1 引言
水是基础性自然资源和战略性经济资源，水资源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈。因此，要实现中华民族的长久发展大局，必须大力推进节水行动，提高水资源的利用效率。为推进节水行动的深化落实，国家发展改革委、水利部印发《国家节水行动方案》（发改环资规[2019]695号），要求到2020实现万元国内GDP用水量、万元工业增加值用水量较2015年分别降低23%和20%，规模以上工业用水重复率91%以上；到2022实现万元国内GDP用水量、万元工业增加值用水量较2015年分别降低30%和28%。“十四五”规划中，要求全面提高资源利用效率，实施国家节水行动，建立水资源刚性约束制度。
节水行动的推进，关键在于水资源的利用效率。鉴于我国废水、污水年排放量巨大，如能提高资源化利用率，不但有效缓解我国水资源紧缺的问题，还能降低环境污染物的排放量。污水处理厂二级出水一般需进行深度处理，进一步去除水中的COD、无机盐等污染物，以达到相应各类的回用水标准。目前常用的污水深度处理技术主要有：膜分离、高级氧化、生化处理等技术，各有优缺点及适用范围。
2 我国污水综合利用现状
由于污水生化处理工艺限制，污水经一、二级处理后，虽然达到一定排放标准，但仍含较高的COD、氮、磷、无机盐等污染物质，大多直接排入环境水体，造成环境污染和水资源的浪费。我国污水资源化利用的研究和实践起步晚，直到20世纪末出现水危机才意识到污水回用的重要性，进入21世纪，污水深度处理回用的研究才得以广泛开展[1]。污水处理厂二级处理后的废水，经深度处理后可满足某些类型的用水标准，实现污水资源化利用。目前成熟的污水深度处理技术可归类为：生物法、化学法、物理法，及这些技术的组合[2-3]。
3 污水深度处理技术
3.1 生物法
湿地系统对水体具有较好的净化能力，被称之为“地球之肾”[4]。人工湿地污水处理技术建设运行成本低、维护简单、出水稳定[5]，同时兼具景观生态效果而被广泛应用于污水处理。在人工湿地构建的生态系统中，填料、植物、微生物相互作用，形成一个小型的生态圈，污水中COD、氮、磷、SS等污染物在生态体系中经过吸附、过滤、吸收、降解等作用，实现污水的净化处理。相关研究还发现人工湿地对铜、锰等重金属离子具有一定的去除效果。目前人工湿地污水深度处理技术的研究方向主要有：水流方式、基质材料类型和深度、植物种类，以针对不同得水质需求、地域环境要求。人工湿地的缺点是其净化效率受季节、气候影响较大，在气温较低的条件下净化效果不理想，极端条件下甚至系统瘫痪，因此目前主要在南方农村地区得到较好的应用效果。
曝气生物滤池（BAF）是一种新型生物膜污水处理技术，集生物接触氧化和过滤截留于一体，可高效去除污水中的COD、SS、氮、磷污染物，具有水力负荷大、水力停留时间短、污染物去除效果好等特点[6]。在我国污水深度处理、难降解有机废水处理领域有较好的应用前景。
其他生物法还有生物流化床、生物接触氧化池等，都受限于污水C/N比失衡、可生化性差，实际污染物去除效果有限。
3.2 化学法
对于难降解、高毒性、可生化性差的有机污染物，单纯的生物法难以彻底降解。而化学技术手段中，较为成熟的是芬顿工艺，芬顿技术利用Fe2+/Fe3+催化H2O2产生·OH氧化降解有机污染物，·OH氧化能力强、无选择性，对大多数有机污染物均有较好的矿化降解能力。芬顿工艺的缺点是引入盐分，不利于污水后期的回用。近年来发展较快的电芬顿、电催化氧化技术可降低传统芬顿技术中FeSO3、H2O2的投加量，甚至无需投加FeSO4、H2O2，从而改善传统芬顿技术的缺点。但该类技术运行电耗高、电极维护更新频繁，运行成本高限制其推广应用。臭氧催化氧化技术最终产物是CO2、O2、H2O，无毒无残留、无二次污染，是环境友好型污水处理技术。得益于臭氧制备技术的创新及臭氧制备能耗的下降，臭氧催化氧化在污水深度处理领域得到快速的推广。臭氧催化氧化技术基本原理是利用催化剂将水中臭氧分解为·OH，利用·OH的高氧化能力、无选择性降解水中有机污染物，实现污水深度净化处理，在焦化废水、制药废水、印染废水、电镀废水等难降解、高毒性有机工业废水深度处理领域有较广泛的应用前景[7]。臭氧催化氧化技术对氮、磷等无机污染物无去除效果。光催化氧化技术是在光催化剂存在下，H2O2、O2、O3等氧化剂分解产生·OH、超氧自由基等强氧化中间体，实现对难降解有机污染物的矿化降解[8]。目前研究及应用较多的催化剂为Fe、Ag、Ti、Mn、W等过渡金属氧化物及复合材料，其中Ti氧化物一般需紫外光才有明显效果。光催化氧化技术关键在于催化剂的效果、寿命、环保性及回收利用率，因此催化剂是该技术的研究重点。
3.3 膜分离技术
膜分离技术是水处理技术的一大分支，目前的各类污水处理膜组件技术成熟，相关污水处理工艺设备易实现自动化运行，因此在生活用水、污水处理领域的应用十分广泛。膜分离技术基本原理是利用半透膜对水中大直径颗粒、分子、离子进行截留，实现水质净化的分离技术。根据半透膜孔径的不同，膜分离技术主要包括：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)[9]。膜分离技术无任何生物作用，对污染物的去除属纯物理过程，可理解为对污染物的浓缩、截留，在污水深度处理过程中，产生的浓缩污染物还需采用其他手段进一步处理。另外，近年来发展较快的新技术——膜蒸馏技术，在水处理领域潜力巨大，在污水处理方面尚处于研究阶段。
