一、城市污水的来源与特性：城市污水是一种混合污水。其主要包括生活污水、工业废水和城市降水等。生活污水主要来自于家庭、学校、医院及其他城市公共场所等。生活污水中的有机物主要有淀粉、蛋白质和糖类等；无机物主要包括氯化物、磷酸盐、硫酸盐等无机盐类化合物。生活污水中较多的氮磷排入水体易造成富营养化。大量的氮和磷会促进水中藻类的快速繁殖，导致水体中的溶解氧下降，造成水生生物大量死亡，引起严重的生态问题。
1、生活污水的水质一般比较稳定且浓度比较低，较容易通过物理、化学和生物方法 进行处理。城市家庭生活污水中各污染物排放量一般会随着家庭规模增大而增多。
2、工业废水主要是指在工业化的生产过程中所排放的污水和化工试验中的部分废弃液体；绝大多数的工业用水仅作为洗涤和冷却等用，只有小部分被消耗。工业废水中夹 带了工业生产过程中的原料，中间产物和副产物等；工业生产工艺的不同导致工业废水 的成分比较复杂，因此工业废水不易通过一种通用的工艺来处理，应根据工业废水种类的不同采用相对应的合理的处理技术；工业废水一般具有污染物浓度大和毒性高等 特点，排放到水域中会极大地污染环境；废水中的重金属和氰化物等物质难于降解，会在水生动物和植物的体内积累，这些累积了污染物的动物和植物会给人们的身体健康 带来很大的威胁。从水污染的形势来看，工业行业废水排放造成的环境问题十分严峻。
3、降水或融雪后进入城市管网的水也属于城市污水，其受季节的影响变化较大，污染物的成分因城市环境的不同而存在差异。
4、污水排放的相关标准：为了应对全球范围的水体污染问题，世界上很多国家陆续修订原有污水排放标准，制定更严格的污水排放标准。1991年，欧共体国家共同签署了《欧共体城市污水协定》。该协定要求各国在二十世纪结束前最大限度地限制氮、磷等元素进入敏感性国际水域。美国建立了一套科学的方法体系决定其水污染排放标准。基于数据分析，细分出不同的生产工艺、行业、污染治理水平等排放源排放规律，有针对性的确定排放限制。自上世纪八十年代以来，我国逐步提高污水排放标准。1988年发布了《污水综合排放标准》 （ GB8978-88），随后又陆续发布了《污水综合排放标准》（ GB8978- 1996）和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）。最新的标准分年限规定了城镇污水处理厂出水、废气和污泥中污染物的控制项目和标准值。其基本控制项目的最高 允许排放浓度见表1。
表1 基本控制项目最高允许排放浓度（日均值） 单位： mg/L
注：a.下列情况下按去除率指标执行：当进水 COD大于350mg/L时，去除率应大于60%;b.BOD大于160 mg/L 时，去除率应大于50%。c.括号外数值为水温＞12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
二、污水处理工艺技术：污水处理工艺可以分为三个级别。一级处理工艺主要是机械处理，一般通过物理法 等去除粗大颗粒和悬浮物。二级处理工艺主要是对污水进行生化处理。三级处理工艺是继二级处理以后的废水处理过程，是对水的深度处理。
1、一级处理工艺：一般城市污水处理厂的一级处理工艺包括粗格栅、细格栅和沉砂池等。一级处理工艺对污染物的去除效果不如二级处理工艺。然而二级处理工艺需要较高的建设和运行费用。目前我国许多城市水污染控制遇到的难题正是污水处理厂建设和运行资金的短缺 而导致工程无法实施运行。在这种情况下，各类投资低却对污染物有较好去过效果的强 化一级处理工艺应运而生。在这些地区，可以采取分批建设污水处理厂的方式。先建设一级污水处理厂， 以较少的投资最大程度地降低对水环境的污染。等到时机成熟时再建 设二级城市污水处理厂。这种分阶段建设污水处理厂的方案对我国具有现实意义。欧洲 一些国家在发展的过程中也曾采用了类似的建设污水处理厂的措施。