城市污水再生利用与生态保护

易铭中

（武汉森泰环保股份有限公司，湖北 武汉 430065）

引言

当前，我国城市发展过程中的水污染问题已获得有效控制，但部分地区仍存在多样化污染态势。在宏观政策层面，对于城市污水的再生利用已出台明确的指导方案。政策驱使下，采用先进的污水处理技术与设备提升城市污水的再利用价值，使城市再生水资源形成可观的生态效益、经济效益以及社会效益，可以进一步推进水污染治理进程，促使实现节约水资源、保护生态环境的目的。

1 城市污水处理的常用技术

1.1 物理处理技术

物理处理技术是城市污水处理过程中经常用到的一种技术。它在应用的过程中采用的方法比较多，例如离心分离处理方法、沉淀处理方法，以及浮选法和过滤处理方法等。

离心分离处理方法在污水处理过程中的有效应用主要是利用水分与悬浮物所具有的不同密度来实现水和悬浮物的有效分离。相关技术装置如水力旋流沉淀池、沉砂池等。浮选法在污水处理过程当中的有效应用主要针对的是一些直径比较小的颗粒，利用其比重特性通过浮选的形式将沉淀法中难以去除的颗粒物进行有效去除，以此来达到净化污水的目的。典型的废水处理浮选工艺如气浮法，即是在污水中通入高压空气或其他气体以产生微小气泡，粘附废水中带疏水基的固体或液体颗粒。在粘附上微小气泡后，这些颗粒由于其整体密度下降而在装置中上浮，最终富集在表层而被装置刮除，实现颗粒与污水的分离。

1.2 生物处理技术

生物处理方法在城市污水处理过程中的有效应用主要是发挥微生物的作用和价值。污水处理生物法中的微生物可以通过自身的代谢作用将污水当中的有机物进行吸收降解，以此来达到净化污水处理的目的。

生物处理技术在污水处理行业中的应用时间已久，技术发展相对成熟，是目前城市污水处理的主体工艺之一。由于采用物化处理法通常需要消耗大量的化学药品或者能源物资，故处理费用较为高昂。而通过微生物代谢活动降解有机物，其通常仅需投加一定的营养物质或不投加，通常主要的能耗仅有电能，故其处理成本明显低于物化方法，因此生化处理技术通常都具有良好的适用性与经济性。此技术在应用的过程中主要分为以下两类。

1.2.1 活性污泥法

此方法在具体应用中的形式较多，主要分为厌氧、好氧两大类，如传统活性污泥法、氧化沟、序批式、水解酸化、升流厌氧等处理形式。以上污水处理形式在运性过程中都具有各自的优势和价值。比如传统活性污泥法在应用过程中具有可靠稳定的处理效果，但操作相对不便[1]。氧化沟处理技术操作起来比较简单，水质相对稳定，主要适用于一些城市污水处理厂。氧化沟法具有较长的水力停留时间、较低的有机负荷和较长的污泥龄，因此相比传统的活性污泥法可以视具体情况省略调节池、初沉池、污泥消化池等，而且其特殊结构形成的独特水力学特征和工作特性，也保证了其良好的处理效果。序批式间歇曝气活性污泥技术在应用的过程中可以通过控制反应器的运行周期等方式调整设施运行工况，运行方式可视来水水质特点确定。序批式活性污泥法将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体化的集约构筑物并可紧凑布局、节省占地。但其对自动化控制的要求很高，需要大量的自控阀门与机械构件，同一分组中的任何故障均可能导致该组设施停运闲置，故而对设施质量具有一定要求。

1.2.2 生物膜法

此方法主要是利用填料设施上的生物膜的吸附和增殖作用降解废水中的有机物，实现净化废水的目的。目前生物膜法在应用过程中采用的主要形式有高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。生物膜法的去除率相对稳定，具有能耗低、便于维护、操作稳定的特点。

