污水處理廠及污水管網(wǎng)施工及管理

曹 杰

（中鐵二十三局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島 266000）

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷推進(jìn)和社會(huì)整體環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，使作為保護(hù)水資源和控制水污染的重要措施的城市污水處理越來越受到重視。許多研究已經(jīng)表明，市政污水中含有大量的污染物，諸如氮和磷、抗性基因激素和痕量污染物[1]。歐美多個(gè)國(guó)家建設(shè)了多座城市污水處理廠，有效控制了環(huán)境水污染。但是，一些污水處理廠，特別是縣級(jí)污水處理廠，運(yùn)行資金不足。此外，隨著城市污水處理能力的逐年增加，城市污水污泥產(chǎn)量急劇增加，伴隨著污泥處置不當(dāng)和有機(jī)污染物滯留的擔(dān)憂；如果污泥進(jìn)入環(huán)境而沒有采取適當(dāng)?shù)奶幹么胧瑢?duì)水體和大氣產(chǎn)生二次污染[2]。因此，我們應(yīng)從綜合的角度考慮污泥。我國(guó)人均水資源稀缺，特別是在人口稠密的城市，水污染更為嚴(yán)重。遺憾的是，城市污水處理也存在運(yùn)行成本高、去除效率低等落后問題。為了適應(yīng)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，本文認(rèn)為有必要對(duì)污水處理的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、管理等綜合因素進(jìn)行分析，提出建設(shè)污水處理廠的科學(xué)建議。

1 污水處理廠及污水管網(wǎng)所面臨的問題

處理技術(shù)是影響污水處理的最重要因素，主流的污水處理工藝由于技術(shù)和成本效益而依賴于生物處理方法，主要包括活性污泥法和生物膜法[3]。此外，活性污泥法因其對(duì)污水的去除能力而應(yīng)用更為廣泛，包括間歇循環(huán)延長(zhǎng)曝氣系統(tǒng)（ICEAS）工藝、厭氧缺氧好氧（AAO）法、氧化溝等。不同的科學(xué)家分析了吸附劑在污水處理中的應(yīng)用，聲稱使用缺氧氨氧化細(xì)菌可以促進(jìn)有效去除氨和亞硝酸鹽。此外，也有科學(xué)家認(rèn)為納濾和低壓反滲透可用于處理污水中的農(nóng)藥。

除處理工藝外，影響污水處理廠建設(shè)方案設(shè)計(jì)的因素還有很多，如污水處理廠的建設(shè)規(guī)模、選址，建設(shè)成本等。在建立污水處理廠時(shí)還應(yīng)從成本效益分析，充分考慮環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)污水處理廠設(shè)計(jì)的影響。此外，還需考慮污染物去除率和設(shè)備年齡的影響。另外，也有研究從生命周期評(píng)價(jià)（LCA）的角度分析了污水處理廠的建設(shè)。總而言之，影響城市污水處理設(shè)計(jì)的因素很多，如處理工藝、選址、環(huán)境保護(hù)、投資成本和運(yùn)營(yíng)效率等。本文討論污水處理廠及污水管網(wǎng)施工及管理所面臨的問題和改進(jìn)措施，以期為水污染防治提供新的見解。

城市污水處理已成為保護(hù)水資源和控制水污染的重要措施之一。盡管如此，目前市政污水處理廠的運(yùn)營(yíng)前景并不樂觀。由于運(yùn)營(yíng)成本高、技術(shù)力量薄弱、人員能力不足等原因，大量污水處理廠全年不開工。一些工廠無法滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；此外，我國(guó)的城市污水處理設(shè)施嚴(yán)重滯后，導(dǎo)致這部分廠投資回報(bào)不佳。需要從系統(tǒng)工程的角度對(duì)影響市政污水處理廠的因素進(jìn)行綜合分析，以提供更能滿足利益相關(guān)者觀點(diǎn)的解決方案。據(jù)有關(guān)部門反映，造成這些現(xiàn)象的原因是多方面的，如運(yùn)營(yíng)成本不明確、技術(shù)實(shí)力薄弱、人員培訓(xùn)不足、運(yùn)營(yíng)管理不善和設(shè)計(jì)問題等。

1.1 污水處理廠選址及污水處理技術(shù)

