我国城市污水处理的发展历史及未来展望

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中国城市污水处理实践史

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后来的发展

水污染控制是当前中国面临的最紧迫的挑战之一。 废水处理在防治环境污染中发挥着至关重要的作用。 尽管中国拥有全球最大的废水处理能力和市场,但其发展历史其实很短。 与一个世纪前广泛实施废水管理的工业化国家相比,40年前中国的废水管理几乎是一片空白。

40年来快速发展

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1979年改革发展以来,中国进入快速发展时期。 随着经济的快速发展和城市化进程,城市污水量急剧增加,而且越来越多的工业废水进入下水道,废水成分也越来越复杂。 随着废水排放到环境中的增加。 环境污染加剧直接威胁城市水和粮食安全,水污染治理刻不容缓。 为了应对这一挑战,中国已开始建设更多集中式污水处理厂和配套设施。

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图1 2007-2017年中国城市污水处理厂数量增长情况

表1 中国城镇污水处理行业发展史上具有里程碑意义的污水处理厂

经营年份

城镇污水处理厂名称

处理能力(m3/d)

里程碑

1984年

天津纪庄子污水处理厂

中国首座采用活性污泥法的大型污水处理厂

1993年

北京高碑店污水处理厂一期

中国首座50万级污水处理厂

1991年

邯郸东污水处理厂

首家采用三槽氧化沟工艺的工厂

2000年

大连马栏河污水处理厂

首家采用BIOSTYR曝气生物滤池的水厂

2001年

上海桃浦污水处理厂

60000

第一家采用SBR工艺的水厂

2002年

上海石洞口污水处理厂

第一Unitank城市污水处理厂

2008年

无锡路村污水处理厂

首家执行A级标准的水厂; 第一家采用大型IFAS/MBBR系统的水厂

2016年

北京再生水厂

中国最大的再生水厂

但污水处理厂及附属设施(特别是下水道和污泥处理系统)的发展速度和处理能力仍落后于我国经济增长和工业发展。 水环境质量整体持续下降,迫使中国政府实施更严格的污染控制策略。

中国的水污染也加剧了水资源短缺,尤其是华北地区,这就产生了废水回收和再利用的迫切需求。 北京在这方面处于领先地位,并在再生水基础设施建设方面取得了长足进步。

2016年,北京高碑店污水处理厂升级为处理能力100万立方米/日的再生水厂,宣告我国从简单处理向再生处理转变。 但与许多发达国家相比,我国整体水回用率仍然较低,且由于水质相对较低,再生水主要作为景观水回用。 现阶段,再生废水的价格与常规供水相比仍不具有竞争力,中水回用基础设施和项目的建立也缓慢。

今天的挑战和成就

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我国污水处理领域取得显著成就

经过近40年的惊人发展,中国现已拥有世界上最大的城市污水基础设施。 截至2018年底,我国已建成城镇污水处理厂5000余座,日处理能力近2亿立方米/日。 到2018年,污水处理率达到90%以上。

污水处理厂的建设只是中国污水处理行业快速增长的一部分。 得益于强大的国家行政体系和发达国家的宝贵经验,过去40年来,中国在污水基础设施建设和管理方面取得了长足的进步。 中国水务企业总市值和经营能力处于世界领先水平。 污水管理模式也从单一的政府主导建设和运营模式转变为政府和企业参与的多元体系。 这一改造不仅在一定程度上减轻了政府财政负担,还提高了污水处理设施的建设和运行效率。

由于不断增长的资金水平远远超过世界其他国家,中国目前在水管理领域也拥有世界上最大的研究团队。 中国的创新能力和国际竞争力从出版物中可见一斑。 我国水研究领域SCI论文总数仅次于美国。 如此出色的创新能力,为未来中国废水管理模式和处理技术的革命奠定了坚实的基础。

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图2 2018年几个主要国家水研究领域的出版物

尚存的差距和挑战

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(一)水厂的设计和运行不符合可持续发展的要求。 目前,提高污染物去除率仍然是污水处理厂运行的核心目标,全国污水处理厂越来越多地采用A类废水标准。 为此,多数工厂取消了初沉池,实行延迟曝气工艺,并增设了一些生物滤池,以提高脱氮率。 这增加了能源的化学消耗,从而间接使污水处理厂成为不可忽视的温室气体排放源。

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图3 我国执行一级A废水标准的污水处理厂比例及能耗强度

(2)下水道系统发展滞后。 这一方面导致废水收集不足(2018年约占下水道的90%),另一方面导致污水处理厂开工率较低(86%)。 这种不充分的城市污水收集加上雨水稀释显着降低了有机强度,同时增加了污水处理厂进水口污染物的复杂性。

因此,废水中的有机物不足以支持反硝化和厌氧污泥消化。 废水污泥有机物含量低、含砂量高,不适合厌氧消化。 据估计,我国污水处理厂配备厌氧消化设施的比例不到3%,且相当一部分运行状况不佳。 因此,我国污水处理厂基本没有能源回收,更谈不上营养盐资源的回收。 如何提高中国废水处理的可持续性仍然是一个需要解决的关键问题。