生物膜法与活性污泥法的区别为：生物膜法的抗冲击负荷强于活性污泥法；由于生物膜法不用或者少用曝气装置，因此动力消耗通常小于活性污泥法，节能明显；生物膜法中生物膜的培养时间相对较长，但成熟的生物膜法系统稳定性较好。

1.3 化学处理技术

化学处理技术主要是通过一定的化学反应或者利用相关的传质作用来达到净化水质的目的。

1.3.1 混凝法

该方法是选择适量配比的药剂投放在污水中以捕集、絮凝、沉降等方式去除污水中的污染物。混凝包含凝聚与絮凝两种过程，在污水处理中，前者系因投加电解质，使胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结而产生；后者系由高分子物质吸附搭桥，使胶体颗粒相互聚结而产生。在污水处理时，向废水中加入混凝剂，消除或降低水中胶体颗粒间的相互排斥力，使水中胶体颗粒易于相互碰撞和附聚搭接而形成较大颗粒或絮凝体，进而从水中分离出来。

1.3.2 氧化还原法

该方法是选择适量配比的还原剂或氧化剂投放到污水中，通过氧化和还原作用，将有机和无机污染物转化成无害物质或低毒性物质。在废水处理过程中，常用的氧化剂有空气、臭氧、氯气、次氯酸钠等，常见的还原剂有硫酸亚铁、铁屑等。常见的细分方法有芬顿氧化法、湿式氧化法、光催化氧化法、电化学法等。其中的电化学法是指利用电极在废水中发生的电化学反应产生强氧化剂、气体或絮凝剂，使废水中污染物去除的过程。按照作用原理可将其分为电解氧化、电气浮、电絮凝等。该法选用特定的电极材料插入废水中并通入一定的电流，废水中有害物质通过电解过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质，最终实现废水净化。

上述技术在城市污水处理过程中的应用均已比较成熟。

2 城市污水再生利用的优化措施

2.1 多角度完善管控运维体系

近年来，城市污水治理受到全社会的持续广泛关注。城市污水的治理程度直接影响城市水资源的可持续性。政府相关部门在落实城市污水治理工作的过程中，需要以国家出台的相关基础法律法规为依据，不断对城市污水治理体制进行完善和优化。

在城市污水治理工作正式开展之前，相关单位需要组织安排专业技术人员团队对城市的实际用水环境进行实地考察，详细梳理城市的整体用水情况，对存在的相关影响因素进行准确分析和研究。在此基础上，相关部门需要科学合理地确定城市污水治理的布局，明确治理规模与技术路线，对城市污水治理方案进行可行性研究，制定可行的资金计划与项目实施方案。

为进一步优化和提升城市污水再生利用的效果，相关部门在实际落实城市污水再生利用工作的过程中，要对城市污水排放收集系统进行有效构建和完善，采用分段实施的方法来落实城市污水治理工作，严格执行国家规定的相关标准化流程。为确保污水处理设施设备能够持续稳定达标排放，相关部门还需对设施运维单位的维护和保养工作进行定期督导，防止意外情况的出现导致设施停产。

此外，相关部门还需要对城市污水的再生利用过程制定严格有效的监督管理体系，确保污水再生利用方案在落实环节中的科学性和安全性，并根据实际情况对制度体系进行不断完善和优化，以此促进城市污水治理与再生利用工作的科学有效开展。

