我國(guó)城市污水處理設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展

楊宇鋒

（武漢天創(chuàng)環(huán)保有限公司，湖北 武漢 430000）

0 前言

現(xiàn)階段，全球水資源面臨短缺問題，如何合理利用水資源，節(jié)約水資源以及凈化水資源已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)的共同問題，污水處理是解決問題的有效途徑[1]。人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生茶均會(huì)消耗大量的水資源，利用水資源后的排放問題是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。如果對(duì)廢水資源進(jìn)行有效處理并合理利用，就可以有效緩解水資源短缺的問題[2]。我國(guó)的經(jīng)濟(jì)近些年得到了快速的發(fā)展，但是與此同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了一定的污染。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，我國(guó)積極倡導(dǎo)節(jié)能減排，并且在污染物的處理方面給予了足夠的重視。在全球水資源日益緊缺的形勢(shì)下，污水處理就顯得尤為重要。將污水進(jìn)行處理之后，可以對(duì)其進(jìn)行循環(huán)使用，為我國(guó)的生產(chǎn)減少水資源消耗。水處理技術(shù)利用相關(guān)的技術(shù)手段對(duì)污水進(jìn)行凈化，使其可以繼續(xù)使用，所以水處理技術(shù)在我國(guó)未來具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，可分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)處理，一般根據(jù)水質(zhì)狀況和處理后的水的去向來確定污水處理程度。

1 我國(guó)污水處理現(xiàn)狀及常見污水處理技術(shù)

1.1 水污染突發(fā)事件的主要特征

1.1.1 水污染突發(fā)事件具有多樣化的形式

通過近幾年水污染突發(fā)事件，可以發(fā)現(xiàn)水污染物種類繁多，并且污染可以以多種形式存在。例如，常見水污染物包括水底植物、化工原料、工業(yè)廢水和生活污水等；水污染形式有水底植物瘋長(zhǎng)、化工廠原料未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)但排入外界環(huán)境、水體污染等，可能涉及單個(gè)或多個(gè)水體被污染以及交叉污染等問題。因此，水污染突發(fā)事件具有多樣性[3]。

1.1.2 水污染突發(fā)事件具有突然性

水污染突發(fā)事件事先并未獲取任何相關(guān)信息，甚至專家都難以預(yù)測(cè)水污染突發(fā)事件的發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)生原因以及可能造成的后果等問題。

1.1.3 水污染突發(fā)事件具有規(guī)律性

通過分析近幾年水污染突發(fā)事件的全過程，可以發(fā)現(xiàn)水污染突發(fā)事件是具有一定規(guī)律性的。水污染突發(fā)事件發(fā)生概率較高的區(qū)域主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相對(duì)較快的區(qū)域。

1.1.4 水污染突發(fā)事件具有處置艱巨性

水污染突發(fā)事件剛發(fā)生時(shí)，我們很難立即采取有效措施，甚至某些地方政府相關(guān)機(jī)構(gòu)掩蓋了真相。隨著污染程度的加深，污染因素的可控程度會(huì)嚴(yán)重下降，可操作的處理難度也會(huì)隨之增加。我國(guó)人口眾多，地域文化差異較大，在污染事件處理過程中很可能受到政府排斥、企業(yè)配合度低等問題。此外，國(guó)家也缺少水污染突發(fā)事件應(yīng)急處理專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，增加了處理難度。

1.1.5 水污染突發(fā)事件具有嚴(yán)重的危害性

水流動(dòng)性良好，污染物在水中會(huì)隨著水的流動(dòng)而快速擴(kuò)散，并且污染物也可能和水中的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的污染物，加劇原水污染危害。生態(tài)修復(fù)是一個(gè)漫長(zhǎng)過程，需要投入大量的人力、物力。水污染的危害導(dǎo)致出現(xiàn)了一次飲水危機(jī)，更是對(duì)自然資源的浪費(fèi)，給子孫后代的生活帶來影響。