微滤(MF)膜孔径通常为0.1-1.0 μm，可有效截留污水中的脂肪、蛋白质、糖类分子。污水处理中常见的微滤膜是微孔陶瓷，具有耐腐蚀性强、寿命长、稳定性强等特点。由于微孔过滤技术对小分子物质、离子无截留能力，因此在污水深度处理领域应用较少。
超滤(UF)膜孔径为1-50 nm，以中控纤维膜丝为主，通过膜内外的压力差，对水中污染物进行浓缩分离，实现污水的净化处理。超滤技术对增压要求不高、产水量大、设备维护简单、故障率低，易实现自动化运行，在生活污水处理及中水回用中得到广泛应用。
纳滤(NF)是过滤能力介于超滤(UF)和反渗透(RO)之间的膜分离技术。纳滤膜孔径为纳米级，一般表面带负电荷，可通过静电作用阻止带电物质的渗透，对二价离子、多价离子、较高分子量有机物有较好的分离效果，对一价离子分离率只有40%左右，因此纳滤技术也常用于软化水的生产。我国对纳滤膜的生产应用尚处于初始阶段，与美日等发达国家有较大的差距。由于我国纳滤技术起步晚，目前在污水深度处理中的使用还处于研究阶段，应用案例较少。
反渗透(RO)技术采用的膜孔径为纳米级，是利用压力差作为分离净化驱动力的膜分离技术，反渗透膜只能透过溶剂（如水），所有的离子、可溶性有机物、细菌病毒均可高效截留，是目前最为常用的水净化技术。反渗透技术常用于海水淡化、污水处理回用领域，目前已在居民饮用水净化中普及应用。在污水深度处理回用中，反渗透出水可达到工业用水、城市绿化环卫用水标准。反渗透膜对进水水质有较高的要求，为提高反渗透过滤效率、提高膜寿命、降低膜清洗频率，通常在反渗透工艺前段采用超滤、纳滤等处理工艺，确保反渗透进水的稳定。
电渗析是利用电场的作用，使水中带电物质定向迁移，从而实现目标杂质（需带电荷）分离的技术，主要分离去除水中无机盐、胶体及部分带电可溶性高分子物质，目前常用于海水淡化、食品加工、污水深度处理等领域。
膜分离技术常用于可生化性差、含盐高的污水深度处理。为增强污水净化效果，部分工艺采用UF/NF、UF/RO双膜处理技术，甚至UF/NF/RO三膜联用工艺，常用于高盐、高毒的难降解有机废水的深度处理，如印染废水、焦化废水、冶炼废水。
4 联用技术
膜生物反应器(MBR)是集生物降解及膜分离于一体的污水处理技术，通过膜的截留使得生物反应池污染物、活性污泥浓度达到数倍于常规生物反应池浓度，同时大幅提高污泥龄和水力停留时间，提高难降解有机物的降解效率，此外，长周期的硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌等微生物得到充分的生长，实现污水深度脱氮除磷。膜生物反应器结合膜分离和生物降解的优势，已成为污水深度处理回用及污水处理提标改造中的重要技术。
针对部分难降解有机废水的处理，单独采用催化氧化工艺或生化工艺处理效率低，而且臭氧催化氧化技术能耗高、无法去除氮磷等无机污染物，缺点明显。臭氧催化氧化/生化联用技术可利用臭氧催化氧化，对难降解有机物导入-OH、-CHO、-CO-、-COOH等亲水性活性官能团，从而增强难降解有机物的可生化性，再采用生化法进一步处理[10]，可大幅降低难降解有机废水深度处理的成本，为难降解有机废水深度处理提供新思路，是污水深度处理回用的研究热点之一。
5 总结
目前污水深度处理技术可归类于生物、化学和物理法及它们之间的组合，有成熟的污水处理技术的延申和改良，也有部分全新的技术，各自适用于不同类型污水深度处理、不同的处理要求。这些技术无论是应用还是研究，都进入百家争鸣的时期，为污水资源化利用提供宝贵理论基础和实践经验。污水深度处理回用的意义不仅仅在于污水资源化利用，同时也减少污染物向环境体系的排放，真正实现人与环境和谐相处。
[1] 崔守兰. 水处理技术在废水处理中的意义及应用前景[J]. 环境发展,2018,30(11):54+56.
[2] Ha J, Ong S. Nitrification and denitrification in partinally aerated biological aerated filter (BAF) with dual size sand media.[J]. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research,2007,55(1-2):9.
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[4] 吴树彪,懂仁杰. 人工湿地生态水污染控制理论与技术[M].北京:中国林业出版社,2016.1
[5] 刘建，张晨君. 人工湿地水质净化技术在污水深度处理中的应用[J]. 环境科技2010,23(3):30-33.
[6] 张小玲,李强,王靖楠,等. 曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良[J]. 化工进展,2015,34(7):2023-2030.
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[8] 杨明,刘琪,孙健,等. 印染废水深度处理研究及应用进展[J]. 净化技术,2020,39(10):109-115.
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