選址對(duì)污水處理廠有一定的影響。污水處理廠的最佳選址至關(guān)重要，因?yàn)榻?jīng)過優(yōu)化建立的污水處理廠可以有效保護(hù)環(huán)境并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展的可持續(xù)性。此外，污染物排放控制目標(biāo)、城市地理地質(zhì)環(huán)境、受納水體功能和流量、土地類型和質(zhì)量等都是需要考慮的因素。

污水處理技術(shù)是影響污水處理效果的最重要因素。合適的處理技術(shù)很重要，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際用水要求進(jìn)行選擇。鑒于城市污水和生活污水的質(zhì)量不同，需要不同的處理技術(shù)。我國(guó)城市污水處理的主要技術(shù)是序批式反應(yīng)器（SBR）工藝、氧化溝工藝和傳統(tǒng)的活性污泥工藝。每種污水處理技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)、適用條件和不足。因此，污水處理廠應(yīng)該根據(jù)所在地的實(shí)際情況進(jìn)行選址，并針對(duì)污水情況選出適合自己的處理技術(shù)。

1.2 環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益

環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益同等重要。從環(huán)境保護(hù)的角度來看，污水處理廠的建設(shè)一般不應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境造成不可挽回的破壞。不合適的位置包括城市上風(fēng)、城市水源上游或靠近住宅區(qū)。污水處理廠投產(chǎn)后，應(yīng)盡量減少對(duì)環(huán)境敏感區(qū)、下游節(jié)水區(qū)，特別是城鎮(zhèn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響。此外，影響不應(yīng)超過當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境容量。

從經(jīng)濟(jì)效益的角度來看，廢水回用正成為解決水資源短缺問題的重要途徑。處理后的污水達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，可作為灌溉用水、工業(yè)用水、生活用水，用于沖廁、澆園、道路清潔等。在優(yōu)化施工方案時(shí)可以考慮回水利用的效益。

1.3 污泥產(chǎn)出較多，污染較大

污泥是廢水處理過程的副產(chǎn)品。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展工業(yè)化和城市化，產(chǎn)生了大量的污水。此外，廢水處理率也較高，我國(guó)已經(jīng)生產(chǎn)了大量的污泥。污泥含有許多有毒物質(zhì)，如病原體、重金屬和一些有機(jī)污染物，可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如今，污泥在我國(guó)一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因此管理、處理污泥至關(guān)重要。

1.4 其他不確定性因素

不確定性廣泛存在于各種社會(huì)現(xiàn)象、自然現(xiàn)象和工程實(shí)踐中。市政污水處理系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，包括人、物質(zhì)和環(huán)境三種要素，并具有輸入、內(nèi)部系統(tǒng)和輸出三個(gè)關(guān)鍵過程，因此包含各種不確定性。

首先，自然界固有的不確定性包括水文、地理、溫度、降水和太陽輻射量，環(huán)境參數(shù)會(huì)隨著天氣和其他條件的變化而不斷變化。在污水處理系統(tǒng)中，由于溫度、濕度、輻射暴露等參數(shù)的變化，原始污水輸入狀況、處理效果和處理后污水輸出對(duì)環(huán)境的影響存在不確定性。例如，輸入量與溫度和降雨量高度相關(guān)；治療效果與溫度、光線和濕度有關(guān)。其次，污水處理系統(tǒng)中人類活動(dòng)造成的不確定性主要體現(xiàn)在輸入和處理過程中。例如，節(jié)水政策的出臺(tái)可以減少原有的污水量；非工作日生活污水較多，工作日工業(yè)污水較多。同時(shí)，管道泄漏等突發(fā)事件可能會(huì)增加污水中的污染物水平。此外，污水處理廠員工認(rèn)真的工作態(tài)度對(duì)污水處理的效果有積極的影響。最后，工程系統(tǒng)帶來的不確定性可以體現(xiàn)在輸入和處理過程中。在輸入過程中，原污水的污染物水平可能隨著工廠采用的技術(shù)改進(jìn)而降低。在處理過程中，污水處理的操作失誤或污水檢測(cè)的監(jiān)測(cè)偏差都會(huì)對(duì)污水處理產(chǎn)生負(fù)面影響。所以，污水濃度是最重要的因素，關(guān)系到每個(gè)工藝步驟的決定和最終目標(biāo)。污水進(jìn)水濃度可能會(huì)影響處理廠的選址和技術(shù)選擇，并進(jìn)一步影響經(jīng)濟(jì)和生態(tài)目標(biāo)。進(jìn)水濃度涉及污染物量和污水量的比率，受各種不確定因素的影響。在不確定性背景下，通過選址、污水處理技術(shù)選擇、環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益等因素，制定科學(xué)的污水處理廠建設(shè)方案。在不確定因素下如何保證污水處理質(zhì)量及工廠的穩(wěn)定運(yùn)行且達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)是目前面臨的重要問題。

