城市生活污水处理技术现状及发展趋势

李明军

濮阳德恒水务有限公司 河南 安阳 455000

随着城市的现代化发展和人口的增加，城市污水处理成为了一项至关重要的环境和卫生任务。城市生活污水中含有各种污染物和有害物质，如果不进行适当处理就进行排放，将对水资源、生态系统和人类健康构成威胁。因此，城市污水处理技术的发展至关重要，不仅要应对当前环境下的挑战，还需要适应未来的需求和环境变化。通过了解现有技术的现状和未来的趋势，能够更好的应对不断增加的城市污水处理需求，并为城市的可持续发展做出贡献。

1 城市生活污水处理的必要性

1.1 是环境保护的现实需求

城市生活污水处理是一项迫切的环境保护需求，对于维护地球生态平衡、保护水资源、减少水污染、维护生态多样性以及确保人类健康都具有至关重要的作用[1]。首先，未处理的污水会污染水源，损害水体生态系统，废水中的有机物和营养物可以导致水体富营养化，促使藻类大量繁殖，这不仅会破坏水生生态系统的平衡，还会危害水中生物的多样性。其次，城市污水的未经处理排放对人类健康构成直接威胁，废水中可能含有各种细菌、病毒和寄生虫，传播水传播性疾病，这会威胁到城市居民的健康和生命安全。此外，未经处理的污水影响了饮用水资源的质量。很多城市依赖地下水和河流作为饮用水源，如果这些水源受到污染，将导致供水问题，增加水处理成本，甚至威胁公众的用水安全。因此，确保城市生活污水得到适当的处理和管理，是维护地球生态平衡和人类福祉的关键任务。

1.2 有助于促进水资源保护

城市生活污水处理在水资源保护方面发挥着重要作用，有助于维护和有效管理宝贵的淡水资源，确保能够可持续的满足城市和生态系统的需求。首先，城市生活污水处理对污水进行了净化，安全的进行排放，有助于确保水体的质量的生态系统的健康。其次，城市生活污水处理是实现水资源再利用和回收的重要途径，经过适当处理的污水可以用于农业灌溉、工业用水和城市景观灌溉，减少了对地下水和淡水资源的依赖，有助于保护自然水体，还提高了水资源的可持续性。此外，污水处理过程中的水资源回收有助于减少浪费。通过采用污水处理技术，如膜分离和高级氧化，可以提高污水处理的质量，减少水资源的浪费，尤其是在干旱地区和水资源稀缺地区[2]。最后，城市生活污水处理有助于减少点源和非点源污染，从而降低了对水资源的污染风险。有效的处理手段能够去除大部分有害污染物，减少它们进入水体的机会，有助于保护水质和生态系统。

1.3 是保障公共卫生的途径

城市生活污水处理是保障公共卫生的关键途径。通过有效的处理城市污水，可以防止水传播性疾病的传播，提高饮用水质量，从而保障公众健康。首先，未经过适当处理的污水中可能存在各种病原体，如细菌、病毒和寄生虫，可能引发水传播性疾病，城市污水处理过程中的消毒和去除有害微生物的步骤可以有效的杀灭这些病原体，确保处理后的水质达到安全标准，这有助于防止水源污染引发的疾病爆发，保护公众的健康。其次，城市生活污水处理有助于去除废水中的有机物和化学物质，包括药物残留物和工业排放物。这些有害物质如果进入自来水供应系统，可能会给公众健康造成潜在风险。处理的过程能够降低这些物质的浓度，减少水污染风险[3]。

2 城市生活污水处理技术现状

2.1 传统污水处理方法

传统污水处理方法通常包括集中式污水处理厂和基于化学方法的处理技术。这些方法在过去很长的一段时间内得到了广泛的应用，但是在面对日益严格的环境法规和城市污水处理挑战时，这些方法也逐渐出现了一些弊端。传统的集中式污水处理厂通常包括物理处理（如沉淀和过滤）和生物处理（如活性污泥处理）。虽然这种处理方式可以有效的去除污水中的有机物和某些污染物，但是通常需要大量土地和能源，而且对于小型社区和偏远地区来说并不适用。基于化学方法的处理技术包括混凝、沉淀和氧化等过程，通过添加化学试剂来沉淀和去除污水中的污染物[4]。化学方法能够去除一些有害物质，但是在处理过程中，会产生大量的化学废物，成本较高，导致不够可持续。

