水處理技術研究進展

井敏莉，井敏娜

（1.西安市政設計研究院有限公司，西安 710068；2.西安市環(huán)境保護科學研究院，西安 710061）

我國目前所采用的以氧化溝技術和SBR反應器為主體的城市污水處理技術是西方發(fā)達國家在一定歷史時期和技術發(fā)展水平下的產物。其與西方國家的自然條件和經濟發(fā)展水平相適應。從可持續(xù)發(fā)展性方面進行考察認為，這些技術（特別是延時曝氣）是不適合我國國情的高物質消耗和高能耗的污水處理技術。

因此，新型水處理技術主要考慮3個方面的因素：①可持續(xù)發(fā)展的污水處理工藝；②處理工藝能耗分析和節(jié)能降耗途徑；③污水處理節(jié)能降耗技術的分析。

1 研究基礎

錢易院士較早提出了清潔生產、循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展的問題，其中在不同場合提到了國外的可持續(xù)發(fā)展的污水處理模式，論述了可持續(xù)生物除磷脫氮工藝。

聶梅生教授在《對水處理技術發(fā)展的重新認識》中提出，對傳統(tǒng)觀念重新審視，生物處理本質上是高能耗工藝，發(fā)展綠色水處理技術是一個趨勢。并且，節(jié)能降耗的水處理是一個長期的任務。

2 可持續(xù)發(fā)展的污水處理技術內容

可持續(xù)發(fā)展的污水處理技術中脫氮除磷工藝包含：①持續(xù)除氮工藝;②作為磷回收的工藝;③作為工業(yè)磷回收的工藝。

傳統(tǒng)污水處理工藝和可持續(xù)發(fā)展的污水處理工藝有以下不同：①厭氧處理，盡可能低的能源消耗、產生能源；②反硝化脫氮和除磷，要求減少污泥的產生［1］；③結合化學除磷，而不是簡單地去除；④減少二氧化碳的排放及水資源回收利用；⑤要減少污泥的產生。

3 新技術研究發(fā)展

國外對水處理可持續(xù)發(fā)展的新技術研究主要有：①集中與分散的問題。聶梅生教授認為應用新技術絕對是要分散的，集中與分散相組合是科學的趨勢。國外提出了一些分散處理包括可持續(xù)發(fā)展的具體模式：如固化和厭氧處理相結合，結合氧化工藝，最后在小范圍里處理的工藝。②源頭控制。通過下水管輸送污染物是一個歷史錯誤，現(xiàn)代城市污水處理系統(tǒng)嚴重缺乏可持續(xù)性和抗干擾能力，是一個脆弱的系統(tǒng)。往往對水資源是破壞，而不是回收利用。③厭氧處理。美國的一位專家認為厭氧技術是可持續(xù)發(fā)展的核心技術，開發(fā)厭氧城市污水處理是廢水處理歷史上最偉大的進步，所以提到的高度也是非常高［2］。

3.1 源頭控制

源分離模式有3種典型模式：①芬蘭和瑞典模式，即生態(tài)廁所。中國鄂爾多斯建有小區(qū)樓房，即按照生態(tài)廁所設計，概念簡單易懂，糞便分離以后，灰水里面BOD和COD產量都非常低。北京市昌平區(qū)的一個村莊是與瑞典合作建設的，也是采用生態(tài)廁所的概念設計。從細節(jié)上看，廁所需全部改造，分離系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)要改變，因此，現(xiàn)有城市不容易建設。②荷蘭模式。荷蘭提出了荷蘭模式，重點在尿液處理，把氮去除50%，即尿液分離，在便器上進行，將尿液收集到地下室，然后通過管道抽走。③日本模式。日本推行了第3種模式，把糞便單獨處理，即黑水單獨處理收集，收集以后，糞尿運輸?shù)郊S尿處理廠，產生能源。在發(fā)展中國家，如印度，還有南美的巴西、哥倫比亞，污水處理廠大規(guī)模采用了厭氧污水處理，發(fā)展得非常迅速。

3.2 處理工藝能耗

污水處理是能源密切型的行業(yè)，僅僅側重于處理能耗，如果從周期上看，從污水處理的下水道的傳輸、污水處理廠的建設、運行、拆除，如果全過程考慮污水處理的設計、工藝開發(fā)模式，則是對傳統(tǒng)思維和工藝的巨大挑戰(zhàn)。而國外公司，一般要求一個設計部門搞設計，必須進行全過程的生命周期的分析［3］。

不考慮管道，只是考慮建設、運行、拆除這幾部分，包括運輸、鋼材、水泥等折算的方法，建設期間能耗為30%，運行方面能耗為70%，拆除的能耗相對比較低。按國內建設污水處理廠來看，建設部分的能耗可能會達30%～50%。原因：①建設污水處理廠耗氧部分采用延時報棄，時間比較長；②因建設部分污泥沒有加上，如果把污泥加上要大得多，所以能耗比重正常，但是運行的能耗比重要相對減少。

