我國城市污水處理設備的現狀與發展

楊宇鋒

（武漢天創環保有限公司，湖北 武漢 430000）

0 前言

現階段，全球水資源面臨短缺問題，如何合理利用水資源，節約水資源以及凈化水資源已經成為國際社會的共同問題，污水處理是解決問題的有效途徑[1]。人們的日常生活、工業生產、農業生茶均會消耗大量的水資源，利用水資源后的排放問題是環境保護領域關注的熱點。如果對廢水資源進行有效處理并合理利用，就可以有效緩解水資源短缺的問題[2]。我國的經濟近些年得到了快速的發展，但是與此同時也對環境造成了一定的污染。為了保護生態環境，我國積極倡導節能減排，并且在污染物的處理方面給予了足夠的重視。在全球水資源日益緊缺的形勢下，污水處理就顯得尤為重要。將污水進行處理之后，可以對其進行循環使用，為我國的生產減少水資源消耗。水處理技術利用相關的技術手段對污水進行凈化，使其可以繼續使用，所以水處理技術在我國未來具有廣闊的發展前景。現代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理，一般根據水質狀況和處理后的水的去向來確定污水處理程度。

1 我國污水處理現狀及常見污水處理技術

1.1 水污染突發事件的主要特征

1.1.1 水污染突發事件具有多樣化的形式

通過近幾年水污染突發事件，可以發現水污染物種類繁多，并且污染可以以多種形式存在。例如，常見水污染物包括水底植物、化工原料、工業廢水和生活污水等；水污染形式有水底植物瘋長、化工廠原料未達到排放標準但排入外界環境、水體污染等，可能涉及單個或多個水體被污染以及交叉污染等問題。因此，水污染突發事件具有多樣性[3]。

1.1.2 水污染突發事件具有突然性

水污染突發事件事先并未獲取任何相關信息，甚至專家都難以預測水污染突發事件的發生時間、發生地點、發生原因以及可能造成的后果等問題。

1.1.3 水污染突發事件具有規律性

通過分析近幾年水污染突發事件的全過程，可以發現水污染突發事件是具有一定規律性的。水污染突發事件發生概率較高的區域主要集中在經濟發展速度相對較快的區域。

1.1.4 水污染突發事件具有處置艱巨性

水污染突發事件剛發生時，我們很難立即采取有效措施，甚至某些地方政府相關機構掩蓋了真相。隨著污染程度的加深，污染因素的可控程度會嚴重下降，可操作的處理難度也會隨之增加。我國人口眾多，地域文化差異較大，在污染事件處理過程中很可能受到政府排斥、企業配合度低等問題。此外，國家也缺少水污染突發事件應急處理專業技術人員進行指導，增加了處理難度。

1.1.5 水污染突發事件具有嚴重的危害性

水流動性良好，污染物在水中會隨著水的流動而快速擴散，并且污染物也可能和水中的物質產生化學反應，形成新的污染物，加劇原水污染危害。生態修復是一個漫長過程，需要投入大量的人力、物力。水污染的危害導致出現了一次飲水危機，更是對自然資源的浪費，給子孫后代的生活帶來影響。

1.2 我國污水處理面臨的問題

我國污水處理面臨的問題有2個。1）經濟發展與污水處理設備之間的矛盾。隨著可持續發展理念不斷深入，經濟發展相對落后地區需要在保護環境的基礎上發展經濟。但是該地區高新技術產業企業在污水處理設備問題方面要求較高，地區經濟發展水平遠遠不能滿足企業的需求，導致企業發展受到限制。2）污水處理技術較為落后。城市污染處理需要技術的支持。先進、有效的技術有利于高效地完成城市污水處理問題，但是落后的污水處理技術往往只能拖延城市污水處理的進程。目前，我國的城市污水處理技術都比較傳統和老舊，給我國城市污水處理帶來了嚴重的阻礙[4]。

1.3 常見污水處理技術

常見污水處理技術主要有生物污水處理法、物理污水處理法以及化學法[5]。

生物處理是指利用微生物將污水中的有機物降解為無害的物質，從而凈化污水的處理方法。常見的生物污水處理技術有活性污泥法、生物膜法等。物理污水處理法常用到的方法有沉淀法、過濾法、氣浮法、離心分離法和磁力分離法。常見化學處理污水的方法有混凝沉淀法、中和法、氧化還原法和化學沉淀法。