2.2 先进污水处理方法

随着技术的发展，先进的污水处理方法不断涌现，在处理效率、资源回收和环保方面具有更多潜力。首先是生物处理方法，比如膜生物反应器、流动床生物反应器等，利用物生物降解污水中的有机物，从而提高处理效率和出水质量。这些方法对土地面积的需求较小，并能够更好的适应波动的负荷。其次是膜分离技术，如微滤和超滤，通过物理隔离来去除微小的污染物和微生物，提高污水处理的质量，这些技术一般用于水再利用和去除微污染物中。此外还有高级氧化过程，比如UV光氧化和臭氧氧化，能够有效去除难降解的有机物和药物残留，在处理特殊污染物和提高出水质量方面具有重要的作用[5]。

3 城市生活污水处理难点分析

3.1 技术成本与可行性

城市生活污水处理涉及到投资成本、运营成本以及可行性多个方面，给城市可持续发展带来了重大挑战。首先，建设和升级现代化的污水处理设施需要大量资金，包括土地购置、设备采购、建筑工程和监管合规性等方面的成本，这些成本投入对于地方的财政预算可能难以承受。其次，污水处理设施需要持续的运营和维护，包括电力、设备维修和人员培训等方面的费用，随着时间的推移，这些运营成本也会不断累积[6]。再次，在新的环境和水质标准下，污水处理技术也在不断演进，需要定期对技术进行升级和更新，确保设施运转的高效性。最后，基础设施的可行性和公众接受度之间的平衡，也是需要关注的问题。

3.2 污染物处理复杂性

城市生活污水中含有各种污染物，这是城市生活污水处理的重要挑战。首先，污染物类型比较复杂，而不同类型的污染物需要不同的处理方法和技术，因此，综合处理这些污染物的复杂性比较高。其次，污水的组成和污染物浓度可能随着时间和地点的变化而不断变化，这使得处理过程需要具有适应性和灵活性，以有效去除不同条件下的污染物。再次，一些有机污染物，如药物残留物和持久性有机污染物，在传统的生物处理过程中难以降解，处理这些污染物需要使用高级氧化过程或其他特殊技术。最后，微污染物是污水中微量存在的有害化学物质，如药物、个人护理产品和农药残留，而这些物质通过传统处理方法难以彻底去除，因此需要专门的处理技术来降低其在水环境中的影响。

3.3 水资源利用率较低

城市污水处理涉及到如何更有效的管理和回收城市污水中的水资源，以减少浪费和降低对有限淡水资源的依赖，而现有的处理技术下，水资源的利用率仍然比较低。首先，很多城市中，经过初步处理的污水通常会直接排放到自然水体中，而并未实现充分的水资源回收和早利用，这会导致水资源的浪费，尤其是在水资源紧缺的地区更是如此。其次，部分城市缺乏适当的基础设施来回收和再利用污水中的水资源，也导致了大量的水资源被浪费。再次，部分地区存在水资源管理方面的限制，使得污水回收和再利用变得困难，包括法规方面的障碍、技术限制或对新兴技术的不熟悉，导致水资源未得到有效的回收和再利用。最后，由于对水质或安全问题的担心，公众可能对污水回收和再利用存在抵触情绪，需要通过教育和宣传工作改变公众的态度，促进水资源的回收和再利用。

4 城市生活污水处理发展趋势

4.1 可持续性与绿色技术

城市生活污水处理领域的发展趋势逐渐向着可持续性和绿色技术方向发展。首先，未来的城市生活污水处理系统将更加关注资源回收和再利用，包括水资源、能源和有机物的回收。通过采用高级氧化、膜技术和去除污水中的微污染物，可以提高出水质量，用于农业灌溉、工业用水和城市景观灌溉，减少淡水资源的依赖。而污水处理过程中产生的生物气体可以被捕获和利用，以产生能源。其次，绿色基础设施是城市生活污水处理的新趋势，包括采用自然处理系统，如湿地、人工湿地和植物过滤，来改善污水处理的效率，这些系统不仅能够有效去除污染物，还有助于提高生态系统的可持续性。再次，未来的城市污水处理系统将更多的集成到城市的水循环系统中，实现水的多层次利用。这意味着污水处理后的水不仅可以用于灌溉，还可以用于城市冷却、工业生产甚至饮用水供应，这种封闭的水循环系统有助于减少淡水资源的消耗，提高城市的水资源可持续性。

