城市污水处理的改进措施

浙江双益环保科技发展有限公司 马敏杰，蔡潇彦，汪健桦

一、引言

自20世纪末以来，中国发展迅速，GDP保持高增长。然而，在我国大力发展生产力的同时，环境污染却悄然、显著地影响了越来越多的人的生活，成为经济发展的制约因素。事实上，水污染是目前中国最严重的环境问题之一。据水利部统计，虽然国内水资源总量丰富，但人均水资源量仅为世界人均水资源量的1/4。20世纪末，中国有400多个城市不同程度缺水（110个城市严重缺水），水质恶化加剧了这种缺水，地表水环境质量总体上受到中度污染。在746个地表水监测区块中，IV-V级水位占比为29.2%，劣V级水占比为23.1%，重点湖泊、水库39.3%为V级水位较差，流经城市的河段90%普遍污染到波动程度。在一些地区甚至出现“河水干涸，水污染”的现象。

水资源是人类生命活动中不可或缺的一部分，是人类实际生产中赖以生存的宝贵资源。但是，随着我国逐渐推进的城市化进程，城市污水的年产量越来越多，城市污水厂的工作负荷越来越重。如果不寻求出路，长此以往，终会造成无法挽回的局面。城市污水是一类混合水体，其处理过程不仅能耗高而且会耗费较多的资源。我们必须加大改善自然环境的力度，大力开展保护自然资源的活动，寻求更加高效的城市污水处理工艺。为更好地解决上述问题，有关部门必须在污水处理的传统工艺上加以改进，谋求更高效和更适当的污水处理办法，提升处理污水的效率，解决水资源紧张等的诸多问题。

二、城市污水处理现状

我国经济虽然处于高速发展的阶段，但环境保护的实际发展起步较晚。在针对城市污水的处理问题上，我国始终处于超负荷状态。随着人口数量的不断增加，现有的污水处理工艺已不能有效解决我国社会发展的需求。

预计到2050年，全球能源需求将增加80%，其中80%的增长将来自不可再生资源，这将导致温室气体排放量增加50%，生物多样性减少10%，原始森林面积收缩13%。污染排放的一个长期风险是，不可再生资源在短期内难以替代，同时政府必须确保在人口不断增长的背景下不断提高社会生活水平。无论是发达国家、发展中国家还是新兴国家，现在的普遍思维都向绿色增长转型转变，对生产与环境污染关系的关注[1]。

三、城市污水处理传统工艺

随着科技的不断发展，城市污水处理技术也也越来越多样化，应用最为普遍的城市污水处理方法如下：

（一）光催化技术

光催化污水处理方法技术含量较高，对设备的要求较高，初期所需投资成本较高。这项技术的原理是利用光触媒还原无机或有机污染物，并将其分解为H2O、CO2 和铵银阳离子，从而对污水起到较好的净化作用。TiO2是较为受欢迎的光催化剂，从整体上看，这项技术具有氧化能力强、设备少和节能绿色无二次污染的优点，这是目前其他技术方法不可替代的优点。

（二）矿物质材料

物理吸附能够有效去除城市污水中的众多杂质。这一方法所采用的材料种类丰富，数量充足较为简单易得，所以成本较低。如可以有效去污的硅藻土以及膨润土或者新材料蒙脱石、沸石等等，而且这种方法去污效果比较明显，也不会产生其他的污染物质，由此在环保工程中得到了较为广泛的应用。

（三）声波能处理技术

声波能处理技术的原理是在超声波作用下,将污水和污染物分离,通过设备流动,分离污染物，改善水质。该项技术优点是降解速度迅速。但需要注意的是,必须有特定设备支持。由于能明显提高污水处理效率，所以相较其他污水处理技术而言，更适用于新时期的城市内污水处理。

（四）SPR高浊度技术

SPR高浊度技术。是一种将一级处理和三级处理结合的新型污水处理方法，它能处理高浊度、高浓度污水。该技术的优是能降低污水化学的氧气，成本相对于其他处理方法较低，而且能在30分钟内结束污水处理，因此被广泛应用到我国污水处理的工作中。

（五）生物处理技术

此项技术的主要是通过附着在填料表面的微生物，组成胶质生物膜。由于生物膜微孔较多，表面积较大，吸附能力较强的特性，能够起到分解和利用污水中的部分污染物的作用。将其分解为H2O、CO2或微生物细胞，从而实现净化效果。生物膜法存在局限性，具有特异性。仅对对有机物的分解较强，对无机物质效果不明显。

