市政污水處理升級改造工藝“再思考”

水處理網(wǎng)訊:近年來，為進(jìn)一步提高整體水環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)自然水體，我國城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)已逐步從“一級B”升級為“一級A”。2015年，國家出臺《水污染防治行動計劃》，部分省份和地區(qū)將進(jìn)一步提高到“地表Ⅳ類水”排放標(biāo)準(zhǔn)，其化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總氮和總磷的排放限值低至30、6.0、1.5、1.5和0.3 mg/L。因此，為滿足不斷提高的排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)市政污水處理工藝升級改造勢在必行。

市政污水處理升級改造工藝現(xiàn)狀

目前，市政污水處理主要采用以活性污泥法為核心的生物處理工藝，其出水水質(zhì)難以達(dá)到日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。已有的工藝升級改造主要采用在傳統(tǒng)生物處理過程后疊加深度處理工藝的方法，常用的深度處理工藝有混凝沉淀，反硝化濾池，曝氣生物濾池，高級氧化等。例如，經(jīng)傳統(tǒng)生物處理后污水中有機(jī)物大多以難生物降解物質(zhì)為主，為將其濃度降至30 mg/L以下，則需要增加高級氧化工藝或者吸附反應(yīng)池來實(shí)現(xiàn)；出水氨氮濃度低至1.5 mg/L，需要增加曝氣生物濾池，折點(diǎn)加氯等工藝；總氮若要達(dá)到1.5 mg/L的高標(biāo)準(zhǔn)，則須增加反硝化濾池，自養(yǎng)反硝化，高級氧化，吸附或反滲透工藝等；同時需要增加化學(xué)除磷或混凝沉淀等工藝將總磷降至0.3 mg/L以下。

市政污水處理升級改造工藝“再思考”

能耗和費(fèi)用

目前，市政污水處理采用的疊加式升級改造方法不僅延長了工藝處理流程，增加了整個處理系統(tǒng)的復(fù)雜性和運(yùn)行難度，而且相應(yīng)地提高了運(yùn)行費(fèi)用和能源消耗。據(jù)測算，隨著升級改造的實(shí)施，污水處理廠直接運(yùn)營成本會增加約30%，總體成本增加30~50%。

占地面積

占地面積擴(kuò)大。在高度城市化導(dǎo)致土地資源短缺的背景下，污水處理廠面臨著購地費(fèi)用高昂，甚至無地可用的難題。大部分污水處理廠需要盡量在原廠址范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)建、升級改造提標(biāo)。因此，隨著污水排放量的不斷增加與標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，在現(xiàn)有用地上，疊加深度處理工藝，無疑帶來了更多的用地挑戰(zhàn)。不可避免的，目前的水平設(shè)計需要逐步過渡到立體設(shè)計，最大可能地利用地上和地下空間。

新興微污染物

隨著人們對水質(zhì)環(huán)境要求的不斷提高，新興微污染物逐漸進(jìn)入大眾的視野，其在市政污水中的存在狀況越來越受到關(guān)注。新興微污染物，包括抗生素、鹵化物、塑料、藥品和個人護(hù)理品、雌激素、工業(yè)化合物如全氟辛烷磺酸和全氟辛酸等。其主要來自于人類活動，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且數(shù)量及種類仍在持續(xù)增長。

例如，我國抗生素使用量持續(xù)增加，而其中大部分會隨排泄物等進(jìn)入水環(huán)境?？股氐臍埩魰ι锾幚韱卧形⑸锂a(chǎn)生一定的抑制作用，而且長期暴露在低劑量的抗生素環(huán)境中，會被誘導(dǎo)產(chǎn)生抗性細(xì)菌和抗性基因?？剐曰蚩赏ㄟ^水平轉(zhuǎn)移等傳遞給其他微生物，造成更大的生態(tài)系統(tǒng)危機(jī)。已有調(diào)查研究表明，歐洲污水處理廠污水中存在抗性基因的豐度與污水中存在抗生素的濃度成正比。因此，為減小抗性細(xì)菌/基因的影響，抗生素的控制至關(guān)重要。