2 針對(duì)上述問題我國(guó)政府采取的防治措施

目前，污水、污泥的管理體系數(shù)量眾多，包括行政代理人、法律、法規(guī)。此外，污泥處理通常都是通過包括增稠、調(diào)理、脫水、穩(wěn)定和干燥等各種物理、化學(xué)和生物技術(shù)進(jìn)行處理。許多污泥處理方法也有應(yīng)用如衛(wèi)生填埋、焚燒、土地應(yīng)用、建筑等材料等。雖然上述大部分的污泥處理和處置方法已在我國(guó)應(yīng)用，但是我國(guó)對(duì)廢水處理的重視度比污泥處理更高。最近，一些有關(guān)污泥污染事件的發(fā)生也常有報(bào)道。在北京和南京，一些人污水處理廠在郊區(qū)傾倒污泥，這些事件已經(jīng)引起了公眾的極大不滿。在我國(guó)，污泥的生產(chǎn)、管理、處理和處置需要得到更進(jìn)一步的解決。

2.1 完善污水、污泥處理的法律法規(guī)

目前，我國(guó)污泥管理采用了2 項(xiàng)法規(guī)和32 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。其中，《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》為污泥污染提供了基礎(chǔ)。此外，《固體環(huán)境污染防治法》的目的是防止廢物尤其是固體廢物（包括污泥）的污染，保護(hù)人類健康，保障生態(tài)安全，促進(jìn)生態(tài)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。《關(guān)于廢物進(jìn)口環(huán)境保護(hù)管理暫行規(guī)定的補(bǔ)充規(guī)定》規(guī)定禁止非法轉(zhuǎn)移廢物（包括污泥）到中國(guó)。

行政代理人應(yīng)堅(jiān)持協(xié)調(diào)的合作。為此，還應(yīng)制定合理、全面的污泥處理標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行厭氧消化和土地利用，污泥用地使用風(fēng)險(xiǎn)也應(yīng)得到準(zhǔn)確和客觀的評(píng)估。此外，還應(yīng)采取更多的經(jīng)濟(jì)措施來鼓勵(lì)、指導(dǎo)并支持各公司進(jìn)行污泥厭氧消化和土地應(yīng)用方面的工作。應(yīng)提供足夠的資金來支持污水處理廠建造污泥厭氧消化，還應(yīng)該聯(lián)合學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)來支持污泥厭氧消化和土地的研究。

2.2 采用先進(jìn)技術(shù)完善污水管網(wǎng)，提高污水、污泥處理率

第一，污泥中的有機(jī)物質(zhì)含量較低，由于污水處理系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致污水收集率較低，污水處理廠進(jìn)水物的COD 含量較低。COD 代表化學(xué)品需氧量，是有機(jī)污染物濃度的總體指標(biāo)。這些污水匯入下水道系統(tǒng)，導(dǎo)致低流入COD。此外，由于污水管網(wǎng)技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致管網(wǎng)中漏水嚴(yán)重，從而導(dǎo)致污水與地表水混合進(jìn)入地下水，進(jìn)一步降低進(jìn)水COD。化糞池也會(huì)導(dǎo)致進(jìn)水物的COD 含量較低。此外，廣泛的低效率砂礫去除導(dǎo)致高淤泥污泥。所有這些都導(dǎo)致了我國(guó)污泥的VS/TS比值在0.2～0.5 之間，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。

