雙碳目標(biāo)下城鎮(zhèn)污水處理的智慧化、資源化新業(yè)務(wù)發(fā)展啟示
來(lái)源：上海環(huán)境集團(tuán)
2020年，習(xí)總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。2021年，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》指出“完善水污染防治流域協(xié)同機(jī)制，加強(qiáng)重點(diǎn)流域、重點(diǎn)湖泊、城市水體和近岸海域綜合治理，推進(jìn)美麗河湖保護(hù)與建設(shè)，化學(xué)需氧量和氨氮排放總量分別下降8%，基本消除劣Ⅴ類(lèi)國(guó)控?cái)嗝婧统鞘泻诔羲w。” 基于此，城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)將向著可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)前進(jìn)，以緩解生態(tài)環(huán)保壓力，為加快建設(shè)美麗中國(guó)奠定基礎(chǔ)。
背景與現(xiàn)狀
十三五期間全國(guó)地表水總體水質(zhì)狀況
十三五期間，全國(guó)地表水監(jiān)測(cè)的水質(zhì)斷面（點(diǎn)位）中，Ⅰ-Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)斷面逐步上升，劣Ⅴ類(lèi)水逐步下降，如下圖，可以得到，十三五末期的Ⅰ-Ⅲ類(lèi)水占比已達(dá)83.4。
十三五期間全國(guó)地表水總體水質(zhì)狀況
近年廢水中主要污染物排放情況
根據(jù)2013-2017年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》，我國(guó)廢水排放總量保持在700億噸，其中廢水中COD、氨氮（NH4+）、總氮（TN）、TP排放量如下圖，可見(jiàn)2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”）后，這幾種污染物排放量得到了削減。
近年廢水中主要污染物排放量
注：其中2015、2016年數(shù)據(jù)為初步數(shù)。2015年“水十條”指出了敏感區(qū)域（重點(diǎn)湖泊、重點(diǎn)水庫(kù)、近岸海域匯水區(qū)域）城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施于2017年底前全面達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
行業(yè)發(fā)展歷程
Q：1、建國(guó)以來(lái)中國(guó)污水處理行業(yè)歷經(jīng)了怎樣的發(fā)展過(guò)程？
Q：2、面向未來(lái)的污水處理行業(yè)將走向何方？
我國(guó)污水處理行業(yè)發(fā)展過(guò)程
Q：目前存在哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)？
中國(guó)已形成全鏈條、規(guī)模龐大的污水行業(yè)，污水管理模式也從單一的政府主導(dǎo)建設(shè)運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎推髽I(yè)共同參與的多元體制。但是，也存在諸多挑戰(zhàn)：
1、污水處理廠設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)不符合可持續(xù)發(fā)展的需求。
2、縣級(jí)下水道系統(tǒng)發(fā)展滯后。
3、污水處理廠的污水排放標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)?shù)匦枨蟛黄ヅ?/p>
4、中國(guó)的污水管理實(shí)踐缺乏人與自然和諧發(fā)展的全球思維。
5、污泥處置不當(dāng)；
6、鄰避效應(yīng)。
城鎮(zhèn)污水及其處理現(xiàn)狀
城鎮(zhèn)污水指由城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)收集的生活污水、工業(yè)廢水、部分城鎮(zhèn)地表徑流（雨雪水），是一種綜合污水。污水所含的污染指標(biāo)常分為物理、化學(xué)、生物三類(lèi)，如下圖，其中《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）對(duì)其中項(xiàng)目設(shè)置排放濃度限值。
污水污染指標(biāo)
我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀，1、污水處理廠自控程度較低，缺少精細(xì)化管理；2、污水處理廠與污水管網(wǎng)建設(shè)不協(xié)調(diào)；3、污水廠運(yùn)行管理水平亟需提高；4、基建與運(yùn)行費(fèi)用高；5、資源化應(yīng)用較少；6、污泥處理量大，處理費(fèi)用高。
智慧化、低碳化、資源化的污水處理技術(shù)
低碳化的污水處理模式
城鎮(zhèn)生活污水處理系統(tǒng)是碳排放的重要來(lái)源之一。污水處理行業(yè)蘊(yùn)含的高效減排潛力，將其列入碳減排重點(diǎn)領(lǐng)域，并探索出了一些可行的碳減排路徑。觀察發(fā)達(dá)國(guó)家的供水和污水處理行業(yè)，對(duì)我國(guó)污水處理行業(yè)有一定啟示，如下圖，以美國(guó)為例，在三個(gè)層面提高污水處理綜合能效提出了路徑。
