污水处理（或生活污水处理、市政污水处理）是一种污水处理，目的是去除污水中的污染物，产生适合排放到周围环境或预期再利用用途的污水，从而防止水源污染污水排放。污水包含来自家庭和企业的废水，可能还有经过预处理的工业废水。有大量的污水处理工艺可供选择。这些范围可以从分散系统（包括现场处理系统）到大型集中式系统，包括管道和泵站网络（称为污水处理系统），这些系统将污水输送到处理厂。对于拥有合流下水道的城市，下水道还将把城市径流（雨水）输送到污水处理厂。污水处理通常包括两个主要阶段，称为一级处理和二级处理，而深度处理还包括一个三级处理阶段，包括抛光工艺和营养物去除。二级处理可以使用好氧或厌氧生物过程减少污水中的有机物（以生物需氧量衡量）。
已经开发了大量的污水处理技术，大多采用生物处理工艺。工程师和决策者在选择合适的技术时需要考虑技术和经济标准，以及每种替代方案的定量和定性方面。通常，选择的主要标准是：预期的污水质量、预期的建设和运营成本、土地的可用性、能源需求和可持续性方面。在发展中国家和人口密度低的农村地区，污水通常由各种现场卫生系统处理，而不是通过下水道输送。这些系统包括化粪池连接到排水区、现场污水处理系统、vermifilter系统等等。另一方面，能够负担得起的城市中先进且相对昂贵的污水处理厂可能包括带有消毒的三级处理，甚至可能包括去除微污染物的第四级处理。
在全球范围内，估计有52%的污水得到处理。然而，世界上不同国家的污水处理率是高度不平等的。例如，虽然发达国家处理了大约74%的污水，但发展中国家的平均处理量仅为4.2%。
污水处理是卫生领域的一部分。卫生还包括人类废物和固体废物的管理以及雨水（排水）管理。“污水处理厂”经常与“废水处理厂”互换使用。
内容目录
1.污水处理的概念
2.污水处理的目的和概述
3.污水的特性
4.污水处理工艺类型
5.污水处理工艺设计
6.污水处理工艺流程、步骤
7.污水处理的历史
如今，术语“污水处理厂”（STP）（或在某些国家/地区为“污水处理厂”）经常被术语污水处理厂（WWTP）所取代。严格来说，后者是一个广义的术语，也可以指工业废水。
术语“水回收中心”或“水回收厂”也在使用中。
污水处理的目标和概述
污水处理的总体目标是产生一种可以排放到环境中的污水，同时尽可能减少对水的污染，或者产生一种可以以有用的方式再利用的污水。这是通过去除污水中的污染物来实现的。它是废物管理的一种形式。
对于污水的生物处理，处理目标可以包括以下不同程度：将溶解的和颗粒状的可生物降解成分（特别是有机物）转化为可接受的最终产品，转化和去除营养物质（氮和磷），去除或灭活病原微生物，并去除特定的微量有机成分（微量污染物）。
某些类型的污水处理会产生污水污泥，这些污泥可以在安全处置或再利用之前进行处理。在某些情况下，处理过的污水污泥可能被称为“生物固体”并且可以用作肥料。
污水的特性
发展中国家未处理污水物理化学特性的典型值已公布如下：总固体为180克/人/天（或以浓度表示时为1100毫克/升），BOD为50克/人/天（300mg/L),COD(600mg/L)100g/person/d,总氮(45mg/L)8g/person/d,氨氮4.5g/person/d(25mg/L)和1.0g/person/d的总磷(7mg/L)。这些值的大致范围是：120-220克/人/天的总固体（或700-1350毫克/升，当以浓度表示时），40-60克/人/天的BOD（250–400mg/L)，COD80–120g/person/d(450–800mg/L)，总氮6–10g/person/d(35–60mg/L)，3.5–6氨氮（20-35毫克/升）为g/人/天，总磷为0.7-2.5克/人/天（4-15毫克/升）。
对于发达国家，已发现“人均有机物负荷”约为每人每天60克BOD。这被称为人口当量(PE)，也被用作比较参数来表示工业废水与污水相比的强度。
