我國(guó)城市污水處理現(xiàn)狀及污水處理廠提標(biāo)改造研究

文建華 王莎莎 原建光

（重慶康達(dá)環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，重慶 401121）

1.引言

在早期，我國(guó)污水處理廠主要采用傳統(tǒng)的活性污泥法來處理污水。該污水處理工藝具有成本低、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)城市化率的不斷提高，水污染加重，水污染物的去除更是困難。傳統(tǒng)的活性污泥法已無法達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，需要將去氮除磷的工藝加入進(jìn)去。新建的污水處理廠在建廠之前就要考慮去氮除磷，而之前所建的污水處理廠就要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)、工藝等方面的改造。近年來，我國(guó)湖泊水庫等水體富營(yíng)養(yǎng)化的問題進(jìn)一步加劇。因此，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)解決水污染問題的關(guān)鍵所在。

目前，我國(guó)城市化進(jìn)程的加快及城市水資源的進(jìn)一步緊缺，促使污水處理廠進(jìn)行相應(yīng)的建設(shè)，污水處理能力不斷提高。但目前的污水處理工藝主要是以二級(jí)生物處理為主，該處理工藝能夠很好地去除水中的有機(jī)物，對(duì)水中的氮磷等元素也有一定的去除效果，但同時(shí)也存在著整體去除率不高、氮磷去除率低、再生水回用率低、污泥處置效果差等問題。

城市污水主要是我們的生活用水，有機(jī)物是其主要污染物。該污水中含有較高的氮磷。對(duì)于城市污水主要進(jìn)行分級(jí)處理和集中處理兩種方法。在分級(jí)處理中，將等級(jí)分成二級(jí)，一級(jí)通常是對(duì)污水進(jìn)行初步的過濾、沉淀和曝氣等處理后去掉污水中的懸浮物。二級(jí)處理分為二級(jí)生物處理和二級(jí)化學(xué)處理。由于二級(jí)化學(xué)處理相對(duì)于二級(jí)生物處理具有成本高、處理效果不穩(wěn)定等問題，我國(guó)主要采用二級(jí)生物處理法。相應(yīng)的二級(jí)處理工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥法和由它改進(jìn)的A/O和A2／O工藝、氧化溝以及SBR工藝等。

2.我國(guó)城市污水處理工藝現(xiàn)狀和存在的問題

2.1 我國(guó)城市污水處理廠的現(xiàn)狀

近幾年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平大幅度提高，由此產(chǎn)生的城市污水量也大幅度增加。這勢(shì)必給城市的水環(huán)境帶來威脅和沉重的負(fù)擔(dān)，而承擔(dān)污水處理的城市污水處理廠則任務(wù)更為艱巨。保證出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，找到適合自身發(fā)展的模式，是我國(guó)城市污水處理廠得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

首先，從我國(guó)城市污水處理廠的情況來看，在建設(shè)規(guī)模上，據(jù)《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，我國(guó)城市污水處理廠的建設(shè)數(shù)量在不斷增加，污水處理總量在不斷增強(qiáng)，處理能力和效率也在不斷提升。2003年全國(guó)城市污水處理廠共計(jì)612座，總設(shè)計(jì)處理能力為 4254m3／d，年污水處理總量為148億立方米，污水處理率為42.39%。到2006年新增940座污水處理廠，年污水處理能力達(dá)到195億立方米。到2012年就已經(jīng)增加到1670座城市污水處理廠，日污水處理能力達(dá)到1.17億立方米，年污水處理能力達(dá)到344億立方米，污水處理率為87.30%。城市污水處理廠的建設(shè)提高了處理污水的能力，從一定程度上減輕了我國(guó)水污染的狀況。

其次，從我國(guó)不同規(guī)模城市污水處理廠工藝狀況來看，所采用的主要處理工藝主要包含了：活性污泥法工藝、An/O及其改良工藝、氧化溝工藝、SBR工藝、百樂克類工藝、人工濕地類工藝、生物膜類工藝和其他類處理工藝等八類。在這八類處理工藝中，An/O類工藝常用于較大型的污水處理廠，氧化溝、SBR工藝較多地用于小型污水處理廠。An/O及其改良工藝、氧化溝工藝、SBR工藝這三類污水處理工藝是我國(guó)污水處理廠主要采用的工藝。