一级处理工艺主要包括化学、生物强化一级工艺处理工艺;化学强化一级工艺主要是投加化学絮凝剂来去除悬浮态和胶体态的污染物。该工艺首次于19世纪 80年代在加拿大的污水处理厂被应用。为了避免含磷浓度过高的污水 排入北美五大湖而引起富营养化。1985年由于人口的大量增长，美国加利福尼亚州的四座污水处理厂均超设计负荷运行。在改用化学一级强化处理工艺，投加小剂量氯化铁和阳离子高分子混凝剂的情况下，SS的去除率达到了 55%。而TP和 BOD5的去除率均 提高到了85%。寒冷的天气使生物法处理污水受到了限制，因此，在瑞典、挪威等这样寒冷的北欧国家，化学强化一级工艺受到了广泛的应用。挪威最大的污水处理厂(OsloWest)采用化学一级强化处理工艺，对 COD的平均去除率超过了 70%；化学强化一级工艺在国内也得到了应用，香港于1997年建成了处理规模为40m3/d的化学强化一级污 水处理工艺。在投加小剂量絮凝剂（FeCl325 mg/L,PAM 0.15 mg/L）的情况下，BOD5和 SS的去除率分别达到了 80%和 91%。虽然化学强化一级工艺对污染物的去除效果明显，但是类似 PAM等絮凝剂具有毒性，投加后排入水体后易产生较大危害。因此化学强化一级工艺的广泛应用受到了限制；生物强化一级工艺依靠生物絮凝剂来去除悬浮态和胶体态污染物，清华大学尤作亮等采用生物强化一级工艺处理生活污水，其结果表明该工艺对SS的去除率达到了51%，COD和 TP的去除率分别达到 69%和 87%。对氨氮则没有去除。结合化学和生物一级处理工艺的优点，夏四清等人研发了化学生物絮凝工艺，分析了化学生物絮凝工艺对上海市生活污水的处理效果，其实验结果表明，投加10.6 mg/L的 PAFC 和 0.5mg/L的 PAM时，出水 COD、TP和 SS浓度均可满足一级标准 B要求；汪峰等人采用生物学技术研究分析了化学生物絮凝组合工艺中微生物种群结 构。其实验结果显示，不同的工艺条件下，微生物的种群结构有一定的改变，但是微生 物的多样性指数基本不变。相同的工艺条件下， 化学生物絮凝池的不同反应池内的微生物种群结构基本相同，微生物均匀分布在反应池的各个位置。相对于化学强化一级工艺，化学生物絮凝工艺具有絮凝剂需求低，产泥量低的优势；相对于生物强化一级工艺，化学生物絮凝工艺有更强的抗冲击能力。且新工艺的处理效果均优于化学或生物一级工艺 单独处理污水时的效果。
2、二级处理工艺：二级处理工艺在污水处理中发挥着关键的作用，主要包括活性污泥法和生物膜法：活性污泥法是最普遍的二级处理工艺，由曝气系统和污泥回流系统组成。在曝气的 条件下，活性污泥与污水接触，污水中的有机污染物被附着在活性污泥上的微生物代谢 和利用；生物膜法是近些年来发展的一种污水处理技术，依靠附着在载体表面的微生物群体进行污水的处理。
1】A2/O工艺
a. Wuhrmann 是最早的脱氮工艺，虽因脱氮效率较低而未能被广泛应用，但为A2/O工艺的发展奠定了基础。为了提高工艺的脱氮能力，Barnard提出了 A/O工艺。硝酸盐随着回流液回流到缺氧区，使反硝化除氮过程充分进行。 1973年Barnard提出在A/O工艺后增加一个后置缺氧反应区和后置快速好氧反应区，即Bardenpho工艺。前置好氧区的硝酸盐进入到后置缺氧反应器时继续进行脱氮反应。在1976年，Barnard在Bardenpho工艺前增加一个厌氧区提升工艺的除磷效能，即改良型Bardenpho工艺。在南非，改良型Bardenpho工艺又被称之为 Phoredox 工艺。1980年，Rabinowitz等人对Phoredox的研究中，传统的 A2/O工艺即为三段的 Phoredox 工艺。
