关于城市污水处理与再生利用的探讨

2022-03-28邓诗云许载周

建材与装饰 2022年9期

邓诗云，许载周，李强

（中国城市建设研究院有限公司，北京 100120）

0 引言

近年来，我国城市化、工业化进程不断推进，人口数量不断增多，污水排放量不断增加，由此带来的水污染问题也日益严重；水环境质量差、水生态受损重等一系列问题严重制约了我国经济社会的可持续发展。其中由于氮、磷污染物过量排放引起的水体富营养化问题会造成水质恶化、影响水体功能、破坏水环境生态平衡，进而导致水资源短缺，对人类生产生活产生不利影响，也会对人体健康产生极大威胁。因此，开发运行性能稳定，经济节能的污水处理工艺，优化污水处理工艺流程，提高污水再生利用率，对于缓解水体富营养化与水资源短缺问题具有重要意义。

1 城市污水处理的重要性

1.1 推动城市生态文明建设

污水处理与再生利用的重要内容是有效控制污染物的排放并实现水资源的再生利用。工业废水和生活污水等共同组成城市污水，如果未经过处理就排放到自然环境中，则会引起严重的污染问题，生态系统稳定性会遭到破坏。污水处理厂作为城市基础设施建设的重要组成部分，通过对收集的生活污水进行处理，能够有效改善城市内部的生态环境构造，提高水资源利用率，促进城市的发展。因此，污水处理与再生利用工程建设是实现生态文明城市建设的必要措施[1]。

1.2 助力城市实现可持续发展

在城市发展建设中，人们的生产活动与日常生活都需要大量的水资源，同时也会产生大量的污水，若是城市污水处理水质无法达标，不仅会对生态环境带来重大影响，也会降低城市水资源的利用率，阻碍城市的可持续发展。因此，需要对城市污水展开高效节能的处理，实现城市水资源的循环利用，从而促进城市的可持续发展。

1.3 提高水资源利用率

水资源短缺问题是社会发展中面临的主要问题之一。当地经济条件、水资源状况、生产力水平、技术条件等都将直接影响城市污水处理效果和水资源利用率。因此，应通过技术创新实现城市污水的高效处理，以保障良好的出水水质，将污水转化为可利用的水资源，既能够避免对重要水体造成二次污染的问题，又能够产生社会经济效益，提高水资源利用率。

2 城市污水处理技术

2.1 活性污泥处理技术

在污水处理技术中，活性污泥法是应用最为广泛的污水好氧生化处理技术。目前常用的活性污泥工艺包括A2/O工艺、多级A/O工艺、Bardenpho工艺、UCT工艺、氧化沟工艺等，典型A2/O工艺流程如图1所示。

图1 典型A2/O工艺流程

典型的活性污泥法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。污水和回流的活性污泥一同进入曝气池，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置进行曝气处理，使活性污泥混合液呈悬浮态，溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。污水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而污水中的可溶性有机物作为营养物质被活性污泥微生物用于自身繁殖，并代谢转化为生物细胞，氧化成为最终产物；非溶解性有机物需要先转化为溶解性有机物后，才能被微生物代谢和利用，污水由此得到净化。

传统的活性污泥技术虽然能够有效应用于生活污水和有机工业废水的处理，但仍存在曝气池体积较大、占地面积大、能耗高、管理较复杂等问题。因此，需要研发新的污水生物处理技术。

2.2 生物膜处理技术

生物膜处理技术的基本原理是通过污水与生物膜的相对运动，使污水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化，使污水得到净化。与微生物悬浮生长的活性污泥法相比，生物膜处理技术具有以下5个优点：①生物种类多样，包括好氧菌、厌氧菌、真菌和藻类等，能够去除多种污染物；②污泥浓度高，单位体积的生物量远比活性污泥法高，脱氮效率高，处理能力大；③污泥龄较长，剩余污泥少；④系统维护方便，能耗低，无须污泥回流；⑤微生物群落结构复杂，耐冲击负荷性强，运行稳定性好。

