10月30日發(fā)出的《鄭興燦：中國城市污水處理工藝的歷史回顧與未來挑戰(zhàn)》一文因時效要求出現了部分錯誤。為方便讀者精準閱讀，特邀請鄭興燦老師對文章調整優(yōu)化，鄭老師對待學術的嚴謹認真令人敬佩。歡迎廣大讀者提出更多寶貴意見，這是我們前進的不竭動力。

中國城市污水處理經過30多年的發(fā)展，特別是最近十年的快速發(fā)展，已經擁有數萬技術人員，日處理能力達到1.5億立方米，取得的成績有目共睹。這段時期城市污水處理技術的發(fā)展是以引進、吸收國外技術為基礎的創(chuàng)新應用過程。以下通過幾個片段，回顧一下中國城市污水處理事業(yè)的發(fā)展歷程。
 

我國城市污水處理發(fā)展及典型工藝流程

自上世紀80年代以來，污水處理工程建設飛速發(fā)展，尤其是1998年亞洲金融危機之后，朱镕基總理通過大量國債資金的投入來支持污水處理廠的建設。2008年，美國陷入金融危機，同樣給了建設污水處理基礎設施的機會，如果沒有這樣的危機，不管是領導還是地方政府部門，將更關注的是民生等其他事情，而現在，我國大部分的省市縣級上甚至到鎮(zhèn)的程度都已經建設了污水處理廠。

1.我國城市污水處理廠數量劇增，規(guī)模偏小中型

首先，我國城市污水處理今后進一步發(fā)展會達到何種程度？1978年僅有37座污水處理廠，之后污水處理廠的數量不斷翻番，但是總體規(guī)模并沒有實現同步的線性增加，今后數量會繼續(xù)明顯增加，但處理規(guī)模的增加會比較有限。預計到2020年，我國城鎮(zhèn)污水處理廠數量會超過一萬座，日處理總能力達到2.0億立方米。從規(guī)模上來看，目前大規(guī)模的污水處理廠數量較少，中等規(guī)模的數量較多，主要規(guī)模集中在2到5萬立方米左右。

 

其次，我國城市污水處理采取了哪些工藝流程？從商業(yè)名稱上講，不少于一百種，但我們可以將其簡單歸為如下幾類，如A²/O與A/O、氧化溝、SBR、傳統(tǒng)活性污泥法等。按照環(huán)保部門的要求，污水處理廠的排放標準要逐漸提升。雖然對總氮的標準要求可能是不太合理的，但是從整體的國情和社會發(fā)展上來講，仍然會繼續(xù)促使其往高標準方向發(fā)展。

2.國內不同時期的污水處理工藝

從技術發(fā)展和工程應用上講，我國污水處理廠的發(fā)展是比較早的。1926年，上海東區(qū)建設運行了污水處理廠，但是之后的60年里，我國建設的污水處理廠數量很少，僅在西安、太原、北京等地有少數嘗試。1984年建成投產的天津紀莊子污水處理廠，采用常規(guī)活性污泥法，這是我國污水處理廠發(fā)展的重要標志，它代表了常規(guī)活性污泥法在我國的大規(guī)模應用。

城市污水處理廠的發(fā)展，包括其工藝的發(fā)展，跟社會、經濟的發(fā)展密切關聯。例如，紀莊子污水處理廠，建成初期周邊全部為農田與魚塘，到2000年的時候，周邊大量建筑開始建設。到2010年的時候，污水處理廠周圍都是高檔住宅區(qū)，使得污水廠的運行面臨來自社會的很大壓力，比如除臭，因此只能采用成本費用更好的技術方法或搬遷。這時期，也開始應用一些最新技術，比如2002年使用化學混凝、砂濾和微濾膜技術進行再生水生產，2010年左右采用浸沒式膜濾改造了原先的砂濾系統(tǒng)，少部分還進行了反滲透處理。

國內最早采用生物除磷脫氮（A²/O）的是廣州大坦沙污水處理廠一期工程。1987年中國市政工程華北設計研究院在無錫清揚污水處理廠進行A²/O工藝應用試驗時，發(fā)現回流污泥硝酸鹽濃度明顯影響生物除磷效果及運行穩(wěn)定性。1988年，在設計建設泰安污水處理廠時，遇到同樣的問題。這個項目是跟奧地利合作的外國政府貸款項目，通過試驗研究后，確定采用AB法工藝，其中B端采用了我們自己開發(fā)的改良A²/O工藝流程，這個改進的工藝流程中，通過設置回流污泥反硝化段和進水多點分流，取得了很好的生物除磷脫氮效果，后來就一直以不同的池型構造等方式來推廣應用這樣的工藝流程，在許多污水處理廠得到應用，因此，該工藝流程已經成為我國主流的生物除磷脫氮工藝流程。

