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城市污水污染控制技術和政策研究
閱讀：952 發布時間：2009-5-7
| 關鍵詞：城市污水、污水處理、產業化、技術和政策 一、城市污水污染成為水污染控制的首要問題 1、城市污水污染和處理現狀 自1985年以來，我國廢水年排放總量一直的維持在350～400億m3/a左右。1996年全國666個設市城市中532個城市沒有污水處理廠，134個城市建成的309座污水處理廠，城市污水處理總量僅為44.6億m3，其中經二級生化處理的僅占6.9%，有77.4%的城市污水未經任何處理直接排入水體。1997年廢水排放量達到zui高值416億m3，其中工業廢水排放量227億t，市政污水排放量189億t。1999年城市污水污染負荷超過了工業廢水污染負荷，我國水污染的重點已經從工業點源為主的控制，逐步轉變為以以城市污水污染為主的控制。根據建設部估計2000年廢水排放量為480億m3。 2、城市污水排放量的預測 目前，全國有設市城市640多個，建制鎮1.6萬多個，人口約2.7億人。自90年代以來，我國的國民生產總值連續以8～11％的高速率的增長，預計新世紀的頭20年內我國經濟增長將保持在6～9％的高、中速率穩定發展。污水量增加考慮上述因素按5%的速率考慮。到2010年增加污水量300億m3。 建制鎮的污水產生量，按照我國政府有關部門新制定的小城鎮發展規劃，今后新型小城鎮的發展重點為沿路、沿江河、沿海、沿邊境等地理位置和交通條件較好、資源豐富、鄉鎮企業有一定基礎或農村批發和專業市場初具規模的小城鎮；建設目標為布局合理、設施配套、交通方便、環境優美、經濟繁榮、各具特色、具有3 萬左右人口規模的新型小城鎮。到2010年，全國城鎮人口達到5.6億人左右，城市化水平達到40%左右。2010年，全國設市城市達到1200個左右，建制鎮達到2.5－3 萬個，到2010年，全國村鎮自來水普及率達到65%，小城鎮人均日用水量180升、村莊110升，依此計算村鎮年廢水量可能達到270億噸。 3、污水處理率與投資估算 考慮現狀污水量、污水增量和建制鎮污水量，到2010年污水排放總量為1050億m3/a。 綜上所述，考慮現狀污水量、污水增量和建制鎮污水量，到2010年城市污水排放總量為1050億m3。根據《國民經濟和社會發展“九五”計劃和2010年遠景目標綱要》的要求，到2010年城市污水處理率要達到50%，則需增加500億m3/a（1.4億m3/d天）的處理規模。城市污水污水量和投資按增長速率預測見表1。達到50%的污水處理率，按靜態投資（考慮配套管網）處理每立方米污水投資為2000-3000元，則需投資3000-4000億元。根據對于污水處理程度和污水量的增長，對于城市污水處理廠的主要技術設備（特別是二級處理相關設備）的*分析見表2。為擴大內需，帶動經濟發展，1998年以來，國家加大了基礎設施的投入，城市基礎設施成為其中重要的一部分，目前發行的1000億國債中將有300億用于城市基礎設施建設。在地方上報建設部的給水排水建設項目中，供水項目322個、污水項目208個，總投資將達1100億元。1999年國家增發650億其中一部分國債主要用于1998年的在建項目和一些新建項目。如此巨大的投資和*，這對我國水工業的發展既是機遇又是挑戰。 表1 污水量預測和2010年達到50%處理量投資預測
表2 水污染控制投資構成中，包括各個部分的比例
面對中國環境污染治理的如此巨大的市場，外國公司已經開始進入。目前許多城市污染處理廠利用外資建設，如1996-1998年有數十個外資貸款項目建設城市大型污水處理廠，其中的不少關鍵設備和配套產品從國外進口。由于國外的水處理產品技術成熟、質量較好、服務上乘，對我國水處理產業提出了嚴峻挑戰。 二、城市污水處理技術發展 1、城市污水處理工藝 我國城市污水處理技術從“七五”國家科技攻關開始逐步進行研究。“七五”和“八五”攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態系統等自然處理技術方面的研究較多，以這些成果為設計依據。建立了一些氧化塘、土地處理城市污水示范工程。