關于城市污水處理與再生利用的探討

鄧詩云，許載周，李 強

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

0 引言

近年來，我國城市化、工業化進程不斷推進，人口數量不斷增多，污水排放量不斷增加，由此帶來的水污染問題也日益嚴重；水環境質量差、水生態受損重等一系列問題嚴重制約了我國經濟社會的可持續發展。其中由于氮、磷污染物過量排放引起的水體富營養化問題會造成水質惡化、影響水體功能、破壞水環境生態平衡，進而導致水資源短缺，對人類生產生活產生不利影響，也會對人體健康產生極大威脅。因此，開發運行性能穩定，經濟節能的污水處理工藝，優化污水處理工藝流程，提高污水再生利用率，對于緩解水體富營養化與水資源短缺問題具有重要意義。

1 城市污水處理的重要性

1.1 推動城市生態文明建設

污水處理與再生利用的重要內容是有效控制污染物的排放并實現水資源的再生利用。工業廢水和生活污水等共同組成城市污水，如果未經過處理就排放到自然環境中，則會引起嚴重的污染問題，生態系統穩定性會遭到破壞。污水處理廠作為城市基礎設施建設的重要組成部分，通過對收集的生活污水進行處理，能夠有效改善城市內部的生態環境構造，提高水資源利用率，促進城市的發展。因此，污水處理與再生利用工程建設是實現生態文明城市建設的必要措施[1]。

1.2 助力城市實現可持續發展

在城市發展建設中，人們的生產活動與日常生活都需要大量的水資源，同時也會產生大量的污水，若是城市污水處理水質無法達標，不僅會對生態環境帶來重大影響，也會降低城市水資源的利用率，阻礙城市的可持續發展。因此，需要對城市污水展開高效節能的處理，實現城市水資源的循環利用，從而促進城市的可持續發展。

1.3 提高水資源利用率

水資源短缺問題是社會發展中面臨的主要問題之一。當地經濟條件、水資源狀況、生產力水平、技術條件等都將直接影響城市污水處理效果和水資源利用率。因此，應通過技術創新實現城市污水的高效處理，以保障良好的出水水質，將污水轉化為可利用的水資源，既能夠避免對重要水體造成二次污染的問題，又能夠產生社會經濟效益，提高水資源利用率。

2 城市污水處理技術

2.1 活性污泥處理技術

在污水處理技術中，活性污泥法是應用最為廣泛的污水好氧生化處理技術。目前常用的活性污泥工藝包括A2/O工藝、多級A/O工藝、Bardenpho工藝、UCT工藝、氧化溝工藝等，典型A2/O工藝流程如圖1所示。

圖1 典型A2/O工藝流程

典型的活性污泥法主要由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統和剩余污泥排放系統組成。污水和回流的活性污泥一同進入曝氣池，通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置進行曝氣處理，使活性污泥混合液呈懸浮態，溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應得以正常進行。污水中的懸浮固體和膠狀物質被活性污泥吸附，而污水中的可溶性有機物作為營養物質被活性污泥微生物用于自身繁殖，并代謝轉化為生物細胞，氧化成為最終產物；非溶解性有機物需要先轉化為溶解性有機物后，才能被微生物代謝和利用，污水由此得到凈化。

傳統的活性污泥技術雖然能夠有效應用于生活污水和有機工業廢水的處理，但仍存在曝氣池體積較大、占地面積大、能耗高、管理較復雜等問題。因此，需要研發新的污水生物處理技術。

2.2 生物膜處理技術

生物膜處理技術的基本原理是通過污水與生物膜的相對運動，使污水與生物膜接觸，進行固液兩相的物質交換，并在膜內進行有機物的生物氧化，使污水得到凈化。與微生物懸浮生長的活性污泥法相比，生物膜處理技術具有以下5個優點：①生物種類多樣，包括好氧菌、厭氧菌、真菌和藻類等，能夠去除多種污染物；②污泥濃度高，單位體積的生物量遠比活性污泥法高，脫氮效率高，處理能力大；③污泥齡較長，剩余污泥少；④系統維護方便，能耗低，無須污泥回流；⑤微生物群落結構復雜，耐沖擊負荷性強，運行穩定性好。