具體分析，曝氣和回流是最主要能耗。另外，污水提升也非常大，這兩塊加起來有80%～90%，而預處理加上運輸相對較少。

另外，從生命周期分析，去除1kg的比能耗是1～1.2kW的電耗，這樣生產電的污染物量非常大，包括大氣污染物的排放為4kg，而固體廢物為0.7kg，水為2.45kg。

從污水處理分析，主要是有機物的去除、氮磷的去除。從污泥的本質分析，有機物的去除為100%，氮磷的去除為60%，氨氮的去除為60%。

3.3 技術分析

從工藝和設計、運行和管理、設備和器材3個方面對污水處理節(jié)能降耗進行技術分析。這3個問題涉及工藝的選擇，源頭的控制及運行管理，主要是水量、水質和運行方面的考慮。另外，還要考慮節(jié)能、高效設備的選用。

從工藝控制分析，要強化預處理降低除氮功能的能耗，同樣采用氧化溝工藝，能耗的比例不同，厭氧、化學沉淀、水解、AB工藝，或者初沉池，去除能力也不同。

從除氮工藝分析，氮的去除技術進展非常迅速。氨氧化以前需要2個反應器，現(xiàn)在只用1個反應器就可以完成。

在工藝方面，改變污水處理的政策，強化污泥處理。對污泥的處理，要求10萬t以上采用厭氧硝化，導致了現(xiàn)在90%以上甚至100%的污泥處理不采用厭氧硝化。2008年以后，可能會有一、兩個城市興建了厭氧硝化，在國內外的技術非常成熟?？梢詿犭娐?lián)產，在國外可以減少50%能耗，在國內達到30%是完全可能的。

瑞典、日本已開始研究用污泥產生的沼氣作為清潔燃料。瑞典提出2020年他們國家的所有公交車全部采用沼氣燃料，而且現(xiàn)在有7個城市的公交車采用沼氣燃料。2個城市間的火車采用了沼氣凈化以后的燃料。這些都是可持續(xù)發(fā)展概念的應用。

4 水處理技術工藝

鼓風機的風量調節(jié)技術，實質是根據(jù)流量、濃度和反應程度來控制流量。但是現(xiàn)階段，我國僅僅停留在根據(jù)濃度來進行風量調節(jié)。而根據(jù)濃度調節(jié)，存在一定困難，通過試驗分析，可以看到溶解氧的變化波動性非常大。如果曝氣，氣泡到溶解氧探頭，在這里氣化非常難。通過呼吸速率儀，測溶解氧的平穩(wěn)氣化，通過反應程度進行控制，可以達到節(jié)能效果。

全過程控制。Biolack技術，國外采用的曝氣池反應器，還有用鋼結構來做反應器。這都是建設階段節(jié)能降耗的途徑。而且從國外來講，鋼結構的建設和鋼結構的材料，在相關行業(yè)鋼鐵是環(huán)境友好的材料，因為它是可以再生利用的，節(jié)省了這些組件的用料，等于節(jié)省了相關技術。

傳統(tǒng)設備材料上仍然有很大的節(jié)能降耗潛力。以脫水機為例，現(xiàn)在一般采用帶式脫水機。德國采用的是螺旋壓榨脫水機，帶式脫水機占300%的能耗，但是它比螺旋壓榨脫水機高100%。同時，在脫水環(huán)節(jié)考慮合理選擇混凝劑、控制投加量還有污泥量、含水率和藥劑投加量的技術匹配，這也具有節(jié)能降耗的潛力。

5 結語

我國目前所采用的水處理技術是西方發(fā)達國家在一定歷史時期和技術發(fā)展水平下的產物。城市污水發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的處理技術的關鍵是新工藝進行不斷探索和同時解決污泥處理技術方面的問題。能夠將污水處理、城市規(guī)劃、環(huán)境保護真正提上日程，投資進行新技術的研究，為人們的生活帶來更多的綠色和清新。

［1］韋朝海.活性炭催化氧化處理電鍍廠含氰廢水［J］.環(huán)境科學與技術，1997（3）：22-24.

［2］許靜,黃肖容,隋賢棟,等.活性炭水處理技術及其再生方法［J］.廣東化工，2005（9）：35-37.

［3］瑪西.污水處理技術分類［J］.內蒙古石油化工，2009（8）:55-56.

［4］劉杰,陳振樓,錢嫦萍,等.長江三角洲的廢（污）水排放及防治對策［J］.中國給水排水，2003（6）:30-33.