2.2 注重技术研发与人才培养

我国城市污水再生利用行业起步相对较晚，所采用的城市污水再生利用技术具有较大的提升和创新空间。当前城市污水再生利用行业，仍需要在专业技术人才的培养与技术设备的研发方面进行极大投入。基于此，相关部门在落实城市污水再生利用工作的过程中，一方面要加大对城市污水治理先进工艺设备的引进力度，结合城市污水处理的实际情况增加资源投入，为国内优秀的工艺技术、设备提供实践的空间，促使当前的技术研发单位科研创新、实践创新。以技术革新手段促进城市污水处理与再生利用工作的效能提升，不断优化城市污水再生利用的社会效益。另一方面要加大对专业技术应用型人才的培养力度，促进相关行业细分领域形成优秀人才梯队，为行业细分领域内的相关单位储备充足的人才。主管部门可以通过定期开展培训工作，鼓励城市污水处理工作人员对相关的技术和专业知识进行学习，不断提升专业素养、强化工作技能，并充分利用科学技术进步带来的数字化、自动化办公便捷条件，促进人才综合专业素质的提升。相关部门可以加强城市污水处理与再生利用数据库的建设，促使各监督管控环节形成数据共享机制，对城市涉水信息数据进行全面有效的收集与分析，实现体系内各职能单元的信息共享与沟通交流，促进体系内各方面事项获得快速有效的解决。最终使城市污水处理与再生利用的效能获得不断提升。

2.3 加强宣贯引导、全面提升人们的认知水平

在推进城市污水再生利用的工作中，全社会应持续提升对相关事项工作的认知水平，理解污水再生利用工作的重要性，对污水再生利用工作的重要意义进行深度宣贯。政府相关部门在监督实施过程中应充分发挥主导作用，一方面要引导全社会科学合理地规划水资源再生发展目标，鼓励加大相关新建基础设施建设的资金资源投入，统筹协调既有设施的维护、升级。另一方面相关主管单位需要在通过监督管理体系全面了解城市水资源情况的基础上，建立科学完善的奖惩机制，以保证水资源循环利用过程的安全性，促进社会责任感的形成。

政府相关部门可以通过宣传教育培训工作的开展，不断提升城市污水治理工作人员在水资源保护方面的意识。针对城市污水治理设置专门的宣传栏，以水资源保护为主题开展多元化的活动，不断深化污水处理工作人员对水资源保护的认知，从而在城市污水处理的过程中能够严格落实自己的责任和义务，确保城市污水处理的效果，提升城市污水再生利用的经济效益和生态效益。

2.4 持续完善相关法律法规体系

在依法治国、建立现代法治社会的背景下，以立法形式对城市污水处理与再生利用工作进行法律层面的约束、提供法律依据，将有助于相关工作主体厘清责权边界、协调解决实操矛盾，促进相关工作科学规范进行。

现行法律法规体系的不断完善，将对城市污水处理与再生利用各环节责任主体形成进一步的行为约束。各责任主体在城市污水处理与再利用工作的过程中需要严格执行相关法律法规，不断规范自身的行为，确保城市污水处理与再生利用工作满足要求。以立法的形式来规范城市污水的处理与再生利用工作，可以使相关工作高效有序的开展，使城市污水治理的最终效果获得不断提升。

2.5 引导形成科学合理的市场化定价措施

城市再生水资源的市场化运作，可以提高水资源的综合利用率，有助于推进水资源的可持续使用。在城市再生水资源市场化运作的过程中，对城市再生水资源的市场价值进行准确定位，对城市再生水的价格进行合理定价，将能最大限度的实现城市再生水资源的经济价值和生态价值。

具体而言，可以从以下几个方面：一是优化城市再生水的管理体系。积极推动城市污水再生利用产业发展，完善城市污水处理收费制度，构建城市再生水价格形成体系，充分发挥市场对城市再生水资源的资源配置作用。二是优化城市再生水的定价机制。为提升城市再生水资源的应用效益，促进城市再生水资源得到广泛应用，政府相关职能部门可以对再生水资源的定价机制进行科学优化，通过有效的行政手段适当干预城市再生水的价格制定，以此来调动用水单位和企业对于城市再生水源应用的积极性，促进城市再生水资源的价值再创造，推动城市再生水资源产业持续发展。

