城市污水處理和再生利用技術研究

彭文龍 崔戰勝

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300070）

引言

城市污水處理和再生利用技術的應用符合現代化城市建設的需要，也要提高城市用水效率，強化污水處理質量的重要基礎。在當前我國大力推進循環利用資源的大背景下，做好城市污水處理工作，通過更加先進的再生利用技術來提升污水應用效率和范圍，無疑具有重要的現實意義。文章就此進行了細化分析。

1 城市污水處理和再生的重要性

當前，我國城市現代化進程不斷加快，城市工業發展速度迅猛，城市人口在不斷擴張，城市對于水源的需求量不斷提升，維護城市用水的穩定性，自然成為了城市正常運轉的基礎。從目前來看，我國水資源的分布并不均衡，很多城市的缺水問題仍然嚴重。尤其是在水污染問題形勢嚴峻的情況下，即使一些城市有充足的水源，但是也不得不面臨水多用難的狀況，也產生了水質下降的惡性循環。在這種情況下，工農業的生產以及城市建業都面臨很大的發展壓力，而居民用水也存在不小的隱患。可以說，水資源和水環境成為了一些城市可持續發展的重要制約因素[1]。面對這種情況，我國城市在發展過程中高度重視開源節流，強化節水操作，并合理利用和開發污水資源，通過對城市污水的處理，強化污水再生利用，提升了水資源利用效率，改善城市生存環境，滿足居民生活需求。

然而，客觀而言，當前城市污水處理和再利用一直是我國城市污水處的薄弱環節，雖然城市污水管網不斷完善，但是配套設施的不完備，使得城市污水的處理規模和水質無法得到全面保障。并且一些配套設施投入運營后，污水處理的效果無法達到預期效果，因此其效能得不到有效發揮，且在新的發展背景下，城市對于用水的需求不斷提升，對于水質的要求也在不斷提升，使得城市污水處理的壓力較大。正因為如此，我國需要進一步加強對城市污水資源化管理的探討和分析，進一步提高污水處理和再利用的效率。只有這樣，才能夠滿足我國城市用水的需求，實現可持續發展，也可以幫助城市水源形成更為完善的再生水回收利用體系，進一步降低對水體環境的污染，實現生態環境的持續改善和優化。

2 城市污水處理和再生的現狀

城市污水處理和再生一直是我國高度關注的問題，在我國當前大力推進節能減排工作開展的過程中，城市污水處理系統建設也迎來了新的發展時期。目前，我國提出了嚴格的低碳發展目標，要求耗能行業在今后要探索低碳發展的路徑和方案。而城市污水處理是傳統的耗能大戶，在對污水進行處理中需要耗費大量的能源。據統計，2020 年，污水處理行業耗電約180 多億度，污水處理行業在一些地方是能耗大戶，總體耗能占到千分之幾。而在低碳發展目標的確定下，城市污水處理行業也需要進行低碳發展，這決定了城市污水處理亟需轉型發展，在推進污水資源化利用的基礎上，實現減污和降碳的同步發展，滿足“污水資源化”和“雙碳”目標戰略，而污水處理行業由碳去除進入總氮去除的重要發展階段，既要節能降耗，減少碳排放，又要降低水中的總氮含量，提升水質[2]。這對于城市污水處理而言無疑是不小的挑戰。

同時，隨著城市化進程的加快，我國城市也在不斷推進污水設施的建設和發展的訴求不斷提升，為了滿足城市擴張和人口規模不斷提升的客觀現實，我國城市在推進污水設施建設時，大型的污水處理設施建設較為謹慎，而中小型的污水處理設施由于靈活性更強，成為了重要的補充。但是這種碎片化的區級污水設施建設，缺少更高級別層面工業污水系統專項規劃的統籌，廠址的規劃、立項、選址等環節也缺少依據，會讓整體的污水統籌發展規范化受到影響，如果規劃不合理，也會影響長遠的污水處理質量。并且在這種發展模式下，也會導致城市發展布局不均衡，布局不合理，我國的城市污水處理體系也就面臨著這樣不合理的問題，尤其是在商業中心和人口聚集的區域，污水處理問題往往突出，問題也得不到及時解決。

由此可見，當前我國城市污水處理面臨較為嚴峻的發展形勢，同時面臨更大的要求，我國需要持續加強城市污水處理和再生利用技術手段，以此來滿足新時期我國城市用水的需要。

3 城市污水處理和再生利用技術的優化發展方案

城市污水處理和再生利用技術的優化是新時期城市發展的必然選擇，符合可持續發展的理念訴求。在新的發展背景下，城市污水處理和再生利用技術的優化發展需要從以下幾個方面加以推進。