1.2 我國(guó)污水處理面臨的問題

我國(guó)污水處理面臨的問題有2個(gè)。1）經(jīng)濟(jì)發(fā)展與污水處理設(shè)備之間的矛盾。隨著可持續(xù)發(fā)展理念不斷深入，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后地區(qū)需要在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟(jì)。但是該地區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)企業(yè)在污水處理設(shè)備問題方面要求較高，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的需求，導(dǎo)致企業(yè)發(fā)展受到限制。2）污水處理技術(shù)較為落后。城市污染處理需要技術(shù)的支持。先進(jìn)、有效的技術(shù)有利于高效地完成城市污水處理問題，但是落后的污水處理技術(shù)往往只能拖延城市污水處理的進(jìn)程。目前，我國(guó)的城市污水處理技術(shù)都比較傳統(tǒng)和老舊，給我國(guó)城市污水處理帶來了嚴(yán)重的阻礙[4]。

1.3 常見污水處理技術(shù)

常見污水處理技術(shù)主要有生物污水處理法、物理污水處理法以及化學(xué)法[5]。

生物處理是指利用微生物將污水中的有機(jī)物降解為無害的物質(zhì)，從而凈化污水的處理方法。常見的生物污水處理技術(shù)有活性污泥法、生物膜法等。物理污水處理法常用到的方法有沉淀法、過濾法、氣浮法、離心分離法和磁力分離法。常見化學(xué)處理污水的方法有混凝沉淀法、中和法、氧化還原法和化學(xué)沉淀法。

2 我國(guó)城市污水處理設(shè)備現(xiàn)狀

2.1 我國(guó)現(xiàn)有污水處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)COD反應(yīng)器降解的原理，污水處理工藝過程中所用設(shè)備主要包括配水系統(tǒng)，流化床反應(yīng)室，內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和深度凈化反應(yīng)室。進(jìn)水和混合-配水系統(tǒng)中，廢水、循環(huán)水、反應(yīng)器底部污泥混合后，可被均勻稀釋，抗沖擊性能得到大大提升。配水系統(tǒng)形狀為蓋板狀，可以有效避免配水系統(tǒng)的堵塞和拼接。在流化床反應(yīng)室設(shè)備中，廢水和顆粒污泥在進(jìn)水和循環(huán)水的作用下發(fā)生強(qiáng)烈接觸，污染物降解率得以提高。在內(nèi)部流通系統(tǒng)中，厭氧生物經(jīng)過三相分離器后進(jìn)入上升管，氣體、水和污泥快速上升至提升管。剩余泥水流過降液管進(jìn)入反應(yīng)器底部，形成循環(huán)流。廢水經(jīng)流化床反應(yīng)室后進(jìn)入深層凈化室，COD進(jìn)一步降解，直至幾乎完全去除。

20世紀(jì)70年代末期，我國(guó)剛開始自主生產(chǎn)污水處理設(shè)備，但設(shè)備系列化、成套化以及標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，且得到成功應(yīng)用的設(shè)備依舊不足50%。自20世紀(jì)90年代后，政府相關(guān)機(jī)構(gòu)開始重視污水處理設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，這也在一定程度上大大提升了設(shè)備的制造能力，各類配套的污水處理設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，污水處理標(biāo)準(zhǔn)化程度也得以有效提升。當(dāng)前，5 t～50 t日處理能力的污水處理設(shè)備均可全部由國(guó)家企業(yè)自主生產(chǎn)[6]。國(guó)產(chǎn)污泥脫水處理系統(tǒng)、污水污泥提升系統(tǒng)、曝氣處理系統(tǒng)以及機(jī)械過濾沉淀系統(tǒng)等已經(jīng)趕超20世紀(jì)80年代的國(guó)際水準(zhǔn)，各種類型的配套設(shè)備也能滿足市場(chǎng)需求。二級(jí)生物接觸氧化處理工藝較為新穎，以推流式生物接觸氧化，在污水處理效果上明顯高于二級(jí)串聯(lián)或完全混合式生物接觸氧化池。并且二級(jí)生物接觸氧化處理工藝設(shè)備所占面積小，可以有效適應(yīng)各種類型的水質(zhì)，具有良好的沖擊負(fù)荷能力，并且沒有污泥膨脹問題。國(guó)產(chǎn)在線監(jiān)控系統(tǒng)、沼氣發(fā)電系統(tǒng)等污水處理系統(tǒng)仍與國(guó)外先進(jìn)水平存在較大的差距，我國(guó)還需要在新技術(shù)裝備上加大自主創(chuàng)新研發(fā)能力。