另外一個代表我國污水處理技術發(fā)展的，是邯鄲市東污水處理廠。該廠于1989年9月動工，1991年3月運行，在當時是比較熱門的一家污水處理廠，運行效果很不錯。但也存在一些缺陷，比如池容與設備利用率低，所以，在1995年，國家城市給水排水工程技術研究中心專門舉辦一場主題為氧化溝技術的討論會，請來世界上所有的氧化溝廠商做介紹。這次討論會帶來一個問題，那就是各類氧化溝技術在國內遍地開花，影響了污泥厭氧消化技術的發(fā)展和應用。

1990年開始建設的青島海泊河污水處理廠，相對來講比較成功，設計規(guī)模是8萬噸/日～12萬噸/日，是我國第一座真正意義的AB法污水處理廠，進水濃度很高，有很強的污泥厭氧消化系統(tǒng)。而厭氧消化系統(tǒng)在運行過程中存在什么問題？那就是硫化氫含量非常高。但是該廠的沼氣驅動風機系統(tǒng)一直在運行，到目前為止都比較成功，節(jié)能降耗成效非常明顯。這個廠的B段后來做了一些工藝改造，但是（好象）A段仍在保持。

作為90年代具有代表性的青島李村河污水處理廠工程，于1994年設計，1998年開始運行。該廠的進水濃度比較高，所以如何達到比較好的標準？設計院最初提出采用AB法，后來，課題組和設計院考慮到未來污水處理廠的標準提升，尤其是沿海地區(qū)的排放標準；而且青島建設污水處理廠主要目的并不僅僅是解決環(huán)境問題，而是促進招商引資，德國人對環(huán)境質量的要求很高，有這樣的污水處理設施，外資企業(yè)才會來投資。綜合以上背景條件，青島建設了那個年代很高出水標準的污水處理廠。

從技術發(fā)展和工程應用的角度來看，國內的再生水技術和實際應用還是比較早的，例如，2001年就進行了微濾膜和反滲透技術的工程應用，跟新加坡是基本同步的。新加坡很關注膜技術的應用，后來的發(fā)展很快，工程規(guī)模大，而我國現有的需求或者社會經濟發(fā)展還沒有達到新加坡的程度，導致后來的發(fā)展不是很快，已經明顯落后于新加坡，所以沒有形成國際影響力，因此失去了很重要的機會。好在近年來，國內的膜技術及設備產品發(fā)展很快，工程應用成效也相當明顯。

3.污水處理廠的提標改造案例

后面重點介紹2007年太湖水污染事件發(fā)生以后，如何針對太湖水污染問題對城鎮(zhèn)污水處理廠進行工藝改造。無錫蘆村污水處理廠，最初采用常規(guī)活性污泥法，后來采用A²/O工藝。2008年，太湖事件出現以后，采取具有回流污泥反硝化的改良A²/O工藝流程，部分曝氣池改造為活性污泥和生物膜組合的IFAS系統(tǒng)，強化冬季條件下的硝化和反硝化。由于提標改造沒有可用的新增用地，我們采取了這樣的復合系統(tǒng)和后續(xù)的機械過濾系統(tǒng)，都是國內首次采用，生物池水力停留時間為10.4個小時，如果按照傳統(tǒng)的生物除磷脫氮工藝方法進行設計計算，則需要達到18個小時以上。

再說說青島團島污水處理廠的提標改造。該廠于1999年投入運營，進水超高濃度，特別是總氮，年平均80mg/L，高峰時段可達到120-150 mg/L，這樣的系統(tǒng)如何達到穩(wěn)定的生物除磷脫氮效果？這個廠原先就采用了改良A²/O工藝，在改造過程中，采取的工藝流程跟無錫蘆村類似，但是具體操作和采取的模式不太一樣。這是90年代建造的設施，從這個衛(wèi)星圖片上來看，我們把原先的一部分生物曝氣池改成投加懸浮填料的IFAS系統(tǒng)。

今后概念廠的理念要實現的話，這樣的進水水質條件、這樣的項目，如果選為示范案例，可以起到帶頭的作用。另外一個重要案例是，天津津南污水處理廠規(guī)程，有強化除磷脫氮、污水再生利用、營養(yǎng)物的回收、污泥排液處理、污泥厭氧消化、綠色廠區(qū)設計等體現能源化、資源化和低影響開發(fā)理念的特征。