污水处理工艺类型
污水可以在靠近产生污水的地方进行处理，我们通常称之为“分散”系统，甚至可以称为“现场”系统（现场污水处理设施、化粪池等）。或者，污水可以通过管道和泵站网络收集并输送到市政处理厂。这被称为“集中式”处理。。
目前已经有大量的污水处理技术被广泛应用，大多采用生物处理工艺。从广义上讲，可以分为高科技（高成本）与低科技（低成本）选项，尽管有些技术可能属于任一类别。其他分组分类是“密集”或“机械化”系统（更紧凑，经常采用高科技选项）与“广泛”或“自然”或“基于自然”系统（通常使用自然处理过程并占据更大的区域）系统。这种分类有时可能过于简单化，因为处理厂可能涉及过程的组合，以及对高科技和低技术、集约和粗放概念的解释，机械化过程和自然过程可能因地而异。
如：
活性污泥系统、好氧污泥系统、生物除磷、过滤、膜生物反应器、移动床生物膜反应器、反渗透、超滤、紫外线消毒；
还有其他工艺选项可以归类为处置选项，尽管它们也可以理解为基本处理选项。其中包括：污泥应用、灌溉、浸泡坑、鱼塘、浮动植物池、水处理/地下水补给、地表处理和储存。
将污水排放到土地可被视为最终处置或处理的一种形式，或两者兼而有之。它导致地下水补给和/或蒸发。土地应用包括慢速系统、快速渗透、地下渗透、地表流。它是通过洪水、犁沟、洒水和滴水来完成的。这是一个每人需要大量土地的处理/处置系统。
人口当量
“人均有机物负荷”是污水处理厂设计中使用的参数。这个概念被称为人口当量（PE）。用于PE的基值可能因国家/地区而异。世界范围内常用的定义是：1PE相当于每人每天60克BOD，也相当于每天200升污水。这个概念也被用作一个比较参数来表示工业废水与污水相比的强度。
工艺选择
在选择合适的污水处理工艺时，决策者需要考虑技术和经济标准，以及每种替代方案的定量和定性方面。因此，每个分析都是针对特定地点的。可以使用生命周期评估(LCA)，并且可以将标准或权重归于各个方面。最终决定可能具有一定程度的主观性。存在一系列有助于技术选择的出版物。
在工业化国家，工艺选择中的关键项目按重要性降序排列：效率、可靠性、污泥处理方面和土地要求。在发展中国家，主要的关键项目可能不同，更多地围绕建设成本、可持续性、简单性和运营成本。
选择最合适的处理过程很复杂，需要专家的意见，通常以可行性研究的形式。这是因为在评估和选择污水处理工艺时要考虑的主要重要因素有很多：工艺适用性、适用流量、可接受的流量变化、进水特性、抑制或耐火化合物、气候方面、工艺动力学和反应器水力学、性能、处理残留物、污泥处理、环境限制、化学产品要求、能源要求、其他资源要求、人员要求、操作和维护要求、辅助过程、可靠性、复杂性、兼容性、区域可用性。
关于环境影响，选择过程包括以下方面：气味、媒介吸引、污泥运输、卫生风险、空气污染、土壤和底土污染、地表水污染或地下水污染、附近地区贬值、对附近地区的不便人口。
气味控制
能源需求
能源需求因处理工艺类型和污水强度而异。例如，人工湿地和稳定池的能源需求较低，主要与偶尔出现的泵和其他设备有关。另一方面，活性污泥法包括一个高耗能的曝气步骤。在污水污泥处理过程中通过厌氧消化产生沼气的污水处理厂可以产生足够的能量来满足污水处理厂本身的大部分能源需求。对于美国的活性污泥处理厂，每年大约30%的运营成本通常需要用于能源。大部分电力用于曝气、泵送系统和污水污泥脱水和干燥设备。先进的污水处理厂，例如去除营养物，比只实现初级或二级处理的工厂需要更多的能源。
使用滴滤器的小型农村工厂可以在没有净能源需求的情况下运行，整个过程由重力流驱动，包括翻斗式流量分配和沉淀池到干燥床的除泥。这通常只适用于丘陵地形和处理厂相对远离房屋的地区，因为难以管理气味。
工业废水的协同处理
二级处理工艺的设计方面
非下水道区域
世界许多地方的城市居民都依赖于没有下水道的现场卫生系统，例如化粪池和坑式厕所，这些城市的粪便污泥管理是一个巨大的挑战。对于污水处理，化粪池和其他现场污水处理设施的使用在一些农村地区很普遍，例如为美国多达20%的家庭提供服务。
