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污水中化学需氧量（COD）是衡量水体中有机物含量的核心指标，COD值越高，说明污水中可被氧化分解的有机物越多，对水体污染风险越大。降低COD的本质是通过物理分离、化学氧化或生物降解等手段，将污水中的有机物转化为无害物质（如CO₂、H₂O）或从水中去除，不同技术的适用场景、处理效率及成本差异显著，需结合污水特性（如有机物类型、浓度、可生化性）制定针对性方案。
一、物理法：低成本预处理，拦截分离显优势
物理法是降低COD的基础环节，核心逻辑是不改变有机物化学结构，通过“物理隔离”将悬浮态、胶体态有机物从污水中分离，常用于高浓度污水的预处理，减少后续处理单元的负荷，操作简单、成本低，但对溶解性有机物处理效果有限。
1. 格栅与滤网过滤技术
格栅和滤网是污水处理的“第一道防线”，主要针对污水中的悬浮固体有机物（如食物残渣、纤维、塑料碎片、工业废渣等），这类物质不仅直接拉高COD值，还可能堵塞后续设备（如水泵、管道），影响处理系统稳定运行。
- 格栅过滤：根据栅条间距分为粗格栅（50-100mm）、中格栅（10-50mm）和细格栅（1-10mm），安装在污水处理系统前端，通过机械或人工清理栅渣，可去除污水中粒径较大的固体有机物。例如，生活污水处理厂中，粗格栅可去除80%以上的大颗粒杂质，使污水COD初步降低10%-20%；工业废水（如造纸废水、纺织废水）处理中，细格栅能拦截纤维、纸浆等杂质，减少后续生化处理的“无机负荷”。
- 滤网过滤：采用金属网、尼龙网或多孔陶瓷等材料，孔径可细至微米级（如5-50μm），适合去除细小悬浮物和胶体颗粒（如餐饮废水中的乳化油、印染废水中的染料颗粒）。例如，餐饮废水经10μm滤网过滤后，油脂类有机物去除率可达30%-40%，COD值可降低20%-30%，且能减少后续气浮或生物处理中“油脂包裹微生物”的问题。
2. 沉淀与气浮分离技术
沉淀和气浮是针对胶体态、微小悬浮态有机物的核心物理手段，通过“聚集成团”的方式实现固液分离，处理效率高于格栅过滤，广泛应用于生活污水、食品废水、屠宰废水等场景。
- 沉淀法：利用重力作用，使污水中的有机物颗粒自然沉降至池底形成污泥，分为自然沉淀和混凝沉淀。自然沉淀仅适用于颗粒密度较大的污水（如采矿废水），COD去除率较低（10%-15%）；实际处理中多采用混凝沉淀，即向污水中投加絮凝剂（如聚合氯化铝、聚丙烯酰胺），通过“吸附-架桥-卷扫”作用，使微小有机物颗粒聚集成大絮体（粒径可达100-1000μm），沉降速度大幅提升。例如，食品加工废水（COD初始浓度1000-3000mg/L）经混凝沉淀处理后，COD去除率可达40%-50%，且絮体污泥可进一步脱水处理，避免二次污染。
- 气浮法：与沉淀法相反，通过向污水中通入微小气泡（直径10-100μm），气泡与有机物颗粒结合形成“气-固”复合体，利用浮力上浮至水面形成浮渣，再通过刮渣设备去除。气浮法尤其适合处理密度接近水的有机物（如乳化油、藻类、蛋白质），例如，屠宰废水含大量油脂和血水，经溶气气浮处理后，油脂去除率可达80%以上，COD值从2000-5000mg/L降至800-1500mg/L，为后续生物处理创造有利条件。
3. 吸附与膜分离技术
吸附法和膜分离法是物理法中针对溶解性有机物的进阶技术，处理精度高，但成本相对较高，多作为深度处理环节或处理难降解工业废水。