2.3 生物接觸氧化技術

生物接觸氧化技術是一種兼有活性污泥法和生物膜法特點的一種新的污水生化處理技術。該技術的主要設備是生物接觸氧化濾池。在濾池中裝有焦炭、礫石、塑料蜂窩等填料，填料被水浸沒，通過鼓風機在填料底部曝氣充氧；空氣能自下而上穿過濾料，與污水充分接觸，活性污泥附在填料表面，不隨水流動，因生物膜直接受到上升氣流的強烈攪動，不斷更新，從而提高了凈化效果。

生物接觸氧化技術具有處理效率高、占地面積小、凈化效果好、出水水質穩定、無須污泥回流，無污泥膨脹風險、能耗低等優點。

2.4 礦物質處理工藝

礦物質處理技術屬于物理處理方法，通過物理吸收凈化實現污水處理效果。礦物質處理技術將礦物質表面電荷作載體，為實現凈化功能，電荷能夠有效吸收廢水及污水內的毒害雜質。礦物質是現階段污水處理材料中處理效果較好的原材料，可以有效處理污水中所含金屬、微粒、雜質，避免造成二次污染。

2.5 聲波處理工藝

聲波處理技術是一種先進的污水處理技術，以超聲波為先導。該技術釋放出大量超聲波，將污水凈化，對有機污染物進行分解，這種污水處理技術能量較強，可以促進低能級原子向高能態躍遷，實現分離。

中國家用電器研究院副院長葛豐亮出席大會并致辭。他表示，目前，在整個家電行業中，冰箱是產品結構升級做的比較好的行業之一。今年以來，冰箱企業的創新已經聚焦到冰箱本質，全行業刮起一股保鮮技術的浪潮，同時，冰箱企業的智能化研究也在不斷深入，以期通過更加便捷、人性化的操作激發消費者的更新換代需求。“總體來看，在2018年，冰箱市場雖然艱難，卻依然堅定前行。面向未來，為了滿足消費者日益提高的要求，冰箱行業的結構升級也不會停止。”

3 推動城市污水處理與再生利用的原則與重要舉措

3.1 城市污水處理與再生利用的基本原則

（1）整體優化原則。污水處理工藝流程較為復雜，在實際應用中需要根據污水水質、水量等因地制宜地進行各項參數的優化和調節。為了實現高效節能的污水處理與再生利用，需要在設計過程中堅持整體優化的原則，從各方面對污水處理技術進行改進和創新。首先，要對水質進行全面的監測分析，了解污水中各污染物的濃度，在此基礎上制定切實可行的污水處理方案。在進行污水處理工藝選擇時還要保證生態環境的可持續發展，對污水收集方式，污水回收利用等因素進行綜合、全面的分析，做好每一個細節的處理，確保污水處理高效節能，降低污水處理成本，推動污水資源化再生利用。

（2）高效利用原則。在污水處理工程中需堅持高效利用的原則，保證水資源的高效循環利用。在污水處理工程的設計過程中，設計人員需要掌握專業的基礎知識，并將理論知識應用到實踐工作中。根據生物學理論以及相關的生物反應原理，通過工藝組合與工藝流程優化，有效降低污水中的污染物濃度。同時，結合新型的污水生物處理技術對原有污水中的污染成分進行轉化和分解，不僅能夠避免污水給人類和環境帶來破壞，同時還可以實現對水資源的高效再生利用。

3.2 推動城市污水處理與再生利用的重要舉措

（1）防止二次污染。在污水處理過程中會產生的剩余污泥、臭氣、噪聲等二次污染，在實際工程設計中應予以針對性控制。針對污水處理中會用到毛發聚集器和格柵等設備，應該對殘留的雜物和垃圾進行集中填埋處理；針對污水處理過程中產生的剩余污泥，通過濃縮和脫水處理后對泥餅進行外運處理[2]。此外，應在污水處理廠周圍設置綠化隔離防護帶，避免噪聲和臭氣等影響城市居民正常生活。

（2）積極開發和推廣先進污水處理技術。在實踐中，要積極開發和推廣先進的污水處理技術及工藝，不斷優化污水處理工藝流程，適應新時代城市污水處理要求。

目前，改良型序批反應器（MSBR）工藝在污水處理中的應用效果較好，與傳統的序批式活性污泥法（SBR）相比，性能得到全面改善。該工藝通過將聚磷菌、硝化菌與反硝化菌有機結合，能夠實現高效的污水生物脫氮除磷，不僅提高了污染物的去除率，也降低了運行成本。新興的厭氧氨氧化技術是目前最為高效節能的污水脫氮技術，其具有不需要外加碳源、降低曝氣能耗、污泥產量低和脫氮負荷高等諸多優點，目前該技術已成功應用于高氨氮廢水的處理，如污泥消化液和垃圾滲濾液等。BIOSTYR工藝是一種新型處理工藝，結合生化反應器和濾池的優勢，無須設置反沖洗泵和二沉池，使得該工藝具有操作的靈活性和便捷性。BIOFOR工藝融合了生化法和物化法的技術特點，可以對懸浮固體進行截留，有機物降解效果較好，能夠滿足較高的排放標準要求。