2.2 我國(guó)城市污水處理廠存在的問題

基于我國(guó)城市污水廠的現(xiàn)狀和使用的處理工藝，目前城市污水廠大致存在著四方面的問題：一是總體污水處理能力偏低，污水處理設(shè)施地區(qū)分布不平衡；二是污水處理廠符合率不高；三是污水再生利用率和污泥的再生率低；四是污水處理設(shè)施脫氮除磷能力低。

（1）總體污水處理能力低，污水處理設(shè)施地區(qū)分布不平衡。盡管近年來我國(guó)不斷加大對(duì)城市污水處理廠的建設(shè)和升級(jí)改造，污水處理總量不斷增加，但仍有不少城市沒有污水處理設(shè)施。污水處理率雖有不小的提高，達(dá)到了85%，但相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家的95%仍有不小的差距。同時(shí)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡性，造成我國(guó)污水處理廠的建設(shè)具有很強(qiáng)的區(qū)域性，發(fā)展不協(xié)調(diào)，各省份之間具有很大差異。經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的東部地區(qū)匯聚了我國(guó)近70%以上的污水處理廠和污水處理設(shè)施，中、西部地區(qū)僅有30%的污水處理廠和污水處理設(shè)施，尤其是西部地區(qū)，使原本生態(tài)脆弱和水容量小的水環(huán)境問題更加突顯。

（2）污水處理廠符合率較低。目前，我國(guó)所投運(yùn)的污水處理廠的平均負(fù)載符合率普遍較低，遠(yuǎn)沒有達(dá)到國(guó)家要求的負(fù)荷高于60%的要求。另外，我國(guó)城市廢水管網(wǎng)覆蓋率低，污水處理設(shè)施落后，且大多數(shù)城市污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模遠(yuǎn)超實(shí)際需求，造成運(yùn)行管理成本高等，導(dǎo)致城市污水處理設(shè)施低負(fù)荷運(yùn)行。

（3）污水再生利用和污泥的再生率低。據(jù)《城鎮(zhèn)排水統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，我國(guó)再生水利用率僅為6.2%，與我國(guó)水資源貧瘠的現(xiàn)狀嚴(yán)重相悖，再生水利用率僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的十分之一。造成我國(guó)再生水利用率低下的主要原因在于再生水配送管網(wǎng)的建設(shè)難度大，鋪設(shè)不到位，再生水定價(jià)低、成本高。雖然污水經(jīng)過處理后達(dá)到了回用標(biāo)準(zhǔn)，卻沒有被利用起來，造成了很大的水資源浪費(fèi)。

在我國(guó)，有近一半的污泥采用填埋的方式進(jìn)行處理，污泥的利用率僅為11%。污泥處理中存在的主要問題有負(fù)責(zé)單位不明確、監(jiān)管不到位，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏等。

（4）污水處理設(shè)施脫氮除磷能力低。據(jù)資料顯示，在我國(guó)已建成的污水處理廠中，僅有2043座污水處理廠具有脫氮除磷功能，這些污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)A和一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，日總處理能力達(dá)到了7200萬噸，占全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理能力的56%。而剩余46%的污水處理廠的污水處理設(shè)施不具備脫氮除磷能力。近年來，隨著我國(guó)對(duì)水環(huán)境問題的日益重視，環(huán)保力度進(jìn)一步加強(qiáng)，需要對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，尤其是早期建設(shè)的污水處理廠，水質(zhì)已不能滿足國(guó)家新頒布的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

3.我國(guó)城市污水處理發(fā)展對(duì)策和措施

針對(duì)我國(guó)城市污水處理廠存在的問題，制定出我國(guó)城市污水處理發(fā)展的對(duì)策和措施，具體內(nèi)容如下。

3.1 加大污水處理設(shè)施的投入

污水處理廠是城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，制約著城市的發(fā)展規(guī)模。隨著我國(guó)城市建設(shè)步伐的加快，城市廢水的總量越來越大，對(duì)污水處理設(shè)施的要求也越來越高，因此加強(qiáng)污水處理方面的設(shè)施建設(shè)勢(shì)在必行。污水處理設(shè)施的建設(shè)所需資金巨大，在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的東部地區(qū)，政府在資金上應(yīng)給予扶持。而在中、西部地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，政府除了在資金上給予必要的扶持外，還應(yīng)在政策上給予支持。