- 吸附法：利用多孔材料（如活性炭、沸石、树脂）的“孔隙吸附”特性，将污水中的小分子溶解性有机物（如酚类、染料、农药残留）吸附在材料表面，从而降低COD。其中，活性炭是最常用的吸附剂，分为颗粒活性炭（GAC）和粉末活性炭（PAC），GAC适合固定床吸附（如饮用水深度处理），PAC可直接投加至污水中（如应急处理印染废水）。例如，化工废水（含酚类有机物，COD 800-1200mg/L）经活性炭吸附处理后，COD去除率可达30%-40%，但活性炭需定期再生（通过高温或化学药剂脱附），否则吸附饱和后会导致COD反弹。
- 膜分离法：利用高分子膜的“孔径筛分”作用，将有机物与水分离，根据膜孔径大小分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）。微滤和超滤可去除胶体和大分子有机物（如蛋白质、多糖），COD去除率20%-30%；纳滤和反渗透可截留小分子有机物（如葡萄糖、染料分子），COD去除率可达50%-80%，甚至90%以上。例如，电子行业的高纯度废水处理中，采用“超滤+反渗透”组合工艺，可将COD从500mg/L降至50mg/L以下，达到回用标准，但膜组件成本高，且需定期清洗（防止膜污染），运行维护难度较大。
二、化学法：强氧化破难解困，应对顽固有机物
化学法通过化学反应将污水中的有机物氧化分解为CO₂、H₂O等无害物质，或转化为易沉淀、易生物降解的中间产物，对生物法难以处理的“难降解有机物”（如苯系物、多环芳烃、农药）效果显著，是工业废水处理的核心技术之一，但需注意药剂投加量和二次污染问题。
1. 普通化学氧化技术
普通化学氧化法采用氧化性较强的化学药剂（如次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾），直接与有机物发生氧化反应，操作简单、反应速度快，适合处理中低浓度、易氧化的污水。
- 次氯酸钠氧化：次氯酸钠（NaClO）在酸性条件下生成次氯酸（HClO），具有强氧化性，可分解污水中的酚类、胺类有机物，常用于医院废水、印染废水的消毒与COD去除。例如，医院含酚废水（COD 500-800mg/L）投加次氯酸钠（投加量50-100mg/L）后，COD去除率可达25%-35%，同时能杀灭污水中的病菌，但次氯酸钠易产生余氯，需后续脱氯处理（如投加亚硫酸钠），避免影响水生生物。
- 双氧水氧化：双氧水（H₂O₂）在碱性或催化剂（如Fe²⁺、Cu²⁺）作用下生成羟基自由基（·OH），氧化能力强于次氯酸钠，可降解部分难降解有机物（如染料废水）。例如，印染废水（含偶氮染料，COD 1000-2000mg/L）投加双氧水（投加量100-200mg/L）并加入少量Fe²⁺（形成简易芬顿体系），COD去除率可达30%-40%，且反应产物仅为水和氧气，无二次污染，但双氧水稳定性差，需避光储存，且成本高于次氯酸钠。
2. 高级氧化技术（AOPs）
高级氧化技术是化学法的“升级版”，通过产生大量强氧化性的羟基自由基（·OH，氧化电位2.8V），可无选择性降解几乎所有有机物，包括生物法无法处理的顽固污染物，适合高浓度、难降解工业废水的深度处理。
- 芬顿氧化法：由双氧水（H₂O₂）和硫酸亚铁（FeSO₄）组成，在酸性条件下（pH 2-4）生成羟基自由基，反应速度快、氧化效率高，是目前应用最广泛的高级氧化技术。例如，医药废水（含抗生素残留，COD 3000-5000mg/L）经芬顿氧化处理（H₂O₂投加量500-1000mg/L，Fe²⁺投加量200-500mg/L）后，COD去除率可达50%-70%，且能将难降解有机物转化为易生物降解的小分子有机酸（如乙酸、丙酸），为后续生物处理“提质增效”。但芬顿氧化会产生大量含铁污泥，需后续脱水处置，且酸性条件需投加碱（如氢氧化钠）中和，增加运行成本。