（1）構建完備污水處理規劃方案

在新的發展背景下，城市對于污水處理和再生利用技術發展，需要提供更加完備的制度支撐和設施保障，以此更為客觀、科學地管控城市污水處理工作。為此，相關部門在規劃建設成熟污水處理設施時，一定要立足城市發展特征和未來發展趨勢，做好統籌規劃，全面梳理城市工業用水和生活用水，然后據此對城市工業污水處理廠和配套設施建設進行科學布局，并且要合理控制工業污水處理設施的用地，并動態化認識到城市未來發展走向，預留工業污水收集主干管網敷設空間，同生活污水處理廠形成統一，打造城市污水收集處理的閉環系統，從而全方位提升污水收集處理的效率[3]。

相關部門要具有整體意識，跳脫出單一的區域認知，以發展的眼光和統一的認知進行統籌規劃設計，如可以配套完善污水管網，設置雨污分流管網，增設污水管網，對于重點排水戶和排水區進行集中整治等，不斷提升設施的系統性。同時，為了提升污水管理的質量，要建設諸如智能截流井、隔油池等設備，有效管控污水，避免同雨水和河水融合，并有效防控油污，從源頭上提升對污水的管控效果。通過這些舉措，最終實現科學治水、系統治水、精準治水、高效治水。

（2）采用多元的污水處理和再生利用技術手段

城市在處理污水及再生利用的過程中，可以采用更加多元化的處理方式，選擇最優的方案，提升處理的質量。例如應用物理技術進行污染物降解，如沉淀技術、過濾技術、氣浮技術?；瘜W處理技術如中和技術、加藥混凝技術、離子交換技術等。生物技術如好氧性氧化分解技術和厭氧性生物發酵技術等。通過綜合應用這些技術手段，進行組合應用，對于污水進行預處理、一級處理、二級處理、深度處理和泥污處理和污泥處置等環節的加工處理，提升污水處理的質量，并實現資源的再生利用。

同時，在不斷提升污水處理和再生利用質量的過程中，相關部門要不斷探索新的技術手段，不斷提高對污水處理的質量和效率，并不斷探索更加高效的再生處理方案，以此滿足當前污水處理的訴求。例如可以應用MBR 膜生物反應技術手段，對污水進行更加高效的脫氮處理，并可以起到良好的降低能耗的作用，也可以應用A/O 工藝（包括改進的A/O 工藝）、氧化溝工藝、SBR 系列、AB 工藝等實現良好的污水氮磷去除效果。通過不斷應用先進的技術方案，全面提升城市污水處理的效率。

（3）打造信息化的污水處理和再生管理機制

基于當前城市污水處理的現狀和形勢，我國需要打造信息化的污水處理管理機制，借助大數據、物聯網、云計算等技術手段，全面提升污水處的效率。相關部門借助云計算技術手段，同時結合互聯網存在的多種廣域異構計算資源，通過綜合性整合，形成一個虛擬的，同時能夠實現動態擴展的計算資源池，針對性向互聯網用戶提供計算能力、存儲能力和應用軟件服務等。

基于這個平臺，將進水、生產和排水三個環節進行實時監控，強化每個環節的管控，同時實現多個環節的精準對接，實現泵站和污水處理廠的深度融合，更加高效地對其水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態等信息進行搜集和整合，并通過信息技術手段對這些信息數據進行分析和深加工，讓每個環節都形成統一管理的模型機制，對于城市生產和生活環節中的用水量、耗水量以及用電量等進行全面分析，并據此科學化評估排水、生產以及排放之間的關系，找到更為完備的污水處理廠生產方案[4]。這樣能夠進一步提高對污水處理企業的實時化管控，提高經濟化管理的效率，進而實現對污水處理的規范化管理，實現節能降耗和減員增效的目的。

（4）加強污水處理廠的碳減排與智能化運行技術應用

在我國當前大力推進碳減排和循環利用水資源的背景下，我國污水處理廠也需要相應地完善技術手段，強化對污水的處理和再生利用建設發展。為此，污水處理廠要全方位完善污水處理設備，設置在線精準監測機制，通過在線COD、溶解氧儀、千管壓力計、千管流量計、支管電動球閥等設備，實現對污水排放和處理的動態化監測，并借助水泵優化編組運行來提升處理效率，通過智能化的算法，對于污水處理的壓力、閥門開度、設備運行等參數進行整理分析，支撐相關工作的開展。而在污水處理過程中，藥物降解環節的重要性不言而喻，為了提高碳減排的質量，強化污水處理的效率，要通過智能加藥控制來提升藥物應用的準確定，對于甲醇或者乙酸鈉以及除磷藥劑和聚合鋁鐵進行智能化管控，通過IDS 進行分析和操作，從而保證出水的穩定性，并起到非常好的碳減排和節能的效果。

而在碳減排方面，污水處理廠可以采取非溶解談分離+沼氣生產技術進行處理，通過利用超細格柵+膜分離技術對進水進行處理，并通過缺氧池、好氧池進行處理，并借助新型的固液分離技術來截留污水中存在的有機碳，有效降低碳氧化，讓更多有機污泥轉向厭氧污泥消化，并可以分離出沼氣，形成再生能源加以利用，起到非常好的節能減排效果。另外，污水處理廠也可以打造太陽能發電和水源熱泵技術體系，通過光伏大電機進行發電，并通過水源熱泵裝機來節省天然氣，這樣可以實現非常好的碳減排效果。