3.2 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改變管理模式

由我國(guó)污水處理系統(tǒng)的體制所致，目前我國(guó)大部分污水處理廠全部是由政府負(fù)責(zé)，這種體制無法體現(xiàn)出市場(chǎng)機(jī)制，造成我國(guó)城市污水處理事業(yè)發(fā)展效率低下。因此，要改變這種政府全權(quán)負(fù)責(zé)制，拓展融資渠道，充分利用市場(chǎng)機(jī)制，提高資金利用率，實(shí)現(xiàn)多維度的管運(yùn)模式。國(guó)際上較為先進(jìn)的模式主要有TOT、BOT、供排水一體化、托管運(yùn)營(yíng)等模式，可以借鑒這些模式，對(duì)我國(guó)的管理模式進(jìn)行改革，從而完善我國(guó)污水處理廠的管理模式。

3.3 提高污水和污泥的資源化程度

城市污水的回收再利用是降低水污染，消除水資源供需矛盾，改善城市生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措。將污水進(jìn)行系統(tǒng)處理后達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)形成中水，形成的中水可用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉或景觀用水等方面。在促進(jìn)再生水的利用方面，政府可做必要的投入后，擴(kuò)寬融資渠道，引入社會(huì)資金，建設(shè)更為完善的中水回用管網(wǎng)。同時(shí)，可出臺(tái)相關(guān)政策，鼓勵(lì)再生水的回用。同樣，對(duì)于污泥也要最大限度地實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，防止出現(xiàn)污泥的二次污染。實(shí)行污泥處理問責(zé)制，完善污泥處置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，積極引進(jìn)污泥處置新技術(shù)。因此，在提高污泥的資源化程度中可建設(shè)污泥脫水濃縮池和污泥脫水機(jī)房?？蛇x擇新型的污泥壓濾機(jī)并改用三氯化鐵和石灰代替PAM作為絮凝劑。經(jīng)過改造后污泥產(chǎn)量大幅度下降，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.4 提高污水處理設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷

由于我國(guó)大多數(shù)污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模遠(yuǎn)超過實(shí)際需求，造成了污水處理設(shè)施低負(fù)荷運(yùn)行的狀況。另一個(gè)原因是管網(wǎng)的建設(shè)滯后，使得污水不能完全進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理。因此，在建設(shè)城市污水處理廠時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況，分析現(xiàn)實(shí)條件，規(guī)模適度，健全完善污水管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)污水的全區(qū)域收集，從而全面提升污水的運(yùn)行負(fù)荷。

4.我國(guó)城市污水處理廠提標(biāo)改造路徑

4.1 我國(guó)城市污水處理廠提標(biāo)改造的必要性

我國(guó)大多數(shù)污水處理廠的建設(shè)時(shí)間較早，許多污水處理設(shè)施陳舊。再加上建廠之初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)跟現(xiàn)在的實(shí)際污水處理需要嚴(yán)重脫節(jié)，對(duì)污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造就顯得迫在眉睫。

首先，對(duì)城市污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造也是污水處理廠可持續(xù)發(fā)展的需要。針對(duì)目前我國(guó)污水處理廠存在的問題，對(duì)城市污水處理廠進(jìn)行全面了解，確定能耗高、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題的癥結(jié)所在，制定相應(yīng)的解決方案。針對(duì)設(shè)施老化缺乏維修等問題，可通過更換設(shè)施進(jìn)行解決。對(duì)于處理工藝落后而導(dǎo)致的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題，則通過升級(jí)改造處理工藝解決。其次，對(duì)城市污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，為再生水的回用創(chuàng)造了前提條件。水污染嚴(yán)重和水資源短缺以及污水處理能力跟不上需求是進(jìn)行提標(biāo)改造的主要原因。污水通過系統(tǒng)處理是一種可再用水資源，處理后的污水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)B甚至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)時(shí)能夠完全滿足再生水回用的標(biāo)準(zhǔn)。將污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，為實(shí)現(xiàn)再生水的回用創(chuàng)造了條件，可有效緩解水資源的緊張。