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图4 中国污水处理厂进水COD和NH3-N浓度地理分布

(3)污水处理厂废水排放标准与当地实际情况和环境保护要求衔接不紧密。 我国废水性质、环境条件和经济发展水平的地域多样性,意味着不同污水处理厂有必要因地制宜、灵活采用技术和废水排放标准,而不是采用目前普遍采用的统一模式。

目前,新一轮污水处理厂排放标准升级正在考虑地区差异。 但新标准对特定污染物的限值设定接近地表水四类水质标准。 一个核心争论是全国范围内如此严格的排放标准是否必要且经济上可行。

(4)污水处理厂污泥处理很少受到重视。 结果,污水处理厂产生的大量富含污染物的污泥未经妥善处理就返回环境,成为又一个污染源。 另一方面,污水处理厂的运作通常会因产生臭味和噪音而扰乱附近居民的生活。 随着城市化的发展,这个问题越来越突出,许多现有的污水处理厂逐渐被城市社区包围。 因此,建立污水处理厂、环境和人类社会之间的和谐关系对中国废水管理提出了又一挑战。

外表

01

未来废水管理目标

尽管具体排放标准存在争议,但可以肯定的是,中国废水行业未来将实施更严格、全球范围的水污染控制。 事实上,北京、天津、江苏、浙江、湖南等多个省市已开始对当地污水处理厂实施更严格的废水标准。 根据国际发展趋势,下一步将加强对新兴污染物的控制和水的循环利用,而这在中国还处于起步阶段。 因此,废水管理的目标已从污染物减排转向水回用、资源回收和水生态恢复。 这种目标的转变反映在中国最近的政策革命中。

政策制定

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多年来,中国一直奉行末端污染控制战略,强调废水处理和水环境修复。 但总体环境质量并未明显改善。 2015年,中国政府发布《水污染防治行动计划》,开启水环境保护新时代,全面提升水环境质量。 水生态环境,而不是简单的水质控制。 这意味着污染治理领域将从污水处理厂扩大到上游污水管网、下游河流和湿地。 因此,鼓励简单统一提高污水处理厂的出水标准,而不是简单地提高污水处理厂的污水收集和污泥处理能力。 中国政府最近发布的指导方针强调了克服废水收集不足和处理设施落后等瓶颈的紧迫性。

03

技术领域

实现上述废水管理目标将取决于制定更有效和可持续的污染控制策略。 在废水处理方面,处理技术主要向三个方向发展:

(1)改进活性污泥工艺。 一个典型的例子是好氧颗粒污泥。 由于该工艺具有废水水质好、节能、占地面积小等优点,近十年来经过深入研究,目前已在欧洲和非洲多个污水处理厂得到成功示范。

(二)创新技术的实施。 具有代表性的新技术是厌氧氨氧化技术,它有效绕开了传统的硝化/反硝化路线,从而大大降低了能耗,有效实现了厌氧膜生物反应装置等产能碳生物转化过程。

(3) 开发高效的设施和材料以及更好的过程控制技术可以优化水厂的运营。 该领域的进展包括开发用于生物膜生长的有效载体材料、用于高效供氧的更好的曝气设备、用于改善废水质量的先进膜技术以及用于改进过程稳定性技术的在线监测/智能控制。 特别是低污染超滤和反渗透技术的最新发展,使得大规模、稳定的废水回收利用成为可能。

随着资源化废水处理逐渐成为全球废水行业的主题,中国也在积极探索自己的道路。 为了将污水处理厂从污染物清除场转变为能源、水和化肥工厂以及城市生态系统的组成部分,2014年,来自中国研究机构、大学和政府部门的多位专家联合提出建设一座全新的污水处理厂。 增值处理厂。 由于其前瞻性和探索性,该工厂预计将在未来几年内建成,并作为试点工厂,指导在不久的将来大规模、可持续地处理废水。

因此,它被命名为“新概念污水处理厂”。 该工厂旨在通过整合各种创新设计和领先技术,实现可持续供水、能源自给运行、资源回收和环境和谐的四重目标。 2018年,首座开创性概念污水处理厂在江苏省无锡市落成,开启了中国废水可持续管理和城市水生态和谐的新篇章。

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图5 国内新建概念水厂原理

综上所述

回顾中国40多年快速发展的历史,既有令人瞩目的成就,也有不少不足。 尽管中国已基本完成污水基础设施建设,速度远超西方国家,但仍存在下水道和污泥处理设施不发达、能耗高、运行绩效不足、污水处理厂废水排放联动性差等问题。标准之间。 以及因地制宜和环境保护需要,缺乏人与自然和谐发展的全局理念。

展望未来,由于环保、经济发展、水资源短缺等多重压力,特别是中国正从发展中国家向发达国家转型,挑战和不确定性将会越来越多。 应对这些挑战需要中国污水处理行业根据自身特点和需求探索独特的可持续发展道路,包括发展新概念工厂,突出资源回收,构建综合和谐的水生态。

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