2 我國城市污水處理設備現狀

2.1 我國現有污水處理設備發展現狀

根據COD反應器降解的原理，污水處理工藝過程中所用設備主要包括配水系統，流化床反應室，內循環系統和深度凈化反應室。進水和混合-配水系統中，廢水、循環水、反應器底部污泥混合后，可被均勻稀釋，抗沖擊性能得到大大提升。配水系統形狀為蓋板狀，可以有效避免配水系統的堵塞和拼接。在流化床反應室設備中，廢水和顆粒污泥在進水和循環水的作用下發生強烈接觸，污染物降解率得以提高。在內部流通系統中，厭氧生物經過三相分離器后進入上升管，氣體、水和污泥快速上升至提升管。剩余泥水流過降液管進入反應器底部，形成循環流。廢水經流化床反應室后進入深層凈化室，COD進一步降解，直至幾乎完全去除。

20世紀70年代末期，我國剛開始自主生產污水處理設備，但設備系列化、成套化以及標準化程度較低，且得到成功應用的設備依舊不足50%。自20世紀90年代后，政府相關機構開始重視污水處理設備的研發和生產，這也在一定程度上大大提升了設備的制造能力，各類配套的污水處理設備應運而生，污水處理標準化程度也得以有效提升。當前，5 t～50 t日處理能力的污水處理設備均可全部由國家企業自主生產[6]。國產污泥脫水處理系統、污水污泥提升系統、曝氣處理系統以及機械過濾沉淀系統等已經趕超20世紀80年代的國際水準，各種類型的配套設備也能滿足市場需求。二級生物接觸氧化處理工藝較為新穎，以推流式生物接觸氧化，在污水處理效果上明顯高于二級串聯或完全混合式生物接觸氧化池。并且二級生物接觸氧化處理工藝設備所占面積小，可以有效適應各種類型的水質，具有良好的沖擊負荷能力，并且沒有污泥膨脹問題。國產在線監控系統、沼氣發電系統等污水處理系統仍與國外先進水平存在較大的差距，我國還需要在新技術裝備上加大自主創新研發能力。

2.2 我國城市污水處理設備面臨的主要問題

城市的發展越來越快也就意味著需要處理的工作很多，城市污水就是很重要的一方面，如果處理不好就會對環境造成污染，面臨一些問題。對于目前我國的一些污水處理設備來說，很多處于半運行狀態。在此過程中，我國污水的實際處理率遠遠低于污水處理設備的處理能力。隨著我國經濟的快速發展，這方面的投資有所增加，但是與外界預期仍有很大差距，遠遠不能滿足需求。

我國在污水處理技術上正在實現跨越式發展，全國污水處理企業數量逐年提高，對我國污水能力的提升做出了重要貢獻。且當前還有很多正在建設的污水處理廠，這也基于政府機構對環境保護工作的重視。在此背景下，我國污水處理設備的發展也遭遇到了一些瓶頸，以下總結了我國污水處理設備發展中遇到的問題。

2.2.1 污水處理設備主要來源于進口，自主研發設備較少

污水處理是環境保護工作的重點內容，因此，國際在各類污水處理技術、處理設備上都未限制專利，也不存在技術封鎖，這就導致國際環保設備流通暢通，毫無障礙。且國內污水處理設備研發起步晚，跟不上發達國家水平，國內很多污水處理企業選擇進口污水處理設備，使進口設備占比高于80%，國產設備市場占比不足20%。但不同區域污水水質也有較大的差異，進口設備在污水處理上也有一定的局限性，加之價格較高，這也為國產設備的研發和應用提供了機遇。

2.2.2 研發能力與國際相比還有一定的差距

近幾年，國家政府機構支持污水處理設備的發展，也投入了相當高額的資金用于污水處理設備研發工作。但由于污水設備多數零件為中小企業生產的專用零件，生產能力的限制也是污水處理設備研發的瓶頸。

2.2.3 污水處理設備的性能技術指標有待提高

污水處理技術及相關設備研發是一項科技含量較高的技術，且對設備性能也有較為嚴格的要求，這也是污水處理設備研發的薄弱環節。當前，我國自主研發生產的離心泵、潛污泵、曝氣機、壓濾機、鼓風機等污水處理設備已經投產使用，也可滿足污水處理要求。但是一些沼氣發電、污水處理監控等技術等級較高的系統設備，65%以上需要依靠進口，由此可見與國際發達國家有著很大的差距，這也是我國污水處理設備發展需要完善的內容。且國產配件和進口配件也存在差距，國產和進口反應器對比見表1。

3 我國城市污水處理設備的主要發展方向

3.1 提高污水處理效率

每天檢查污水處理設備氣浮機進污水泵和回流泵是否結冰，包括水泵的潤滑加油，填料的松緊，底閥的密封和空壓機的加注機油等。檢查空壓機是否正常運轉，有無雜聲及發熱現象。檢查刮渣機的傳動部分及刮板，在寒冷狀態下是否變硬折斷，以免影響使用。對各設備閥門管路進行檢查以免閥門管路有堵賽。停機時必須將水放干凈，以免結冰堵塞。

