污水處理廠及污水管網(wǎng)施工及管理

曹 杰

（中鐵二十三局集團第四工程有限公司，山東 青島 266000）

當前經(jīng)濟建設(shè)的不斷推進和社會整體環(huán)境保護意識的增強，使作為保護水資源和控制水污染的重要措施的城市污水處理越來越受到重視。許多研究已經(jīng)表明，市政污水中含有大量的污染物，諸如氮和磷、抗性基因激素和痕量污染物[1]。歐美多個國家建設(shè)了多座城市污水處理廠，有效控制了環(huán)境水污染。但是，一些污水處理廠，特別是縣級污水處理廠，運行資金不足。此外，隨著城市污水處理能力的逐年增加，城市污水污泥產(chǎn)量急劇增加，伴隨著污泥處置不當和有機污染物滯留的擔(dān)憂；如果污泥進入環(huán)境而沒有采取適當?shù)奶幹么胧?，將對水體和大氣產(chǎn)生二次污染[2]。因此，我們應(yīng)從綜合的角度考慮污泥。我國人均水資源稀缺，特別是在人口稠密的城市，水污染更為嚴重。遺憾的是，城市污水處理也存在運行成本高、去除效率低等落后問題。為了適應(yīng)社會的可持續(xù)發(fā)展，本文認為有必要對污水處理的技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、管理等綜合因素進行分析，提出建設(shè)污水處理廠的科學(xué)建議。

1 污水處理廠及污水管網(wǎng)所面臨的問題

處理技術(shù)是影響污水處理的最重要因素，主流的污水處理工藝由于技術(shù)和成本效益而依賴于生物處理方法，主要包括活性污泥法和生物膜法[3]。此外，活性污泥法因其對污水的去除能力而應(yīng)用更為廣泛，包括間歇循環(huán)延長曝氣系統(tǒng)（ICEAS）工藝、厭氧缺氧好氧（AAO）法、氧化溝等。不同的科學(xué)家分析了吸附劑在污水處理中的應(yīng)用，聲稱使用缺氧氨氧化細菌可以促進有效去除氨和亞硝酸鹽。此外，也有科學(xué)家認為納濾和低壓反滲透可用于處理污水中的農(nóng)藥。

除處理工藝外，影響污水處理廠建設(shè)方案設(shè)計的因素還有很多，如污水處理廠的建設(shè)規(guī)模、選址，建設(shè)成本等。在建立污水處理廠時還應(yīng)從成本效益分析，充分考慮環(huán)境和經(jīng)濟效益對污水處理廠設(shè)計的影響。此外，還需考慮污染物去除率和設(shè)備年齡的影響。另外，也有研究從生命周期評價（LCA）的角度分析了污水處理廠的建設(shè)?？偠灾?，影響城市污水處理設(shè)計的因素很多，如處理工藝、選址、環(huán)境保護、投資成本和運營效率等。本文討論污水處理廠及污水管網(wǎng)施工及管理所面臨的問題和改進措施，以期為水污染防治提供新的見解。

城市污水處理已成為保護水資源和控制水污染的重要措施之一。盡管如此，目前市政污水處理廠的運營前景并不樂觀。由于運營成本高、技術(shù)力量薄弱、人員能力不足等原因，大量污水處理廠全年不開工。一些工廠無法滿負荷運轉(zhuǎn)；此外，我國的城市污水處理設(shè)施嚴重滯后，導(dǎo)致這部分廠投資回報不佳。需要從系統(tǒng)工程的角度對影響市政污水處理廠的因素進行綜合分析，以提供更能滿足利益相關(guān)者觀點的解決方案。據(jù)有關(guān)部門反映，造成這些現(xiàn)象的原因是多方面的，如運營成本不明確、技術(shù)實力薄弱、人員培訓(xùn)不足、運營管理不善和設(shè)計問題等。

1.1 污水處理廠選址及污水處理技術(shù)