（3）定期更換和升級污水處理設備。污水處理設備是污水處理廠高效穩定運行的重要保障，在污水處理廠運行中應對老舊設備進行及時更換與升級，保證良好的處理效果，實現出水的達標排放與循環利用。同時，隨著城市污水處理自動化程度的提高，污水處理廠應配備先進的自控設備及智慧水務系統，積極引入國內外智能化的污水處理設備，不但能夠有效節約人力資源與物力資源，還可以顯著提升污水的處理效率，助力城市污水處理向自動化、智慧化發展。

此外，設備的維護與保養工作保證污水處理廠穩定運行的關鍵，如果污水處理設備長期得不到有效保養與維護，就會出現各種技術故障問題，而潛在故障也會對污水處理的效率效果帶來影響。通過對污水處理設備進行定期保養、定期維護，可延長設備使用壽命，提高污水處理效率，節約污水處理成本。

（4）加強污水處理與再生利用管理。為了實現污水達標排放與再生水高效利用，就需要對污水處理與再生利用工程實行全過程管理，對水質、水量進行實時監測，保證污水處理效果以及再生水利用效率。同時，相關政府部門還行需要加強污水處理和排放的相關管理，明確各個部門的分工和職責，做好相互之間的監督和管理，根據實際的情況制定不同的管理制度，保證城市污水處理與再生水利用的多元化發展。此外，還應積極引進先進的管理模式，并建立對應的監管制度，結合城市地區的實際情況，積極推廣先進技術，搭建智慧水務平臺，促進污水的高效處理與水資源的合理調配，實現低耗高效的城市污水處理與再生利用。

（5）構建完善的再生水循環利用體系。污水再生利用的總體目標是充分利用城市污水資源、削減水污染負荷、促進水的循環利用、緩解區域水資源短缺，推動城鎮節水減排，提升我國城鎮水資源綜合利用效率和水平，推動資源節約型和環境友好型社會的建設。通過構建再生水循環利用體系，可以有效緩解水資源緊缺問題，創造巨大的生態環境和社會經濟效益。因此，地方政府部門要結合當地的水資源特征，出臺相應污水處理與再生利用政策，確保污水處理與再生利用工程得到有效落實，避免水資源的浪費、流失。同時，應積極推廣污水深度處理技術，運用先進的技術對城市污水進行深度處理以滿足再生水回用標準；此外，還應遵循分質用水的原則，推行“優質水優用，低質水低用”原則，并加大再生水相關知識的宣傳力度，調動公眾參與使用的積極性，讓更多人了解再生水在水資源整體開發利用中的重要地位，促進再生水利用，推動城市可持續發展。

（6）完善污水處理與再生利用投融資體系。城市污水處理與再生利用在開展技術優化、設備優化以及政策優化的基礎上，更應提升對資本的重視程度，確保污水處理與再生利用工程建設可以得到充足的資金支持，確保各項污水處理與再生利用工程能夠有效落實。

隨著科學發展觀的提出以及可持續發展戰略的提出，各大城市都積極開展了環境工程建設，而污水處理作為城市環境工程的核心內容，更受到了地方政府的高度重視。為此，地方政府部門不僅要在政策上提供扶持，同時也應給予一定的資金幫扶，最大限度地發揮政府部門的職能優勢，除此之外，相關部門應積極推行拓展單位、集體、個人等不同形式的市場化投融資運作模式，吸納社會資金共創雙贏，研究制定政府補貼政策等，加強污水處理及再生水工程建設投資保障措施。

4 結語

近年來，隨著我國城市化水平的提高，水體污染問題日益嚴重，水資源短缺問題日益凸顯，優化污水處理工藝流程，開發新型低碳節能的污水處理工藝，提高再生水利用率，將有助于推動生態文明城市建設，實現城市可持續發展。