表1 國產和進口反應器對比

3.2 引入智能化污水處理技術

利用人工智能實時監控水質， 當后臺發現偏離設定基準線有重大誤差時會發出警報。整合物聯網、云計算和移動互聯等新一代技術，實現了高度智能化、網絡化的智慧安全污水處理方案。系統通過移動互聯網絡，能夠對網絡內所有的污水處理廠管的性能實時監控。管理人員能夠通過移動互聯網，使用手機和PC設備，隨時隨地了解系統設備及污水處理情況，并根據事實做出決策， 跟蹤所做投資的影響。因此，將智能化系統引入污水處理中需要從以下3個方面入手。1）人才是智能化污水處理技術發展的關鍵性因素，污水處理企業需要提高整體員工的素質與素養。因此，注重人才的引進、員工的培養，吸引具有一定管理能力的人才加智能化污水處理建設，同時對污水處理人員進行關于“智能化”的統一培訓，讓員工掌握智能化系統的操作流程。2）加強與公眾在智能化方面的聯系，建設完善的云數據中心，讓公眾多了解智能化污水處理技術，主動加入污水處理行列。3）積極與政府合作，得到相關政策的扶持，同時給予技術、資金上的支持。總之，智能化污水處理技術需要吸收社會各界的建議，以政府的扶持為輔，形成污水處理與政府相互促進的良好局面。

3.3 降低污水處理過程中的能耗

水泵是污水處理系統中至關重要的核心設備，在處理污水過程中，水泵需要消耗大量的電能。因此，降低污水處理過程中能量消耗的有效途徑之一是提高水泵的運行效率，從泵房上節約能源消耗。這就需要相關技術人員從以下幾個方面入手。科學設計水泵的揚程，節約水泵在運行過程中的能源消耗。通常情況下，在設計污水處理廠過程中，多數技術人員計算水頭損失的方法為估算法。但是一般估算法所得數值比實際值略高，導致水泵揚程設計過高[7]。因此，在設計污水廠，計算污水處理系統總水位差值過程中，還需要合理結合地形，通過嚴謹的水力學理論計算實際值，以降低計算偏差，縮短與水泵真實揚程的誤差。為了更進一步降低水泵的能源消耗，還需要縮短水泵揚程。

具體操作方法有以下3種。1）在設計水泵高程時做到一次提升，選擇更為合理的管道、出水口、進水口連接，從源頭降低水頭損失。此外，還可以將固定堰更換為可調堰，將非淹沒堰更換為淹沒堰，并對構筑物進行更加合理、科學的布局。從相關實踐經驗來看，按照此種方法調整，每處理1 t廢水，可降低30%的能量消耗。2）定期對污水處理設備進行檢查，一旦發現故障及時維護和整修，以降低能源消耗。目前國內很多污水處理企業泵房利用率不足70%，并且設備能量消耗持續增長，水量智能化、連續化調節系統難以正常運行，這也是污水處理耗能量較高的主要原因之一。因此，污水處理企業應對水泵進行合理改造。在改造水泵過程中，可以在污水提升系統中借助于變頻調速技術，以此來合理搭配泵站設備，提升水泵系統的工作效率，降低水泵系統的能量消耗。3）水泵機組系統要盡可能地使用同一型號水泵或者選擇泵型相同的水泵，以便后續維護和管理，降低水泵開關頻率，以保證水泵正常、穩定的運行。此外，生物膜技術也是一類新型的污水處理技術，可以有效吸收廢水中的有機物質，進而凈化水質。生物膜具有良好的再生能力，使用壽命相對于其他設備來說較長，可以為污水處理節約成本。但是生物膜技術也有一定的局限性，污水處理時間較長，且生物膜自身生產過程較為復雜，作用效果難以有效保障，還需要進一步研究。

4 結語

近幾年，國內污水處理技術發展較快，相關設備的研發生產也在有條不紊地進行，但是和國外先進水平相比還存在較大的差距，國際競爭也日益激烈。我國污水處理設備的開發也逐漸從小型農戶用污水處理設備逐漸向工業廢水處理、農業廢水處理以及生活用水處理設備的方向發展。

除了以上幾點之外，城市一體化生活污水處理設備還有許多問題需要解決。首先，城市建設資金短缺。其次，一些城市存在盲目建設的問題。再次，再生水利用率低，部分城市污水管網不發達，部分工廠污水超標嚴重。這些問題一直影響著水質安全和污水處理設備的健康發展。鑒于上述問題，應采取以下對策。加大宣傳教育，提高全民環保意識。充分利用媒體資源，向社會宣傳水資源保護的原則、政策和法規。讓公眾樹立堅定的環保意識，了解水資源保護的重要性和緊迫性，增強自身的責任感，培養節水習慣。此外，污水處理設備廠還應積極引導公民參與水資源保護，使水資源保護和節約用水深入人心。