b.许多污水处理厂都采用A2/O工艺。世界各地的学者们也不断研究提出改进方案去完善A2/O工艺。Marals针对传统的 A2/O工艺中厌氧区硝酸盐影响除磷效能的问题，设计了 UCT工艺。在 UCT工艺中外回流污泥混合液会先回流到缺氧区前段，之后缺氧区混合液再回流到厌氧区，避免过量的硝酸盐抑制聚磷菌释磷反应。针对UCT工艺在缺氧区易形成短流的问题，MUCT工艺被开发出来。MUCT工艺在 UCT工艺的基础上做出了改良。外回流的污泥与硝化液分别回流到缺氧区的前后两端，有效控制了回流到厌氧区的硝态氮的浓度，为聚磷菌营造良好的反应环 境。常州市某污水处理厂应用MUCT工艺处理城市污水，其结果表明该污水处 理厂出水 COD、BOD5 、NH4+-N 和 TP 的一级 A达标率分别为 99.5% 、100%、99.9%和98.8%。
c.为给聚磷菌营造良好的释磷环境，学者们不断改造研究 A2/O工艺。倒置 A2/O工艺也应运而生。倒置 A2/O 工艺在厌氧区的前面设置缺氧区，在厌氧区后设置好氧区。缺氧区的反硝化反应除去了大量的硝酸盐，使得厌氧区的硝酸盐浓度降低，从而使厌氧区的除磷环境更充分。随后混合液直接进入好氧区，微生物利用在厌氧区获得的吸磷动力在好氧区过量吸收磷。由于所有污泥都历经除磷全过程，其排放的污泥中含磷量高，系统的除磷效能良好，即“群体效应”的作用。青岛的团岛污水处理厂采用倒置 A2/O工艺，其运行结果表明，处理城市污水，对 COD、TN、TP的去除率分别 达到 90%、80% 、90%。且运行稳定，简单高效。
2】氧化沟工艺
氧化沟工艺已在我国得到了广泛应用，尤其是在一些中小城市的污水处理厂。该工艺主要是依靠同步硝化反硝化和反硝化除磷等作用去除污染物。生物学理论认为，异样硝化（异样微生物在好氧条件下将氮氧化为硝态氮和亚硝态氮的过程）和好氧反硝化（微生物在有氧条件下进行的反硝化作用）的同时存在产生了同步硝化反硝化。反硝化除磷即反硝化除磷菌在缺氧条件下吸收磷。J.Meinhold等认为，部分聚磷菌可以在缺氧环境下依靠硝酸盐作为电子受体除磷。R.J.Zeng等发现溶解氧浓度较低时，同一反应器中发生的硝化和反硝化反应还存 在吸磷现象，即同步硝化反硝化除磷。G.T.Daigger等研究了美国的 7个不同处理量的氧化沟工艺，结果表明：存在不同程度的同步硝化反硝化过程。同步硝化反硝化过程可以提高总氮去除率，更加经济、节能。张帆等处理珠江微污染水，其研究结果表明：在试验期间氧化沟末段出水氨氮、亚硝酸盐和 COD的平均值分别为 0.33 mg/L、0.14 mg/L和 3.65mg/L。相对于珠江原水的平均去除率分别为 93.16%、44.09%和 44.86%。郝丽岭等研究了重庆合川污水处理厂的奥贝尔氧化沟运行效果。其结果表明出水COD、NH4+-N、TN、TP均值分别是 24mg/L、1.63mg/L、14.7mg/L、0.52mg/L。
3】SBR工艺
a.SBR工艺又称为序批式活性污泥法，其特点是间歇式曝气。自二十世纪八十年代起，SBR工艺被广泛应用于欧美的一些发达国家的水污染处理领域。我国第一座SBR工艺污水处理厂于 1985 年在上海建成。
b.ICEAS(间歇式循环延时曝气法)是SBR的变形工艺。该工艺在SBR工艺的基础上补充了一个预反应区。我国昆明市第四污水处理厂就采用ICEAS 工艺，其运行结果表明，进水 COD、TN和 TP的进水浓度范围为147-249 mg/L、26-37mg/L和 2.6-4.0mg/L的条件下，COD、TN和 TP的去除率分别达到 80%、75%和 92%。 ICEAS工艺还适用于抗菌素制药废水的处理。
c.CASS（循环活性污泥法）是对 ICEAS工艺的改良，用设计更加合理的生物选择器替代ICEAS的预反应器。该工艺流程简单、处理效果稳定高效、成本低。