選址對污水處理廠有一定的影響。污水處理廠的最佳選址至關(guān)重要，因為經(jīng)過優(yōu)化建立的污水處理廠可以有效保護環(huán)境并實現(xiàn)經(jīng)濟和城市發(fā)展的可持續(xù)性。此外，污染物排放控制目標、城市地理地質(zhì)環(huán)境、受納水體功能和流量、土地類型和質(zhì)量等都是需要考慮的因素。

污水處理技術(shù)是影響污水處理效果的最重要因素。合適的處理技術(shù)很重要，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐膶嶋H用水要求進行選擇。鑒于城市污水和生活污水的質(zhì)量不同，需要不同的處理技術(shù)。我國城市污水處理的主要技術(shù)是序批式反應(yīng)器（SBR）工藝、氧化溝工藝和傳統(tǒng)的活性污泥工藝。每種污水處理技術(shù)都有其優(yōu)點、特點、適用條件和不足。因此，污水處理廠應(yīng)該根據(jù)所在地的實際情況進行選址，并針對污水情況選出適合自己的處理技術(shù)。

1.2 環(huán)境影響和經(jīng)濟效益

環(huán)境影響和經(jīng)濟效益同等重要。從環(huán)境保護的角度來看，污水處理廠的建設(shè)一般不應(yīng)對周圍環(huán)境造成不可挽回的破壞。不合適的位置包括城市上風(fēng)、城市水源上游或靠近住宅區(qū)。污水處理廠投產(chǎn)后，應(yīng)盡量減少對環(huán)境敏感區(qū)、下游節(jié)水區(qū)，特別是城鎮(zhèn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響。此外，影響不應(yīng)超過當?shù)氐沫h(huán)境容量。

從經(jīng)濟效益的角度來看，廢水回用正成為解決水資源短缺問題的重要途徑。處理后的污水達到規(guī)定標準后，可作為灌溉用水、工業(yè)用水、生活用水，用于沖廁、澆園、道路清潔等。在優(yōu)化施工方案時可以考慮回水利用的效益。

1.3 污泥產(chǎn)出較多，污染較大

污泥是廢水處理過程的副產(chǎn)品。在我國，隨著經(jīng)濟的發(fā)展工業(yè)化和城市化，產(chǎn)生了大量的污水。此外，廢水處理率也較高，我國已經(jīng)生產(chǎn)了大量的污泥。污泥含有許多有毒物質(zhì)，如病原體、重金屬和一些有機污染物，可能會造成嚴重的環(huán)境污染。如今，污泥在我國一直是一個巨大的挑戰(zhàn)，因此管理、處理污泥至關(guān)重要。

1.4 其他不確定性因素

不確定性廣泛存在于各種社會現(xiàn)象、自然現(xiàn)象和工程實踐中。市政污水處理系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，包括人、物質(zhì)和環(huán)境三種要素，并具有輸入、內(nèi)部系統(tǒng)和輸出三個關(guān)鍵過程，因此包含各種不確定性。

首先，自然界固有的不確定性包括水文、地理、溫度、降水和太陽輻射量，環(huán)境參數(shù)會隨著天氣和其他條件的變化而不斷變化。在污水處理系統(tǒng)中，由于溫度、濕度、輻射暴露等參數(shù)的變化，原始污水輸入狀況、處理效果和處理后污水輸出對環(huán)境的影響存在不確定性。例如，輸入量與溫度和降雨量高度相關(guān)；治療效果與溫度、光線和濕度有關(guān)。其次，污水處理系統(tǒng)中人類活動造成的不確定性主要體現(xiàn)在輸入和處理過程中。例如，節(jié)水政策的出臺可以減少原有的污水量；非工作日生活污水較多，工作日工業(yè)污水較多。同時，管道泄漏等突發(fā)事件可能會增加污水中的污染物水平。此外，污水處理廠員工認真的工作態(tài)度對污水處理的效果有積極的影響。最后，工程系統(tǒng)帶來的不確定性可以體現(xiàn)在輸入和處理過程中。在輸入過程中，原污水的污染物水平可能隨著工廠采用的技術(shù)改進而降低。在處理過程中，污水處理的操作失誤或污水檢測的監(jiān)測偏差都會對污水處理產(chǎn)生負面影響。所以，污水濃度是最重要的因素，關(guān)系到每個工藝步驟的決定和最終目標。污水進水濃度可能會影響處理廠的選址和技術(shù)選擇，并進一步影響經(jīng)濟和生態(tài)目標。進水濃度涉及污染物量和污水量的比率，受各種不確定因素的影響。在不確定性背景下，通過選址、污水處理技術(shù)選擇、環(huán)境影響和經(jīng)濟效益等因素，制定科學(xué)的污水處理廠建設(shè)方案。在不確定因素下如何保證污水處理質(zhì)量及工廠的穩(wěn)定運行且達到處理標準是目前面臨的重要問題。

