城市污水处理和再生利用技术研究

彭文龙 崔战胜

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300070）

引言

城市污水处理和再生利用技术的应用符合现代化城市建设的需要，也要提高城市用水效率，强化污水处理质量的重要基础。在当前我国大力推进循环利用资源的大背景下，做好城市污水处理工作，通过更加先进的再生利用技术来提升污水应用效率和范围，无疑具有重要的现实意义。文章就此进行了细化分析。

1 城市污水处理和再生的重要性

当前，我国城市现代化进程不断加快，城市工业发展速度迅猛，城市人口在不断扩张，城市对于水源的需求量不断提升，维护城市用水的稳定性，自然成为了城市正常运转的基础。从目前来看，我国水资源的分布并不均衡，很多城市的缺水问题仍然严重。尤其是在水污染问题形势严峻的情况下，即使一些城市有充足的水源，但是也不得不面临水多用难的状况，也产生了水质下降的恶性循环。在这种情况下，工农业的生产以及城市建业都面临很大的发展压力，而居民用水也存在不小的隐患。可以说，水资源和水环境成为了一些城市可持续发展的重要制约因素[1]。面对这种情况，我国城市在发展过程中高度重视开源节流，强化节水操作，并合理利用和开发污水资源，通过对城市污水的处理，强化污水再生利用，提升了水资源利用效率，改善城市生存环境，满足居民生活需求。

然而，客观而言，当前城市污水处理和再利用一直是我国城市污水处的薄弱环节，虽然城市污水管网不断完善，但是配套设施的不完备，使得城市污水的处理规模和水质无法得到全面保障。并且一些配套设施投入运营后，污水处理的效果无法达到预期效果，因此其效能得不到有效发挥，且在新的发展背景下，城市对于用水的需求不断提升，对于水质的要求也在不断提升，使得城市污水处理的压力较大。正因为如此，我国需要进一步加强对城市污水资源化管理的探讨和分析，进一步提高污水处理和再利用的效率。只有这样，才能够满足我国城市用水的需求，实现可持续发展，也可以帮助城市水源形成更为完善的再生水回收利用体系，进一步降低对水体环境的污染，实现生态环境的持续改善和优化。

2 城市污水处理和再生的现状

城市污水处理和再生一直是我国高度关注的问题，在我国当前大力推进节能减排工作开展的过程中，城市污水处理系统建设也迎来了新的发展时期。目前，我国提出了严格的低碳发展目标，要求耗能行业在今后要探索低碳发展的路径和方案。而城市污水处理是传统的耗能大户，在对污水进行处理中需要耗费大量的能源。据统计，2020 年，污水处理行业耗电约180 多亿度，污水处理行业在一些地方是能耗大户，总体耗能占到千分之几。而在低碳发展目标的确定下，城市污水处理行业也需要进行低碳发展，这决定了城市污水处理亟需转型发展，在推进污水资源化利用的基础上，实现减污和降碳的同步发展，满足“污水资源化”和“双碳”目标战略，而污水处理行业由碳去除进入总氮去除的重要发展阶段，既要节能降耗，减少碳排放，又要降低水中的总氮含量，提升水质[2]。这对于城市污水处理而言无疑是不小的挑战。

同时，随着城市化进程的加快，我国城市也在不断推进污水设施的建设和发展的诉求不断提升，为了满足城市扩张和人口规模不断提升的客观现实，我国城市在推进污水设施建设时，大型的污水处理设施建设较为谨慎，而中小型的污水处理设施由于灵活性更强，成为了重要的补充。但是这种碎片化的区级污水设施建设，缺少更高级别层面工业污水系统专项规划的统筹，厂址的规划、立项、选址等环节也缺少依据，会让整体的污水统筹发展规范化受到影响，如果规划不合理，也会影响长远的污水处理质量。并且在这种发展模式下，也会导致城市发展布局不均衡，布局不合理，我国的城市污水处理体系也就面临着这样不合理的问题，尤其是在商业中心和人口聚集的区域，污水处理问题往往突出，问题也得不到及时解决。

由此可见，当前我国城市污水处理面临较为严峻的发展形势，同时面临更大的要求，我国需要持续加强城市污水处理和再生利用技术手段，以此来满足新时期我国城市用水的需要。

3 城市污水处理和再生利用技术的优化发展方案

城市污水处理和再生利用技术的优化是新时期城市发展的必然选择，符合可持续发展的理念诉求。在新的发展背景下，城市污水处理和再生利用技术的优化发展需要从以下几个方面加以推进。

