城市污水處理和再生利用技術(shù)研究

彭文龍 崔戰(zhàn)勝

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)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(shù)的應(yīng)用符合現(xiàn)代化城市建設(shè)的需要，也要提高城市用水效率，強(qiáng)化污水處理質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。在當(dāng)前我國(guó)大力推進(jìn)循環(huán)利用資源的大背景下，做好城市污水處理工作，通過(guò)更加先進(jìn)的再生利用技術(shù)來(lái)提升污水應(yīng)用效率和范圍，無(wú)疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章就此進(jìn)行了細(xì)化分析。

1 城市污水處理和再生的重要性

當(dāng)前，我國(guó)城市現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，城市工業(yè)發(fā)展速度迅猛，城市人口在不斷擴(kuò)張，城市對(duì)于水源的需求量不斷提升，維護(hù)城市用水的穩(wěn)定性，自然成為了城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。從目前來(lái)看，我國(guó)水資源的分布并不均衡，很多城市的缺水問(wèn)題仍然嚴(yán)重。尤其是在水污染問(wèn)題形勢(shì)嚴(yán)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(chǎn)生了水質(zhì)下降的惡性循環(huán)。在這種情況下，工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)以及城市建業(yè)都面臨很大的發(fā)展壓力，而居民用水也存在不小的隱患?？梢哉f(shuō)，水資源和水環(huán)境成為了一些城市可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素[1]。面對(duì)這種情況，我國(guó)城市在發(fā)展過(guò)程中高度重視開(kāi)源節(jié)流，強(qiáng)化節(jié)水操作，并合理利用和開(kāi)發(fā)污水資源，通過(guò)對(duì)城市污水的處理，強(qiáng)化污水再生利用，提升了水資源利用效率，改善城市生存環(huán)境，滿足居民生活需求。

然而，客觀而言，當(dāng)前城市污水處理和再利用一直是我國(guó)城市污水處的薄弱環(huán)節(jié)，雖然城市污水管網(wǎng)不斷完善，但是配套設(shè)施的不完備，使得城市污水的處理規(guī)模和水質(zhì)無(wú)法得到全面保障。并且一些配套設(shè)施投入運(yùn)營(yíng)后，污水處理的效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，因此其效能得不到有效發(fā)揮，且在新的發(fā)展背景下，城市對(duì)于用水的需求不斷提升，對(duì)于水質(zhì)的要求也在不斷提升，使得城市污水處理的壓力較大。正因?yàn)槿绱?，我?guó)需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)城市污水資源化管理的探討和分析，進(jìn)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(guó)城市用水的需求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)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(jìn)一步降低對(duì)水體環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善和優(yōu)化。

2 城市污水處理和再生的現(xiàn)狀

城市污水處理和再生一直是我國(guó)高度關(guān)注的問(wèn)題，在我國(guó)當(dāng)前大力推進(jìn)節(jié)能減排工作開(kāi)展的過(guò)程中，城市污水處理系統(tǒng)建設(shè)也迎來(lái)了新的發(fā)展時(shí)期。目前，我國(guó)提出了嚴(yán)格的低碳發(fā)展目標(biāo)，要求耗能行業(yè)在今后要探索低碳發(fā)展的路徑和方案。而城市污水處理是傳統(tǒng)的耗能大戶，在對(duì)污水進(jìn)行處理中需要耗費(fèi)大量的能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年，污水處理行業(yè)耗電約180 多億度，污水處理行業(yè)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(fā)展目標(biāo)的確定下，城市污水處理行業(yè)也需要進(jìn)行低碳發(fā)展，這決定了城市污水處理亟需轉(zhuǎn)型發(fā)展，在推進(jìn)污水資源化利用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)減污和降碳的同步發(fā)展，滿足“污水資源化”和“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)略，而污水處理行業(yè)由碳去除進(jìn)入總氮去除的重要發(fā)展階段，既要節(jié)能降耗，減少碳排放，又要降低水中的總氮含量，提升水質(zhì)[2]。這對(duì)于城市污水處理而言無(wú)疑是不小的挑戰(zhàn)。