如国家发展改革委于2021年印发《关于“十四五”时期深化价格机制改革行动方案的通知》，提出“十四五”时期水资源价格改革的总体安排。其中最突出的特点是强调系统推进，从原水、生产用水、生活用水、污水处理全链条考虑，统筹推进水利工程水价、农业水价、城镇供水价格、污水处理费一揽子改革，助力水资源保护、水污染防治和水生态修复。并提出要进一步完善污水处理收费机制，结合污水处理排放标准提高情况，提高收费标准并建立动态调整机制。该宏观顶层政策的发布，将对城市再生水资源的市场化运作形成进一步的保障。

3 城市污水再生利用的生态保护实践

3.1 通过农业用水实现生态保护

农业生产过程中需要大量的水资源，农业用水是城市污水再生利用的重要途径。农业生产活动在开展的过程中，要根据农作物的具体需求，开展科学合理的灌溉工作。农业灌溉对水资源的需求量较大，但对水资源的质量具有一定的要求。直接采用简单处理的污水进行灌溉，虽然在短时期内可能解决农业用水问题并带来一定程度的经济效益，但长期必将导致土壤污染和农业生产潜力下降或丧失，并将形成一种恶性生态循环，给农产品的消费者带来严重不良后果[2]。

促进再生水回用于农业灌溉，形成良性健康发展循环，需要从多层面进行技术实践研究，需要通过制定水质标准、优化灌溉技术、研究污染物的消解与迁移转化规律等措施，形成完善的再生水用于农业生产的标准体系。我国的科研工作者在这方面早已有所研究。例如在具体实践的过程中，专业的技术人员要对处理后的城市污水进行再次检测，确保城市污水处理之后所含的有毒物质符合相关的标准和要求，防止城市污水进行回收再利用的过程中对农作物的健康生长造成不利的影响，并延伸至消费者。

3.2 通过工业用水实现生态保护

工业生产既存在大量的水资源消耗，又同时是污水的主要形成来源之一。随着国民经济的不断发展，工业生产在国计民生中扮演着至关重要的角色。污水再生利用对于平衡工业用水来源、源头上治理工业污水具有重要作用。在工业生产活动中，不同的生产阶段对于用水的水质有不同的需求。因此在实践过程中，可以通过合理优化再生水的生产方式来匹配不同工业生产阶段的用水需求，实现水资源的原位重复利用，节约工业企业的生产成本与自然资源的消耗。此外，工业生产企业还可以利用大量的城市再生水源来对工业生产设备进行清洗，或者在锅炉用水等辅助性生产过程中利用城市再生水源[3]。

在具体的污水再生利用过程中，仍需严格检测回用水的污染物质，以免城市再生水源当中含有的有害物质对工业生产设备造成不同程度的腐蚀，影响工业生产。回用水应用到工业生产过程中，不仅可以解决工业生产的用水问题，同时也节省了大量的水资源，对生态环境的保护有着非常积极的作用。

3.3 通过景观环境用水实现生态保护

景观环境用水也是城市污水再生利用的一个主要途径。近几年随着城市绿化面积的不断增大，景观环境在建设过程中对于水资源的需求量明显增加，城市再生水源完全可以满足景观环境的用水需求。例如可以利用城市再生水源来灌溉城市绿化，或者利用城市再生水源补充人工湖泊用水。此外，有些城市基础建设活动对于水资源的需求量也比较大，且其水资源的质量要求不高，如城市路面清扫用水，或者消防、防尘用水等，均可以使用再生水。在城市运行中充分发挥再生水的价值，将有效实现城市污水资源的最大化利用，使城市污水再生利用的生态环境保护效益获得进一步提升。

4 结语

综上所述，城市污水再生利用技术的有效应用，不仅能够节省大量的水资源，实现水资源的最大化利用，而且对于保护生态环境有着非常积极的促进作用。因此，通过对污水处理与再生利用的技术进行改进和创新，优化相关工艺技术、配置更加完善先进的污水处理设备，发挥相关法律法规的约束作用，使城市污水治理与再生利用工作获得持续推进，将进一步优化城市再生水资源的生态效益和经济效益，实现城市水资源的可持续发展。