我国城市污水处理设备的现状与发展

杨宇锋

（武汉天创环保有限公司，湖北 武汉 430000）

0 前言

现阶段，全球水资源面临短缺问题，如何合理利用水资源，节约水资源以及净化水资源已经成为国际社会的共同问题，污水处理是解决问题的有效途径[1]。人们的日常生活、工业生产、农业生茶均会消耗大量的水资源，利用水资源后的排放问题是环境保护领域关注的热点。如果对废水资源进行有效处理并合理利用，就可以有效缓解水资源短缺的问题[2]。我国的经济近些年得到了快速的发展，但是与此同时也对环境造成了一定的污染。为了保护生态环境，我国积极倡导节能减排，并且在污染物的处理方面给予了足够的重视。在全球水资源日益紧缺的形势下，污水处理就显得尤为重要。将污水进行处理之后，可以对其进行循环使用，为我国的生产减少水资源消耗。水处理技术利用相关的技术手段对污水进行净化，使其可以继续使用，所以水处理技术在我国未来具有广阔的发展前景。现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理，一般根据水质状况和处理后的水的去向来确定污水处理程度。

1 我国污水处理现状及常见污水处理技术

1.1 水污染突发事件的主要特征

1.1.1 水污染突发事件具有多样化的形式

通过近几年水污染突发事件，可以发现水污染物种类繁多，并且污染可以以多种形式存在。例如，常见水污染物包括水底植物、化工原料、工业废水和生活污水等；水污染形式有水底植物疯长、化工厂原料未达到排放标准但排入外界环境、水体污染等，可能涉及单个或多个水体被污染以及交叉污染等问题。因此，水污染突发事件具有多样性[3]。

1.1.2 水污染突发事件具有突然性

水污染突发事件事先并未获取任何相关信息，甚至专家都难以预测水污染突发事件的发生时间、发生地点、发生原因以及可能造成的后果等问题。

1.1.3 水污染突发事件具有规律性

通过分析近几年水污染突发事件的全过程，可以发现水污染突发事件是具有一定规律性的。水污染突发事件发生概率较高的区域主要集中在经济发展速度相对较快的区域。

1.1.4 水污染突发事件具有处置艰巨性

水污染突发事件刚发生时，我们很难立即采取有效措施，甚至某些地方政府相关机构掩盖了真相。随着污染程度的加深，污染因素的可控程度会严重下降，可操作的处理难度也会随之增加。我国人口众多，地域文化差异较大，在污染事件处理过程中很可能受到政府排斥、企业配合度低等问题。此外，国家也缺少水污染突发事件应急处理专业技术人员进行指导，增加了处理难度。

1.1.5 水污染突发事件具有严重的危害性

水流动性良好，污染物在水中会随着水的流动而快速扩散，并且污染物也可能和水中的物质产生化学反应，形成新的污染物，加剧原水污染危害。生态修复是一个漫长过程，需要投入大量的人力、物力。水污染的危害导致出现了一次饮水危机，更是对自然资源的浪费，给子孙后代的生活带来影响。

1.2 我国污水处理面临的问题

我国污水处理面临的问题有2个。1）经济发展与污水处理设备之间的矛盾。随着可持续发展理念不断深入，经济发展相对落后地区需要在保护环境的基础上发展经济。但是该地区高新技术产业企业在污水处理设备问题方面要求较高，地区经济发展水平远远不能满足企业的需求，导致企业发展受到限制。2）污水处理技术较为落后。城市污染处理需要技术的支持。先进、有效的技术有利于高效地完成城市污水处理问题，但是落后的污水处理技术往往只能拖延城市污水处理的进程。目前，我国的城市污水处理技术都比较传统和老旧，给我国城市污水处理带来了严重的阻碍[4]。

1.3 常见污水处理技术

常见污水处理技术主要有生物污水处理法、物理污水处理法以及化学法[5]。

生物处理是指利用微生物将污水中的有机物降解为无害的物质，从而净化污水的处理方法。常见的生物污水处理技术有活性污泥法、生物膜法等。物理污水处理法常用到的方法有沉淀法、过滤法、气浮法、离心分离法和磁力分离法。常见化学处理污水的方法有混凝沉淀法、中和法、氧化还原法和化学沉淀法。