同時(shí)，隨著城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)城市也在不斷推進(jìn)污水設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展的訴求不斷提升，為了滿足城市擴(kuò)張和人口規(guī)模不斷提升的客觀現(xiàn)實(shí)，我國(guó)城市在推進(jìn)污水設(shè)施建設(shè)時(shí)，大型的污水處理設(shè)施建設(shè)較為謹(jǐn)慎，而中小型的污水處理設(shè)施由于靈活性更強(qiáng)，成為了重要的補(bǔ)充。但是這種碎片化的區(qū)級(jí)污水設(shè)施建設(shè)，缺少更高級(jí)別層面工業(yè)污水系統(tǒng)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃的統(tǒng)籌，廠址的規(guī)劃、立項(xiàng)、選址等環(huán)節(jié)也缺少依據(jù)，會(huì)讓整體的污水統(tǒng)籌發(fā)展規(guī)范化受到影響，如果規(guī)劃不合理，也會(huì)影響長(zhǎng)遠(yuǎn)的污水處理質(zhì)量。并且在這種發(fā)展模式下，也會(huì)導(dǎo)致城市發(fā)展布局不均衡，布局不合理，我國(guó)的城市污水處理體系也就面臨著這樣不合理的問(wèn)題，尤其是在商業(yè)中心和人口聚集的區(qū)域，污水處理問(wèn)題往往突出，問(wèn)題也得不到及時(shí)解決。

由此可見(jiàn)，當(dāng)前我國(guó)城市污水處理面臨較為嚴(yán)峻的發(fā)展形勢(shì)，同時(shí)面臨更大的要求，我國(guó)需要持續(xù)加強(qiáng)城市污水處理和再生利用技術(shù)手段，以此來(lái)滿足新時(shí)期我國(guó)城市用水的需要。

3 城市污水處理和再生利用技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展方案

城市污水處理和再生利用技術(shù)的優(yōu)化是新時(shí)期城市發(fā)展的必然選擇，符合可持續(xù)發(fā)展的理念訴求。在新的發(fā)展背景下，城市污水處理和再生利用技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展需要從以下幾個(gè)方面加以推進(jìn)。

（1）構(gòu)建完備污水處理規(guī)劃方案

在新的發(fā)展背景下，城市對(duì)于污水處理和再生利用技術(shù)發(fā)展，需要提供更加完備的制度支撐和設(shè)施保障，以此更為客觀、科學(xué)地管控城市污水處理工作。為此，相關(guān)部門(mén)在規(guī)劃建設(shè)成熟污水處理設(shè)施時(shí)，一定要立足城市發(fā)展特征和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，做好統(tǒng)籌規(guī)劃，全面梳理城市工業(yè)用水和生活用水，然后據(jù)此對(duì)城市工業(yè)污水處理廠和配套設(shè)施建設(shè)進(jìn)行科學(xué)布局，并且要合理控制工業(yè)污水處理設(shè)施的用地，并動(dòng)態(tài)化認(rèn)識(shí)到城市未來(lái)發(fā)展走向，預(yù)留工業(yè)污水收集主干管網(wǎng)敷設(shè)空間，同生活污水處理廠形成統(tǒng)一，打造城市污水收集處理的閉環(huán)系統(tǒng)，從而全方位提升污水收集處理的效率[3]。

相關(guān)部門(mén)要具有整體意識(shí)，跳脫出單一的區(qū)域認(rèn)知，以發(fā)展的眼光和統(tǒng)一的認(rèn)知進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)，如可以配套完善污水管網(wǎng)，設(shè)置雨污分流管網(wǎng)，增設(shè)污水管網(wǎng)，對(duì)于重點(diǎn)排水戶和排水區(qū)進(jìn)行集中整治等，不斷提升設(shè)施的系統(tǒng)性。同時(shí)，為了提升污水管理的質(zhì)量，要建設(shè)諸如智能截流井、隔油池等設(shè)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(duì)污水的管控效果。通過(guò)這些舉措，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)治水、系統(tǒng)治水、精準(zhǔn)治水、高效治水。

（2）采用多元的污水處理和再生利用技術(shù)手段

城市在處理污水及再生利用的過(guò)程中，可以采用更加多元化的處理方式，選擇最優(yōu)的方案，提升處理的質(zhì)量。例如應(yīng)用物理技術(shù)進(jìn)行污染物降解，如沉淀技術(shù)、過(guò)濾技術(shù)、氣浮技術(shù)?；瘜W(xué)處理技術(shù)如中和技術(shù)、加藥混凝技術(shù)、離子交換技術(shù)等。生物技術(shù)如好氧性氧化分解技術(shù)和厭氧性生物發(fā)酵技術(shù)等。通過(guò)綜合應(yīng)用這些技術(shù)手段，進(jìn)行組合應(yīng)用，對(duì)于污水進(jìn)行預(yù)處理、一級(jí)處理、二級(jí)處理、深度處理和泥污處理和污泥處置等環(huán)節(jié)的加工處理，提升污水處理的質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)資源的再生利用。

同時(shí)，在不斷提升污水處理和再生利用質(zhì)量的過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)要不斷探索新的技術(shù)手段，不斷提高對(duì)污水處理的質(zhì)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(dāng)前污水處理的訴求。例如可以應(yīng)用MBR 膜生物反應(yīng)技術(shù)手段，對(duì)污水進(jìn)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(yīng)用A/O 工藝（包括改進(jìn)的A/O 工藝）、氧化溝工藝、SBR 系列、AB 工藝等實(shí)現(xiàn)良好的污水氮磷去除效果。通過(guò)不斷應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)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(jī)制

