城市污水處理的改進措施

浙江雙益環保科技發展有限公司 馬敏杰，蔡瀟彥，汪健樺

一、引言

自20世紀末以來，中國發展迅速，GDP保持高增長。然而，在我國大力發展生產力的同時，環境污染卻悄然、顯著地影響了越來越多的人的生活，成為經濟發展的制約因素。事實上，水污染是目前中國最嚴重的環境問題之一。據水利部統計，雖然國內水資源總量豐富，但人均水資源量僅為世界人均水資源量的1/4。20世紀末，中國有400多個城市不同程度缺水（110個城市嚴重缺水），水質惡化加劇了這種缺水，地表水環境質量總體上受到中度污染。在746個地表水監測區塊中，IV-V級水位占比為29.2%，劣V級水占比為23.1%，重點湖泊、水庫39.3%為V級水位較差，流經城市的河段90%普遍污染到波動程度。在一些地區甚至出現“河水干涸，水污染”的現象。

水資源是人類生命活動中不可或缺的一部分，是人類實際生產中賴以生存的寶貴資源。但是，隨著我國逐漸推進的城市化進程，城市污水的年產量越來越多，城市污水廠的工作負荷越來越重。如果不尋求出路，長此以往，終會造成無法挽回的局面。城市污水是一類混合水體，其處理過程不僅能耗高而且會耗費較多的資源。我們必須加大改善自然環境的力度，大力開展保護自然資源的活動，尋求更加高效的城市污水處理工藝。為更好地解決上述問題，有關部門必須在污水處理的傳統工藝上加以改進，謀求更高效和更適當的污水處理辦法，提升處理污水的效率，解決水資源緊張等的諸多問題。

二、城市污水處理現狀

我國經濟雖然處于高速發展的階段，但環境保護的實際發展起步較晚。在針對城市污水的處理問題上，我國始終處于超負荷狀態。隨著人口數量的不斷增加，現有的污水處理工藝已不能有效解決我國社會發展的需求。

預計到2050年，全球能源需求將增加80%，其中80%的增長將來自不可再生資源，這將導致溫室氣體排放量增加50%，生物多樣性減少10%，原始森林面積收縮13%。污染排放的一個長期風險是，不可再生資源在短期內難以替代，同時政府必須確保在人口不斷增長的背景下不斷提高社會生活水平。無論是發達國家、發展中國家還是新興國家，現在的普遍思維都向綠色增長轉型轉變，對生產與環境污染關系的關注[1]。

三、城市污水處理傳統工藝

隨著科技的不斷發展，城市污水處理技術也也越來越多樣化，應用最為普遍的城市污水處理方法如下：

（一）光催化技術

光催化污水處理方法技術含量較高，對設備的要求較高，初期所需投資成本較高。這項技術的原理是利用光觸媒還原無機或有機污染物，并將其分解為H2O、CO2 和銨銀陽離子，從而對污水起到較好的凈化作用。TiO2是較為受歡迎的光催化劑，從整體上看，這項技術具有氧化能力強、設備少和節能綠色無二次污染的優點，這是目前其他技術方法不可替代的優點。

（二）礦物質材料

物理吸附能夠有效去除城市污水中的眾多雜質。這一方法所采用的材料種類豐富，數量充足較為簡單易得，所以成本較低。如可以有效去污的硅藻土以及膨潤土或者新材料蒙脫石、沸石等等，而且這種方法去污效果比較明顯，也不會產生其他的污染物質，由此在環保工程中得到了較為廣泛的應用。

（三）聲波能處理技術

聲波能處理技術的原理是在超聲波作用下,將污水和污染物分離,通過設備流動,分離污染物，改善水質。該項技術優點是降解速度迅速。但需要注意的是,必須有特定設備支持。由于能明顯提高污水處理效率，所以相較其他污水處理技術而言，更適用于新時期的城市內污水處理。

（四）SPR高濁度技術

SPR高濁度技術。是一種將一級處理和三級處理結合的新型污水處理方法，它能處理高濁度、高濃度污水。該技術的優是能降低污水化學的氧氣，成本相對于其他處理方法較低，而且能在30分鐘內結束污水處理，因此被廣泛應用到我國污水處理的工作中。

（五）生物處理技術

此項技術的主要是通過附著在填料表面的微生物，組成膠質生物膜。由于生物膜微孔較多，表面積較大，吸附能力較強的特性，能夠起到分解和利用污水中的部分污染物的作用。將其分解為H2O、CO2或微生物細胞，從而實現凈化效果。生物膜法存在局限性，具有特異性。僅對對有機物的分解較強，對無機物質效果不明顯。

