市政污水处理升级改造工艺“再思考”
近年来，为进一步提高整体水环境质量，保护自然水体，我国城镇污水排放标准已逐步从“一级B”升级为“一级A”。2015年，国家出台《水污染防治行动计划》，部分省份和地区将进一步提高到“地表Ⅳ类水”排放标准，其化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总氮和总磷的排放限值低至30、6.0、1.5、1.5和0.3 mg/L。因此，为满足不断提高的排放标准，传统市政污水处理工艺升级改造势在必行。
市政污水处理升级改造工艺现状
目前，市政污水处理主要采用以活性污泥法为核心的生物处理工艺，其出水水质难以达到日益严格的排放标准。已有的工艺升级改造主要采用在传统生物处理过程后叠加深度处理工艺的方法，常用的深度处理工艺有混凝沉淀，反硝化滤池，曝气生物滤池，高级氧化等。例如，经传统生物处理后污水中有机物大多以难生物降解物质为主，为将其浓度降至30 mg/L以下，则需要增加高级氧化工艺或者吸附反应池来实现；出水氨氮浓度低至1.5 mg/L，需要增加曝气生物滤池，折点加氯等工艺；总氮若要达到1.5 mg/L的高标准，则须增加反硝化滤池，自养反硝化，高级氧化，吸附或反渗透工艺等；同时需要增加化学除磷或混凝沉淀等工艺将总磷降至0.3 mg/L以下。
市政污水处理升级改造工艺“再思考”
能耗和费用
目前，市政污水处理采用的叠加式升级改造方法不仅延长了工艺处理流程，增加了整个处理系统的复杂性和运行难度，而且相应地提高了运行费用和能源消耗。据测算，随着升级改造的实施，污水处理厂直接运营成本会增加约30%，总体成本增加30~50%。
占地面积
占地面积扩大。在高度城市化导致土地资源短缺的背景下，污水处理厂面临着购地费用高昂，甚至无地可用的难题。大部分污水处理厂需要尽量在原厂址范围内进行扩建、升级改造提标。因此，随着污水排放量的不断增加与标准的日益提高，在现有用地上，叠加深度处理工艺，无疑带来了更多的用地挑战。不可避免的，目前的水平设计需要逐步过渡到立体设计，最大可能地利用地上和地下空间。
新兴微污染物
随着人们对水质环境要求的不断提高，新兴微污染物逐渐进入大众的视野，其在市政污水中的存在状况越来越受到关注。新兴微污染物，包括抗生素、卤化物、塑料、药品和个人护理品、雌激素、工业化合物如全氟辛烷磺酸和全氟辛酸等。其主要来自于人类活动，种类繁多，结构复杂，且数量及种类仍在持续增长。
例如，我国抗生素使用量持续增加，而其中大部分会随排泄物等进入水环境。抗生素的残留会对生物处理单元中微生物产生一定的抑制作用，而且长期暴露在低剂量的抗生素环境中，会被诱导产生抗性细菌和抗性基因。抗性基因可通过水平转移等传递给其他微生物，造成更大的生态系统危机。已有调查研究表明，欧洲污水处理厂污水中存在抗性基因的丰度与污水中存在抗生素的浓度成正比。因此，为减小抗性细菌/基因的影响，抗生素的控制至关重要。
另一个例子，Covid-2019公共卫生事件中，大量消毒剂被用于杀灭水体中的致病菌及病毒以保证水环境安全。含氯消毒剂是普遍使用的消毒剂，可有效杀灭水中的致病菌和病毒。但带来了一个需要慎重考虑的问题，即施用大量含氯消毒剂，可导致其与水体中残余或天然有机物反应生成具有毒性的卤化消毒副产物。
尽管上述微污染物在污水中的浓度范围很低（纳克~微克/升），但其化学性质稳定，难以生物降解，具有持久性。研究发现，传统污水处理工艺在二级甚至三级出水中仍能检测到一些新兴微污染的存在 。这极有可能导致微污染物通过水体，进一步积累在水生生物和水生植物的食物链中，并通过食物链的富集效应对环境和人类造成潜在风险。
政策驱动和技术突破
微污染物因其浓度低、对宏观综合指标贡献较小而常被忽视。在我国现有的水质污染标准中尚未明确规定大部分新兴微污染物的排放准则和量化标准。另一方面，目前我国污水处理在升级改造工艺过程中往往以常规污染物和营养盐达标为主要选择依据，未将微污染物的有效去除纳入考量。但可以预见，若微污染物在污水处理中不能有效去除，会使污水厂成为微污染物重要的污染点源，导致大量微污染物排入自然水体，造成一定的环境风险。此外，我国很多地区正在逐步实现城市污水的再生利用，或用于补充地表水、地下水甚至饮用水水源水。这将进一步加大水循环系统中，新兴微污染物的迁移转化对生态安全和人类健康的潜在威胁。因此，污水处理升级改造工艺的选择应在满足常规污染物有效去除的同时，兼顾微污染物的控制。
针对微污染物的治理，首先应在标准和政策上予以重视。目前我国水质指标中缺乏绝大多数新兴微污染物的限值标准和毒性评估，亟待完善，应逐步将具有潜在危害的新兴微污染物纳入新排放标准。瑞士联邦环境办公室(FOEN)在2015年通过启动《水保护条例》，将12种污水中生物处理阶段难以去除的有机微污染物纳入排放标准，要求在污水处理过程中，必须对其中至少6种微污染物进行有效控制。
其次，要重视先进技术对新兴微污染物去除的有效性，即针对性的选择同时具有对微污染物有效去除的升级改造工艺。例如，在瑞士，基于臭氧的高级氧化及活性炭吸附工艺应用于水体中微污染物的去除，可达到至少80%的去除率 ；在新加坡，作为新生水工艺核心的反渗透工艺能够有效截留已知的新兴微污染物。这些技术可为我国正在进行的污水处理升级改造提供有意义的参考借鉴。
结语
随着生态文明建设的深入推进和人们对水环境质量要求的不断提高，污水排放标准日益严格。升级改造工艺所带来的能耗、费用和占地等一系列问题，有一种观点认为是目前制定的污水排放标准过高。然而，值得探讨的是，在提标改造已成趋势的情况下，应慎重考虑目前升级改造技术路线是否能有效满足未来社会与环境的可持续发展。
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