在人工處理技術方面，“八五”對高負荷活性污泥、高負荷生物膜、一體化氧化溝技術進行了深入研究，引進、開發了A/B、A/A/O、A/O、B/C、SBR等處理工藝，研究成果已被應用于大批污水處理廠；城市污水廠污泥處置問題在“九五”科技攻關中受到重視，并配套開發成套的污泥處理。“九五”期間工藝技術研究重點為中小城鎮簡易污水處理實用的成套技術，解決人工處理能耗高、自然處理占地大等問題。 經過“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國在城市污水處理技術方面取得了較大的成就，攻關成果豐碩。就工藝技術的廣度而言，與上的差距已經縮小。目前在水污染治理技術上，已能提供下列技術的工藝參數。傳統活性污泥法技術包括傳統法、延時法、吸附再生法和各種新型活性污泥工藝，如：SBR、AB法和氧化溝技術等等；A-O法和A2-O技術；酸化（水解）-好氧技術；多種類型的穩定塘技術；土地處理技術等等。這已經可以滿足大多數城市污水污水治理的要求。 2、城市污水處理技術問題討論 從20世紀60-70年代，氧化溝和SBR工藝發展迅速，近年來成為我國城市污水處理廠占主導性的工藝。而曝氣生物濾池和一級強化工藝是上20世紀80年代末、90年代初新開發的、具有發展潛力的城市污水處理工藝。城市污水處理新工藝---水解-好氧生物處理工藝是我國自主知識產權的工藝。我國在近年引進了很多國外的新工藝，建立了相當多的工程，這些工作是我國在城市污水領域的寶貴財富，應該對此進行系統的總結。但我國的污水處理技術研究以單項研究為主，且偏重于工藝研究，缺乏足夠的系統性、完整性，也缺乏綜合性的比較研究和技術經濟評價體系。這也是近年來，首先流行AB工藝，然后流行三溝氧化溝，以及其他形式的氧化溝，目前又在流行SBR工藝的原因所在。缺乏全面和綜合比較能力，在很長的一段時間內國外的新技術和新產品就不斷沖擊國內市場，國產技術總是無法在市場上占有一席之地。 從另一方面講，目前我國城市污水處理廠普遍采用的工藝為普通活性污泥法、氧化溝法、SBR（間歇式活性污泥）法、AB法等，這與美國、德國等發達國家所采用的技術與工藝幾乎處在同一水平上，而我國的國民生產總值遠遠低于上述國家。上面各項技術是國外在水污染控制中，被證明是行之有效的技術。但以上的技術并不一定是*的技術，特別并不一定都*適合我國的國情。 例如：目前國內大多采用國外引進的氧化溝、延時曝氣的SBR等工藝。延時曝氣是一種低負荷工藝，對于我國這樣一個資源不足、人口眾多的發展中國家，是否適合推廣這種低負荷的活性污泥工藝是值得推敲的問題。首先，低負荷的曝氣池的池容和設備是中、高負荷活性污泥工藝的幾倍，所以相應的投資要高數倍；其次，延時曝氣對污泥是采用好氧穩定的方法，其能耗比中、高負荷活性污泥要高40～50%左右；能耗增加固然帶來了直接運行費的增加，同時還要增加間接投資。據資料報道目前每kW發電能力脫硫需要投資1000美元，則每萬噸污水增加的脫硫投資需要70萬元。如果按脫硫投資為電站投資10%計，則增加的電廠投資為700萬元，這接近污水處理單位投資的50%。從可持續發展角度講，采用延時曝氣的低負荷工藝，如氧化溝工藝等等是不適合中國國情的。 從城市污水污泥處理和處置方面，在我國還剛剛起步與*國家相比尚有較大差距。隨著大量污水處理廠的投產，污泥產量將會有大幅度的增加。污泥厭氧消化的投資高，污泥處理費用約占污水處理廠投資和運行費用的20-45%。并且污泥厭氧消化處理技術較復雜。在我國僅有的十幾座污泥消化池中，能夠正常運行的為數不多，有些池子根本就沒有運行。這也是導致我國近年大量采用帶有延時曝氣功能的氧化溝等技術的原因。所以采用（高負荷）、低耗污水處理工藝的關鍵之一是解決城市污水廠污泥處理技術，可以講今后我國城市污水工藝的進步在很大程度上取決于污泥處理和利用技術的進步。能否解決好污泥問題是污水凈化成功與否的決定性因素之一。為了解決這一問題有必要加強污泥處理與利用的研究。從污泥zui終處置的出路來看，污泥農用從我國具體情況來說是zui為可行和現實的處置方案。結合污泥的zui終處置考慮污泥堆肥和利用，是適合我國國情的污泥處理工藝另外一條技術上可行，經濟是有利的技術途徑。 由于我國經濟發展水平還較低，資金匱乏，投資力度不足等諸多因素，導致目前發達國家大批水處理環保企業采取貸款方式，大舉進軍我國水處理環保市場。