（六）活性污泥處理技術

活性污泥處理技術是一種通過人為干預模擬自然界水體凈化的水污染處理方法，它在世界各國的污水處理都有廣泛的應用，將大量氧氣注入污染的水資源，提供水中微生物繁衍條件，大量的喜氧微生物可以降解污水當中的有機物，活性污泥充分吸附物泥上的有機物，微生物裂解繁殖也會應用活性污泥上有機物，微生物在從自身溶解的裂解物中生長，當微生物細胞分解時，微生物細胞內容物被釋放到液體中，這些有機體底物可以被反復用于代謝污泥，吸附較為穩定，吸附率也比較高，出水水質較好，該方法應用效果佳，應用范圍廣。但是也存在一些問題，活性污泥不僅體積大而且氣味十分難聞，難以處理而且處理費用高昂

（七）氧化溝處理技術

氧化溝技術是活性污泥處理技術的變型，其工作原理是通過在首尾相接的爆氣渠道不斷循環流動，延時曝氣，停留時間相對較長，可以獲得較高脫氮率。氧化溝的優點是有較強的實用性，而且容易處理不易降解的有機物，在這個方面，相對于其他處理技術，具有易上手、能脫氮、性價比高、水質穩定的優點，在中小城市有較高的使用率。

四、針對城市污水處理傳統工藝的改進措施

雖然我國污水處理率呈上升趨勢，但仍低于35%，主要原因是缺乏合適的污水處理技術。城市污水處理是環境保護和公共衛生不可替代的一部分，為了更好的推動我國的全方面發展，相關科研人員必須重視對城市污水處理技術的革新。不斷的向前沿技術看齊，修整固有技術的弊端，保留固有技術的優勢，開發更加新穎可持續性的先進技術，替代固有低效的傳統工藝，以幫助保護自然資源利益最大化。

（一）優化城市污水處理技術工藝

在現代社會環境下，良好的技術支持是體現工匠精神的關鍵。城市污水處理工作也是如此，需要開發更優質、更高效和更能匹配環境的污水處理技術。結合不同的生活場所和需求標準，選用最適應的污水處理技術，使其達到最優化的效果。

Li 等人應用數據包絡分析（DEA）來衡量中國各地區生態系統的效率。所提出的方法與大多數以前的生態系統模型不同，因為它們在兩個階段的環境中看待它。第一階段從經濟角度對生態系統本身進行建模，而第二階段（凈化系統）將水循環建模為反饋過程。對其他不良產出的處理來自第一階段。他們發現，消耗的水和廢氣排放等中間變量同時在生態系統中起著輸出和輸入的雙重作用。其中，作為污水處理所需設備的資金支持投資，以及作為污水集中處理主要場地的污水處理廠，是污水處理的直接投入。作為唯一理想的輸出，市政污水處理直接反映了整個污水處理系統的污水處理能力的大小。作為衡量污水是否達到排放標準的主要指標，化學需氧量排放量和重金屬污染物當量作為不良輸出變量，分別反映污水中有機物和重金屬的含量。Wu等人開發了一種具有非徑向數據包絡分析模型的環境生產技術，通過考慮城市規模的差異來研究68個重點城市的廢水處理效率和污染物排放潛力。通過比較已發布的排放效率和減排目標，確定了不同城市類型廢水處理需要解決的關鍵領域，結果表明化學需氧量（COD）的排放效率相對低于氨氮（AN）的排放效率。而且，城市規模對效率提升有積極影響，集中處理系統有利于廢水處理的大規模效果。城市應確定需要解決的關鍵領域，并根據其規模采取相應的減排戰略。他們的研究結果表明，如何將減少污染納入城市議程，以促進有效的廢水處理過程，并建立廢水污染控制的基線框架

(二)優化城市污水處理設計工藝

盡管目前已經有許多關于城市污水處理系統的模擬和評估研究，但針對如何改進和優化城市污水處理設計工藝的相關研究還較為有限。

根據處理設施的運行和維護狀態，發現處理設施水質順從率低主要是由于氨氮（NH）、總磷（TP）和懸浮固體（SS）的去除率低。特別是在土地資源緊張、環境排放要求高的太湖流域，為減少土地占用，滿足更高的排放標準，電力設施使用比例較高。電力設施的穩定運行取決于設備運行狀態的及時優化和調整，需要更加專業化的運行和維護。一般發現泵和風機容易損壞或斷電。而且進水水質和水量波動較大，影響負荷明顯，水力保持時間短，處理設施內曝氣量不足。最終導致生物反應中脫氮除磷效率低下。一般來說，主要問題有以下兩個方面：一是在操作方面，人工成本高，運行效率低：發現的問題一般取決于現場檢查和維護，呈現出延遲故障診斷和高漏檢出率；問題處理一般取決于現場解決方案，不發揮遠程信息系統的問題處理能力，呈現出低效的故障處理率和相應的高人力成本；無法準確跟蹤運維人員和任務，實現持續優化的流程管理。二是監管不到位，數據分析支持不足：缺乏數據分析手段來支持運維效果的動態評估和評價；監管中的關鍵問題無法準確檢測，決策優化缺乏準確、持續的數據支撐。