2 我国城市污水处理设备现状

2.1 我国现有污水处理设备发展现状

根据COD反应器降解的原理，污水处理工艺过程中所用设备主要包括配水系统，流化床反应室，内循环系统和深度净化反应室。进水和混合-配水系统中，废水、循环水、反应器底部污泥混合后，可被均匀稀释，抗冲击性能得到大大提升。配水系统形状为盖板状，可以有效避免配水系统的堵塞和拼接。在流化床反应室设备中，废水和颗粒污泥在进水和循环水的作用下发生强烈接触，污染物降解率得以提高。在内部流通系统中，厌氧生物经过三相分离器后进入上升管，气体、水和污泥快速上升至提升管。剩余泥水流过降液管进入反应器底部，形成循环流。废水经流化床反应室后进入深层净化室，COD进一步降解，直至几乎完全去除。

20世纪70年代末期，我国刚开始自主生产污水处理设备，但设备系列化、成套化以及标准化程度较低，且得到成功应用的设备依旧不足50%。自20世纪90年代后，政府相关机构开始重视污水处理设备的研发和生产，这也在一定程度上大大提升了设备的制造能力，各类配套的污水处理设备应运而生，污水处理标准化程度也得以有效提升。当前，5 t～50 t日处理能力的污水处理设备均可全部由国家企业自主生产[6]。国产污泥脱水处理系统、污水污泥提升系统、曝气处理系统以及机械过滤沉淀系统等已经赶超20世纪80年代的国际水准，各种类型的配套设备也能满足市场需求。二级生物接触氧化处理工艺较为新颖，以推流式生物接触氧化，在污水处理效果上明显高于二级串联或完全混合式生物接触氧化池。并且二级生物接触氧化处理工艺设备所占面积小，可以有效适应各种类型的水质，具有良好的冲击负荷能力，并且没有污泥膨胀问题。国产在线监控系统、沼气发电系统等污水处理系统仍与国外先进水平存在较大的差距，我国还需要在新技术装备上加大自主创新研发能力。

2.2 我国城市污水处理设备面临的主要问题

城市的发展越来越快也就意味着需要处理的工作很多，城市污水就是很重要的一方面，如果处理不好就会对环境造成污染，面临一些问题。对于目前我国的一些污水处理设备来说，很多处于半运行状态。在此过程中，我国污水的实际处理率远远低于污水处理设备的处理能力。随着我国经济的快速发展，这方面的投资有所增加，但是与外界预期仍有很大差距，远远不能满足需求。

我国在污水处理技术上正在实现跨越式发展，全国污水处理企业数量逐年提高，对我国污水能力的提升做出了重要贡献。且当前还有很多正在建设的污水处理厂，这也基于政府机构对环境保护工作的重视。在此背景下，我国污水处理设备的发展也遭遇到了一些瓶颈，以下总结了我国污水处理设备发展中遇到的问题。

2.2.1 污水处理设备主要来源于进口，自主研发设备较少

污水处理是环境保护工作的重点内容，因此，国际在各类污水处理技术、处理设备上都未限制专利，也不存在技术封锁，这就导致国际环保设备流通畅通，毫无障碍。且国内污水处理设备研发起步晚，跟不上发达国家水平，国内很多污水处理企业选择进口污水处理设备，使进口设备占比高于80%，国产设备市场占比不足20%。但不同区域污水水质也有较大的差异，进口设备在污水处理上也有一定的局限性，加之价格较高，这也为国产设备的研发和应用提供了机遇。

2.2.2 研发能力与国际相比还有一定的差距

近几年，国家政府机构支持污水处理设备的发展，也投入了相当高额的资金用于污水处理设备研发工作。但由于污水设备多数零件为中小企业生产的专用零件，生产能力的限制也是污水处理设备研发的瓶颈。

2.2.3 污水处理设备的性能技术指标有待提高

污水处理技术及相关设备研发是一项科技含量较高的技术，且对设备性能也有较为严格的要求，这也是污水处理设备研发的薄弱环节。当前，我国自主研发生产的离心泵、潜污泵、曝气机、压滤机、鼓风机等污水处理设备已经投产使用，也可满足污水处理要求。但是一些沼气发电、污水处理监控等技术等级较高的系统设备，65%以上需要依靠进口，由此可见与国际发达国家有着很大的差距，这也是我国污水处理设备发展需要完善的内容。且国产配件和进口配件也存在差距，国产和进口反应器对比见表1。

3 我国城市污水处理设备的主要发展方向

3.1 提高污水处理效率

每天检查污水处理设备气浮机进污水泵和回流泵是否结冰，包括水泵的润滑加油，填料的松紧，底阀的密封和空压机的加注机油等。检查空压机是否正常运转，有无杂声及发热现象。检查刮渣机的传动部分及刮板，在寒冷状态下是否变硬折断，以免影响使用。对各设备阀门管路进行检查以免阀门管路有堵赛。停机时必须将水放干净，以免结冰堵塞。

