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- 中國城市污水處理的發(fā)展歷程及未來展望
- 發(fā)布時間： 2020-11-13 點擊次數：1283
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中國城市污水處理的實踐歷史
后期發(fā)展
水污染控制現在是中國面臨的最緊迫挑戰(zhàn)之一。在與環(huán)境污染的斗爭中，廢水處理起著至關重要的作用。盡管中國擁有世界上****的廢水處理能力和市場，但其發(fā)展歷史實際上很短。與一個世紀前已經廣泛實施廢水管理的工業(yè)化國家相比，中國的廢水管理在 40 年前幾乎是空白。
過去40年的高速發(fā)展
自1979年改革與發(fā)展以來，中國進入了快速發(fā)展時期。伴隨著經濟的快速發(fā)展和城市化，城市污水的數量急劇增加，并且由于越來越多的工業(yè)廢水進入下水道，廢水的組成變得越來越復雜。隨著向環(huán)境中廢水排放量的增加。加劇的環(huán)境污染直接威脅到城市水和糧食安全，從而迫切需要水污染控制。為了應對這一挑戰(zhàn)，中國開始建設更集中的污水處理廠和補充設施。
表 1 中國城市污水處理行業(yè)發(fā)展史上的里程碑式污水處理廠
營運年份
市政污水處理廠名稱
處理量（m3/d）
里程碑
1984
天津紀莊子污水處理廠
260000
中國首個實施活性污泥工藝的大型污水處理廠
1993
北京高碑店污水處理廠一期
500000
中國首個 50 萬規(guī)模的污水處理廠
1991
東邯鄲污水處理廠
100000
首家采用三槽氧化溝工藝的工廠
2000
大連馬蘭河污水處理廠
120000
首家采用 BIOSTYR 曝氣生物濾池的水廠
2001
上海桃浦污水處理廠
60000
首家采用 SBR 工藝的水廠
2002
上海石洞口污水處理廠
400000
第一個Unitank市政污水處理廠
2008
無錫市蘆村污水處理廠
200000
第一家執(zhí)行一級A標準的水廠；第一家采用大型 IFAS / MBBR 系統(tǒng)的水廠
2016
北京中水廠
1000000
中國****的再生水廠
然而，污水處理廠和輔助設施（特別是下水道和污泥處理系統(tǒng)）的發(fā)展速度和處理能力仍落后于中國的經濟增長和工業(yè)發(fā)展。總體水環(huán)境質量持續(xù)下降，迫使中國政府實施更嚴格的污染控制策略。
2007年，由于嚴重的水體富營養(yǎng)化，太湖發(fā)生了大規(guī)模藻類繁殖，嚴重威脅了附近城市的飲用水安全。從這以后，地方政府開始執(zhí)行更嚴格的污水處理廠廢水排放標準。一年后，第一個實施一級A廢水排放標準（GB 18918-2002）的污水處理廠在無錫投入使用。
中國的水環(huán)境污染也加劇了水資源短缺，特別是在華北地區(qū)，這引起了對廢水回收和再利用的迫切需求。北京在這方面開創(chuàng)了先河，并在建設水再生基礎設施方面取得了巨大進展。
2016年，北京高碑店污水處理廠升級為再生水廠，處理能力達到100萬m3/d，宣布了中國從簡單處理到再生處理的過渡。但是與許多發(fā)達國家相比，中國的總體水回收率仍然很低，并且由于質量相對較低，再生水主要作為景觀水重復利用。現階段，再生廢水的價格仍然與常規(guī)供水缺乏競爭力，并且回用水基礎設施和計劃的建立進展緩慢。
今天的挑戰(zhàn)和成就
中國污水處理領域的顯著成就
經過近40年的驚人發(fā)展，中國現在擁有全球****的市政廢水基礎設施。截至2018年底，中國已建成5000多個市政污水處理廠，日處理能力將近2億m3/d。到2018年，污水處理率已達到90％以上。
污水處理廠的建設只是中國污水處理行業(yè)快速增長的一部分。得益于強大的國家行政管理體系和發(fā)達國家的寶貴經驗，中國在過去40年中在廢水基礎設施建設和管理方面取得了跨越式進展。中國的水務企業(yè)的總市值和運營能力均處于全球領先水平。廢水管理模式也已從單一的政府主導的建設和運營模式轉變?yōu)樯婕罢推髽I(yè)的多重系統(tǒng)。這種轉變不僅在一定程度上減輕了政府的財政負擔，而且提高了廢水處理設施的建設和運行效率。
得益于持續(xù)增長的遠遠超過世界其他地區(qū)的資金支持，中國現在還擁有水管理領域全球****的研究團隊。從出版物中可以看到中國的創(chuàng)新能力和國際競爭力，中國在水研究領域的SCI論文總數僅次于美國。如此卓越的創(chuàng)新能力為中國廢水管理模式和處理技術的未來革命奠定了堅實的基礎。
剩余的差距及挑戰(zhàn)
（1）水廠的設計和運營與可持續(xù)發(fā)展的要求不一致。當前，提高污染物去除率仍然是污水處理廠運行的核心目標，并且在全國范圍內的污水處理廠中越來越多地采用一級A廢水標準。為此，大多數工廠取消了一級沉淀池，實施了延遲的曝氣工藝，并增加了一些生物濾池以提高氮的去除率。這增加了能源化學消耗，因此使污水處理廠間接成為溫室氣體排放的不可忽略的來源。