基于當(dāng)前城市污水處理的現(xiàn)狀和形勢(shì)，我國(guó)需要打造信息化的污水處理管理機(jī)制，借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)手段，全面提升污水處的效率。相關(guān)部門(mén)借助云計(jì)算技術(shù)手段，同時(shí)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)存在的多種廣域異構(gòu)計(jì)算資源，通過(guò)綜合性整合，形成一個(gè)虛擬的，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的計(jì)算資源池，針對(duì)性向互聯(lián)網(wǎng)用戶提供計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和應(yīng)用軟件服務(wù)等。

基于這個(gè)平臺(tái)，將進(jìn)水、生產(chǎn)和排水三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，強(qiáng)化每個(gè)環(huán)節(jié)的管控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)泵站和污水處理廠的深度融合，更加高效地對(duì)其水量、水位、水質(zhì)、電耗、藥耗、設(shè)備狀態(tài)等信息進(jìn)行搜集和整合，并通過(guò)信息技術(shù)手段對(duì)這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和深加工，讓每個(gè)環(huán)節(jié)都形成統(tǒng)一管理的模型機(jī)制，對(duì)于城市生產(chǎn)和生活環(huán)節(jié)中的用水量、耗水量以及用電量等進(jìn)行全面分析，并據(jù)此科學(xué)化評(píng)估排水、生產(chǎn)以及排放之間的關(guān)系，找到更為完備的污水處理廠生產(chǎn)方案[4]。這樣能夠進(jìn)一步提高對(duì)污水處理企業(yè)的實(shí)時(shí)化管控，提高經(jīng)濟(jì)化管理的效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理的規(guī)范化管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和減員增效的目的。

（4）加強(qiáng)污水處理廠的碳減排與智能化運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用

在我國(guó)當(dāng)前大力推進(jìn)碳減排和循環(huán)利用水資源的背景下，我國(guó)污水處理廠也需要相應(yīng)地完善技術(shù)手段，強(qiáng)化對(duì)污水的處理和再生利用建設(shè)發(fā)展。為此，污水處理廠要全方位完善污水處理設(shè)備，設(shè)置在線精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)機(jī)制，通過(guò)在線COD、溶解氧儀、千管壓力計(jì)、千管流量計(jì)、支管電動(dòng)球閥等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水排放和處理的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，并借助水泵優(yōu)化編組運(yùn)行來(lái)提升處理效率，通過(guò)智能化的算法，對(duì)于污水處理的壓力、閥門(mén)開(kāi)度、設(shè)備運(yùn)行等參數(shù)進(jìn)行整理分析，支撐相關(guān)工作的開(kāi)展。而在污水處理過(guò)程中，藥物降解環(huán)節(jié)的重要性不言而喻，為了提高碳減排的質(zhì)量，強(qiáng)化污水處理的效率，要通過(guò)智能加藥控制來(lái)提升藥物應(yīng)用的準(zhǔn)確定，對(duì)于甲醇或者乙酸鈉以及除磷藥劑和聚合鋁鐵進(jìn)行智能化管控，通過(guò)IDS 進(jìn)行分析和操作，從而保證出水的穩(wěn)定性，并起到非常好的碳減排和節(jié)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(chǎn)技術(shù)進(jìn)行處理，通過(guò)利用超細(xì)格柵+膜分離技術(shù)對(duì)進(jìn)水進(jìn)行處理，并通過(guò)缺氧池、好氧池進(jìn)行處理，并借助新型的固液分離技術(shù)來(lái)截留污水中存在的有機(jī)碳，有效降低碳氧化，讓更多有機(jī)污泥轉(zhuǎn)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(jié)能減排效果。另外，污水處理廠也可以打造太陽(yáng)能發(fā)電和水源熱泵技術(shù)體系，通過(guò)光伏大電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，并通過(guò)水源熱泵裝機(jī)來(lái)節(jié)省天然氣，這樣可以實(shí)現(xiàn)非常好的碳減排效果。