在雙碳目標(biāo)的指引下，污水處理的主要環(huán)節(jié)應(yīng)落實(shí)碳減排。其路徑包括直接排放、間接排放。首先，減少曝氣、攪拌、末端出水環(huán)節(jié)溫室氣體的釋放、含碳有機(jī)物進(jìn)入環(huán)境中。這要求更高效的機(jī)電設(shè)備、工藝。其次，減少能源與藥品消耗，提高污泥處理處置、尾水回用率及適時(shí)應(yīng)用光伏發(fā)電、水源熱泵等工藝。
污水處理行業(yè)碳減排路徑
資源化的污水處理模式
污水中蘊(yùn)含著大量的能量，理論上是處理污水所需能量的很多倍。污水經(jīng)處理后，其中的能量大部分轉(zhuǎn)移到了污泥中，因此開(kāi)發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力。污泥能源化集中在厭氧方向，包括厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙醇、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫和厭氧消化產(chǎn)甲烷三個(gè)技術(shù)路徑，實(shí)踐中普遍采用厭氧消化技術(shù)。
荷蘭應(yīng)用水研究基金會(huì)在2008年用“NEWs”概括未來(lái)污水處理廠的組成框架。“NEWs”是Nutrient（營(yíng)養(yǎng)物）+Energy（能源）+Water factories（水工廠）的縮寫(xiě)，即營(yíng)養(yǎng)物、能源、再生水三位一體的生產(chǎn)工廠。
營(yíng)養(yǎng)物工廠概念工藝
能量工廠概念工藝
再生水廠概念工藝
智慧化在污水處理行業(yè)的應(yīng)用啟示
“智慧水務(wù)”是建設(shè)“智慧城市”的必要部分，是實(shí)現(xiàn)“美麗中國(guó)”的重要環(huán)節(jié)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)融入污水處理行業(yè)，要確保居民用水安全，解決城市取水、供水、用水、排水等問(wèn)題，必須應(yīng)用新科技打造水務(wù)企業(yè)智能化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，建立其在水資源方面的行業(yè)、企業(yè)大數(shù)據(jù)，為城鎮(zhèn)水資源利用的布局、優(yōu)化廠站及管網(wǎng)設(shè)計(jì)、高效率低成本運(yùn)營(yíng)提供基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策依據(jù)。
近年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)用于污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，已廣泛采用集散式監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢側(cè)儀表，各種新工藝、新設(shè)備也大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用，取得了良好的效果。但污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)還應(yīng)該在以下方面為水廠運(yùn)營(yíng)管理提供服務(wù)：1、自動(dòng)化控制系統(tǒng)從經(jīng)驗(yàn)式固定程序向智能化發(fā)展；2、污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、及挖掘分析，對(duì)污水處理工藝調(diào)整及優(yōu)化、節(jié)約能源等方面提供輔助決策幫助。
行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與展望
近幾十年來(lái)，中國(guó)污水行業(yè)經(jīng)歷了高速增長(zhǎng)，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面取得了進(jìn)步，為未來(lái)的智慧化、低碳化、資源化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而，未來(lái)仍然充滿(mǎn)不確定性和挑戰(zhàn)。預(yù)計(jì)隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程，水資源短缺將更加嚴(yán)重，而污水量將進(jìn)一步增加。這將要求污水管理目標(biāo)、政策和技術(shù)發(fā)生根本性變化，如下圖：
污水處理行業(yè)展望
在不久的將來(lái)，中國(guó)正處于從發(fā)展中國(guó)家向發(fā)達(dá)國(guó)家的轉(zhuǎn)型期，挑戰(zhàn)和不確定性將更多。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，需要中國(guó)污水處理行業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)和需求，探索獨(dú)特的可持續(xù)發(fā)展道路，包括開(kāi)發(fā)注重資源回收、構(gòu)建一體化和諧水生態(tài)的新概念工廠。
污水處理廠概念圖