（5）構建完備的城市污水處理以及再生利用的體系

城市在發展過程中，要進一步強化對城市污水處理和再生利用的重視程度，從城市整體運行的角度著手，構建更加完備的城市污水處理和再生利用的體系，不斷構建符合城市需求蓋污水收集管網、污水處理廠、污泥處理處置和污水資源化系統性工程，進一步推進管網建設，建立雨污分流管網，不斷降低溢流污染頻次，深入打造雨水蓄留、凈化、利用設施體系，打造海綿城市，并將雨水進行定價處理，用于廁所、園林綠化等。

同時，對于污水處理過程中產生的污泥，其是我國污水處理中非常困難的處理環節。為了提升節能環保效果，在未來發展過程中，城市要積極推進污泥無害化處理，實現資源化處置，可以采用窯爐協同焚燒，焚燒灰可作為建筑材料或用于磷回收的方法進行再生利用，并通過生物質利用，實現沼氣發電和產熱等，解決污水處理中污泥難以處理的問題。同時，城市也可以進一步完善體系建設，相應地打造水質凈化中心、有機質協同處理中心、生產型研發中心共同運行體系，提高污水處理的質量，污泥則可以處理為營養土，實現回收再利用。

（6）深度利用城市污水處理回用工藝

為了提升城市污水處理和回收再利用的質量，要進一步挖掘相應的技術，提高污水處理的有效性。在污水處理和回收利用過程中，要進一步提高處理的精準性和細化程度，如為了清除污水中的懸浮物，可以選擇混水沉淀、澄清并加以過濾操作。為了清除污水中的臭味、色度和重金屬等有機物，可以選擇活性炭進行過濾，通過微孔進行有效過濾，去除大量有機物。如果想要降解污水的渾濁度，則可以借助膜技術進行降解處理。

同時，為了提高可再生利用的水平，在對污水進行處理時，可以選擇高級氧化方法來分解大分子有機物，有效提高城市污水的可生化性能，如可以借助光催化氧化法、催化臭氧氧化法等，全面提升污水再利用的質量。

另外，針對不同的水質和污水表現，城市相關部門要做好因地制宜，選擇針對性更強的方法進行處理。如工藝用水和鍋爐水、循環冷卻水水質要求較高，因此需要綜合應用上述工藝進行深度清理。如果水源用于廁所水、綠化水、洗車水的話，可以選擇1-2種污水處理方法進行處理。

對于最終用于生活中的污水，在處理中需要強化處理，通過二級處理做好初步處理，然后借助混凝沉淀、澄清過濾、活性炭吸附深度處理等多個流程，保證出水的質量。對于生產用的水源，污水處理中需要通過二級處理技術進行初步處理，然后系統應用過濾技術、催化氧化技術、微濾技術以及反滲透技術，不斷提升污水處理的質量，滿足相應的生產經營需要。

（7）構建綠色生態城市污水處理和再生機制

在新的發展時期，基于城市可持續發展的客觀需求，綠色生態城市污水處理和再生機制的建設，符合可持續發展理念，也是生態城市建設的必然選擇。針對當前城市發展的需要，合理打造更為綠色的再生水利用體系，通過同城市工業區和生態景觀發展需求有機結合，針對性構建“綠色”+“灰色”的耦合城市污水處理系統，并配套建設多目標回用技術系統，針對城市工業化發展的現狀，推進城市污水低碳、安全、資源化利用，并設定完備的風險評估機制。通過這些系統的支撐，全方位打造加強型生態修復和恢復技術體系，并持續探討新型節能污水生物處理及污泥安全處理技術的應用。同時，針對工業生產中產生污水中存在有害物質的情況，要相應地構建再生水中微量有機物削減技術，并相應地構建污水處理多目標回用全過程風險和技術經濟評價機制，全面保障系統的有效運行。

通過綠色生態城市污水處理和再生機制的支撐，實現對水資源的節約利用，更好地控制污水或者廢水的排放量，進一步縮小水循環的空間范圍，有效降低水環境污染，并針對城市降雨量大時排水問題，進行系統處理，有效分流城市管道的排水負荷，從而保證城市的健康運行，真正實現水資源的合理利用目標。

結語

城市污水處理面臨的問題不僅僅是以上幾個方面，在今后的實踐過程中，我們除了要完善布局，增加我國城市污水處理體系的合理性，提高城市污水處理技術，加大政府和各方資金支持力度，增加城市污水處理管理組織力度，建立完整的管理體系等，還要在不斷變化的實踐當中，不斷適應城市污水處理所要面臨的新的困境，樹立解決問題的決心，才能將城市污水處理事業發展起來。