引言

污水处理是环境保护和可持续发展的重要环节。随着工业化和城市化的快速发展，污水成分日益复杂，处理技术也在不断进步。本文将通过解析几个典型的污水处理案例，结合实战题库精选，帮助读者深入理解污水处理的核心原理、技术应用和实际操作中的挑战与解决方案。

一、典型案例解析

1.1 城市生活污水处理案例

案例背景：某中型城市（人口约50万）的生活污水处理厂，设计处理能力为10万吨/日，采用A²/O（厌氧-缺氧-好氧）工艺。

工艺流程：

  1. 预处理：格栅去除大颗粒悬浮物，沉砂池去除砂粒。
  2. 一级处理：初沉池去除部分悬浮固体和有机物。
  3. 二级处理：A²/O工艺，通过厌氧、缺氧、好氧三个阶段去除有机物、氮和磷。
  4. 三级处理：深度处理（如滤池、消毒）进一步去除污染物，确保出水达标。

关键参数：

  • 进水COD：300-500 mg/L
  • 进水BOD：150-250 mg/L
  • 进水氨氮：30-50 mg/L
  • 出水标准：达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准（COD≤50 mg/L，BOD≤10 mg/L，氨氮≤5 mg/L）

运行问题与解决方案：

  • 问题：夏季污泥膨胀，导致二沉池出水浑浊。
  • 原因：丝状菌过度繁殖，与进水碳氮比失衡有关。
  • 解决方案：调整曝气量，控制溶解氧（DO）在2-3 mg/L；补充碳源（如乙酸钠）提高碳氮比；投加少量杀菌剂抑制丝状菌。

实战题库精选：

  1. 题目：A²/O工艺中，厌氧段的主要功能是什么？
    • 答案：厌氧段（DO<0.2 mg/L）主要进行磷的释放和部分有机物的水解酸化，为后续缺氧段的反硝化提供碳源。
  2. 题目：如何判断污泥膨胀？如何应急处理？
    • 答案：判断方法：SVI（污泥体积指数）>150 mL/g，二沉池泥面上升。应急处理：加大排泥量，调整曝气量，投加化学药剂（如PAC、PAM）。

1.2 工业废水处理案例（印染废水）

案例背景：某印染厂废水处理站，设计处理能力为5000吨/日，废水成分复杂，含高浓度染料、助剂和盐分。

工艺流程：

  1. 预处理：格栅、调节池（均质均量）。
  2. 物化处理：混凝沉淀（投加PAC、PAM）去除悬浮物和部分染料。
  3. 生化处理：水解酸化+接触氧化，提高可生化性。
  4. 深度处理：臭氧氧化或Fenton氧化，降解难降解有机物。
  5. 回用：部分出水经反渗透（RO）处理后回用于生产。

关键参数：

  • 进水COD：2000-4000 mg/L
  • 进水色度：500-1000倍
  • 进水盐分：5000-10000 mg/L
  • 出水标准：COD≤100 mg/L，色度≤50倍

运行问题与解决方案：

  • 问题：生化系统受高盐分抑制，微生物活性低。
  • 原因：盐分超过微生物耐受范围（通常>10000 mg/L时抑制明显）。
  • 解决方案：采用耐盐菌种（如嗜盐菌）；稀释进水盐分；分质处理（高盐废水单独预处理）。

实战题库精选：

  1. 题目：印染废水处理中，为什么需要水解酸化？
    • 答案：水解酸化可将大分子染料分解为小分子有机物，提高可生化性（BOD/COD比值），为后续好氧处理创造条件。
  2. 题目：Fenton氧化法的原理是什么？如何控制反应条件？
    • 答案：原理：Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + •OH + OH⁻，产生强氧化性羟基自由基（•OH）。控制条件：pH 2-4，H₂O₂/Fe²⁺摩尔比10-100，反应时间30-60分钟。

1.3 农村分散式污水处理案例

案例背景：某农村地区，人口分散，污水量小，采用人工湿地处理系统。

工艺流程：

  1. 预处理：化粪池或沼气池，初步沉淀和厌氧消化。
  2. 主体处理：人工湿地（表面流或潜流），利用植物、微生物和基质的协同作用净化污水。
  3. 后处理：根据需要设置消毒单元（如紫外线）。