（1）构建完备污水处理规划方案

在新的发展背景下，城市对于污水处理和再生利用技术发展，需要提供更加完备的制度支撑和设施保障，以此更为客观、科学地管控城市污水处理工作。为此，相关部门在规划建设成熟污水处理设施时，一定要立足城市发展特征和未来发展趋势，做好统筹规划，全面梳理城市工业用水和生活用水，然后据此对城市工业污水处理厂和配套设施建设进行科学布局，并且要合理控制工业污水处理设施的用地，并动态化认识到城市未来发展走向，预留工业污水收集主干管网敷设空间，同生活污水处理厂形成统一，打造城市污水收集处理的闭环系统，从而全方位提升污水收集处理的效率[3]。

相关部门要具有整体意识，跳脱出单一的区域认知，以发展的眼光和统一的认知进行统筹规划设计，如可以配套完善污水管网，设置雨污分流管网，增设污水管网，对于重点排水户和排水区进行集中整治等，不断提升设施的系统性。同时，为了提升污水管理的质量，要建设诸如智能截流井、隔油池等设备，有效管控污水，避免同雨水和河水融合，并有效防控油污，从源头上提升对污水的管控效果。通过这些举措，最终实现科学治水、系统治水、精准治水、高效治水。

（2）采用多元的污水处理和再生利用技术手段

城市在处理污水及再生利用的过程中，可以采用更加多元化的处理方式，选择最优的方案，提升处理的质量。例如应用物理技术进行污染物降解，如沉淀技术、过滤技术、气浮技术。化学处理技术如中和技术、加药混凝技术、离子交换技术等。生物技术如好氧性氧化分解技术和厌氧性生物发酵技术等。通过综合应用这些技术手段，进行组合应用，对于污水进行预处理、一级处理、二级处理、深度处理和泥污处理和污泥处置等环节的加工处理，提升污水处理的质量，并实现资源的再生利用。

同时，在不断提升污水处理和再生利用质量的过程中，相关部门要不断探索新的技术手段，不断提高对污水处理的质量和效率，并不断探索更加高效的再生处理方案，以此满足当前污水处理的诉求。例如可以应用MBR 膜生物反应技术手段，对污水进行更加高效的脱氮处理，并可以起到良好的降低能耗的作用，也可以应用A/O 工艺（包括改进的A/O 工艺）、氧化沟工艺、SBR 系列、AB 工艺等实现良好的污水氮磷去除效果。通过不断应用先进的技术方案，全面提升城市污水处理的效率。

（3）打造信息化的污水处理和再生管理机制

基于当前城市污水处理的现状和形势，我国需要打造信息化的污水处理管理机制，借助大数据、物联网、云计算等技术手段，全面提升污水处的效率。相关部门借助云计算技术手段，同时结合互联网存在的多种广域异构计算资源，通过综合性整合，形成一个虚拟的，同时能够实现动态扩展的计算资源池，针对性向互联网用户提供计算能力、存储能力和应用软件服务等。

基于这个平台，将进水、生产和排水三个环节进行实时监控，强化每个环节的管控，同时实现多个环节的精准对接，实现泵站和污水处理厂的深度融合，更加高效地对其水量、水位、水质、电耗、药耗、设备状态等信息进行搜集和整合，并通过信息技术手段对这些信息数据进行分析和深加工，让每个环节都形成统一管理的模型机制，对于城市生产和生活环节中的用水量、耗水量以及用电量等进行全面分析，并据此科学化评估排水、生产以及排放之间的关系，找到更为完备的污水处理厂生产方案[4]。这样能够进一步提高对污水处理企业的实时化管控，提高经济化管理的效率，进而实现对污水处理的规范化管理，实现节能降耗和减员增效的目的。

（4）加强污水处理厂的碳减排与智能化运行技术应用

在我国当前大力推进碳减排和循环利用水资源的背景下，我国污水处理厂也需要相应地完善技术手段，强化对污水的处理和再生利用建设发展。为此，污水处理厂要全方位完善污水处理设备，设置在线精准监测机制，通过在线COD、溶解氧仪、千管压力计、千管流量计、支管电动球阀等设备，实现对污水排放和处理的动态化监测，并借助水泵优化编组运行来提升处理效率，通过智能化的算法，对于污水处理的压力、阀门开度、设备运行等参数进行整理分析，支撑相关工作的开展。而在污水处理过程中，药物降解环节的重要性不言而喻，为了提高碳减排的质量，强化污水处理的效率，要通过智能加药控制来提升药物应用的准确定，对于甲醇或者乙酸钠以及除磷药剂和聚合铝铁进行智能化管控，通过IDS 进行分析和操作，从而保证出水的稳定性，并起到非常好的碳减排和节能的效果。