1988年以來，我國開放了城市基礎設施的建設，給水排水利用外資建設項目共約200個，總金額達78億美元。由于外資的利用，特別是利用了歐洲發達國家的政府貸款（只能用于購買貸款國的設備），雖然推動了一批現代化污水處理廠的建設，但是增加了工程投資（國外設備的價格一般是國內設備的4-6倍）和今后的日常維護費用（需要外匯更新配件）。同時也嚴重抑制了國內污水處理設備制造業的發展。由于技術和資金投入不足使國內污水處理設備無法達到水平。但總體上我國機電設備制造業經過適當重組、調整和改造是能夠制造所需的污水處理成套設備的。目前，我國城市污水處理約90％來自于各種貸款，基本被各大公司所占領。 三、我國城市污水處理發展趨勢 水污染控制技術涉及到有關水處理技術研究開發、工程設計、工程實施、設備加工和運營管理等各個方面。但是，從水處理技術市場化和產業化的觀點，特別是從投資結構的劃分，水處理技術產業可以分為：1） 工藝技術；2） 工程和設備產業化；3） 設施運營產業化等三個部分。我國下一步主要任務是在以上三個方面進行重點發展。 1、大力發展*的水處理工藝技術 對于我國這樣一個污染嚴重、資源短缺，并且社會主義初級階段的國家，*的水處理工藝的標準應該是適合我國國情、、低耗和低成本的污水處理技術。各類效率高、投入低、可達到一定治理深度的城市污水處理新技術，對經濟尚不夠發達而污染亟待治理的我國，尤其是絕大多數沒有污水處理設施的17000多個建制鎮，在一段時期內都將具有重要意義。因此，迫切需要一批能滿足排放要求、處理效果好、基建和運行費用低的污水處理新技術和新工藝。因此，國家環保總局提出需要建立與我國現階段國情相適應的、經濟實用的*工藝技術的示范工程，示范工程應該滿足：1） 噸水投資低，噸水造價應該控制在800元；2） 運行費用低，噸水運行費應該控制在0.3元以下；3） 在工程中采用國產化的設備，并且采用總承包和實施運營的機制。 達到上述目標，需要在新工藝、新材料和*的應用和示范上加大力度。*工藝可以大幅度降低污水處理的基建投資，比如目前國內延時曝氣的氧化溝和SBR工藝一般在0.05-0.07kgBOD/m3.d，與中、高曝氣池負荷（0.3-0.5kgBOD/m3.d）相差幾倍甚至到十倍，這樣曝氣池的投資也相應增加幾倍甚至到十倍。從新工藝角度講現有的物化-生化工藝、水解-好氧工藝、曝氣生物濾池和高、中負荷的好氧工藝以及厭氧－好氧處理技術等工藝都是有希望的新工藝，但需進一步完善。要在短期內提高污水處理率，除了制定合理可行的產業技術經濟政策、加大建設城市污水處理廠的投資力度外，必須依賴技術進步，盡快開展一些*的污水處理工藝示范推廣工作。 同樣，新材料和新施工方法的利用可以降低工程造價。比如德國國外百樂卡（Biolack）技術，采用高密度聚乙烯作水處理的構筑物的防滲材料，降低了水處理構筑物的造價。在污水處理構筑物方面可以推廣*的制罐技術，如拼裝式反應器。將處理構筑物設備化，以快速低耗的設備型式，成套提供城市污水處理的單元反應器設備；提高水處理設備的成套化和設備化，將完整工藝技術、成熟自控技術、以及嚴格的制造技術結合為一體，設計生產具有高科技含量的的廢水處理成套設備； 另外，*的使用特別是高度自動控制系統，使電氣控制、儀表、計算機一體化，即監、控、管一體化是環保廠生產過程自動化的必然要求和發展趨勢。污水處理廠自控程度的提高，給運行管理機制改變、基建費用的降低和運行成本減少帶來一系列好處，根據上發展的趨勢，大力發展我國的環保自控技術和設備，是提高我國的環保工程管理水平和處理設施穩定運行的根本保障。 2、大力推進水處理技術和設備的產業化 水污染控制的實施是通過工程設施和技術裝備來實現。當前水處理工程有以下特點：首先，工程中設備和施工技術含量及投資比例不斷提高，從而反映了水處理工程技術的設備化、產業化和市場化的趨勢。我國需要建立污水處理成套設備產業基地，建立污水處理成套設備產業基地，水污染控制的實施是通過工程設施和技術裝備來實現，我國需要建立污水處理成套設備產業基地；其次，工程市場已由傳統的承發包方式引入了通用的“Turnkey”總承包的運作方式。參與這種工程和設備總承包的“工程公司”在已是一個跨行業的產業。工程公司一般是具有系統設計、工程管理、設備集成、安裝調試和運行培訓的綜合能力的大型公司，我國目前還缺乏這樣具有綜合能力的大型專業工程公司。 水污染控制的實施是通過工程設施和技術裝備來實現。