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污水处理行业诞生和升级转型发展阶段

  北极星水处理网讯:进入“十四五”,我国面临全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后,开启全面建设社会主义现代化国家新征程向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年。对污水处理行业而言,一方面承担着继续改善城镇水生态环境质量的重任,另一方面需要应对提升人民群众对生态人居环境满意度的重大挑战。在生态文明建设的历史新时期,无论针对现有系统的提质增效、还是做优增量建设,污水处理行业需要走出高质量发展的升级转型道路。

  18世纪60年代第一次工业革命标志着人类进入工业文明时代,工业化阶段人口向城市转移,小规模、低负荷的生活污染向大规模、高负荷的生活与工业复合污染转变,农耕时代的自然循环被打破,人类工程干预后的新平衡尚未建立,污染物产生量远超环境容量,引发水体黑臭、疾病滋生等一系列严重后果。直至百年前的1914年,活性污泥工艺在工业文明的发起地英国诞生,标志着现代污水处理行业兴起。随着工业化后期工具的进步使得更大尺度和全球范围的环境问题进入人们的视野,河湖海洋水华、赤潮等水体富营养化问题的出现,污水处理技术从解决黑臭向控制氮磷污染发展,并最终发展到控制产生潜在健康风险的各类微污染物。

  目前活性污泥技术经历多轮变革,演变出一系列功能、构型各具特征的污水处理工艺,包括AAO工艺、氧化沟工艺、AB工艺等,并逐步构建起庞大规模的管网收集、集中传输和集中式处理的城市污水处理模式。伴随城镇化率提升及大型城市出现,污水处理厂已经成为城市基础设施的重要组成部分。

  1987年,布伦兰特夫人为首的世界环境与发展委员会发表《我们共同的未来》,正式提出“既能满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害”的可持续发展理念。1992年《联合国气候变化框架公约》力求把温室气体的大气浓度稳定在某一水平,从而防止人类活动对气候系统产生“负面影响”。污水处理行业在削减污染物的同时,开始注重减少对不可再生资源的消耗,如能源、土地、矿物类药剂、建筑材料等,并用经济的方式回收废水中的资源,如再生水、营养元素、能源(沼气、热能)等。进入可持续发展阶段,污水处理行业进一步向物质循环、能源回收和再生水回用的方向升级转型。

  西方发达国家在率先提出可持续发展概念的同时,也成功引领了这一轮污水处理行业的发展。2003年,全球第一座NeWater再生水厂在新加坡建成,污水再生回用达到饮用水标准。2005年,奥地利Strass污水处理厂在全球首次实现能量自给自足,仅依靠回收污水中化学能即可满足污水处理的能量消耗。2016年,瑞士立法强制从污水(污泥)、动物粪尿等污染物中回收不可再生的磷资源。此外,厌氧氨氧化自养脱氮、好氧颗粒污泥、热水解高级厌氧消化等一系列绿色低碳污水处理技术逐步得到推广应用。荷兰污水处理界提出要将污水处理厂转变为物质循环、能源回收和再生水回用三位一体的可持续污水处理设施(资源厂、能量厂、再生水厂),从而构建可持续社会的长期愿景。

  我国污水处理行业起步晚,但发展快,经历了一段超高速建设时期。根据城乡建设统计年鉴,截至2019年,我国已建成覆盖城市-县城-乡镇的城镇污水处理厂5 970座,处理规模超过2亿m³/d,已经超过美国,成为全球污水处理量最大的国家。通过近二十年建设的污水收集、处理及资源化利用设施已经成为城镇环境基础设施的核心组成部分,对实现污染防治、改善城镇人居环境,发挥了非常重要的作用。

  与此同时,我国污水处理行业在近二十年的高速发展过程中,由于“重地上、轻地下”“重水轻泥”等一系列问题,同时我们忙于补上污水处理厂建设滞后这一课,而忽略了国际上正经历可持续发展转型和相关的技术进步,导致我国污水处理系统存在一系列先天不足和技术上的重大缺陷。例如,普遍面临管道施工质量差、渗漏现象严重等现实问题;污水处理厂大量采用高能耗延时曝气等工艺和取消初沉池的设计,与国际主流技术不一致;缺少对污泥资源化处理处置的系统考虑,污泥厌氧消化项目占比很低(不足3%),短期内无法实现未来碳减排的要求;氮磷资源回收在国外已经开始进入工业化阶段,而我国目前在未来可持续发展方向上还没有特别明确的顶层设计和思考。城市污水处理厂更多关注污染控制和达标排放,而缺少对城市污水处理功能性、系统性的思考,甚至由于过度关注高标准排放,导致污水处理行业普遍出现能源消耗和资源浪费等一系列问题。

  针对全球污水处理发展的大趋势,以及中国污水处理高速发展中存在的诸多问题,2014年,以曲久辉院士为首的行业专家委员会提出了 “建设面向未来的中国城市污水处理概念厂”的构想,将未来引领性的理念概括为“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”等四个追求,期望中国污水处理行业能像中国高铁一样,在国际上快速实现从“跟跑”到“领跑”的转变。改变行业“走一步看一步”、“不断打补丁”的做法,引导整体向前看,实现跨越式发展,践行低碳绿色先进理念,集中应用与展示已经和即将工程化的全球先进技术,充分满足中国城市可持续发展的战略要求。

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