- 臭氧氧化法：利用臭氧（O₃）的强氧化性直接氧化有机物，或在紫外线（UV）、催化剂（如TiO₂）作用下生成羟基自由基，适合处理低浓度、高毒性的污水（如农药废水、电镀废水）。例如，农药废水（含有机磷农药，COD 800-1200mg/L）经臭氧氧化（臭氧投加量100-200mg/L，反应时间30-60min）后，COD去除率可达40%-50%，且能破坏农药的毒性结构，降低对后续生物处理微生物的抑制作用。但臭氧制备成本高（需臭氧发生器），且臭氧在水中溶解度低（约10mg/L），需采用曝气装置（如微孔曝气盘）提高利用率。
- 光催化氧化法：以TiO₂、ZnO等半导体为催化剂，在紫外线照射下产生电子-空穴对，进而生成羟基自由基，适合处理低浓度、易感光的有机物（如染料废水、表面活性剂废水）。例如，印染废水（含罗丹明B染料，COD 500-800mg/L）经TiO₂光催化氧化（催化剂投加量1-5g/L，UV照射强度10-20W）处理后，COD去除率可达35%-45%，且催化剂可回收重复使用，但光催化反应对水质透明度要求高（浊度需<5NTU），且处理量小，难以大规模应用。
3. 化学沉淀与还原技术
化学沉淀法和还原法虽不直接氧化有机物，但通过改变有机物的存在形态（如与金属离子结合形成沉淀、将高价有机物还原为易处理形态），间接降低COD，适合含特定污染物的工业废水。
- 化学沉淀法：针对含磷、含重金属的有机废水，投加沉淀剂使有机物与沉淀剂结合形成沉淀物。例如，含磷有机废水（如洗涤剂废水，COD 1000-1500mg/L，总磷20-50mg/L）投加石灰（Ca(OH)₂）或聚合硫酸铁（PFS），钙离子、铁离子与有机磷结合形成磷酸钙、磷酸铁沉淀，不仅能去除90%以上的磷，还能通过沉淀吸附有机物，使COD降低20%-30%。
- 化学还原法：采用还原剂（如亚硫酸钠、硫酸亚铁）将污水中的高价有机物（如硝基苯、偶氮染料）还原为低价易降解有机物。例如，含硝基苯的化工废水（COD 1500-2000mg/L）投加亚硫酸钠（投加量500-1000mg/L）后，硝基苯被还原为苯胺，COD去除率可达25%-35%，且苯胺的可生化性（BOD₅/COD≈0.4）远高于硝基苯（BOD₅/COD<0.1），便于后续生物处理。
三、生物法：环保高效主流，微生物“吃掉”有机物
生物法是利用微生物（细菌、真菌、藻类等）的代谢作用，将污水中的有机物作为“碳源和能源”，转化为微生物自身细胞（生物量）和无害无机物（CO₂、H₂O、NH₃），具有成本低、无二次污染、处理规模大等优势，是生活污水和可生化性好的工业污水（如食品废水、啤酒废水）处理的主流技术，占全球污水处理市场的70%以上。
1. 好氧生物处理技术
好氧生物处理在有氧环境下进行，微生物通过有氧呼吸将有机物彻底分解，处理效率高、反应周期短，适合中低浓度污水（COD<5000mg/L）的主体处理。
- 活性污泥法：是目前应用最广泛的好氧生物处理技术，核心是“曝气池+二沉池”组合，曝气池内通过曝气（如鼓风曝气、机械曝气）提供氧气，使污水与“活性污泥”（含大量好氧微生物的絮状体）充分接触，微生物吸附、分解有机物；二沉池内活性污泥沉降，上清液达标排放，部分污泥回流至曝气池维持微生物浓度。活性污泥法的COD去除率可达80%-95%，例如，城市生活污水处理厂（COD初始浓度300-500mg/L）采用“普通活性污泥法”处理后，COD可降至50mg/L以下，达到一级A排放标准。为提升处理效率，衍生出改良工艺，如：
- 氧化沟工艺：采用环形曝气池，延长污水停留时间（15-30h），抗冲击能力强，适合中小城镇污水处理；