我國需要建立污水處理成套設備產業基地。對于不同規模和類型城市污水處理廠，產業化發展目標是不一樣的。 1） 超大型城市污水處理廠建設 污水量≥20萬m3/d這一類的城市污水處理廠在全國總共不超過100個，但是占污水排放總量的30%～50%。雖然在90年代初期和目前正在建設的超大型項目已有一部分，由于項目的重要性和資金來源有保障，近期建設的重點仍然是這一類的污水處理廠。根據國內外的經驗對于超大型城市污水處理廠采用的工藝大多是比較成熟的傳統活性污泥工藝，因此相關設備發展重點是大型污水處理廠的單項技術設備（特別是二級處理相關設備）。其中包括： ① 大型自動格柵除污設備； ② 各種成套除砂、洗砂設備； ③ 大型沉淀池刮吸泥設備； ④ 曝氣設備； ⑤ 大型污水通用機械設備，如離心風機、污水泵等； ⑥ 大型濃縮、脫水一體化設備； ⑦ 污泥消化成套設備； ⑧ 沼氣利用成套設備； ⑨ 配套的自控系統和儀器儀表等； ⑩ 污泥處理和處置成套設備，如堆肥、造粒裝置等等。 2） 大、中型城市污水處理廠建設 由于城市污水廠污泥采用厭氧消化處理技術，污泥厭氧消化的投資占污水處理廠投資的30%～40%，并且污泥厭氧消化處理技術較復雜。這一問題一直沒有達到很好的解決，我國的污泥處理處置與利用起步晚，不論是科研開發，還是工程實踐，均遠遠落后于發達國家和國內需求。因此根據大、中型城市污水處理廠的特點，近期眾多城市采用低負荷氧化溝和SBR工藝采用好氧穩定污泥的方法。對于中型污水處理廠的發展重點是對已基本掌握的氧化溝法和SBR等處理工藝技術加速推廣，同時要加快這幾種工藝的設備的國產化、規模化生產，形成從設計、設備制造、項目建設到運行管理的總體能力。形成如下設備的生產能力： ① 氧化溝的曝氣設備：如轉刷、轉盤和表曝機； ② 污泥濃縮、脫水一體化設備； ③ SBR工藝中的潷水器； ④ SBR曝氣設備； ⑤ SBR自控設備。 3） 中、小城鎮污水處理廠建設 對于我國大量的中、小城鎮產生的污水量≤5萬m3/d的小型城市污水處理廠，是我國水污染控制的重點和難點。由于我國目前還處于社會主義發展的初級階段。大多數中小城鎮處于不太發達的農村地區，但是其造成污染的是量大面廣，是我國下一階段三湖三河治理的重點。根據這一特點必須開發中小城鎮適用的簡易污水處理成套技術，重點要解決城市污水處理廠的三高問題，即投資高、電耗高和運行費用高。以水解－好氧生物處理工藝、曝氣生物濾池等為代表的低耗、工藝可以滿足這一需求。因此對于小型城市污水處理廠需要作如下工作： ① 適用的簡易、城市污水處理裝置成套化； ② 簡易城市污水處理裝置的全自動化； ③ 污泥堆肥、造粒制肥技術成套化。 3、大力鼓勵水處理設施運營產業化 根據污水處理廠建設投資估算，今后城市污水處理廠的運營費用逐年增加到2010年可以達到40億元/a。污水處理設施的運營產業化涉及兩個層次的問題，其一是傳統的技術服務的范圍不斷擴展。由于環境法規健全和執法力度的加強，對于水處理設備運行的達標率和完好率要求更高，因此技術要求的時效性不斷加強；同時隨著社會主義市場經濟的發展，BOT方式的引入在水處理領域也會逐步打破傳統甲、乙方概念，產生甲、乙方角色互換，導致了類似于物業管理型的技術服務需求。這對技術服務提出了更高層次的要求。因此，技術服務范圍的擴展、要求的加強和形式的更新等一系列變化，導致技術服務市場內涵的擴大。 其二是隨著甲、乙方角色互換，資金籌措方式的發生了改變。計劃經濟導致目前絕大多數污水處理廠的現狀是：由政府投入巨額資金或利用外國政府貸款建設，建成后多為事業單位編制，運行經費由政府有關部門核定撥給，相當一部分污水處理廠運行費用嚴重不足。這使污水處理廠的良好運行、投資回收、資金還貸等沒有保證，甚至出現了即使“有錢建”也“無錢養”的局面。 采用BOT投資方式有利于降低工程投資，提高污水處理廠的運行管理水平，同時還能大大減輕地方政府的經濟壓力，并加快基礎設施建設步伐，滿足全社會對公共工程和基礎設施的需求。金融業也進入了水污染控制市場，今后各種基金、上市公司、投資公司和銀行將加速投入這一市場，在將加劇這一市場的競爭，但是同時無疑會促進水污染控制市場的成熟和發展。因此，水污染控制市場具有設備化、專業化、資本化和開放性的特點，從事水污染控制的研究、設計和生產部門要適應這種產業化形式。（end） |