（六）活性污泥处理技术

活性污泥处理技术是一种通过人为干预模拟自然界水体净化的水污染处理方法，它在世界各国的污水处理都有广泛的应用，将大量氧气注入污染的水资源，提供水中微生物繁衍条件，大量的喜氧微生物可以降解污水当中的有机物，活性污泥充分吸附物泥上的有机物，微生物裂解繁殖也会应用活性污泥上有机物，微生物在从自身溶解的裂解物中生长，当微生物细胞分解时，微生物细胞内容物被释放到液体中，这些有机体底物可以被反复用于代谢污泥，吸附较为稳定，吸附率也比较高，出水水质较好，该方法应用效果佳，应用范围广。但是也存在一些问题，活性污泥不仅体积大而且气味十分难闻，难以处理而且处理费用高昂

（七）氧化沟处理技术

氧化沟技术是活性污泥处理技术的变型，其工作原理是通过在首尾相接的爆气渠道不断循环流动，延时曝气，停留时间相对较长，可以获得较高脱氮率。氧化沟的优点是有较强的实用性，而且容易处理不易降解的有机物，在这个方面，相对于其他处理技术，具有易上手、能脱氮、性价比高、水质稳定的优点，在中小城市有较高的使用率。

四、针对城市污水处理传统工艺的改进措施

虽然我国污水处理率呈上升趋势，但仍低于35%，主要原因是缺乏合适的污水处理技术。城市污水处理是环境保护和公共卫生不可替代的一部分，为了更好的推动我国的全方面发展，相关科研人员必须重视对城市污水处理技术的革新。不断的向前沿技术看齐，修整固有技术的弊端，保留固有技术的优势，开发更加新颖可持续性的先进技术，替代固有低效的传统工艺，以帮助保护自然资源利益最大化。

（一）优化城市污水处理技术工艺

在现代社会环境下，良好的技术支持是体现工匠精神的关键。城市污水处理工作也是如此，需要开发更优质、更高效和更能匹配环境的污水处理技术。结合不同的生活场所和需求标准，选用最适应的污水处理技术，使其达到最优化的效果。

Li 等人应用数据包络分析（DEA）来衡量中国各地区生态系统的效率。所提出的方法与大多数以前的生态系统模型不同，因为它们在两个阶段的环境中看待它。第一阶段从经济角度对生态系统本身进行建模，而第二阶段（净化系统）将水循环建模为反馈过程。对其他不良产出的处理来自第一阶段。他们发现，消耗的水和废气排放等中间变量同时在生态系统中起着输出和输入的双重作用。其中，作为污水处理所需设备的资金支持投资，以及作为污水集中处理主要场地的污水处理厂，是污水处理的直接投入。作为唯一理想的输出，市政污水处理直接反映了整个污水处理系统的污水处理能力的大小。作为衡量污水是否达到排放标准的主要指标，化学需氧量排放量和重金属污染物当量作为不良输出变量，分别反映污水中有机物和重金属的含量。Wu等人开发了一种具有非径向数据包络分析模型的环境生产技术，通过考虑城市规模的差异来研究68个重点城市的废水处理效率和污染物排放潜力。通过比较已发布的排放效率和减排目标，确定了不同城市类型废水处理需要解决的关键领域，结果表明化学需氧量（COD）的排放效率相对低于氨氮（AN）的排放效率。而且，城市规模对效率提升有积极影响，集中处理系统有利于废水处理的大规模效果。城市应确定需要解决的关键领域，并根据其规模采取相应的减排战略。他们的研究结果表明，如何将减少污染纳入城市议程，以促进有效的废水处理过程，并建立废水污染控制的基线框架

(二)优化城市污水处理设计工艺

尽管目前已经有许多关于城市污水处理系统的模拟和评估研究，但针对如何改进和优化城市污水处理设计工艺的相关研究还较为有限。

根据处理设施的运行和维护状态，发现处理设施水质顺从率低主要是由于氨氮（NH）、总磷（TP）和悬浮固体（SS）的去除率低。特别是在土地资源紧张、环境排放要求高的太湖流域，为减少土地占用，满足更高的排放标准，电力设施使用比例较高。电力设施的稳定运行取决于设备运行状态的及时优化和调整，需要更加专业化的运行和维护。一般发现泵和风机容易损坏或断电。而且进水水质和水量波动较大，影响负荷明显，水力保持时间短，处理设施内曝气量不足。最终导致生物反应中脱氮除磷效率低下。一般来说，主要问题有以下两个方面：一是在操作方面，人工成本高，运行效率低：发现的问题一般取决于现场检查和维护，呈现出延迟故障诊断和高漏检出率；问题处理一般取决于现场解决方案，不发挥远程信息系统的问题处理能力，呈现出低效的故障处理率和相应的高人力成本；无法准确跟踪运维人员和任务，实现持续优化的流程管理。二是监管不到位，数据分析支持不足：缺乏数据分析手段来支持运维效果的动态评估和评价；监管中的关键问题无法准确检测，决策优化缺乏准确、持续的数据支撑。