- SBR工艺（序批式活性污泥法）：采用间歇式运行（进水-曝气-沉淀-排水），无需二沉池和污泥回流泵，占地面积小，适合工业废水（如化工废水）处理。
- 生物膜法：与活性污泥法的“悬浮微生物”不同，生物膜法通过将微生物固定在填料（如碎石、塑料蜂窝填料、生物陶粒）表面，形成“生物膜”（厚度0.1-1mm），污水流经填料时，有机物被生物膜中的微生物分解。生物膜法的优势是微生物附着稳定，不易流失，抗冲击能力强，且无需担心“污泥膨胀”（活性污泥法的常见问题），COD去除率可达75%-90%，适合小型污水处理项目（如社区、乡镇）和工业废水预处理。常见工艺包括：
- 生物滤池：污水自上而下流经填料，通过重力作用与生物膜接触，适合COD<1000mg/L的污水；
- 生物转盘：由多个圆盘状填料组成，部分浸没在污水中，通过转盘旋转使生物膜交替接触污水和空气，适合处理屠宰废水、食品废水。
2. 厌氧生物处理技术
厌氧生物处理在无氧环境下进行，微生物通过厌氧呼吸将高浓度有机物分解为甲烷（CH₄）、CO₂和少量H₂S，不仅能降低COD，还能回收沼气（甲烷含量50%-70%）作为能源，适合高浓度污水（COD>5000mg/L）的预处理，成本低、能耗少，但反应周期长（10-30天）。
- UASB工艺（升流式厌氧污泥床）：是厌氧生物处理的核心工艺，污水从池底向上流动，池内形成“颗粒污泥”（直径0.5-2mm，含大量产甲烷菌），有机物在颗粒污泥内被分解为沼气，沼气上升过程中带动污水搅拌，颗粒污泥沉降至池底，上清液从池顶排出。UASB工艺的COD去除率可达60%-85%，例如，啤酒废水（COD初始浓度5000-8000mg/L）经UASB处理后，COD可降至1000-2000mg/L，产生的沼气可用于锅炉燃烧或发电，实现“变废为宝”。
- IC工艺（内循环厌氧反应器）：是UASB的改良工艺，通过“两级厌氧反应”和“沼气提升内循环”，提升污水与污泥的接触效率，反应周期比UASB缩短50%，COD去除率可达70%-90%，适合处理高浓度、高悬浮物的污水（如养殖废水、淀粉废水）。
3. 缺氧-好氧联用技术（A/O工艺）
单一好氧或厌氧技术难以同时实现COD去除与脱氮除磷，A/O工艺（缺氧池+好氧池）通过“缺氧反硝化+好氧硝化”的协同作用，在降低COD的同时去除氮磷，是目前市政污水和工业废水（如化工废水、印染废水）处理的主流组合工艺。
- 工艺原理：污水先进入缺氧池，反硝化细菌利用污水中的有机物作为碳源，将好氧池回流的硝酸盐（NO₃⁻）还原为氮气（N₂），实现脱氮；随后污水进入好氧池，好氧微生物分解有机物降低COD，同时硝化细菌将氨氮（NH₄⁺）氧化为硝酸盐，部分磷酸盐被微生物吸收（生物除磷）。
- 处理效果：A/O工艺的COD去除率可达90%以上，脱氮率70%-80%，除磷率50%-60%，例如，工业园区综合废水（COD 1000-1500mg/L，氨氮50-80mg/L）经A/O工艺处理后，COD可降至100mg/L以下，氨氮降至10mg/L以下，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。为进一步提升效果，衍生出AA/O工艺（厌氧-缺氧-好氧）、倒置A/O工艺等改良技术，适用于对氮磷要求更严格的场景（如太湖流域、长江流域）。
四、组合工艺：多技术协同，破解复杂污水难题
实际污水成分复杂（如含悬浮固体+溶解性有机物+难降解污染物），单一技术难以满足达标排放要求，需通过“预处理-主体处理-深度处理”的组合工艺，实现COD的梯级降低，兼顾效率与成本