（5）構(gòu)建完備的城市污水處理以及再生利用的體系

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

同時(shí)，對(duì)于污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥，其是我國(guó)污水處理中非常困難的處理環(huán)節(jié)。為了提升節(jié)能環(huán)保效果，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，城市要積極推進(jìn)污泥無(wú)害化處理，實(shí)現(xiàn)資源化處置，可以采用窯爐協(xié)同焚燒，焚燒灰可作為建筑材料或用于磷回收的方法進(jìn)行再生利用，并通過(guò)生物質(zhì)利用，實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)電和產(chǎn)熱等，解決污水處理中污泥難以處理的問(wèn)題。同時(shí)，城市也可以進(jìn)一步完善體系建設(shè)，相應(yīng)地打造水質(zhì)凈化中心、有機(jī)質(zhì)協(xié)同處理中心、生產(chǎn)型研發(fā)中心共同運(yùn)行體系，提高污水處理的質(zhì)量，污泥則可以處理為營(yíng)養(yǎng)土，實(shí)現(xiàn)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(zhì)量，要進(jìn)一步挖掘相應(yīng)的技術(shù)，提高污水處理的有效性。在污水處理和回收利用過(guò)程中，要進(jìn)一步提高處理的精準(zhǔn)性和細(xì)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(guò)濾操作。為了清除污水中的臭味、色度和重金屬等有機(jī)物，可以選擇活性炭進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)微孔進(jìn)行有效過(guò)濾，去除大量有機(jī)物。如果想要降解污水的渾濁度，則可以借助膜技術(shù)進(jìn)行降解處理。

同時(shí)，為了提高可再生利用的水平，在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，可以選擇高級(jí)氧化方法來(lái)分解大分子有機(jī)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(zhì)量。

另外，針對(duì)不同的水質(zhì)和污水表現(xiàn)，城市相關(guān)部門(mén)要做好因地制宜，選擇針對(duì)性更強(qiáng)的方法進(jìn)行處理。如工藝用水和鍋爐水、循環(huán)冷卻水水質(zhì)要求較高，因此需要綜合應(yīng)用上述工藝進(jìn)行深度清理。如果水源用于廁所水、綠化水、洗車(chē)水的話，可以選擇1-2種污水處理方法進(jìn)行處理。

對(duì)于最終用于生活中的污水，在處理中需要強(qiáng)化處理，通過(guò)二級(jí)處理做好初步處理，然后借助混凝沉淀、澄清過(guò)濾、活性炭吸附深度處理等多個(gè)流程，保證出水的質(zhì)量。對(duì)于生產(chǎn)用的水源，污水處理中需要通過(guò)二級(jí)處理技術(shù)進(jìn)行初步處理，然后系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)濾技術(shù)、催化氧化技術(shù)、微濾技術(shù)以及反滲透技術(shù)，不斷提升污水處理的質(zhì)量，滿足相應(yīng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要。

（7）構(gòu)建綠色生態(tài)城市污水處理和再生機(jī)制

在新的發(fā)展時(shí)期，基于城市可持續(xù)發(fā)展的客觀需求，綠色生態(tài)城市污水處理和再生機(jī)制的建設(shè)，符合可持續(xù)發(fā)展理念，也是生態(tài)城市建設(shè)的必然選擇。針對(duì)當(dāng)前城市發(fā)展的需要，合理打造更為綠色的再生水利用體系，通過(guò)同城市工業(yè)區(qū)和生態(tài)景觀發(fā)展需求有機(jī)結(jié)合，針對(duì)性構(gòu)建“綠色”+“灰色”的耦合城市污水處理系統(tǒng)，并配套建設(shè)多目標(biāo)回用技術(shù)系統(tǒng)，針對(duì)城市工業(yè)化發(fā)展的現(xiàn)狀，推進(jìn)城市污水低碳、安全、資源化利用，并設(shè)定完備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制。通過(guò)這些系統(tǒng)的支撐，全方位打造加強(qiáng)型生態(tài)修復(fù)和恢復(fù)技術(shù)體系，并持續(xù)探討新型節(jié)能污水生物處理及污泥安全處理技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)，針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生污水中存在有害物質(zhì)的情況，要相應(yīng)地構(gòu)建再生水中微量有機(jī)物削減技術(shù)，并相應(yīng)地構(gòu)建污水處理多目標(biāo)回用全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)機(jī)制，全面保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

通過(guò)綠色生態(tài)城市污水處理和再生機(jī)制的支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的節(jié)約利用，更好地控制污水或者廢水的排放量，進(jìn)一步縮小水循環(huán)的空間范圍，有效降低水環(huán)境污染，并針對(duì)城市降雨量大時(shí)排水問(wèn)題，進(jìn)行系統(tǒng)處理，有效分流城市管道的排水負(fù)荷，從而保證城市的健康運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

城市污水處理面臨的問(wèn)題不僅僅是以上幾個(gè)方面，在今后的實(shí)踐過(guò)程中，我們除了要完善布局，增加我國(guó)城市污水處理體系的合理性，提高城市污水處理技術(shù)，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(shí)踐當(dāng)中，不斷適應(yīng)城市污水處理所要面臨的新的困境，樹(shù)立解決問(wèn)題的決心，才能將城市污水處理事業(yè)發(fā)展起來(lái)。