d.IDEA（间歇排水延时曝气法）是在 CASS基础上改良的 SBR工艺。在该工艺中， 生物选择器被改造成为独立的预反应池。以此来提高在高絮体负荷条件下污水的停留时间，从而为高絮凝型细菌的生长创建一个良好的环境。澳大利亚Geelong市的污水处理厂就采用了 IDEA工艺，其运行结果表明， 在进水 BOD5、NH4+-N和SS浓度分别为 370 mg/L、39 mg/L和 360mg/L的条件下，BOD5、NH4+-N和 SS的去除率分别达到89%，49%，81%。MSBR（改良式序列间歇反应器）是A2/O和SBR的复合工艺。MSBR工艺出水水质稳定，处理高效，是一种更为合理的污水处理工艺;李满桃对广西某县污水处理厂的MSBR工艺应用进行了研究，其结果表明该工艺运行稳定,出水水质稳定达到一级 B标准。
4】生物膜法：生物膜法也是利用微生物去除水污染的方法。在该工艺中微生物会附着在填料的表面不断增殖而形成生物膜。成英俊等人对膜生物反应器对生活污水的脱氮除磷性能进行了研究，结果表明，投加聚乙烯悬浮滤料可以提高有机污染物的去除效率。TN和 TP的平均去除率分别由 45.5%和 47.2%提高到了 57.4%和 71.8%；王海燕等人采取生物膜工艺对焦化废水的处理效果进行了研究，其实验结果表明，COD和 NH4+-N的平均去除率超过 90%和 80%；大量的工业生产行业如电镀和印染等，会向环境中排放大量的含有重金属的污水，严重危害了生态环境和人类的健康。采取生物膜法去除污水中的重金属污染物，不但操作流程简便，能耗低，而且降低了治理成本。田超等采用董铺水库为水源，天然纯棉绳为人工基质培养生物膜，研究了该生物膜吸附铜和镉的动力和热力学特征，分析了生物膜吸 附性能 的影响 因素；其实验结果表 明 ，生物膜对铜和镉 的吸 附均符合Freundlich(F)和 Langmuir(L)吸附等温式。调节吸附液的 pH值后发现，当 pH值增加时，生物膜对铜和镉的吸附量也随之增加；李天成[等采用生物膜和微电解的组合工艺处理含Cr3+的有机污染水。其研究结果表明， 当 Cr3+含量从 10 mg/L降低到 0.3mg/L以下时，Cr3+的去除率为 97%左右；微电解和生物膜的复合工艺可以高效去除有机废水中的 Cr3+。目前国内外对生物膜法的机理研究还不够成熟，特别是微生物的代谢机理和群落结构，膜反应器工艺的创新和改进。国内外的学者们还在不断探索研究，以提高生物膜法处理污水的能力。
3、三级处理工艺:经过二级处理后，可以通过深度处理进一步降低污水中污染物浓度。目前三级处理工艺主要包括过滤、混凝、活性炭吸附、生物降解吸附絮凝、消毒和生态污水深度处理等。无锡市锡山区污水处理厂进行了改造。在二级处理工艺后增加盘片式微过滤工 艺；改造后出水达到一级 A标准；苏州某污水处理厂二级处理工艺出水 TP无法达到一级A标准。后来升级增添微絮凝深度处理工艺，该水厂一年多的运行状况显示，出水TP可稳定达一级 A标准。
膜分离技术也在深度处理工艺中被广泛应用于制药工业废水处理等领域，该技术净化效率高且成本低。周梓杨等采用微滤和反渗透的组合工 艺处理农药废水。其实验结果表明，COD降至 29.1mg/L以下，去除率达到 80.2%；氨氮降至4.7mg/L以下，去除率达到 69.4% ，且Cl—和SO42-的去除率分别达到97.6%和97.8%；微滤和反渗透的组合工艺对高盐度农药废水的处理效果较好，在农药废水处理中具有广阔的应用前景。
臭氧氧化法在深度处理工艺中具有杀菌和氧化难降解有机物的 优势。活性炭独特的孔隙构造也利于微生物的附着。李建民等研究了臭氧和生物活性炭组合工艺对生活污水处理厂再生水的处理效果。其研究结果表明，该工艺对污水处理厂再生水出水中的COD和 NH4+-N 具有显著去除效果，进水 COD 和 NH4+-N的浓度分别为 20mg/L和 2mg/L时，出水浓度分别小于10mg/L和 0.1mg/L。
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