4.2 提標(biāo)改造路徑

對(duì)城市污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造主要包含五個(gè)方面的目標(biāo)：（1）對(duì)主體工藝的改造以提高水廠出水水質(zhì)；（2）附帶工藝改造以適應(yīng)原工藝的改造；（3）污泥工藝改造，變廢為寶實(shí)現(xiàn)污泥資源化，防止污泥的二次污染；（4）脫氮除磷、除臭除味工藝的改造；（5）設(shè)施的維護(hù)更新升級(jí)改造。這五方面的提標(biāo)改造其目的就是要提高出水水質(zhì)，強(qiáng)化工藝的脫氮除磷功能，提高進(jìn)行深度處理的能力。目前，我國(guó)對(duì)主體工藝的改造一般采用四種方式:對(duì)原有的活性污泥工藝進(jìn)行調(diào)整、將活性污泥與現(xiàn)代的生物膜工藝相結(jié)合組成復(fù)合工藝、增加化學(xué)處理過程、增加深度處理。在實(shí)際的升級(jí)改造過程中，可根據(jù)各自污水處理廠的實(shí)際情況選擇合適的路徑和方式進(jìn)行改造。具體措施如下。

（1）調(diào)整活性污泥工藝。我國(guó)污水處理廠使用的多為傳統(tǒng)的活性污泥工藝，傳統(tǒng)的活性污泥工藝對(duì)氮、磷的去除率極低，遠(yuǎn)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)傳統(tǒng)活性污泥工藝的改造主要是增加該工藝的脫氮去磷能力。在對(duì)處理工藝進(jìn)行改造時(shí)，由于An/O工藝、氧化溝及其變形工藝、倒置An/O工藝、SBR及其變形工藝運(yùn)行成本低和處理效果穩(wěn)定，可作為提標(biāo)改造的首選工藝。在脫氮除磷工藝中可采用新的技術(shù)，如反硝化除磷、同時(shí)硝化反硝化、短程硝化反硝化和厭氧氨氧化等。在具體的處理工藝中，An/O處理工藝是在A/O處理工藝中增加厭氧池改造而成，也是我國(guó)采用最為廣泛的脫氮除磷工藝。該工藝具有構(gòu)筑物簡(jiǎn)單、水力停留時(shí)間短、能耗低、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)成熟等優(yōu)點(diǎn)，很好地實(shí)現(xiàn)了厭氧-缺氧-好氧的交替運(yùn)行。故該工藝適用于原采用A/O工藝的污水處理廠的提標(biāo)改造。

在提高除磷的效率中，可采用倒置工藝。該工藝是在A2/0中減輕硝酸鹽對(duì)厭氧池釋磷的抑制改造而成。該工藝在前置的缺氧池中進(jìn)行反硝化，去除硝態(tài)氮，具有微生物吸磷動(dòng)力更強(qiáng)，反硝化優(yōu)先獲得碳源，脫氮能力增強(qiáng)，有機(jī)物去除率高等特點(diǎn)。

（2）活性污泥與生物膜復(fù)合工藝。活性污泥與生物膜復(fù)合工藝是在活性污泥工藝的反應(yīng)區(qū)中投入填料，增加反應(yīng)池中的生物量，從而提高系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷的能力。在城市污水廠提標(biāo)改造中具有很好的適用性。該工藝兼具生物膜和活性污泥的雙重優(yōu)點(diǎn)，比改造之前具有更好的有機(jī)物和氨氮去除效果和更強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷力。在該工藝中氧的利用率更高，污泥產(chǎn)量更少，管理更方便，適合于超負(fù)荷或不具備硝化能力的石化污水處理廠的提標(biāo)改造，同時(shí)也適用于新建污水處理廠。