污水处理工艺流程、步骤
污水处理通常包括两个主要阶段，称为初级处理和二级处理，而深度处理还包括一个带有抛光工艺的三级处理阶段。不同类型的污水处理可以使用下面列出的部分或全部工艺步骤。
预处理
初步处理（有时称为预处理）可在粗物质损坏或堵塞初级处理澄清池的泵和污水管线之前去除粗物质，这些物质很容易从原污水中收集。
筛选
污水中的流入物通过机械格栅，以去除污水流中携带的所有大型物体，如罐头、抹布、棍棒、塑料袋等。在为大量人口服务的现代工厂中，这最常使用自动机械倾斜的条形筛来完成，而在较小或不太现代的工厂中，可以使用手动清洁的筛子。机械棒筛的耙动动作通常根据棒筛上的积聚和/或流速来调整。固体被收集起来，然后在垃圾填埋场中处理，或被焚烧。不同尺寸的条形筛或网筛可用于优化固体去除。如果不去除总固体，它们就会被夹带在处理厂的管道和移动部件中，并可能导致过程中的严重损坏和效率低下。
去除砂砾
砂砾由沙子、砾石、岩石和其他重质材料组成。初步处理可能包括沙子或砂砾去除通道或腔室，其中降低进入污水的速度以使砂砾沉降。去除砂砾对于：
沉砂池分为三种类型：卧式沉砂池、充气沉砂池和涡流沉砂池。涡流沉砂池包括机械诱导涡流、液压诱导涡流和多盘涡流分离器。鉴于传统上，除砂系统设计用于去除大于0.210毫米（0.0083英寸）的清洁无机颗粒，大多数较细的砂粒在正常条件下通过除砂流。在高流量期间，沉积的砂粒会重新悬浮，到达处理厂的砂粒量会大幅增加。因此，重要的是除砂系统不仅在正常流量条件下有效运行，而且在最大量的砂粒到达工厂时，在持续的峰值流量下也能有效运行。
流量均衡
平衡池可用于实现流量平衡，目的是在联合下水道系统的情况下，减少旱季流量峰值或潮湿天气流量峰值。好处是提高了生物处理工艺、二级澄清池和任何流出物过滤设备的性能。缺点包括流域的资本成本和空间要求。盆地还可以提供一个临时存放、稀释和分配批量排放的有毒或高浓度废水的场所，否则这些废水可能会抑制生物二级处理（例如来自便携式厕所的废水或粪便污泥）用真空卡车带到污水处理厂）。流量均衡池需要可变排放控制，通常包括旁路和清洁装置，还可能包括曝气器和气味控制。
脂肪和油脂去除
在一些较大的工厂中，通过将污水通过一个小水箱来去除脂肪和油脂，撇油器在该水箱中收集漂浮在表面的脂肪。油箱底部的鼓风机也可用于帮助将脂肪作为泡沫回收。然而，许多工厂使用带有机械表面撇渣器的初级澄清器来去除脂肪和油脂。
一级处理
去除沉降和漂浮的物质，剩余的液体可以排放或进行二次处理。初级沉淀池通常配备机械驱动的刮板，不断将收集到的污泥推向池底的料斗，然后将其泵送到污泥处理设施。
连接到联合下水道系统的污水处理厂有时在初级处理单元之后有一个旁路装置。这意味着在大雨期间，二级和三级处理系统可以被绕过，以保护它们免受水力过载，污水和雨水的混合物只接受初级处理。
预计初级沉淀池可去除50-70%的悬浮固体和25-40%的生物需氧量(BOD)。
二级处理
二级污水处理涉及的主要过程旨在去除尽可能多的固体物质。他们使用生物过程来消化和去除剩余的可溶性物质，尤其是有机部分。这可以通过悬浮生长或生物膜工艺来完成。以污水中存在的有机物为食的微生物生长繁殖，构成生物固体或生物质。它们以絮状物或生物膜的形式生长并聚集在一起，在某些特定的过程中，以颗粒的形式聚集在一起。在几个处理过程中，生物絮状物或生物膜和剩余的细固体可以作为污泥沉降，留下基本上不含固体的液体，并且污染物浓度大大降低。
二级处理可以使用好氧或厌氧工艺减少污水中的有机物（以生物需氧量衡量）。这些过程中涉及的生物体对有毒物质的存在很敏感，尽管预计这些物质在典型的城市污水中不会以高浓度存在。
三级处理
高级污水处理通常包括三个主要阶段，称为初级、二级和三级处理，但也可能包括中间阶段和最终抛光过程。三级处理（也称为“高级处理”）的目的是在排放到受纳水体或回用之前提供最终处理阶段，以进一步改善出水水质。任何处理厂都可以使用一种以上的三级处理工艺。