應用互聯網、在線監測等先進技術手段，以市場化、專業化、智能化為指導，一定可以全面提高污水處理設施全過程信息化管理水平。加強基礎設施信息庫建設，包括基礎設施建設信息和運行過程信息化。其次，要建立管理信息平臺。對于部分地區，應建立水量、運行狀態的遠程在線監測系統，保證正常運行，提高管理效率。但從實際需要和發展基礎來看，，主要表現為三個方面：一是硬件：智能管理系統是否做得好，能否在各地區普及，第一因素是能否準確、快速、廉價地獲得相關運行數據。由于市場上缺乏價格低廉耐用的傳感器，水質、水量、運行狀態等關鍵數據一般無法在線獲取。因此，農村污水處理設施運行信息化難度大。二是軟件：能否及時判斷、預警、干擾常見的運行異常，預計異常運行率將大大降低。然而，目前缺乏技術方法來判斷具有高智能化和相應控制技術的設施的運行狀態。如何從有限的設施運行信息中發現運行異常是最大的難點。三是制度：管理體系和相關標準不完善，限制了污水處理設施智能化管理的發展。例如，設施和電控系統的設計和施工不規范，基本信息資料不完善，給物聯網建設和設施運行軟件開發帶來了很大的困難。

(三)優化城市污水處理回收工藝

環境保護和自然資源的可持續管理是全世界經濟和技術活動的基礎。然而，城市廢水或污水來自家庭下水道系統，而是一種經濟上可持續的資源。雖然傳統的活性污泥工藝處理效果穩定，出水質量好，目前在廢水處理市場中占有巨大份額，但高效利用能源和養分回收不足以實現碳中和。在嚴重缺水和全球化石燃料能源危機嚴重的情況下，達到污水處理標準或降低污水處理成本不再是污水處理的首要目標。

目前的城市污水回收工藝技術包括生物絮凝、膜過濾、常規理化方法或其組合。每種方法的優點都可能受到碳保存和濃縮率不足，化學品消耗和運營成本增加和可溶性有機物分離有限的阻礙。然而，污水回收過程仍需優化，以實現高效的能源和資源回收。傳統的理化方法價格低廉，其潛力仍在研究中。沉淀作為目前使用最廣泛但效率最低的方法之一，在優化下可以成為一種具有顯著成本效益的方法，以實現快速的全材料回收。傳統的污水處理回收工藝是通過自身的重力或浮力將污染物從污水中分離出來，但只有懸浮固體才能在沒有膠體和可溶性污染物的情況下被除去。雖然在原則上，膠體和可溶性污染物的去除可以通過電中和和粘附到表面來改善，即凝固和吸附。然而在實際生產過程中，在預處理階段常規應用單一凝固或吸附過程表明分離效率有限，不足以完全回收材料。因此，相關學者又提出了它們的組合回收方法，來作為增強凝血過程（ECP）的解決辦法，以應對分離的局限性，特別是對于提高可溶性組分的回收效率，固液物質的分離效率和減少試劑的劑量，這種組合方法對于目標可回收污染物的有效濃度至關重要。影響ECP的參數很多，包括試劑類型、混合條件、凝結時間、攪拌速度等的方法,無法清楚地解釋自變量之間的同時交互效應，這影響了對最佳ECP參數的預測和評估。

由于活性污泥工藝中的曝氣約占總能耗的60%，并且N和P的回收困難，該工藝不符合可持續處理方法的要求。目前，對有價值的產品和能源的回收利用已經給予了相當大的關注。人們普遍認為，廣泛使用的常規活性污泥處理無法實現足夠的能源和資源回收。然而，這些物質的低濃度被認為是生活污水直接厭氧處理的主要瓶頸之一。因此，在這種情況下，我們的目標是提高同一系統中C、N和P的可回收性。開發可直接將C、N和P轉化為可持續資源的新工藝，提高廢水轉化為能源的效率，并降低后續處理的成本。

五、結語

由于各地區經濟條件、地理環境、自然資源、科技等方面的差異，各省政府應因地制宜制定有針對性的政策。這樣做可以確保經濟增長伴隨著環境的改善，并將在未來實現可持續發展。各省可以相互獲得廢水控制的經驗和技術，從整體上完善該地區的廢水控制系統。

對于COD排放效率低、重金屬污染物當量低的省份，政府還應加強行業與地方高校的合作，開發更有效的水凈化技術和設備，以減少廢水中的COD和重金屬。對于污水收集過程需要采取適當措施，如對市政廢水、雨水和工業廢水進行單獨處理，淘汰化糞池，提高初級沉淀和砂池效率，提高磷硫去除率，減少污泥滯留時間政府應該制定相關政策、全面提高用水效率和廢水治理效率時，應著眼于大局，必要時刻可以增加綠色GDP，同時有效解決水資源的問題。