关键参数：

  • 进水COD：200-400 mg/L
  • 进水BOD：100-200 mg/L
  • 进水氨氮：20-40 mg/L
  • 出水标准：达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》一级标准（COD≤60 mg/L，BOD≤20 mg/L，氨氮≤8 mg/L）

运行问题与解决方案：

  • 问题：冬季低温导致处理效率下降。
  • 原因：微生物活性降低，植物生长停滞。
  • 解决方案：选择耐寒植物（如芦苇、香蒲）；增加保温措施（如覆盖保温层）；适当增加水力停留时间。

实战题库精选：

  1. 题目：人工湿地中，基质的作用是什么？
    • 答案：基质（如砾石、砂、土壤）提供微生物附着表面，吸附污染物，并通过物理过滤和化学沉淀去除悬浮物和部分重金属。
  2. 题目：如何设计人工湿地的水力停留时间（HRT）？
    • 答案：HRT通常为3-7天，根据进水水质、气候条件和出水要求调整。计算公式：HRT = V / Q，其中V为湿地容积，Q为日均流量。

二、实战题库精选

2.1 理论题

  1. 题目：简述活性污泥法的基本原理。

    • 答案：活性污泥法利用悬浮生长的微生物群体（活性污泥）降解污水中的有机物。基本原理包括：曝气提供氧气，微生物代谢有机物；泥水分离（二沉池）；污泥回流维持微生物浓度；剩余污泥排放。

  2. 题目：什么是污泥龄（SRT）？如何影响处理效果？

    • 答案：污泥龄（SRT）是活性污泥在系统中的平均停留时间。SRT长有利于硝化菌生长（需10-15天），但过长可能导致污泥老化；SRT短则微生物更新快，但可能影响硝化效果。

2.2 计算题

  1. 题目：某污水处理厂设计流量Q=10000 m³/d，进水COD=300 mg/L，出水COD=50 mg/L，求COD去除率和每日去除的COD质量。

    • 答案：
      • 去除率 = (进水COD - 出水COD) / 进水COD × 100% = (300-50)/300 × 100% ≈ 83.3%
      • 每日去除COD质量 = Q × (进水COD - 出水COD) = 10000 m³/d × (300-50) mg/L = 10000 × 250 g/d = 2.5 × 10⁶ g/d = 2.5 t/d

  2. 题目：计算A²/O工艺中，厌氧段、缺氧段、好氧段的容积比。已知总HRT=8小时，厌氧段HRT=1.5小时，缺氧段HRT=2.5小时。

    • 答案：
      • 好氧段HRT = 总HRT - 厌氧段HRT - 缺氧段HRT = 8 - 1.5 - 2.5 = 4小时
      • 容积比 = 厌氧段:缺氧段:好氧段 = 1.5:2.5:4 = 3:5:8

2.3 操作题

  1. 题目：如何进行污泥沉降比（SV30）测试？如何根据结果调整运行？

    • 答案：
      • 测试步骤： 
           1. 取曝气池混合液1000 mL于量筒中。
   2. 静置30分钟，记录污泥沉降体积（mL）。
   3. 计算SV30 = 沉降体积 / 1000 × 100%。
      • 调整运行： 
           - SV30正常范围：15%-30%。
   - 若SV30过高（>30%），可能污泥膨胀或污泥浓度过高，需加大排泥量或调整曝气。
   - 若SV30过低（<15%），可能污泥浓度不足，需减少排泥或增加回流。

  2. 题目：曝气池溶解氧（DO）异常时，如何排查和处理？

    • 答案：
      • 排查步骤： 
           1. 检查曝气设备（风机、曝气头）是否正常。
   2. 检查进水负荷是否突变（如COD突然升高）。
   3. 检查污泥浓度（MLSS）是否过高。
      • 处理措施： 
           - DO过低：增加曝气量，检查曝气头堵塞。
   - DO过高：减少曝气量，避免能源浪费和污泥老化。

