城市污水污染控制技术和政策研究

摘要：自1985年以来，我国废水年排放总量一直的维持在350～400亿m3/a左右。1996年全国666个设市城市中532个城市没有污水处理厂，134个城市建成的309座污水处理厂，城市污水处理总量仅为44.6亿m3，其中经二级生化处理的仅占6.9%，有77.4%的城市污水未经任何处理直接排入水体。1997年废水排放量达到最高值416亿m3，其中工业废水排放量227亿t，市政污水排放量189亿t。1999年城市污水污染负荷首次超过了工业废水污染负荷，我国水污染的重点已经从工业点源为主的控制，逐步转变为以以城市污水污染为主的控制。根据建设部估计2000年废水排放量为480亿m3。

关键词：城市污水 污水处理 产业化 技术和政策

一、城市污水污染成为水污染控制的首要问题
1、城市污水污染和处理现状
自1985年以来，我国废水年排放总量一直的维持在350～400亿m3/a左右。1996年全国666个设市城市中532个城市没有污水处理厂，134个城市建成的309座污水处理厂，城市污水处理总量仅为44.6亿m3，其中经二级生化处理的仅占6.9%，有77.4%的城市污水未经任何处理直接排入水体。1997年废水排放量达到最高值416亿m3，其中工业废水排放量227亿t，市政污水排放量189亿t。1999年城市污水污染负荷首次超过了工业废水污染负荷，我国水污染的重点已经从工业点源为主的控制，逐步转变为以以城市污水污染为主的控制。根据建设部估计2000年废水排放量为480亿m3。


2、城市污水排放量的预测
目前，全国有设市城市640多个，建制镇1.6万多个，人口约2.7亿人。自90年代以来，我国的国民生产总值连续以8～11％的高速率的增长，预计新世纪的头20年内我国经济增长将保持在6～9％的高、中速率稳定发展。污水量增加考虑上述因素按5%的速率考虑。到2010年增加污水量300亿m3。
建制镇的污水产生量，按照我国政府有关部门新制定的小城镇发展规划，今后新型小城镇的发展重点为沿路、沿江河、沿海、沿边境等地理位置和交通条件较好、资源丰富、乡镇企业有一定基础或农村批发和专业市场初具规模的小城镇；建设目标为布局合理、设施配套、交通方便、环境优美、经济繁荣、各具特色、具有3 万左右人口规模的新型小城镇。到2010年，全国城镇人口达到5.6亿人左右，城市化水平达到40%左右。2010年，全国设市城市达到1200个左右，建制镇达到2.5－3 万个，到2010年，全国村镇自来水普及率达到65%，小城镇人均日用水量180升、村庄110升，依此计算村镇年废水量可能达到270亿吨。


3、污水处理率与投资估算
考虑现状污水量、污水增量和建制镇污水量，到2010年污水排放总量为1050亿m3/a。 综上所述，考虑现状污水量、污水增量和建制镇污水量，到2010年城市污水排放总量为1050亿m3。根据《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》的要求，到2010年城市污水处理率要达到50%，则需增加500亿m3/a(1.4亿m3/d天)的处理规模。城市污水污水量和投资按增长速率预测见表1。达到50%的污水处理率，按静态投资(考虑配套管网)处理每立方米污水投资为2000-3000元，则需投资3000-4000亿元。根据对于污水处理程度和污水量的增长，对于城市污水处理厂的主要技术设备(特别是二级处理相关设备)的市场份额分析见表2。为扩大内需，带动经济发展，1998年以来，国家加大了基础设施的投入，城市基础设施成为其中重要的一部分，目前发行的1000亿国债中将有300亿用于城市基础设施建设。在地方上报建设部的给水排水建设项目中，供水项目322个、污水项目208个，总投资将达1100亿元。1999年国家增发650亿其中一部分国债主要用于1998年的在建项目和一些新建项目。如此巨大的投资和市场份额，这对我国水工业的发展既是机遇又是挑战。


在以上份额中机械加工等传统产业(机电产品：如水泵、风机等)占了大约15-30%的份额，建筑业占35-45%的份额。这两者之和占总投资的60%以上，在今后10年内存在每年200亿左右的市场份额。从事以上行业的主体为国家大中型企业。从而可见对于城市污水和城市给水这种大规模的基础建设项目，国家投资将带动大批如机电行业、机械制造和加工行业和建筑行业等传统行业的发展。从而可带动相关产业的发展和消费总量的增加，有利于大中型企业的改革和经济发展，这也与国家目前的搞活大中型企业的政策是一致的。在水污染治理中自控和仪表和技术服务所占的比例虽然不高在8-15%左右，但是相对的产值较高。这一部分市场额定大约在40-60亿元/年。另外，一般污水处理的运行管理费用约占投资的10％，运营服务业的份额约40亿/年。
面对中国环境污染治理的如此巨大的市场，外国公司已经开始进入。目前许多城市污染处理厂利用外资建设，如1996-1998年有数十个外资贷款项目建设城市大型污水处理厂，其中的不少关键设备和配套产品从国外进口。由于国外的水处理产品技术成熟、质量较好、服务上乘，对我国水处理产业提出了严峻挑战。


