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建设面向未来的中国污水处理概念厂

更新时间:2020-07-31 点击数:637

建设面向未来的中国污水处理概念厂

来源:环保产业研究        作者:曲久辉 王凯军 王洪臣 余刚 柯兵 俞汉青
原标题为《曲久辉等6位专家联合撰文:如何十年内达到世界领先,实现中国水务跨越发展》

中国水网编者按:中国污水处理事业已经到了一个新的转捩点,亟需继往开来,注入新活力。曲久辉、王凯军、王洪臣、余刚、柯兵、俞汉青6位业内知名专家,从能源节约、环境友好等视角提出:“用5年左右时间,建设一座(批)面向2030年、具备一定规模的城市污水处理厂。它应该是绿色的,是低碳的,能够真正体现出可持续发展这一普世理念。”这一具有颠覆性的理论课题的提出,无疑是振奋人心的、启发思考的,并最终将成为凝聚行业共识的、推动中国污水处理变革的一股重要力量。

经过30多年特别是近10多年来的高速发展,中国城市污水处理取得了巨大成就。总结过去,辉煌毋庸置疑,但中国污水处理事业是沿着西方走过、目前正在深刻反思的轨迹一路走来。现有技术路线的核心问题是可持续发展理念的缺失,导致污水处理迅速成为一个高能耗、高物耗行业,并在很大程度上阻断了能源与资源的循环利用,与人类社会可持续发展的大方向不一致。

从世界范围看,污水处理行业正处于重大变革的前夜,城市污水处理厂的功能将由单纯污染物削减,转变为集污染控制、能源生产和资源现有污水处理政策、技术、标准、规范以及行业标杆都将面临新考验,中国污水处理事业将面临新挑战。

当量的积累脚步放缓,寻求质变的努力开始了。中国污水处理事业急需在立足国情和自身需要的基础上,进行一次面向未来的系统探索,以期寻找到再出发的方向。为此,我们提出“建设面向未来的中国污水处理概念厂”这一命题,期望以此融通各方智慧和共识、启迪业界创新和创造,引领中国污水处理事业的升级发展。

一、西方国家污水处理发展趋势

回顾百年来发展历程,污水处理对改善人居环境,推动人类文明进步作出了巨大贡献。今年迎来“百年诞辰”的活性污泥法,长期、有效地遏制了水污染物排放,至今仍是污水处理系统的“中流砥柱”。上世纪60年代,美国提出了具有超前思维的“21世纪水厂”概念,将污水处理标准提升至饮用水标准,对行业发展产生深远影响。沿此思路,在本世纪初,新加坡提出了“NEWater”概念,通过传统生物处理加双膜法,实现了污水到饮用水的深度再生,带动了本国水业跨跃式发展,使其一跃成为世界性水务“理念”中心。

随着环境污染、气候变化、能源危机以及资源枯竭等人类面临的重大问题日益突显,近几年国际污水处理行业出现了以下三个明显趋势:

污染物削减功能被进一步强化。一方面,随着经济社会发展,污染强度不断增大,污染物种类日趋复杂;另一方面,随着公众环境意识增强,水环境质量要求不断提高。为应对这一局面,城市污水处理不断提标改造成为必然趋势。发达国家在强化传统有机污染物去除的同时,生物脱氮除磷(BNR)总体上在朝着强化脱氮除磷(ENR)方向发展,有些地区甚至达到了技术极限(LOT)水平。为应对内分泌干扰物(EDCs)、药物和个人护理品(PPCPs)等新兴污染物,臭氧氧化和光催化氧化等高级氧化技术也已在污水处理领域得以规模化应用。

以提高能源自给率为目标的提效改造进展迅速。应对气候变化和能源危机要求城市污水处理必须节能降耗,并开发能源提高能源自给率,实现低碳污水处理。城市污水处理是高能耗行业,美国城市污水处理电耗占全社会总电耗的3%以上;然而,城市污水中又蕴含着巨大潜能。据估计,污水所含潜在能量是处理污水能耗的10倍,全球每日产生的污水潜在能量约相当于一亿吨标准燃油,污水潜在能量开发可解决社会总电耗的10%。基于欧洲经验,在提效改造的基础上,仅以高效厌氧消化等成熟技术进行能量回收,污水处理能源自给率就可达到60%以上,有的处理厂甚至实现了完全能源自给。

污水处理过程的资源回收引起重视。城市污水处理将成为资源循环利用的重要载体。除水资源循环利用外,污水处理过程还可实现有机质及磷等资源的循环利用。特别是磷,全球磷资源行将枯竭,中国储量也只能有效供给20~50年。因此,构建磷素的持续循环体系引起重视,而城市污水处理将是实现磷循环的重要途径。日本相关机构曾经测算,如将污水中的磷(每年5万吨)加以回收,可解决本国磷矿石进口量的20%。

二、中国污水处理事业的发展与问题

1984年,中国第一座大型污水处理厂在天津建成并投入运行。此后,经过三十年的发展,中国污水处理事业快速发展,取得了巨大成就。截至2013年,全国建成并投入运行了3500多座县级以上污水处理厂,日总处理能力达到1.4亿m3,已与美国基本相当,为遏制水污染加剧的态势发挥了关键作用。然而,每个行业都难以跨越历史,污水处理行业高速取得的巨大成就之下也同样隐存着短视、粗放乃至劣质。面向未来,我们必须进行反思。

首先,污水处理行业作为“绿色家

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