三、技术前沿与发展趋势

3.1 智能化与自动化

随着物联网（IoT）和人工智能（AI）的发展，污水处理厂正逐步实现智能化管理。例如，通过在线监测（如COD、氨氮、pH传感器）和AI算法，实时优化曝气量、药剂投加量，降低能耗和运行成本。

案例：某智慧水务平台通过机器学习模型预测进水水质变化，提前调整工艺参数，使能耗降低15%，药剂消耗减少20%。

3.2 资源回收与能源化

污水处理正从“处理”向“资源化”转变。例如，从污水中回收磷（如鸟粪石结晶）、氮（如氨吹脱），以及利用厌氧消化产生沼气发电。

案例：新加坡NEWater项目，通过膜技术（微滤、反渗透）将污水深度处理后回用，满足城市40%的用水需求。

3.3 新型处理技术

  • 膜生物反应器（MBR）：结合生物处理和膜分离，出水水质高，占地面积小，但膜污染问题需解决。
  • 高级氧化技术（AOPs）：如臭氧/UV、电化学氧化，用于降解难降解有机物。
  • 厌氧氨氧化（Anammox）：直接以氨氮为电子供体，无需碳源，节能高效，适用于高氨氮废水。

四、实战题库精选（进阶）

4.1 综合应用题

  1. 题目：某工业园区废水处理厂，进水水质波动大，COD 500-2000 mg/L，氨氮 50-150 mg/L，要求出水COD≤60 mg/L，氨氮≤5 mg/L。请设计工艺流程并说明关键控制点。

    • 答案：
      • 工艺流程：调节池（均质均量）→ 水解酸化池 → A²/O工艺 → 二沉池 → 臭氧氧化（深度处理）→ 消毒。
      • 关键控制点： 
           1. **调节池**：确保水质水量稳定，避免冲击负荷。
   2. **水解酸化池**：控制HRT=6-8小时，提高可生化性。
   3. **A²/O工艺**：厌氧段DO<0.2 mg/L，缺氧段DO 0.5-1 mg/L，好氧段DO 2-3 mg/L；污泥龄控制在15-20天（兼顾硝化）。
   4. **臭氧氧化**：投加量50-100 mg/L，pH 7-8，反应时间30分钟。
   5. **监测**：在线监测COD、氨氮、pH，实时调整参数。

  2. 题目：某污水处理厂污泥含水率高（>98%），脱水困难。请分析原因并提出解决方案。

    • 答案：
      • 原因分析： 
           1. 污泥性质：有机物含量高，亲水性强。
   2. 脱水设备：离心机或带式压滤机性能下降。
   3. 药剂投加：PAM投加量不足或型号不匹配。
      • 解决方案： 
           1. **污泥调理**：投加PAM（阳离子型，分子量1000-1200万），投加量0.1%-0.3%（干污泥质量）。
   2. **设备优化**：更换高性能离心机，调整转速和扭矩。
   3. **工艺改进**：采用污泥浓缩（重力或气浮）降低含水率至95%以下再脱水。

4.2 案例分析题

  1. 题目：某城市污水处理厂出水总磷（TP）超标，分析可能原因及解决措施。
    • 答案：
      • 可能原因： 
           1. 厌氧段磷释放不充分（DO过高或碳源不足）。
   2. 好氧段磷吸收不充分（DO不足或污泥龄过短）。
   3. 化学除磷药剂投加量不足。
      • 解决措施： 
           1. 优化厌氧段：确保DO<0.2 mg/L，补充碳源（如乙酸钠）。
   2. 优化好氧段：维持DO 2-3 mg/L，延长污泥龄至15天以上。
   3. 加强化学除磷：投加PAC（聚合氯化铝）或PFS（聚合硫酸铁），投加量根据TP浓度调整（通常10-20 mg/L）。

五、结语

污水处理是一个多学科交叉的领域，涉及环境工程、化学、生物学等。通过典型案例解析和实战题库，读者可以系统掌握污水处理的核心技术和实际操作要点。随着技术的进步，污水处理正朝着智能化、资源化和高效化的方向发展，为实现“双碳”目标和可持续发展贡献力量。

注：本文内容基于公开资料和行业经验整理，实际应用需结合具体水质和现场条件。建议读者在操作前咨询专业工程师或参考最新技术规范。