第二，初級(jí)污泥產(chǎn)量較低。在厭氧處理過程中，原活性污泥和非活性污泥的重量比通常為3：2。然而，這一比例在我國(guó)則正好相反，甚至更低。我國(guó)的許多污水處理廠幾乎沒有關(guān)注這一問題，甚至取消了初選沉淀池，這是由于在化糞池中去除有機(jī)物，但是氮和磷不是，這導(dǎo)致進(jìn)水的碳噪比較低。為了確保有足夠的碳源進(jìn)行脫硝和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除，初級(jí)沉淀作用被簡(jiǎn)化了。

第三，污泥厭氧時(shí)的沼氣產(chǎn)量和甲烷濃度消化率很低，這是由于污泥中有機(jī)含量較低。此外，硫在廢水處理過程中去除效率較低，然后就進(jìn)入了泥漿。H2S是在污泥厭氧消化過程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，并會(huì)導(dǎo)致異味，H2S 也會(huì)侵蝕設(shè)備。

第四，經(jīng)過污泥厭氧消化后，沼氣的利用效率低下，這是因?yàn)檎託獾膮捬跸谥袊?guó)市場(chǎng)普遍使用率較低。大量的沼氣可以簡(jiǎn)單地作為火炬燃燒，不僅會(huì)造成能源浪費(fèi)，而且還會(huì)造成消防安全問題。

第五，污泥處理和處置資金嚴(yán)重不足。2011 年至2015 年在中國(guó)市場(chǎng)的污泥處理、污水處理的投資率僅為8%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。由于資金短缺，許多污水處理廠都為了節(jié)約成本進(jìn)行不合理建造和操作污泥厭氧消化。此外，市場(chǎng)污泥厭氧消化和土地利用不足就無法擴(kuò)大基金，最后導(dǎo)致污泥處理惡性循環(huán)。我國(guó)污泥中大多數(shù)重金屬的濃度限值較大，低于發(fā)達(dá)國(guó)家。污泥厭氧處理后的大部分殘留物消化不能滿足污泥用地使用的標(biāo)準(zhǔn)，從而降低了污泥厭氧消化的間接驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)加大政府投入，提高科技水平，不斷完善污水處理管網(wǎng)，減少污水滲漏等問題，從而提高污泥的處理效率。

2.3 完善工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，減少污水排放

到2002 年，中國(guó)只有17 項(xiàng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而許多污染物的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的控制水平仍然很低。例如，NH4+——氮排放主要集中在化工、石油、紡織等幾個(gè)行業(yè)，占工業(yè)廢水排放總量的85.9%。然而，對(duì)NH4+的限制這些行業(yè)的氮排放過去是松散的，舊的標(biāo)準(zhǔn)允許NH 的排放濃度高達(dá)100mg/l。相比之下，更嚴(yán)格的排放限制為40mg/l NH4+，根據(jù)修訂后的《氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，確定了大型工廠、中型工廠為70mg/l。有更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)25mg/NH4+正在被考慮排放限制。此外，雖然污染總量得到一定的控制，但是實(shí)踐多年來，一些行業(yè)仍沒有建立自己的行業(yè)專用排放標(biāo)準(zhǔn)。硝酸工業(yè)就是一個(gè)典型的例子，現(xiàn)遵循《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，既不限制單位產(chǎn)品的排放量，也不限制TN。在即將出臺(tái)的《硝酸工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中，兩個(gè)指標(biāo)都應(yīng)嚴(yán)格限制。

3 結(jié)語

我國(guó)在加強(qiáng)污水處理方面做出巨大努力，取得了顯著進(jìn)展，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，當(dāng)前我國(guó)的水污染更嚴(yán)重。此外，我國(guó)正在而且將繼續(xù)處于長(zhǎng)期快速工業(yè)化和城市化進(jìn)程中，因此污染排放增加與環(huán)境能力縮小之間的沖突可能會(huì)進(jìn)一步加劇。我國(guó)將需要付出巨大的努力和資源來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，恢復(fù)水環(huán)境。基于此基礎(chǔ)上，我國(guó)政府需要積極努力，建立一個(gè)科學(xué)、可持續(xù)而實(shí)際可行的污水處理及排放標(biāo)準(zhǔn)體系，在政策和方法層面上還需要做出更多的努力。在制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)重復(fù)考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素。應(yīng)鼓勵(lì)加強(qiáng)公眾參與和監(jiān)督，以確保標(biāo)準(zhǔn)的公平性、合理性和有效性。