废水：创造可持续价值

废水处理为何重要？

据国际水协会（IWA）报告，目前全球约80%的废水被排入水道，对健康、环境和气候构成威胁。高收入国家的废水处理能力达70%，而低收入国家仅为8%。
IWA指出，城市化加剧了这一挑战，废水产生量增加，地球资源日益枯竭。未经处理的废水排放导致水体富营养化、人类健康风险以及大量温室气体（包括一氧化二氮和甲烷）排放。未经处理污水的排放量是传统废水处理的三倍。

^{图片来源：世界银行集团} 

废水管理的影响

即使在新兴城市处理覆盖率较低的情况下，未经处理污水的排放仍可能占城市全球排放量的很大比例。废水管理和下水道系统对于卫生和疾病预防至关重要，可防止当地环境和饮用水供应受到污染，从而降低疾病传播风险。

全球获得安全用水、卫生设施和卫生教育对于减少疾病、改善健康和促进社会经济发展至关重要。不幸的是，在许多国家，资源、投资、基础设施、技术和空间有限等挑战阻碍了适当的废水管理。这使得人们面临与水、卫生和健康相关疾病的风险。

《2030年可持续发展议程》特别是目标6，旨在到203年确保所有人享有可持续的水和卫生管理。然而，截至2015年，21亿人缺乏安全饮用水，45亿人（即十分之六）缺乏安全管理的卫生设施。

除了保护人类健康和环境福祉外，现代废水处理在探索从废水流中提取材料、能源和水的价值方面也发挥着关键作用。

^{图片来源：国际劳工组织} 

什么是废水处理？

废水处理涉及绵延数千公里的广泛下水道网络，其规模因地区和国家而异。在英国，最大的系统连接约9000个废水处理厂。

一些地区使用独立的地表水下水道排放雨水，将其引入河流。相比之下，其他地区则在处理前将废水和地表水混合在下水道中，这体现了废水管理对当地条件的适应性。

在英国，最近的光纤传感电缆技术发展可沿下水道管道每五米评估流量、深度、温度和结构完整性。

废水管理的四个阶段

废水到达处理厂后，包括四个阶段：

预处理：去除砂砾、碎石并筛除大块固体。

初级处理：沉淀较大的悬浮有机物。

二级处理：通过生物方式分解和减少残留有机物。

三级处理：采用多种处理工艺处理各种污染物。

^{图片来源：水务公司}

废水处理中的污泥

在废水处理中，会产生一种固体和水的混合物，称为污泥。IWA指出，污水处理厂产生的污泥量仅占进水废水量的约百分之一（脱水后为0.5%）。高效的污水处理厂管理需要提取废弃污泥，包括惰性固体和过量生物质，以防止系统积累。

在污水处理厂中，产生的污泥类型有：

初级污泥：由原始废水初次沉淀中去除的可沉降固体产生。它具有高腐败性，与生物污泥相比脱水性良好，总固体含量在2-5%之间。

二级污泥（又称生物污泥）：产生于活性污泥或生物膜系统等生物过程。它包括在可生物降解物质上生长的微生物、内源残留物以及初级沉淀中未去除的惰性固体。二级污泥的总固体含量在0.5-1.5%之间。

化学污泥：通过特定物质（如磷）或悬浮固体的沉淀形成。

废水预处理

预处理作为抵御潜在干扰的第一道防线，在废水处理过程的整体效率中发挥着关键作用。其重要性延伸至保护原水提升系统、管道和各种处理设备的完整性，降低堵塞和磨损风险。总体目标是消除可能影响后续处理效果的任何因素，最终延长卫生基础设施的使用寿命，减少机械部件的磨损。

预处理操作多种多样，为废水处理厂提供了一系列适应原水特性的选择。这些操作包括格栅筛分、过滤、粉碎、除砂、除油（通常与除砂结合）、除油以及砂砾和油脂等副产品的处理。此外，一些工厂可能选择结合处理主管道清洁废物和工厂砂砾。

虽然预处理具有资本和运营成本相对较低、对后续输送和处理技术产生不利影响的风险较小等明显优势，但必须承认一个显著缺点。预处理过程的有效性需要频繁维护以确保持续效果，这强调了实现最佳功能所需的持续投入。

转到废水处理厂的初始单元操作，筛分作为维持操作完整性的关键门户。其目的是消除可能对下游设备和管道造成损坏和堵塞的物体。根据工厂的现代化程度，该过程结合粗筛和细筛，建立了针对不良材料的早期防御机制。

粗筛（开口为6毫米或更大）能有效去除废水中的大块固体、碎布和碎片。机械和手动清洁的格栅以及垃圾架是该筛分过程的重要组成部分。相比之下，细筛（典型开口尺寸为1.5至6毫米）在去除可能在下游造成操作和维护问题的材料方面非常有效，特别是在没有初级处理的系统中。

在粗筛或细筛之后使用极细筛（开口为0.2至1.5毫米）的策略性应用增加了一层精细化处理。这种先进的筛分方法进一步将悬浮固体减少到与初级沉淀相当的水平，展示了一种细致而有效的方法，确保彻底去除不良材料。这种细致的筛分策略在提高废水处理过程的整体效率和效果方面发挥着关键作用。

^{图片来源：可持续卫生与水管理工具箱}

废水处理过程的三个阶段

废水处理是一个多方面的过程，对维护环境健康和安全至关重要。该处理涉及一系列阶段，每个阶段都有不同的目标和方法，以确保有效去除污染物。

在这篇全面概述中，我们深入探讨废水处理的三个关键阶段：初级、二级和三级。每个阶段都对整体净化过程有独特贡献，针对特定污染物并提高处理后的水质。

从初级处理中去除可沉降固体到三级处理的高级过程，本探索揭示了保护水资源和促进可持续环境实践的复杂机制。

^{图片来源：Accutherm}

1. 初级处理

初级处理的目标是通过沉淀去除可沉降的有机和无机固体，并通过撇渣去除漂浮物（浮渣）。在初级处理期间，大约25%至35%的进水生化需氧量（BOD）、50%至70%的总悬浮固体（SS）和65%的油脂被去除。一些有机氮、有机磷和与固体相关的重金属也在初级沉淀中被去除，但胶体和溶解成分不受影响。

2. 二级处理

二级处理通常在初级处理之后，去除残留有机物和悬浮固体。该过程涉及通过好氧生物处理去除可生物降解的溶解和胶体有机物。好氧微生物（主要是细菌）在氧气存在下代谢废水中的有机物，产生更多微生物和无机终产物。

各种好氧生物过程被用于二级处理，它们在氧气供应和生物代谢速率上有所不同。常见的高速过程包括活性污泥法、滴滤池或生物滤池、氧化沟和旋转生物接触器，共同实现二级处理的目标。

在活性污泥法中，分散生长反应器是一个含有废水和微生物的曝气池，形成混合液。曝气

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