另一個例子，Covid-2019公共衛(wèi)生事件中，大量消毒劑被用于殺滅水體中的致病菌及病毒以保證水環(huán)境安全。含氯消毒劑是普遍使用的消毒劑，可有效殺滅水中的致病菌和病毒。但帶來了一個需要慎重考慮的問題，即施用大量含氯消毒劑，可導(dǎo)致其與水體中殘余或天然有機(jī)物反應(yīng)生成具有毒性的鹵化消毒副產(chǎn)物。

盡管上述微污染物在污水中的濃度范圍很低（納克~微克/升），但其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難以生物降解，具有持久性。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)污水處理工藝在二級甚至三級出水中仍能檢測到一些新興微污染的存在 。這極有可能導(dǎo)致微污染物通過水體，進(jìn)一步積累在水生生物和水生植物的食物鏈中，并通過食物鏈的富集效應(yīng)對環(huán)境和人類造成潛在風(fēng)險。

政策驅(qū)動和技術(shù)突破

微污染物因其濃度低、對宏觀綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)較小而常被忽視。在我國現(xiàn)有的水質(zhì)污染標(biāo)準(zhǔn)中尚未明確規(guī)定大部分新興微污染物的排放準(zhǔn)則和量化標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，目前我國污水處理在升級改造工藝過程中往往以常規(guī)污染物和營養(yǎng)鹽達(dá)標(biāo)為主要選擇依據(jù)，未將微污染物的有效去除納入考量。但可以預(yù)見，若微污染物在污水處理中不能有效去除，會使污水廠成為微污染物重要的污染點(diǎn)源，導(dǎo)致大量微污染物排入自然水體，造成一定的環(huán)境風(fēng)險。此外，我國很多地區(qū)正在逐步實(shí)現(xiàn)城市污水的再生利用，或用于補(bǔ)充地表水、地下水甚至飲用水水源水。這將進(jìn)一步加大水循環(huán)系統(tǒng)中，新興微污染物的遷移轉(zhuǎn)化對生態(tài)安全和人類健康的潛在威脅。因此，污水處理升級改造工藝的選擇應(yīng)在滿足常規(guī)污染物有效去除的同時，兼顧微污染物的控制。

針對微污染物的治理，首先應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)和政策上予以重視。目前我國水質(zhì)指標(biāo)中缺乏絕大多數(shù)新興微污染物的限值標(biāo)準(zhǔn)和毒性評估，亟待完善，應(yīng)逐步將具有潛在危害的新興微污染物納入新排放標(biāo)準(zhǔn)。瑞士聯(lián)邦環(huán)境辦公室(FOEN)在2015年通過啟動《水保護(hù)條例》，將12種污水中生物處理階段難以去除的有機(jī)微污染物納入排放標(biāo)準(zhǔn)，要求在污水處理過程中，必須對其中至少6種微污染物進(jìn)行有效控制。

其次，要重視先進(jìn)技術(shù)對新興微污染物去除的有效性，即針對性的選擇同時具有對微污染物有效去除的升級改造工藝。例如，在瑞士，基于臭氧的高級氧化及活性炭吸附工藝應(yīng)用于水體中微污染物的去除，可達(dá)到至少80%的去除率 ；在新加坡，作為新生水工藝核心的反滲透工藝能夠有效截留已知的新興微污染物。這些技術(shù)可為我國正在進(jìn)行的污水處理升級改造提供有意義的參考借鑒。

結(jié)語

隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入推進(jìn)和人們對水環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，污水排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。升級改造工藝所帶來的能耗、費(fèi)用和占地等一系列問題，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為是目前制定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)過高。然而，值得探討的是，在提標(biāo)改造已成趨勢的情況下，應(yīng)慎重考慮目前升級改造技術(shù)路線是否能有效滿足未來社會與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。