 

 

城市污水處理面臨的主要問題

現階段我們遇到如下幾個主要問題，一是在城市區(qū)域，必須要考慮整個排水系統(tǒng)。生活中會遇到不同的降雨事件，當特大暴雨的時候，不要考慮排水系統(tǒng)的好壞，而要解決洪水和內澇問題；如果是暴雨，則要二者兼顧。一般的小雨、大雨，就必須納入到污水處理系統(tǒng)中，小雨時，只需要考慮污水管理；中雨時，還要考慮面源污染；大雨時，要考慮雨水利用與徑流污染控制。如果是暴雨，就要考驗內澇控制。同樣，排水系統(tǒng)跟我們整個城市、地表、垃圾的管理都是密切相關。

 

另外，作為一個工程師，不僅要考慮技術，更要衡量經濟。如果經濟上不可行，技術上可行，也解決不了問題。

這是我們現在的污水處理廠出水排放標準，但是未來的標準還不清楚。

 

這里，概要總結一下城市污水穩(wěn)定達標處理的幾個主要影響因素：一是我國城市污水水質水量波動非常大，包括季節(jié)性波動、區(qū)域的波動。二是城市污水的碳氮比普通偏低，受污水管網與工業(yè)廢水的影響。三是進水無機懸浮固體含量高，主要受排水體制與地表徑流污染的影響。四是污水處理系統(tǒng)中的污泥活性受工業(yè)廢水和冬季低溫的不利影響，這些都是重要因素。

這是我們全國一個平均水平，一方面，大部分污水處理廠進水中的泥沙量都比較高，另一方面，達到理想碳氮比的不到20%。在這個條件下，我們在建設一些新的污水處理廠時，逐漸考慮到的工藝流程，是初沉發(fā)酵+預反硝化（多級）改良A²O+外碳源+協(xié)同化學除磷。要達到一個很好的去除總氮的效果，現在通過實施外部碳源、也就是快速碳源，只需10分鐘，就能保證系統(tǒng)穩(wěn)定完整的運行。這樣的工藝流程的概念，就是剛才提到的津南污水處理廠的基本理念。

 

 

城鎮(zhèn)污水處理工藝的發(fā)展方向

最后談一下城鎮(zhèn)污水處理工藝的發(fā)展方向。工程界最關注的是如何進一步發(fā)展，活性污泥發(fā)生了什么變化？污水處理早先是考慮有機物去除，后來開始考慮氨氮，總磷，總氮，到現在開始考慮如何節(jié)省能耗物耗，這給生物池的池形構造設計，推流、完全混合、循環(huán)流的流態(tài)選擇，混合曝氣設備的組合應用，各種各樣工藝單元組合，開發(fā)與帶來了諸多的變革。自動控制系統(tǒng)，也從單臺設備到單元設備到工藝系統(tǒng)，再到智能監(jiān)控。

未來的技術發(fā)展，可能就是不同的組合，都可以有相應的工程利用，比如說UF和RO技術，活性污泥和生物膜組合，MBR，主流厭氧氨氧化，污泥高濃度厭氧消化等等。作為目前一個工程實踐案例，天津津南污水與污泥處理廠就是采取這樣的模式——-城市污水氮磷深度處理，雙膜法高等級再生水，污泥部分包括高濃度厭氧消化，消化液進行磷酸鹽的回收，之后高氮氧沼液進行厭氧氨氧化，通過磷的回收系統(tǒng)可以減少藥劑的應用。

考慮經濟指標的時候，一定要從整個大系統(tǒng)考慮，不僅僅從單個因素考慮。目前津南的沼液厭氧氨氧化系統(tǒng)設計規(guī)模是日處理2000立方米，采取顆粒化模式，另外也在嘗試固定膜的模式。今后還可能在主流工藝里面進行應用，其應用的實際效果，我們不去追求百分百理想的效果，可以從10%開始增加，直到達到理想的結果。另外，厭氧技術也已經不是以前的厭氧技術，許多技術有新的發(fā)展與提升。

總的來說，城市污水處理的技術發(fā)展導向，就是能源化利用、資源化利用、再生利用、高效低耗除磷脫氮。希望剛才講的理念在工程中能夠不斷地應用，未來做出來就是世界上最好的工藝方案，最好的工程案例。