表1 国产和进口反应器对比

3.2 引入智能化污水处理技术

利用人工智能实时监控水质， 当后台发现偏离设定基准线有重大误差时会发出警报。整合物联网、云计算和移动互联等新一代技术，实现了高度智能化、网络化的智慧安全污水处理方案。系统通过移动互联网络，能够对网络内所有的污水处理厂管的性能实时监控。管理人员能够通过移动互联网，使用手机和PC设备，随时随地了解系统设备及污水处理情况，并根据事实做出决策， 跟踪所做投资的影响。因此，将智能化系统引入污水处理中需要从以下3个方面入手。1）人才是智能化污水处理技术发展的关键性因素，污水处理企业需要提高整体员工的素质与素养。因此，注重人才的引进、员工的培养，吸引具有一定管理能力的人才加智能化污水处理建设，同时对污水处理人员进行关于“智能化”的统一培训，让员工掌握智能化系统的操作流程。2）加强与公众在智能化方面的联系，建设完善的云数据中心，让公众多了解智能化污水处理技术，主动加入污水处理行列。3）积极与政府合作，得到相关政策的扶持，同时给予技术、资金上的支持。总之，智能化污水处理技术需要吸收社会各界的建议，以政府的扶持为辅，形成污水处理与政府相互促进的良好局面。

3.3 降低污水处理过程中的能耗

水泵是污水处理系统中至关重要的核心设备，在处理污水过程中，水泵需要消耗大量的电能。因此，降低污水处理过程中能量消耗的有效途径之一是提高水泵的运行效率，从泵房上节约能源消耗。这就需要相关技术人员从以下几个方面入手。科学设计水泵的扬程，节约水泵在运行过程中的能源消耗。通常情况下，在设计污水处理厂过程中，多数技术人员计算水头损失的方法为估算法。但是一般估算法所得数值比实际值略高，导致水泵扬程设计过高[7]。因此，在设计污水厂，计算污水处理系统总水位差值过程中，还需要合理结合地形，通过严谨的水力学理论计算实际值，以降低计算偏差，缩短与水泵真实扬程的误差。为了更进一步降低水泵的能源消耗，还需要缩短水泵扬程。

具体操作方法有以下3种。1）在设计水泵高程时做到一次提升，选择更为合理的管道、出水口、进水口连接，从源头降低水头损失。此外，还可以将固定堰更换为可调堰，将非淹没堰更换为淹没堰，并对构筑物进行更加合理、科学的布局。从相关实践经验来看，按照此种方法调整，每处理1 t废水，可降低30%的能量消耗。2）定期对污水处理设备进行检查，一旦发现故障及时维护和整修，以降低能源消耗。目前国内很多污水处理企业泵房利用率不足70%，并且设备能量消耗持续增长，水量智能化、连续化调节系统难以正常运行，这也是污水处理耗能量较高的主要原因之一。因此，污水处理企业应对水泵进行合理改造。在改造水泵过程中，可以在污水提升系统中借助于变频调速技术，以此来合理搭配泵站设备，提升水泵系统的工作效率，降低水泵系统的能量消耗。3）水泵机组系统要尽可能地使用同一型号水泵或者选择泵型相同的水泵，以便后续维护和管理，降低水泵开关频率，以保证水泵正常、稳定的运行。此外，生物膜技术也是一类新型的污水处理技术，可以有效吸收废水中的有机物质，进而净化水质。生物膜具有良好的再生能力，使用寿命相对于其他设备来说较长，可以为污水处理节约成本。但是生物膜技术也有一定的局限性，污水处理时间较长，且生物膜自身生产过程较为复杂，作用效果难以有效保障，还需要进一步研究。

4 结语

近几年，国内污水处理技术发展较快，相关设备的研发生产也在有条不紊地进行，但是和国外先进水平相比还存在较大的差距，国际竞争也日益激烈。我国污水处理设备的开发也逐渐从小型农户用污水处理设备逐渐向工业废水处理、农业废水处理以及生活用水处理设备的方向发展。

除了以上几点之外，城市一体化生活污水处理设备还有许多问题需要解决。首先，城市建设资金短缺。其次，一些城市存在盲目建设的问题。再次，再生水利用率低，部分城市污水管网不发达，部分工厂污水超标严重。这些问题一直影响着水质安全和污水处理设备的健康发展。鉴于上述问题，应采取以下对策。加大宣传教育，提高全民环保意识。充分利用媒体资源，向社会宣传水资源保护的原则、政策和法规。让公众树立坚定的环保意识，了解水资源保护的重要性和紧迫性，增强自身的责任感，培养节水习惯。此外，污水处理设备厂还应积极引导公民参与水资源保护，使水资源保护和节约用水深入人心。