2.3 生物接触氧化技术

生物接触氧化技术是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的污水生化处理技术。该技术的主要设备是生物接触氧化滤池。在滤池中装有焦炭、砾石、塑料蜂窝等填料，填料被水浸没，通过鼓风机在填料底部曝气充氧；空气能自下而上穿过滤料，与污水充分接触，活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。

生物接触氧化技术具有处理效率高、占地面积小、净化效果好、出水水质稳定、无须污泥回流，无污泥膨胀风险、能耗低等优点。

2.4 矿物质处理工艺

矿物质处理技术属于物理处理方法，通过物理吸收净化实现污水处理效果。矿物质处理技术将矿物质表面电荷作载体，为实现净化功能，电荷能够有效吸收废水及污水内的毒害杂质。矿物质是现阶段污水处理材料中处理效果较好的原材料，可以有效处理污水中所含金属、微粒、杂质，避免造成二次污染。

2.5 声波处理工艺

声波处理技术是一种先进的污水处理技术，以超声波为先导。该技术释放出大量超声波，将污水净化，对有机污染物进行分解，这种污水处理技术能量较强，可以促进低能级原子向高能态跃迁，实现分离。

中国家用电器研究院副院长葛丰亮出席大会并致辞。他表示，目前，在整个家电行业中，冰箱是产品结构升级做的比较好的行业之一。今年以来，冰箱企业的创新已经聚焦到冰箱本质，全行业刮起一股保鲜技术的浪潮，同时，冰箱企业的智能化研究也在不断深入，以期通过更加便捷、人性化的操作激发消费者的更新换代需求。“总体来看，在2018年，冰箱市场虽然艰难，却依然坚定前行。面向未来，为了满足消费者日益提高的要求，冰箱行业的结构升级也不会停止。”

3 推动城市污水处理与再生利用的原则与重要举措

3.1 城市污水处理与再生利用的基本原则

（1）整体优化原则。污水处理工艺流程较为复杂，在实际应用中需要根据污水水质、水量等因地制宜地进行各项参数的优化和调节。为了实现高效节能的污水处理与再生利用，需要在设计过程中坚持整体优化的原则，从各方面对污水处理技术进行改进和创新。首先，要对水质进行全面的监测分析，了解污水中各污染物的浓度，在此基础上制定切实可行的污水处理方案。在进行污水处理工艺选择时还要保证生态环境的可持续发展，对污水收集方式，污水回收利用等因素进行综合、全面的分析，做好每一个细节的处理，确保污水处理高效节能，降低污水处理成本，推动污水资源化再生利用。

（2）高效利用原则。在污水处理工程中需坚持高效利用的原则，保证水资源的高效循环利用。在污水处理工程的设计过程中，设计人员需要掌握专业的基础知识，并将理论知识应用到实践工作中。根据生物学理论以及相关的生物反应原理，通过工艺组合与工艺流程优化，有效降低污水中的污染物浓度。同时，结合新型的污水生物处理技术对原有污水中的污染成分进行转化和分解，不仅能够避免污水给人类和环境带来破坏，同时还可以实现对水资源的高效再生利用。

3.2 推动城市污水处理与再生利用的重要举措

（1）防止二次污染。在污水处理过程中会产生的剩余污泥、臭气、噪声等二次污染，在实际工程设计中应予以针对性控制。针对污水处理中会用到毛发聚集器和格栅等设备，应该对残留的杂物和垃圾进行集中填埋处理；针对污水处理过程中产生的剩余污泥，通过浓缩和脱水处理后对泥饼进行外运处理[2]。此外，应在污水处理厂周围设置绿化隔离防护带，避免噪声和臭气等影响城市居民正常生活。

