈絮狀的懸浮狀態(tài)，從而在填料表面形成一層薄薄的污泥層（通常稱(chēng)為固液接觸床）或半固態(tài)的絮狀物（俗稱(chēng)沙包）。
5、預處理后的水可直接排放或調節地下水水質(zhì)。
廢水經(jīng)處理后，水質(zhì)指標均達到國家規定的標準，可以直接排放到地表水體，也可以通過(guò)滲濾、反滲透等方式直接排放到地下。城市居民生活污水預處理系統主要包括 A/O法和生物處理法。A/O法：是將污水（或廢水）經(jīng)厭氧消化，使 COD （化學(xué)需氧量）降到一定程度的方法；通過(guò)控制填料的投加量以控制其生物量（或生物量）而達到凈化水質(zhì)的目的。生物過(guò)濾法：是將污水（或廢水）經(jīng)過(guò)預處理（即厭氧消化或反滲透）后得到的水，經(jīng)隔渣或過(guò)濾后排入自然界的方法。生物過(guò)濾法的基本原理是讓污水通過(guò)微生物接觸氧化而消除 COD (化學(xué)需氧量);生物濾池的作用是過(guò)濾水中含有大量污染物（如 COD)和懸浮物。
三、城市污水預處理系統中常見(jiàn)工藝
(1)生物接觸氧化法：將活性污泥法和生物膜法有機結合，在不同程度上發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢。其主要原理是：首先在生化反應器中使用曝氣池對污水進(jìn)行充分攪拌，使污水中各種懸浮物或污染物在好氧池降解并通過(guò)生物膜與微生物接觸，使大部分水解細菌被去除，同時(shí)部分 COD得以降低；然后利用曝氣池對污水進(jìn)行高剪切作用及一定的化學(xué)吸附和生物膜截留作用，使污水中各種污染物得到去除，然后進(jìn)入調節池進(jìn)行再循環(huán)利用。(2)氧化還原法：主要指將污水進(jìn)行預處理時(shí)將水中有機物轉化為無(wú)機物，形成穩定的腐殖質(zhì)和氮磷等養分。氧化氧化后的水在出水進(jìn)入調節池進(jìn)行 pH調節、微生物的生長(cháng)和繁殖以及營(yíng)養物質(zhì)的循環(huán)利用。(3)化學(xué)沉淀法：采用化學(xué)原理將工業(yè)廢水中懸浮物吸附到污泥中，從而使大量營(yíng)養物質(zhì)被除去，提高出水水質(zhì)。
(1) A/O法
A/O法是指在曝氣池進(jìn)行厭氧分解，然后通過(guò)生物膜截留和過(guò)濾的方法除去有機物和懸浮物。該方法比 A/O法能耗低，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現廢水循環(huán)再利用；但是由于有可能存在較高的氨氮濃度，需要在池內設置硝化細菌。因此，該方法存在著(zhù)運行費用高、操作管理困難、占地面積大、處理效果不穩定等缺點(diǎn)。我國經(jīng)過(guò)近幾年的研究和開(kāi)發(fā)，普遍使用 A/O方法解決城市污水預處理問(wèn)題，主要用于大中城市污水處理廠(chǎng)。A/O法對處理出水水質(zhì)要求較高，一般要求不高于國家一級 A排放標準；并且 A/O工藝還具有占地面積小、易實(shí)現自動(dòng)化（可根據需要設定自動(dòng)運行模式）等優(yōu)點(diǎn)；然而該工藝在對有機物去除的同時(shí)會(huì )使廢水中 COD有所上升，影響后續處理的效率和出水水質(zhì)。
(2組合工藝- SBR工藝）
在污水處理工藝中，生物膜分離法與化學(xué)沉淀法相結合的方式稱(chēng)為組合工藝。通常把組合工藝分為三種：一種是純生物接觸氧化法；一種是活性污泥法；另一種是組合工藝。這種工藝可以充分發(fā)揮各方面復合技術(shù)的優(yōu)勢，適用于不同水質(zhì)條件，如低 COD水或不含氮、磷、低濃度有機物的處理。為了達到良好的處理效果，使水力停留時(shí)間達到30~40 min,還可以增加曝氣池次數或延長(cháng)混合池時(shí)間等等。SBR處理工藝由前兩種工藝結合而成，其主要特點(diǎn)是：在好氧池中引入活性污泥(Seafood-based)將污水進(jìn)行預處理；采用活性污泥- SBR處理工藝組合后的出水水質(zhì)可達到《城市污水再生利用城市建成區排水管網(wǎng)規劃技術(shù)導則》中有關(guān)的要求[1]。SBR系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：既可使污水中大量有機物得到降解，又減少了混合攪拌、降低了廢水 PH值和氨氮含量以及總磷含量；同時(shí)還可以提高處理效率并減輕操作人員的勞動(dòng)強度；其對處理大流量時(shí)反應效果好并容易出水水質(zhì)穩定而且能實(shí)現連續運行；對 SBR系統適應性強，能夠適應不同污水的處理。