2 針對上述問題我國政府采取的防治措施

目前，污水、污泥的管理體系數(shù)量眾多，包括行政代理人、法律、法規(guī)。此外，污泥處理通常都是通過包括增稠、調(diào)理、脫水、穩(wěn)定和干燥等各種物理、化學(xué)和生物技術(shù)進行處理。許多污泥處理方法也有應(yīng)用如衛(wèi)生填埋、焚燒、土地應(yīng)用、建筑等材料等。雖然上述大部分的污泥處理和處置方法已在我國應(yīng)用，但是我國對廢水處理的重視度比污泥處理更高。最近，一些有關(guān)污泥污染事件的發(fā)生也常有報道。在北京和南京，一些人污水處理廠在郊區(qū)傾倒污泥，這些事件已經(jīng)引起了公眾的極大不滿。在我國，污泥的生產(chǎn)、管理、處理和處置需要得到更進一步的解決。

2.1 完善污水、污泥處理的法律法規(guī)

目前，我國污泥管理采用了2 項法規(guī)和32 項標準。其中，《中華人民共和國環(huán)境保護法》為污泥污染提供了基礎(chǔ)。此外，《固體環(huán)境污染防治法》的目的是防止廢物尤其是固體廢物（包括污泥）的污染，保護人類健康，保障生態(tài)安全，促進生態(tài)社會可持續(xù)發(fā)展?！蛾P(guān)于廢物進口環(huán)境保護管理暫行規(guī)定的補充規(guī)定》規(guī)定禁止非法轉(zhuǎn)移廢物（包括污泥）到中國。

行政代理人應(yīng)堅持協(xié)調(diào)的合作。為此，還應(yīng)制定合理、全面的污泥處理標準，根據(jù)實際情況進行厭氧消化和土地利用，污泥用地使用風(fēng)險也應(yīng)得到準確和客觀的評估。此外，還應(yīng)采取更多的經(jīng)濟措施來鼓勵、指導(dǎo)并支持各公司進行污泥厭氧消化和土地應(yīng)用方面的工作。應(yīng)提供足夠的資金來支持污水處理廠建造污泥厭氧消化，還應(yīng)該聯(lián)合學(xué)校和研究機構(gòu)來支持污泥厭氧消化和土地的研究。

2.2 采用先進技術(shù)完善污水管網(wǎng)，提高污水、污泥處理率

第一，污泥中的有機物質(zhì)含量較低，由于污水處理系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致污水收集率較低，污水處理廠進水物的COD 含量較低。COD 代表化學(xué)品需氧量，是有機污染物濃度的總體指標。這些污水匯入下水道系統(tǒng)，導(dǎo)致低流入COD。此外，由于污水管網(wǎng)技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致管網(wǎng)中漏水嚴重，從而導(dǎo)致污水與地表水混合進入地下水，進一步降低進水COD。化糞池也會導(dǎo)致進水物的COD 含量較低。此外，廣泛的低效率砂礫去除導(dǎo)致高淤泥污泥。所有這些都導(dǎo)致了我國污泥的VS/TS比值在0.2～0.5 之間，遠低于發(fā)達國家。