（3）增加化學(xué)除磷工藝?；瘜W(xué)除磷是通過向污水中添加除磷藥劑，使含磷固體懸浮物與除磷藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，磷酸鹽形成低溶解度磷酸鹽化合物后形成較大的絮凝體，再利用固液分離技術(shù)從污水中去除絮凝體從而達(dá)到除磷目的。根據(jù)添加化學(xué)藥劑位置的不同，將化學(xué)處理工藝分為前置除磷、同步除磷和后置除磷三種類型。由于前置除磷工藝是將化學(xué)物質(zhì)添加到污水處理廠的初沉池或沉砂池的進(jìn)水口，故該工藝適合對(duì)已建好的污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造。也可在曝氣池的進(jìn)、出水口作為鋁鹽、鐵鹽或鈣鹽藥劑的投放入口。再或者建設(shè)附加的水處理構(gòu)筑物，將藥劑投入在二沉池后。

（4）增加深度處理工藝。污水深度處理是使用物理化學(xué)處理法和生物處理法對(duì)二級(jí)處理水進(jìn)一步去除污染物，使水質(zhì)達(dá)到可回用程度。在污水深度處理中常使用的方法有砂濾法、混凝沉淀法、活性炭法、離子交換法等。該工藝處理污水效果顯著，但費(fèi)用開銷較大，需要根據(jù)處理廠的具體情況來選擇是否使用該工藝。目前在大型污水處理廠中常用的深度處理工藝有高效纖維池、連續(xù)流砂濾池和纖維轉(zhuǎn)盤濾池。在這三種深度處理工藝中，高效纖維濾池是一種重力式的濾池代替石英砂濾池，是一種采用新型的纖維束軟填料作為濾元，安裝有專門調(diào)節(jié)纖維密度的設(shè)施，過濾效果很好，在升級(jí)提標(biāo)改造中實(shí)用性很強(qiáng)。而利用逆流原理提出的連續(xù)流砂濾池工藝具有處理效果好、控制簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，改造后出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

5．結(jié)語

近幾年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)城市污水處理面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。早期建設(shè)的污水處理廠和污水處理設(shè)施工藝落后，無法滿足現(xiàn)實(shí)中對(duì)污水的處理需求。為提高出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和改善我國(guó)水資源環(huán)境，需要對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造。本文針對(duì)具體實(shí)際情況提出了提標(biāo)改造的四種路徑，主要包括調(diào)整活性污泥工藝、活性污泥與生物膜復(fù)合工藝、增加化學(xué)除磷工藝和增加深度處理工藝。通過改造原有污水處理設(shè)施增強(qiáng)污水處理廠的脫氮除磷能力，達(dá)到中水再利用的目的。這四種方式在我國(guó)城市污水處理廠的提標(biāo)改造過程中無論是單獨(dú)使用，還是混合使用，實(shí)踐證明都是可行的。

[1]王洪臣.城鎮(zhèn)污水處理的發(fā)展方向與技術(shù)需求[J]．給水排水,2013,39(5):1-3.

[2]付立凱．國(guó)內(nèi)外城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．石油石化節(jié)能減排，2012,2(1):34-38.

[3]賈敏.我國(guó)城市污水處理[J]．北方環(huán)境，2011,23(5):99-100.

[4]吳海寧．城市污水處理廠提標(biāo)改造工藝[J].低碳世界,2014（6）:1-3.

[5]許嘉寧，陳燕．我國(guó)水污染現(xiàn)狀[J].廣東化工，2014,41(3):143-144.

[6]張尉萍，陳建中.低碳高濃度含氮廢水的生物脫氮技術(shù)機(jī)[J].環(huán)境保護(hù)，2003(6):20-21.

[7]劉大中，典型城市污水處理廠提標(biāo)改造分析[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2013.

[8]項(xiàng)英輝，宋文竹，張婷婷．我國(guó)城市污水處理設(shè)施建設(shè)的現(xiàn)狀與地區(qū)間比較[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,16(4):369-374.

[9]張海林．城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．河南科技，2012(4):53.

[10]李燕群，何通國(guó)，劉剛，等．城市再生水回用現(xiàn)狀及利用前景[J].資源與環(huán)境，2011,27(12):1096-1100.

[11]馬立志.基于改良型A2/O工藝城市污水處理控制系統(tǒng)的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

[12]黃炳坤．淺談城鎮(zhèn)污水處理中存在的問題及解決對(duì)策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(24):133.