应用互联网、在线监测等先进技术手段，以市场化、专业化、智能化为指导，一定可以全面提高污水处理设施全过程信息化管理水平。加强基础设施信息库建设，包括基础设施建设信息和运行过程信息化。其次，要建立管理信息平台。对于部分地区，应建立水量、运行状态的远程在线监测系统，保证正常运行，提高管理效率。但从实际需要和发展基础来看，，主要表现为三个方面：一是硬件：智能管理系统是否做得好，能否在各地区普及，第一因素是能否准确、快速、廉价地获得相关运行数据。由于市场上缺乏价格低廉耐用的传感器，水质、水量、运行状态等关键数据一般无法在线获取。因此，农村污水处理设施运行信息化难度大。二是软件：能否及时判断、预警、干扰常见的运行异常，预计异常运行率将大大降低。然而，目前缺乏技术方法来判断具有高智能化和相应控制技术的设施的运行状态。如何从有限的设施运行信息中发现运行异常是最大的难点。三是制度：管理体系和相关标准不完善，限制了污水处理设施智能化管理的发展。例如，设施和电控系统的设计和施工不规范，基本信息资料不完善，给物联网建设和设施运行软件开发带来了很大的困难。

(三)优化城市污水处理回收工艺

环境保护和自然资源的可持续管理是全世界经济和技术活动的基础。然而，城市废水或污水来自家庭下水道系统，而是一种经济上可持续的资源。虽然传统的活性污泥工艺处理效果稳定，出水质量好，目前在废水处理市场中占有巨大份额，但高效利用能源和养分回收不足以实现碳中和。在严重缺水和全球化石燃料能源危机严重的情况下，达到污水处理标准或降低污水处理成本不再是污水处理的首要目标。

目前的城市污水回收工艺技术包括生物絮凝、膜过滤、常规理化方法或其组合。每种方法的优点都可能受到碳保存和浓缩率不足，化学品消耗和运营成本增加和可溶性有机物分离有限的阻碍。然而，污水回收过程仍需优化，以实现高效的能源和资源回收。传统的理化方法价格低廉，其潜力仍在研究中。沉淀作为目前使用最广泛但效率最低的方法之一，在优化下可以成为一种具有显着成本效益的方法，以实现快速的全材料回收。传统的污水处理回收工艺是通过自身的重力或浮力将污染物从污水中分离出来，但只有悬浮固体才能在没有胶体和可溶性污染物的情况下被除去。虽然在原则上，胶体和可溶性污染物的去除可以通过电中和和粘附到表面来改善，即凝固和吸附。然而在实际生产过程中，在预处理阶段常规应用单一凝固或吸附过程表明分离效率有限，不足以完全回收材料。因此，相关学者又提出了它们的组合回收方法，来作为增强凝血过程（ECP）的解决办法，以应对分离的局限性，特别是对于提高可溶性组分的回收效率，固液物质的分离效率和减少试剂的剂量，这种组合方法对于目标可回收污染物的有效浓度至关重要。影响ECP的参数很多，包括试剂类型、混合条件、凝结时间、搅拌速度等的方法,无法清楚地解释自变量之间的同时交互效应，这影响了对最佳ECP参数的预测和评估。

由于活性污泥工艺中的曝气约占总能耗的60%，并且N和P的回收困难，该工艺不符合可持续处理方法的要求。目前，对有价值的产品和能源的回收利用已经给予了相当大的关注。人们普遍认为，广泛使用的常规活性污泥处理无法实现足够的能源和资源回收。然而，这些物质的低浓度被认为是生活污水直接厌氧处理的主要瓶颈之一。因此，在这种情况下，我们的目标是提高同一系统中C、N和P的可回收性。开发可直接将C、N和P转化为可持续资源的新工艺，提高废水转化为能源的效率，并降低后续处理的成本。

五、结语

由于各地区经济条件、地理环境、自然资源、科技等方面的差异，各省政府应因地制宜制定有针对性的政策。这样做可以确保经济增长伴随着环境的改善，并将在未来实现可持续发展。各省可以相互获得废水控制的经验和技术，从整体上完善该地区的废水控制系统。

对于COD排放效率低、重金属污染物当量低的省份，政府还应加强行业与地方高校的合作，开发更有效的水净化技术和设备，以减少废水中的COD和重金属。对于污水收集过程需要采取适当措施，如对市政废水、雨水和工业废水进行单独处理，淘汰化粪池，提高初级沉淀和砂池效率，提高磷硫去除率，减少污泥滞留时间政府应该制定相关政策、全面提高用水效率和废水治理效率时，应着眼于大局，必要时刻可以增加绿色GDP，同时有效解决水资源的问题。