二、城市污水处理技术发展
1、城市污水处理工艺
我国城市污水处理技术从“七五”国家科技攻关开始逐步进行研究。“七五”和“八五”攻关项目在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多，以这些成果为设计依据。建立了一些氧化塘、土地处理城市污水示范工程。在人工处理技术方面，“八五”对高负荷活性污泥、高负荷生物膜、一体化氧化沟技术进行了深入研究，引进、开发了A/B、A/A/O、A/O、B/C、SBR等处理工艺，研究成果已被应用于大批污水处理厂；城市污水厂污泥处置问题在“九五”科技攻关中受到重视，并配套开发成套的污泥处理。“九五”期间工艺技术研究重点为中小城镇简易高效污水处理实用的成套技术，解决人工处理能耗高、自然处理占地大等问题。
经过“七五”、“八五”和“九五”期间的努力，我国在城市污水处理技术方面取得了较大的成就，攻关成果丰硕。就工艺技术的广度而言，与国际上的差距已经缩小。目前在水污染治理技术上，已能提供下列技术的工艺参数。传统活性污泥法技术包括传统法、延时法、吸附再生法和各种新型活性污泥工艺，如：SBR、AB法和氧化沟技术等等；A-O法和A2-O技术；酸化(水解)-好氧技术；多种类型的稳定塘技术；土地处理技术等等。这已经可以满足大多数城市污水污水治理的要求。


2、城市污水处理技术问题讨论
从20世纪60-70年代，氧化沟和SBR工艺发展迅速，近年来成为我国城市污水处理厂占主导性的工艺。而曝气生物滤池和一级强化工艺是国际上20世纪80年代末、90年代初新开发的、具有发展潜力的高效城市污水处理工艺。城市污水处理新工艺---水解-好氧生物处理工艺是我国自主知识产权的工艺。我国在近年引进了很多国外的新工艺，建立了相当多的工程，这些工作是我国在城市污水领域的宝贵财富，应该对此进行系统的总结。但我国的污水处理技术研究以单项研究为主，且偏重于工艺研究，缺乏足够的系统性、完整性，也缺乏综合性的比较研究和技术经济评价体系。这也是近年来，首先流行AB工艺，然后流行三沟氧化沟，以及其他形式的氧化沟，目前又在流行SBR工艺的原因所在。缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术和新产品就不断冲击国内市场，国产技术总是无法在市场上占有一席之地。
从另一方面讲，目前我国城市污水处理厂普遍采用的工艺为普通活性污泥法、氧化沟法、SBR(间歇式活性污泥)法、AB法等，这与美国、德国等发达国家所采用的技术与工艺几乎处在同一水平上，而我国的国民生产总值远远低于上述国家。上面各项技术是国外在水污染控制中，被证明是行之有效的技术。但以上的技术并不一定是先进的技术，特别并不一定都完全适合我国的国情。
例如：目前国内大多采用国外引进的氧化沟、延时曝气的SBR等工艺。延时曝气是一种低负荷工艺，对于我国这样一个资源不足、人口众多的发展中国家，是否适合推广这种低负荷的活性污泥工艺是值得推敲的问题。首先，低负荷的曝气池的池容和设备是中、高负荷活性污泥工艺的几倍，所以相应的投资要高数倍；其次，延时曝气对污泥是采用好氧稳定的方法，其能耗比中、高负荷活性污泥要高40～50%左右；能耗增加固然带来了直接运行费的增加，同时还要增加间接投资。据资料报道目前每kW发电能力脱硫需要投资1000美元，则每万吨污水增加的脱硫投资需要70万元。如果按脱硫投资为电站投资10%计，则增加的电厂投资为700万元，这接近污水处理单位投资的50%。从可持续发展角度讲，采用延时曝气的低负荷工艺，如氧化沟工艺等等是不适合中国国情的。
从城市污水污泥处理和处置方面，在我国还刚刚起步与国外先进国家相比尚有较大差距。随着大量污水处理厂的投产，污泥产量将会有大幅度的增加。污泥厌氧消化的投资高，污泥处理费用约占污水处理厂投资和运行费用的20-45%。并且污泥厌氧消化处理技术较复杂。在我国仅有的十几座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多，有些池子根本就没有运行。这也是导致我国近年大量采用带有延时曝气功能的氧化沟等技术的原因。所以采用高效(高负荷)、低耗污水处理工艺的关键之一是解决城市污水厂污泥处理技术，可以讲今后我国城市污水工艺的进步在很大程度上取决于污泥处理和利用技术的进步。能否解决好污泥问题是污水净化成功与否的决定性因素之一。为了解决这一问题有必要加强污泥处理与利用的研究。从污泥最终处置的出路来看，污泥农用从我国具体情况来说是最为可行和现实的处置方案。结合污泥的最终处置考虑污泥堆肥和利用，是适合我国国情的污泥处理工艺另外一条技术上可行，经济是有利的技术途径。
由于我国经济发展水平还较低，资金匮乏，投资力度不足等诸多因素，导致目前发达国家大批水处理环保企业采取贷款方式，大举进军我国水处理环保市场。1988年以来，我国开放了城市基础设施的建设，给水排水利用外资建设项目共约200个，总金额达78亿美元。由于外资的利用，特别是利用了欧洲发达国家的政府贷款(只能用于购买贷款国的设备)，虽然推动了一批现代化污水处理厂的建设，但是增加了工程投资(国外设备的价格一般是国内设备的4-6倍)和今后的日常维护费用(需要外汇更新配件)。同时也严重抑制了国内污水处理设备制造业的发展。由于技术和资金投入不足使国内污水处理设备无法达到国际水平。但总体上我国机电设备制造业经过适当重组、调整和改造是能够制造所需的污水处理成套设备的。目前，我国城市污水处理约90％来自于国际各种贷款，基本被国际各大公司所占领。