（2）下水道系統(tǒng)的滯后發(fā)展。這一方面導致廢水收集不充分（2018年下水道通行率約為90％），另一方面導致較低的污水處理廠運營率（86％）。這樣的市政污水收集不充分加上雨水稀釋顯著降低了有機強度，同時增加了污水處理廠進水口的污染物復雜性。
結果，廢水中的有機物不足以支持反硝化和厭氧污泥消化。廢水污泥的低有機含量和高含沙量使其無法進行厭氧消化處理。據估計，中國的污水處理廠不到3％配備了厭氧消化設施，其中相當一部分運轉不佳。因此，中國的污水處理廠基本上沒有能量回收，更不用說養(yǎng)分資源的回收了。如何提高中國廢水處理的可持續(xù)性仍然是一個待解決的關鍵問題。
（3）污水處理廠廢水排放標準與當地條件和環(huán)境保護要求之間的聯(lián)系不緊密。中國廢水性質，環(huán)境條件和經濟發(fā)展水平的地域多樣性意味著，不同的污水處理廠有必要采用因地制宜的方式，靈活的技術和廢水排放標準，而不是目前普遍采用的統(tǒng)一模式。
目前，正在考慮區(qū)域差異的新一輪污水處理廠排放標準升級。但是該新標準設定了接近4級地表水水質標準的特殊污染物限值。一個核心爭議是在全國范圍內實施這種嚴格的排放標準是否有必要并且在經濟上可行。
（4）污水處理廠污泥的處理關注不夠高。結果，來自污水處理廠的大量污染物富集的污泥最終未經適當處置就返回了環(huán)境，成為另一種污染源。另一方面，污水處理廠的運行通常會由于產生的氣味和噪音而干擾附近居民的生活。隨著城市化的發(fā)展，這個問題變得越來越突出，許多現有的污水處理廠逐漸被城市社區(qū)包圍。因此，在污水處理廠，環(huán)境與人類社會之間建立和諧關系對中國的廢水管理提出了另一個挑戰(zhàn)。
展望
未來污水管理目標
盡管在具體排放標準方面存在爭議，但可以肯定的是，未來中國的廢水行業(yè)將實施更加嚴格和全球范圍的水污染控制。實際上，北京，天津，江蘇，浙江和湖南等許多省市已經開始實施更嚴格的當地污水處理廠廢水標準。根據國際發(fā)展趨勢，下一步將是加強對新興污染物和水回收的控制，而這仍處于中國的起步階段。因此，廢水管理的目標已從減少污染物轉向水的再利用，資源回收和水生態(tài)恢復。這種目標的轉變反映在中國最近的政策革命中。
政策制定
多年來，中國一直遵循管道末端污染控制策略，即強調廢水處理和水環(huán)境修復。然而，總體環(huán)境質量未見明顯改善。2015年，中國政府發(fā)布了《水污染控制行動計劃》， 開創(chuàng)以提高整體質量為目的的水環(huán)境保護新紀元。水生態(tài)環(huán)境，而不是簡單的水質控制。這意味著污染控制的領域將從污水處理廠擴展到上游的下水道網絡以及下游的河流和濕地。因此，鼓勵簡單，統(tǒng)一地提高污水處理廠的出水標準，而不是簡單地提高污水處理廠的污水收集和污泥處理能力。中國政府最近發(fā)布的指南中強調了克服廢水收集不足和處理設施差的瓶頸的緊迫性。
技術領域
上述廢水管理目標的實現將取決于更有效和可持續(xù)的污染控制策略的發(fā)展。在廢水處理方面，處理技術主要向三個方向發(fā)展：
（1）改進活性污泥工藝。一個典型的例子是好氧顆粒污泥。由于廢水質量好，節(jié)能，占地面積小等優(yōu)點，在過去的十年中對該過程進行了深入研究，現已在歐洲和非洲的多污水處理廠中得到成功證明。國內層面，2020年11月份，由中建一局三公司承建，位于浙江省龍游縣的亞洲首座NEREDA好氧顆粒污泥污水處理廠通過竣工驗收，即將正式進入運行階段，這對國內好氧顆粒污泥工藝的落地起到了重大的推動作用。
（2）創(chuàng)新技術的實施。代表性的新技術是厭氧氨氧化, 它有效地規(guī)避了傳統(tǒng)的硝化/反硝化路線，從而大大降低了能耗，并有效地實現了產生能量的碳生物轉化工藝，例如厭氧膜生物反應器。
結論
回顧中國40多年的快速發(fā)展歷史，既有驕人的成就，也有很多不足。盡管中國幾乎已經以遠遠超過西方國家的速度完成了廢水基礎設施建設，但仍然留下了許多問題，包括下水道和污泥處理設施不發(fā)達，能耗高，運行性能不足，污水處理廠廢水排放標準之間的聯(lián)系不佳。以及當地條件和環(huán)境保護需求，缺乏人與自然和諧發(fā)展的全球思想。
展望未來，由于環(huán)境保護，經濟發(fā)展和水資源短缺等多重壓力，尤其是在中國正從發(fā)展中國家向發(fā)達國家過渡的過程中，挑戰(zhàn)和不確定性將越來越多。應對這些挑戰(zhàn)需要中國的廢水處理部門根據自身的特點和需求探索其獨特的可持續(xù)發(fā)展道路，包括發(fā)展新概念工廠以突出資源回收并建立一體化和和諧的水生態(tài)。
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