第二，初級污泥產(chǎn)量較低。在厭氧處理過程中，原活性污泥和非活性污泥的重量比通常為3：2。然而，這一比例在我國則正好相反，甚至更低。我國的許多污水處理廠幾乎沒有關(guān)注這一問題，甚至取消了初選沉淀池，這是由于在化糞池中去除有機物，但是氮和磷不是，這導(dǎo)致進水的碳噪比較低。為了確保有足夠的碳源進行脫硝和營養(yǎng)物質(zhì)去除，初級沉淀作用被簡化了。

第三，污泥厭氧時的沼氣產(chǎn)量和甲烷濃度消化率很低，這是由于污泥中有機含量較低。此外，硫在廢水處理過程中去除效率較低，然后就進入了泥漿。H2S是在污泥厭氧消化過程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，并會導(dǎo)致異味，H2S 也會侵蝕設(shè)備。

第四，經(jīng)過污泥厭氧消化后，沼氣的利用效率低下，這是因為沼氣的厭氧消化在中國市場普遍使用率較低。大量的沼氣可以簡單地作為火炬燃燒，不僅會造成能源浪費，而且還會造成消防安全問題。

第五，污泥處理和處置資金嚴重不足。2011 年至2015 年在中國市場的污泥處理、污水處理的投資率僅為8%，遠低于發(fā)達國家。由于資金短缺，許多污水處理廠都為了節(jié)約成本進行不合理建造和操作污泥厭氧消化。此外，市場污泥厭氧消化和土地利用不足就無法擴大基金，最后導(dǎo)致污泥處理惡性循環(huán)。我國污泥中大多數(shù)重金屬的濃度限值較大，低于發(fā)達國家。污泥厭氧處理后的大部分殘留物消化不能滿足污泥用地使用的標準，從而降低了污泥厭氧消化的間接驅(qū)動力。應(yīng)加大政府投入，提高科技水平，不斷完善污水處理管網(wǎng)，減少污水滲漏等問題，從而提高污泥的處理效率。

2.3 完善工業(yè)排放標準，減少污水排放

到2002 年，中國只有17 項工業(yè)標準，而許多污染物的工業(yè)標準的控制水平仍然很低。例如，NH4+——氮排放主要集中在化工、石油、紡織等幾個行業(yè)，占工業(yè)廢水排放總量的85.9%。然而，對NH4+的限制這些行業(yè)的氮排放過去是松散的，舊的標準允許NH 的排放濃度高達100mg/l。相比之下，更嚴格的排放限制為40mg/l NH4+，根據(jù)修訂后的《氨工業(yè)水污染物排放標準》，確定了大型工廠、中型工廠為70mg/l。有更嚴格的排放標準25mg/NH4+正在被考慮排放限制。此外，雖然污染總量得到一定的控制，但是實踐多年來，一些行業(yè)仍沒有建立自己的行業(yè)專用排放標準。硝酸工業(yè)就是一個典型的例子，現(xiàn)遵循《污水綜合排放標準》，既不限制單位產(chǎn)品的排放量，也不限制TN。在即將出臺的《硝酸工業(yè)水污染物排放標準》中，兩個指標都應(yīng)嚴格限制。

3 結(jié)語

我國在加強污水處理方面做出巨大努力，取得了顯著進展，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)，與發(fā)達國家相比，當前我國的水污染更嚴重。此外，我國正在而且將繼續(xù)處于長期快速工業(yè)化和城市化進程中，因此污染排放增加與環(huán)境能力縮小之間的沖突可能會進一步加劇。我國將需要付出巨大的努力和資源來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，恢復(fù)水環(huán)境?；诖嘶A(chǔ)上，我國政府需要積極努力，建立一個科學(xué)、可持續(xù)而實際可行的污水處理及排放標準體系，在政策和方法層面上還需要做出更多的努力。在制訂標準時，應(yīng)重復(fù)考慮環(huán)境、經(jīng)濟和社會因素。應(yīng)鼓勵加強公眾參與和監(jiān)督，以確保標準的公平性、合理性和有效性。