2.2 我國(guó)城市污水處理設(shè)備面臨的主要問題

城市的發(fā)展越來越快也就意味著需要處理的工作很多，城市污水就是很重要的一方面，如果處理不好就會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，面臨一些問題。對(duì)于目前我國(guó)的一些污水處理設(shè)備來說，很多處于半運(yùn)行狀態(tài)。在此過程中，我國(guó)污水的實(shí)際處理率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污水處理設(shè)備的處理能力。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，這方面的投資有所增加，但是與外界預(yù)期仍有很大差距，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。

我國(guó)在污水處理技術(shù)上正在實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，全國(guó)污水處理企業(yè)數(shù)量逐年提高，對(duì)我國(guó)污水能力的提升做出了重要貢獻(xiàn)。且當(dāng)前還有很多正在建設(shè)的污水處理廠，這也基于政府機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的重視。在此背景下，我國(guó)污水處理設(shè)備的發(fā)展也遭遇到了一些瓶頸，以下總結(jié)了我國(guó)污水處理設(shè)備發(fā)展中遇到的問題。

2.2.1 污水處理設(shè)備主要來源于進(jìn)口，自主研發(fā)設(shè)備較少

污水處理是環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)內(nèi)容，因此，國(guó)際在各類污水處理技術(shù)、處理設(shè)備上都未限制專利，也不存在技術(shù)封鎖，這就導(dǎo)致國(guó)際環(huán)保設(shè)備流通暢通，毫無障礙。且國(guó)內(nèi)污水處理設(shè)備研發(fā)起步晚，跟不上發(fā)達(dá)國(guó)家水平，國(guó)內(nèi)很多污水處理企業(yè)選擇進(jìn)口污水處理設(shè)備，使進(jìn)口設(shè)備占比高于80%，國(guó)產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)占比不足20%。但不同區(qū)域污水水質(zhì)也有較大的差異，進(jìn)口設(shè)備在污水處理上也有一定的局限性，加之價(jià)格較高，這也為國(guó)產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用提供了機(jī)遇。

2.2.2 研發(fā)能力與國(guó)際相比還有一定的差距

近幾年，國(guó)家政府機(jī)構(gòu)支持污水處理設(shè)備的發(fā)展，也投入了相當(dāng)高額的資金用于污水處理設(shè)備研發(fā)工作。但由于污水設(shè)備多數(shù)零件為中小企業(yè)生產(chǎn)的專用零件，生產(chǎn)能力的限制也是污水處理設(shè)備研發(fā)的瓶頸。

2.2.3 污水處理設(shè)備的性能技術(shù)指標(biāo)有待提高

污水處理技術(shù)及相關(guān)設(shè)備研發(fā)是一項(xiàng)科技含量較高的技術(shù)，且對(duì)設(shè)備性能也有較為嚴(yán)格的要求，這也是污水處理設(shè)備研發(fā)的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)前，我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的離心泵、潛污泵、曝氣機(jī)、壓濾機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等污水處理設(shè)備已經(jīng)投產(chǎn)使用，也可滿足污水處理要求。但是一些沼氣發(fā)電、污水處理監(jiān)控等技術(shù)等級(jí)較高的系統(tǒng)設(shè)備，65%以上需要依靠進(jìn)口，由此可見與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家有著很大的差距，這也是我國(guó)污水處理設(shè)備發(fā)展需要完善的內(nèi)容。且國(guó)產(chǎn)配件和進(jìn)口配件也存在差距，國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口反應(yīng)器對(duì)比見表1。