4.2 新材料的引入和应用

城市生物污水处理的发展趋势中，新材料的引入和应用也是非常重要的一部分，在提高污水处理效率、降低成本、减少污染物方面发挥着关键作用。首先，高效吸附材料的开发，能够用于去除污水中的有害物质，如重金属、有机污染物和微污染物等，这些吸附材料可以降低处理过程中所需的化学品用量，提高去除效率，减少废物生成，从而降低处理成本。其次，新型膜材料的引入和改进有助于提高膜分离过程的效率和稳定性，包括微孔膜、纳米滤膜和反渗透膜等，这些膜技术的应用有助于减少能源效率和处理的占地面积。再次，纳米技术在污水处理中的应用已经成为研究的热点，纳米颗粒可以用于催化氧化、吸附污染物和改善膜分离效果，具有高表面积和活性，能够高效的去除污染。最后，生物陶瓷和生物复合材料也将广泛应用于生物处理过程，如生物滤池和人工湿地等，这些材料提供了有利于微生物生长和活性的表面，有助于更好的去除有机污染物和氮、磷等营养物，减少富营养化问题对水生态环境造成的影响。

4.3 智能化与大数据应用

城市生活污水处理中，智能化与大数据的广泛采用也是重要的发展趋势。这一趋势将污水处理过程带入了数字化时代，提高了处理效率、质量监控和资源管理的水平。首先，智能检测系统通过传感器、仪器和自动控制设备实时监测污水处理过程的关键参数，如水质、流量、压力等。这些数据能够提供处理效果的实时反馈，使操作人员能够及时调整操作策略，确保处理系统高效稳定的运行。其次，利用大数据和机器学习技术，可以预测设备和系统的故障，从而实施预防性维护措施，有助于减少设备停机时间，降低维护成本，提高污水处理的系统的可靠性和持续性。再次，大数据分析可以帮助优化污水处理系统的资源利用，包括化学品、电力和气体，通过精确的资源分配，可以降低运营成本，减少能源消耗，降低碳足迹。最后，大数据分析和智能监测系统可以检测到异常的水质情况，提前发出警报，从而有助于预防水质问题的扩大。此外，在污染事件发生时，能够更快速的响应和采取措施，减少对环境的不利影响。

4.4 基于生物技术的创新

基于生物技术的创新在城市生活污水处理领域正在逐渐展露头角，为处理过程带来了许多机遇和可能性。这种创新基于生物过程，包括微生物降解、植物过滤和生物反应器等，能够以更有效、环保和可持续的方式去除污水中的污染物。首先，生物技术的创新已经改进了传统的生物处理工艺，使其更加高效和稳定。例如，引进更具生物多样性的微生物群落，提高废水处理的适应性和去除效率。新型的生物反应器设计和生物过滤系统也有助于提高污水处理过程的效率。其次，微生物电化学处理是一种新兴的技术，利用微生物的电化学活性来去除污水中的有机物和金属离子，这种技术可以用于废水处理和生物电池的生产。微生物电化学处理不仅可以去除有害物质，还可以产生电能，具有潜在的可持续性。再次，通过基因工程技术，可以改良微生物以增强其降解污染物的能力，包括改进微生物的耐受性、增加降解途径的效率以及提供处理速度，这种创新有助于更高效的去除难降解的有机污染物。保护水资源和改善环境质量，推动城市的可持续发展。

5 结束语

综上所述，城市生活污水处理技术的现状和发展趋势反映了社会对水资源、环境和可持续性的日益关注。在现代城市快速发展的背景下，污水处理不仅是一项技术挑战，更是一项生活质量和环境健康的关键因素。现阶段，城市生活污水处理领域已经取得了许多令人欣喜的进展，采用了各种先进的技术来提高处理效率、降低成本和减少环境影响。然而，城市生活污水处理领域仍然面临着许多挑战，仍然需要持续的努力和创新，推动城市的健康、可持续发展。