如果进行消毒，则始终是最后的过程。又称“出水抛光”。三级处理可能包括生物营养去除（或者，这可以归类为二级处理）、消毒和去除微污染物，例如环境持久性药物污染物。
三级处理有时被定义为不仅仅是一级和二级处理，以便排放到高度敏感或脆弱的生态系统，如河口、低流量河流或珊瑚礁。处理过的水有时会在排放到溪流、河流、海湾、泻湖或湿地之前进行化学或物理消毒（例如，通过泻湖和微过滤），或者它可以用于高尔夫球场、绿道或公园。如果足够干净，它也可以用于地下水补给或农业用途。
砂滤去除了大部分残留的悬浮物。活性炭过滤，也称为碳吸附，去除残留的毒素。也使用微过滤或合成膜，例如在也去除病原体的膜生物反应器中。
通过储存在大型人工池塘或泻湖中，可以实现处理过的污水的沉降和进一步的生物改良。这些泻湖是高度需氧的，并且经常鼓励本地大型植物，尤其是芦苇定殖。
消毒
由于其低成本和长期有效的历史，氯化仍然是许多国家最常见的污水处理消毒形式。一个缺点是残留有机材料的氯化会产生可能致癌或对环境有害的氯化有机化合物。残留的氯或氯胺也可能能够氯化天然水生环境中的有机材料。此外，由于余氯对水生物种有毒，处理后的流出物也必须进行化学脱氯，增加了处理的复杂性和成本。
可以使用紫外线(UV)代替氯、碘或其他化学物质。因为不使用化学物质，处理过的水对后来消耗它的生物没有不利影响，就像其他方法一样。紫外线辐射会破坏细菌、病毒和其他病原体的遗传结构，使它们无法繁殖。紫外线消毒的主要缺点是需要频繁维护和更换灯，以及需要高度处理的流出物以确保目标微生物不受紫外线辐射的影响（即，处理过的流出物中存在的任何固体都可以保护微生物免受紫外线）。在许多国家，紫外线正成为最常用的消毒手段，因为人们担心氯会对处理过的污水中的残留有机物和接收水中的有机物进行氯化会产生影响。
与紫外线处理一样，热灭菌也不会向被处理的水添加化学物质。然而，与紫外线不同，热量可以穿透不透明的液体。热消毒还可以穿透废水中的固体物质，对其内容物进行消毒。热流出物净化系统一旦安装就可提供低资源、低维护的流出物净化。
臭氧(O3)是通过使氧气(O2)通过高压电势产生的，导致第三个氧原子附着并形成O3.臭氧非常不稳定且具有反应性，会氧化与其接触的大部分有机物质，从而破坏许多病原微生物。臭氧被认为比氯更安全，因为与必须在现场储存的氯不同（在意外释放时具有剧毒），臭氧是根据需要从环境空气中的氧气在现场产生的。与氯化相比，臭氧化产生的消毒副产品也更少。臭氧消毒的一个缺点是臭氧发生设备成本高，需要专门的操作人员。臭氧污水处理需要使用臭氧发生器，当臭氧气泡渗入水箱时，臭氧发生器对水进行净化。
膜也可以是有效的消毒剂，因为它们充当屏障，避免微生物通过。因此，最终流出物可能不含病原微生物，这取决于所使用的膜类型。这一原理应用于膜生物反应器。
除氮
通过将氮从氨生物氧化为硝酸盐（硝化作用），然后进行反硝化作用，将硝酸盐还原为氮气，从而去除氮。氮气被释放到大气中，从而从水中去除。
反硝化需要缺氧条件来促进适当的生物群落形成。“缺氧条件”是指不存在氧气但存在硝酸盐的情况。多种细菌促进了反硝化作用。活性污泥法、砂滤池、废物稳定池、人工湿地等工艺均可用于减氮。由于反硝化是将硝酸盐还原为二氮（分子氮）气体，因此需要电子供体。这可以是，取决于废水、有机物（来自污水本身）、硫化物或添加的供体，如甲醇。缺氧池（反硝化池）中的污泥必须充分混合（再循环混合液、返回活性污泥和原水的混合物），例如使用潜水搅拌器，以实现所需的反硝化。
还有其他工艺配置，包括曝气池前后的缺氧池，例如Bardenpho工艺的变体。
除磷
对1960年代后期美国污水的研究估计，尿液和粪便中的人均排放量为500克（18盎司），合成洗涤剂中的排放量为1,000克（35盎司），供水中用作腐蚀和水垢控制化学品的数量较少.通过替代洗涤剂配方的源头控制随后减少了最大的贡献，但尿液和粪便中的磷含量自然保持不变。