而在碳减排方面，污水处理厂可以采取非溶解谈分离+沼气生产技术进行处理，通过利用超细格栅+膜分离技术对进水进行处理，并通过缺氧池、好氧池进行处理，并借助新型的固液分离技术来截留污水中存在的有机碳，有效降低碳氧化，让更多有机污泥转向厌氧污泥消化，并可以分离出沼气，形成再生能源加以利用，起到非常好的节能减排效果。另外，污水处理厂也可以打造太阳能发电和水源热泵技术体系，通过光伏大电机进行发电，并通过水源热泵装机来节省天然气，这样可以实现非常好的碳减排效果。

（5）构建完备的城市污水处理以及再生利用的体系

城市在发展过程中，要进一步强化对城市污水处理和再生利用的重视程度，从城市整体运行的角度着手，构建更加完备的城市污水处理和再生利用的体系，不断构建符合城市需求盖污水收集管网、污水处理厂、污泥处理处置和污水资源化系统性工程，进一步推进管网建设，建立雨污分流管网，不断降低溢流污染频次，深入打造雨水蓄留、净化、利用设施体系，打造海绵城市，并将雨水进行定价处理，用于厕所、园林绿化等。

同时，对于污水处理过程中产生的污泥，其是我国污水处理中非常困难的处理环节。为了提升节能环保效果，在未来发展过程中，城市要积极推进污泥无害化处理，实现资源化处置，可以采用窑炉协同焚烧，焚烧灰可作为建筑材料或用于磷回收的方法进行再生利用，并通过生物质利用，实现沼气发电和产热等，解决污水处理中污泥难以处理的问题。同时，城市也可以进一步完善体系建设，相应地打造水质净化中心、有机质协同处理中心、生产型研发中心共同运行体系，提高污水处理的质量，污泥则可以处理为营养土，实现回收再利用。

（6）深度利用城市污水处理回用工艺

为了提升城市污水处理和回收再利用的质量，要进一步挖掘相应的技术，提高污水处理的有效性。在污水处理和回收利用过程中，要进一步提高处理的精准性和细化程度，如为了清除污水中的悬浮物，可以选择混水沉淀、澄清并加以过滤操作。为了清除污水中的臭味、色度和重金属等有机物，可以选择活性炭进行过滤，通过微孔进行有效过滤，去除大量有机物。如果想要降解污水的浑浊度，则可以借助膜技术进行降解处理。

同时，为了提高可再生利用的水平，在对污水进行处理时，可以选择高级氧化方法来分解大分子有机物，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质量。

另外，针对不同的水质和污水表现，城市相关部门要做好因地制宜，选择针对性更强的方法进行处理。如工艺用水和锅炉水、循环冷却水水质要求较高，因此需要综合应用上述工艺进行深度清理。如果水源用于厕所水、绿化水、洗车水的话，可以选择1-2种污水处理方法进行处理。

对于最终用于生活中的污水，在处理中需要强化处理，通过二级处理做好初步处理，然后借助混凝沉淀、澄清过滤、活性炭吸附深度处理等多个流程，保证出水的质量。对于生产用的水源，污水处理中需要通过二级处理技术进行初步处理，然后系统应用过滤技术、催化氧化技术、微滤技术以及反渗透技术，不断提升污水处理的质量，满足相应的生产经营需要。

（7）构建绿色生态城市污水处理和再生机制

在新的发展时期，基于城市可持续发展的客观需求，绿色生态城市污水处理和再生机制的建设，符合可持续发展理念，也是生态城市建设的必然选择。针对当前城市发展的需要，合理打造更为绿色的再生水利用体系，通过同城市工业区和生态景观发展需求有机结合，针对性构建“绿色”+“灰色”的耦合城市污水处理系统，并配套建设多目标回用技术系统，针对城市工业化发展的现状，推进城市污水低碳、安全、资源化利用，并设定完备的风险评估机制。通过这些系统的支撑，全方位打造加强型生态修复和恢复技术体系，并持续探讨新型节能污水生物处理及污泥安全处理技术的应用。同时，针对工业生产中产生污水中存在有害物质的情况，要相应地构建再生水中微量有机物削减技术，并相应地构建污水处理多目标回用全过程风险和技术经济评价机制，全面保障系统的有效运行。

通过绿色生态城市污水处理和再生机制的支撑，实现对水资源的节约利用，更好地控制污水或者废水的排放量，进一步缩小水循环的空间范围，有效降低水环境污染，并针对城市降雨量大时排水问题，进行系统处理，有效分流城市管道的排水负荷，从而保证城市的健康运行，真正实现水资源的合理利用目标。

结语

城市污水处理面临的问题不仅仅是以上几个方面，在今后的实践过程中，我们除了要完善布局，增加我国城市污水处理体系的合理性，提高城市污水处理技术，加大政府和各方资金支持力度，增加城市污水处理管理组织力度，建立完整的管理体系等，还要在不断变化的实践当中，不断适应城市污水处理所要面临的新的困境，树立解决问题的决心，才能将城市污水处理事业发展起来。