(3)生物接觸氧化法
與活性污泥法相比，生物接觸氧化法的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)運行穩定，不需要另建生化池;(2)污水處理量大、無(wú)污泥膨脹現象;(3)可實(shí)現自控運行，不需要人工看管;(4)不需要添加任何營(yíng)養鹽產(chǎn)品，因而對環(huán)境污染較小;(5)能同時(shí)處理好活性污泥與微生物;(6)處理效果穩定。在城市集中式污水處理廠(chǎng)中通常采用生物接觸氧化法(BAF)來(lái)達到該目的。BAF是由德國工程師科克于70年代初發(fā)明的一種用于污水處理的生物接觸氧化法。BAF工藝以其獨特的優(yōu)越性已被越來(lái)越多的應用于污水處理之中。目前, BAF工藝主要有四種基本類(lèi)型：一是曝氣池處理污水；二是調節池處理含磷污水；三是生物接觸氧化法和厭氧發(fā)酵法；四是采用生物濾池處理含難降解廢水；五是使用 AO/O技術(shù)來(lái)進(jìn)行廢水處理的工業(yè)廢水處理。由于這四種處理工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)或其各自的優(yōu)缺點(diǎn)結合起來(lái)使用會(huì )產(chǎn)生一定的作用效果。
四、城市污水預處理技術(shù)設備性能指標
a、接觸氧化法：此種技術(shù)是通過(guò)接觸氧化法去除污水中的有機污染物，從而達到凈化水質(zhì)的目的。在預處理階段，應充分利用好氧的生物作用。b、厭氧消化法適用于要求較高的處理廠(chǎng)工藝。由于在厭氧區，微生物主要以有機物為食，所以其自身消化和排泄所需要的有機物比厭氧區要多。c、沉淀法：此種技術(shù)主要是將填料上的污染物溶解于水中，然后通過(guò)沉淀物絮凝而沉降下來(lái)。e、氧化溝：此種方法屬于物理方法。
1、厭氧消化
厭氧消化是一種消化生物過(guò)程的總稱(chēng)，厭氧消化法是利用厭氧微生物細胞內部的沼氣進(jìn)行消化的一種方法。其工藝是在污水處理廠(chǎng)進(jìn)水處安裝一個(gè)經(jīng)過(guò)厭氧型消化池處理過(guò)的污水，然后根據需要再向厭氧池排放有有機物的污水。厭氧區的設置應以底面有流速是50~60 mL/(min. m)為宜。當進(jìn)水水質(zhì)變化大或污泥濃度高時(shí)，應設置調整時(shí)間功能；當出水水質(zhì)變化不大時(shí)，應設置相應的調節時(shí)間功能。厭氧消化法有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：①有較好的降解效果；②可以減少處理成本；③不需動(dòng)力消耗；④能夠避免氧化溝的運行費用；⑤厭氧區較高的處理能力和較好的污泥濃度對環(huán)境十分友好；⑥具有很好的耐沖擊負荷能力；⑦對細菌不具有毒副產(chǎn)物、毒素的去除能力比較強。
2、沉淀法
沉淀法是將廢水先經(jīng)過(guò)沉淀，再進(jìn)一步沉淀，過(guò)濾、消毒、濃縮，從而達到凈化水質(zhì)的目的。沉淀法利用好氧生物接觸氧化器具有良好的除磷效果，與厭氧消化相比，好氧處理后出水的磷含量很低。采用此法處理城市污水，需要先將污水入預處理設備，而后用生物接觸氧化器去除污水中的磷含量。常用沉淀法水處理設備有：生物氧化池、水解池、混合池等。沉淀技術(shù)常用作污水前一階段預處理。它適用于水量小、水質(zhì)差、難以脫磷的污水。
3、氧化溝
一種氧化溝，它是一種介于污水與硝化污泥之間的生物處理工藝。這種處理方式的特點(diǎn)是：a、節省占地面積，不需任何填料，只需一座大型設備；b、處理效果好，不需要額外的二次設施；c、無(wú)動(dòng)力、占地面積??；d、容易管理，自動(dòng)化程度高；e、操作簡(jiǎn)單，維護方便。
4、二沉池
二沉池是一種常用的污水凈化設備。在一個(gè)厭氧消化池內，設有2個(gè)較大的池子。在二沉池內，污水被分為兩部分，一部分進(jìn)入二沉池，另一部分進(jìn)入厭氧池。隨著(zhù)二沉池內污水濃度和污水量的增加，厭氧池內的沉淀物就會(huì )很快沉降下來(lái)。在二沉池內部一般設置1個(gè)曝氣頭（有較大開(kāi)口),1個(gè)出水閥（也可采用1個(gè)出水閥）。