瞿九辉我国城市污水处理的发展历史与未来展望

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瞿九辉:我国城市污水处理的发展历史与未来展望

介绍

瞿久辉院士团队近日在学术期刊《前沿环境科学工程》2019, 13(6): 88上发表文章:《中国市政污水处理:发展历史与未来展望》,我院赵志伟教授团队重庆大学将该文章翻译成中文,《水进步》发布了全文译文。

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1.中国城市污水处理实践史

1.1 后期发展

水污染控制是当前中国面临的最紧迫的挑战之一。 在对抗环境污染的斗争中,废水处理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。

1.2 近40年快速发展

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,并且随着越来越多的工业废水进入下水道,废水的成分也变得越来越复杂。 随着废水排放到环境中的增加。 日益严重的环境污染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,中国开始建设更加集中的污水处理厂和配套设施。

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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。 总体水环境质量持续下降,迫使中国政府实施更严格的污染控制策略。

2007年,由于水体富营养化严重,太湖发生大面积藻华,严重威胁周边城市饮用水安全。 此后,各地开始对污水处理厂实施更严格的废水排放标准。 一年后,第一座执行污水一级排放标准(GB 18918-2002)的污水处理厂在无锡投入使用。

我国水环境污染也加剧了水资源短缺,特别是华北地区,迫切需要废水回收再利用。 北京在这方面处于领先地位,在水再生基础设施建设方面取得了巨大进展。

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,我国整体水回用率还很低,且由于水质相对较低,再生水主要作为景观水回用。 现阶段,回收废水的价格与传统供水相比仍然没有竞争力,而且中水回用基础设施和项目的建立也进展缓慢。

2. 当今的挑战和成就

2.1 我国污水处理领域取得的显著成就

经过近 40 年的惊人增长,中国现已拥有世界上最大的市政污水基础设施。 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。 中国水务企业的总市值和运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运营模式转变为政府与企业多体系参与的模式。 这一改造不仅在一定程度上减轻了政府的财政负担,还提高了污水处理设施的建设和运营效率。

由于资金持续增长,远远超过世界其他国家,中国现在还拥有世界上最大的水管理研究团队。 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。 如此突出的创新能力,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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2.2 尚存的差距和挑战

(一)水厂设计、运行不符合可持续发展要求。 目前,提高污染物去除率仍然是污水处理厂运营的核心目标,全国污水处理厂越来越多地采用A级污水标准。 为此,大多数工厂取消了初沉池,实施了延迟曝气工艺,并增加了一些生物过滤器以提高脱氮率。 这增加了能源化学品的消耗,因此间接使废水处理厂成为不可忽视的温室气体排放源。

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(2)下水道系统发展滞后。 这一方面导致废水收集不足(2018年下水道通达率约为90%),另一方面导致污水处理厂运行率较低(86%)。 这种不充分的城市废水收集加上雨水稀释显着降低了有机强度,同时增加了废水处理厂入口处污染物的复杂性。

结果,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,不适合厌氧消化处理。 据估计,中国只有不到3%的污水处理厂配备了厌氧消化设施,而且其中相当多的污水处理厂运行状况不佳。 因此,我国污水处理厂基本没有能量回收,更不用说营养物资源回收了。 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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(三)污水处理厂废水排放标准与当地实际和环保要求联系不紧密。 我国废水性质、环境条件和经济发展水平的地域多样性,意味着不同的废水处理厂有必要采取因地制宜的方式、灵活的技术和废水排放标准,而不是目前普遍采用的统一模式。

目前,新一轮考虑地区差异的污水处理厂排放标准升级工作正在进行中。 但新标准设定的特殊污染物限值接近地表水四级标准。 一个主要争议是在全国范围内实施如此严格的排放标准是否必要且经济上可行。

(4)污水处理厂污泥的处理很少受到重视。 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,污水处理厂的运行往往会产生臭味和噪音,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,在污水处理厂中建立环境与人类社会的和谐关系对中国污水管理提出了另一个挑战。

3、展望

3.1 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,中国污水行业未来将实施更加严格、全球性的水污染控制。 事实上,包括北京、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。 顺应国际发展趋势,下一步将加强新兴污染物的管控和水的循环利用,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。

3.2 政策制定

多年来,中国一直遵循末端污染控制战略,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,中国政府印发《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。 这意味着污染治理范围将从污水处理厂延伸到上游的污水管网,以及下游的河流和湿地。 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。

3.3 技术领域

上述废水管理目标的实现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,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等产能碳生物转化过程。 设备。

(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、肥料工厂和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污水处理厂。全新的废水处理厂 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,并作为试点工厂在不久的将来指导大规模、可持续的废水处理。

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,首座突破性概念污水处理厂在江苏无锡建成,开启了中国可持续污水管理和城市水生态和谐的新篇章。

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4。结论

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。 尽管中国以远超西方国家的速度几乎完成了污水基础设施的建设,但仍然存在许多问题,包括下水道和污泥处理设施不发达、能耗高、运行性能不足、污水处理厂废水排放等。 标准之间的联系很差。 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。

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