磷可以在称为增强生物除磷的过程中进行生物去除。在这个过程中，被称为聚磷酸盐积累生物(PAO)的特定细菌被选择性富集并在其细胞内积累大量磷（高达其质量的20%）。
一些系统同时使用生物除磷和化学除磷。那些系统中的化学除磷可以作为备用系统，在生物除磷不能去除足够的磷时使用，或者可以连续使用。在任何一种情况下，同时使用生物和化学除磷的优点是不会像化学除磷那样增加污泥产量，缺点是安装两个不同系统会增加初始成本。
一旦去除，磷以富含磷酸盐的污水污泥的形式，可以被送到垃圾填埋场或与其他消化的污水污泥混合用作肥料。在后一种情况下，处理过的污水污泥有时也称为生物固体。
深度污水处理（四级处理）
在德国、瑞士、瑞典[需要引证]和荷兰实施了在污水处理过程中通过第四个处理阶段消除微污染物的技术，并且在其他几个国家正在进行测试。此类工艺步骤主要由吸附微污染物的活性炭过滤器组成。已建议将高级氧化与臭氧和颗粒活性炭(GAC)相结合，作为一种具有成本效益的药物残留物处理组合。为了完全减少微塑料，有人建议将超滤和GAC相结合。也使用酶如漆酶由真菌分泌的物质正在研究中。研究了微生物生物燃料电池处理污水中有机物的特性。
为了减少水体中的药物，“源头控制”措施也在研究中，例如药物开发的创新或更负责任的药物处理。在美国，国家回收倡议是一项与公众自愿开展的计划，鼓励人们归还过量或过期的药物，并避免将它们冲入污水系统。
污泥处理
污水污泥处理描述了用于管理和处置污水处理过程中产生的污水污泥的过程。污泥处理的重点是减少污泥的重量和体积，以降低运输和处置成本，并降低处置方案的潜在健康风险。除水是减少重量和体积的主要手段，而病原体的破坏通常通过高温消化、堆肥或焚烧过程中的加热来完成.污泥处理方法的选择取决于产生的污泥量，以及可用处置方案所需的处理成本比较。空气干燥和堆肥可能对农村社区有吸引力，而有限的可用土地可能使有氧消化和机械脱水更适合城市，规模经济可能会鼓励大都市地区的能源回收替代方案。
污泥主要是水，从液体污水中去除了一些固体物质。初级污泥包括在初级澄清池的初级处理过程中去除的可沉降固体。二级污泥是在二级澄清池中分离的污泥，用于二级处理生物反应器或使用无机氧化剂的工艺。在密集的污水处理过程中，产生的污泥需要从液体管线中连续清除，因为液体管线中的罐的容积不足以储存污泥。这样做是为了保持处理过程紧凑和平衡（污泥的产生大约等于污泥的去除）。从液体管线去除的污泥进入污泥处理管线。与厌氧工艺相比，好氧工艺（如活性污泥工艺）往往会产生更多的污泥。另一方面，在广泛的（自然）处理过程中，例如池塘和人工湿地，产生的污泥仍然堆积在处理单元（液体管线）中，并且仅在运行几年后才被清除。
污泥处理选项取决于产生的固体量和其他特定地点的条件。堆肥最常用于中型操作的好氧消化的小规模工厂，以及大规模操作的厌氧消化。污泥有时会通过所谓的预浓缩器，使污泥脱水。预浓缩机的类型包括离心污泥浓缩机、转鼓污泥浓缩机和带式压滤机。脱水污泥可被焚烧或运输到场外，以便在垃圾填埋场处置或用作农业土壤改良剂。
污水处理的历史
污水处理的历史有以下发展：它始于1840年代英国的土地应用（污水处理场），随后是污水在池中的化学处理和沉淀，然后是19世纪后期的生物处理，这导致了污水处理的发展。活性污泥法始1912年。
直到19世纪后期，通过利用微生物对有机成分进行生物分解并去除污染物来处理污水成为可能。随着城市的发展，产生的污水量不再能被郊区的农田吸收，土地处理也逐渐变得不那么可行。
从1885年到1891年，在整个英国都建立了基于这一原理的过滤器，美国马萨诸塞州的劳伦斯实验站也采用了这一想法，弗兰克兰的工作在那里得到了证实。1890年，LES开发了一种“滴滤器”，性能更加可靠。
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