3 我國(guó)城市污水處理設(shè)備的主要發(fā)展方向

3.1 提高污水處理效率

每天檢查污水處理設(shè)備氣浮機(jī)進(jìn)污水泵和回流泵是否結(jié)冰，包括水泵的潤(rùn)滑加油，填料的松緊，底閥的密封和空壓機(jī)的加注機(jī)油等。檢查空壓機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有無雜聲及發(fā)熱現(xiàn)象。檢查刮渣機(jī)的傳動(dòng)部分及刮板，在寒冷狀態(tài)下是否變硬折斷，以免影響使用。對(duì)各設(shè)備閥門管路進(jìn)行檢查以免閥門管路有堵賽。停機(jī)時(shí)必須將水放干凈，以免結(jié)冰堵塞。

表1 國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口反應(yīng)器對(duì)比

3.2 引入智能化污水處理技術(shù)

利用人工智能實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)， 當(dāng)后臺(tái)發(fā)現(xiàn)偏離設(shè)定基準(zhǔn)線有重大誤差時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)。整合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)等新一代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高度智能化、網(wǎng)絡(luò)化的智慧安全污水處理方案。系統(tǒng)通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的污水處理廠管的性能實(shí)時(shí)監(jiān)控。管理人員能夠通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，使用手機(jī)和PC設(shè)備，隨時(shí)隨地了解系統(tǒng)設(shè)備及污水處理情況，并根據(jù)事實(shí)做出決策， 跟蹤所做投資的影響。因此，將智能化系統(tǒng)引入污水處理中需要從以下3個(gè)方面入手。1）人才是智能化污水處理技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性因素，污水處理企業(yè)需要提高整體員工的素質(zhì)與素養(yǎng)。因此，注重人才的引進(jìn)、員工的培養(yǎng)，吸引具有一定管理能力的人才加智能化污水處理建設(shè)，同時(shí)對(duì)污水處理人員進(jìn)行關(guān)于“智能化”的統(tǒng)一培訓(xùn)，讓員工掌握智能化系統(tǒng)的操作流程。2）加強(qiáng)與公眾在智能化方面的聯(lián)系，建設(shè)完善的云數(shù)據(jù)中心，讓公眾多了解智能化污水處理技術(shù)，主動(dòng)加入污水處理行列。3）積極與政府合作，得到相關(guān)政策的扶持，同時(shí)給予技術(shù)、資金上的支持。總之，智能化污水處理技術(shù)需要吸收社會(huì)各界的建議，以政府的扶持為輔，形成污水處理與政府相互促進(jìn)的良好局面。

3.3 降低污水處理過程中的能耗

水泵是污水處理系統(tǒng)中至關(guān)重要的核心設(shè)備，在處理污水過程中，水泵需要消耗大量的電能。因此，降低污水處理過程中能量消耗的有效途徑之一是提高水泵的運(yùn)行效率，從泵房上節(jié)約能源消耗。這就需要相關(guān)技術(shù)人員從以下幾個(gè)方面入手?？茖W(xué)設(shè)計(jì)水泵的揚(yáng)程，節(jié)約水泵在運(yùn)行過程中的能源消耗。通常情況下，在設(shè)計(jì)污水處理廠過程中，多數(shù)技術(shù)人員計(jì)算水頭損失的方法為估算法。但是一般估算法所得數(shù)值比實(shí)際值略高，導(dǎo)致水泵揚(yáng)程設(shè)計(jì)過高[7]。因此，在設(shè)計(jì)污水廠，計(jì)算污水處理系統(tǒng)總水位差值過程中，還需要合理結(jié)合地形，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃W(xué)理論計(jì)算實(shí)際值，以降低計(jì)算偏差，縮短與水泵真實(shí)揚(yáng)程的誤差。為了更進(jìn)一步降低水泵的能源消耗，還需要縮短水泵揚(yáng)程。