（2）积极开发和推广先进污水处理技术。在实践中，要积极开发和推广先进的污水处理技术及工艺，不断优化污水处理工艺流程，适应新时代城市污水处理要求。

目前，改良型序批反应器（MSBR）工艺在污水处理中的应用效果较好，与传统的序批式活性污泥法（SBR）相比，性能得到全面改善。该工艺通过将聚磷菌、硝化菌与反硝化菌有机结合，能够实现高效的污水生物脱氮除磷，不仅提高了污染物的去除率，也降低了运行成本。新兴的厌氧氨氧化技术是目前最为高效节能的污水脱氮技术，其具有不需要外加碳源、降低曝气能耗、污泥产量低和脱氮负荷高等诸多优点，目前该技术已成功应用于高氨氮废水的处理，如污泥消化液和垃圾渗滤液等。BIOSTYR工艺是一种新型处理工艺，结合生化反应器和滤池的优势，无须设置反冲洗泵和二沉池，使得该工艺具有操作的灵活性和便捷性。BIOFOR工艺融合了生化法和物化法的技术特点，可以对悬浮固体进行截留，有机物降解效果较好，能够满足较高的排放标准要求。

（3）定期更换和升级污水处理设备。污水处理设备是污水处理厂高效稳定运行的重要保障，在污水处理厂运行中应对老旧设备进行及时更换与升级，保证良好的处理效果，实现出水的达标排放与循环利用。同时，随着城市污水处理自动化程度的提高，污水处理厂应配备先进的自控设备及智慧水务系统，积极引入国内外智能化的污水处理设备，不但能够有效节约人力资源与物力资源，还可以显著提升污水的处理效率，助力城市污水处理向自动化、智慧化发展。

此外，设备的维护与保养工作保证污水处理厂稳定运行的关键，如果污水处理设备长期得不到有效保养与维护，就会出现各种技术故障问题，而潜在故障也会对污水处理的效率效果带来影响。通过对污水处理设备进行定期保养、定期维护，可延长设备使用寿命，提高污水处理效率，节约污水处理成本。

（4）加强污水处理与再生利用管理。为了实现污水达标排放与再生水高效利用，就需要对污水处理与再生利用工程实行全过程管理，对水质、水量进行实时监测，保证污水处理效果以及再生水利用效率。同时，相关政府部门还行需要加强污水处理和排放的相关管理，明确各个部门的分工和职责，做好相互之间的监督和管理，根据实际的情况制定不同的管理制度，保证城市污水处理与再生水利用的多元化发展。此外，还应积极引进先进的管理模式，并建立对应的监管制度，结合城市地区的实际情况，积极推广先进技术，搭建智慧水务平台，促进污水的高效处理与水资源的合理调配，实现低耗高效的城市污水处理与再生利用。

（5）构建完善的再生水循环利用体系。污水再生利用的总体目标是充分利用城市污水资源、削减水污染负荷、促进水的循环利用、缓解区域水资源短缺，推动城镇节水减排，提升我国城镇水资源综合利用效率和水平，推动资源节约型和环境友好型社会的建设。通过构建再生水循环利用体系，可以有效缓解水资源紧缺问题，创造巨大的生态环境和社会经济效益。因此，地方政府部门要结合当地的水资源特征，出台相应污水处理与再生利用政策，确保污水处理与再生利用工程得到有效落实，避免水资源的浪费、流失。同时，应积极推广污水深度处理技术，运用先进的技术对城市污水进行深度处理以满足再生水回用标准；此外，还应遵循分质用水的原则，推行“优质水优用，低质水低用”原则，并加大再生水相关知识的宣传力度，调动公众参与使用的积极性，让更多人了解再生水在水资源整体开发利用中的重要地位，促进再生水利用，推动城市可持续发展。

（6）完善污水处理与再生利用投融资体系。城市污水处理与再生利用在开展技术优化、设备优化以及政策优化的基础上，更应提升对资本的重视程度，确保污水处理与再生利用工程建设可以得到充足的资金支持，确保各项污水处理与再生利用工程能够有效落实。

随着科学发展观的提出以及可持续发展战略的提出，各大城市都积极开展了环境工程建设，而污水处理作为城市环境工程的核心内容，更受到了地方政府的高度重视。为此，地方政府部门不仅要在政策上提供扶持，同时也应给予一定的资金帮扶，最大限度地发挥政府部门的职能优势，除此之外，相关部门应积极推行拓展单位、集体、个人等不同形式的市场化投融资运作模式，吸纳社会资金共创双赢，研究制定政府补贴政策等，加强污水处理及再生水工程建设投资保障措施。