具體操作方法有以下3種。1）在設(shè)計(jì)水泵高程時(shí)做到一次提升，選擇更為合理的管道、出水口、進(jìn)水口連接，從源頭降低水頭損失。此外，還可以將固定堰更換為可調(diào)堰，將非淹沒堰更換為淹沒堰，并對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行更加合理、科學(xué)的布局。從相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，按照此種方法調(diào)整，每處理1 t廢水，可降低30%的能量消耗。2）定期對(duì)污水處理設(shè)備進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)維護(hù)和整修，以降低能源消耗。目前國(guó)內(nèi)很多污水處理企業(yè)泵房利用率不足70%，并且設(shè)備能量消耗持續(xù)增長(zhǎng)，水量智能化、連續(xù)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，這也是污水處理耗能量較高的主要原因之一。因此，污水處理企業(yè)應(yīng)對(duì)水泵進(jìn)行合理改造。在改造水泵過程中，可以在污水提升系統(tǒng)中借助于變頻調(diào)速技術(shù)，以此來合理搭配泵站設(shè)備，提升水泵系統(tǒng)的工作效率，降低水泵系統(tǒng)的能量消耗。3）水泵機(jī)組系統(tǒng)要盡可能地使用同一型號(hào)水泵或者選擇泵型相同的水泵，以便后續(xù)維護(hù)和管理，降低水泵開關(guān)頻率，以保證水泵正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。此外，生物膜技術(shù)也是一類新型的污水處理技術(shù)，可以有效吸收廢水中的有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)而凈化水質(zhì)。生物膜具有良好的再生能力，使用壽命相對(duì)于其他設(shè)備來說較長(zhǎng)，可以為污水處理節(jié)約成本。但是生物膜技術(shù)也有一定的局限性，污水處理時(shí)間較長(zhǎng)，且生物膜自身生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，作用效果難以有效保障，還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語

近幾年，國(guó)內(nèi)污水處理技術(shù)發(fā)展較快，相關(guān)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)也在有條不紊地進(jìn)行，但是和國(guó)外先進(jìn)水平相比還存在較大的差距，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。我國(guó)污水處理設(shè)備的開發(fā)也逐漸從小型農(nóng)戶用污水處理設(shè)備逐漸向工業(yè)廢水處理、農(nóng)業(yè)廢水處理以及生活用水處理設(shè)備的方向發(fā)展。

除了以上幾點(diǎn)之外，城市一體化生活污水處理設(shè)備還有許多問題需要解決。首先，城市建設(shè)資金短缺。其次，一些城市存在盲目建設(shè)的問題。再次，再生水利用率低，部分城市污水管網(wǎng)不發(fā)達(dá)，部分工廠污水超標(biāo)嚴(yán)重。這些問題一直影響著水質(zhì)安全和污水處理設(shè)備的健康發(fā)展。鑒于上述問題，應(yīng)采取以下對(duì)策。加大宣傳教育，提高全民環(huán)保意識(shí)。充分利用媒體資源，向社會(huì)宣傳水資源保護(hù)的原則、政策和法規(guī)。讓公眾樹立堅(jiān)定的環(huán)保意識(shí)，了解水資源保護(hù)的重要性和緊迫性，增強(qiáng)自身的責(zé)任感，培養(yǎng)節(jié)水習(xí)慣。此外，污水處理設(shè)備廠還應(yīng)積極引導(dǎo)公民參與水資源保護(hù)，使水資源保護(hù)和節(jié)約用水深入人心。