1.1城市污水處理成為水污染治理的首要任務
我國的江、河、湖、庫、近海水域已經普遍受到污染，其中大部分水體嚴重污染。與此同時，近年來，我國內陸水域水體普遍出現藻華暴發現象，近海海域頻繁發生赤潮現象。水質污染和水質富營養化問題不但給生態環境造成瞭嚴重危害，而且造成十分慘重的經濟損失。
造成水體污染和水質富營養化的污染源主要來源於城市污水、工業廢水和農田肥料流失；城鎮是工業、人口、能源和物流高度密集的地方，隨著經濟發展，排放的工業廢水、生活污水及其他污染物逐年增加。城市污水系指納入和將納入城市污水收集系統的生活污水和工業廢水之混合污水，近年來，城市污水中生活污水所占比例呈逐年上升趨勢。隨著2000年底國務院“一控雙達標”工作的完成，城市污水的集中處理將成為水污染治理的首要任務。
建立城市污水處理廠對改善城市水環境，保障城市社會經濟發展起著舉足輕重的作用。在歐美、日本等發達國傢，已經普遍施行城市污水的集中二級處理、二級強化處理，以及一定程度的三級處理。近年來，我國中央政府、各級地方政府及有關部門對城市污水治理工作十分重視，將其作為當前和今後一段時期基本建設和環境保護領域中重點支持的產業之一，城市污水處理領域出現瞭前所未有的發展速度。
然而，截止到1998年底，盡管我國已經建成城市污水處理廠187座，但二級處理能力僅822萬m3/d，按此計算的城市污水二級處理率僅14.1％。目前，我國城市平均每100萬人有1座污水處理廠，與美國等發達國傢每0.5～1萬人有1座污水處理廠相比，差距很大。
根據國傢有關規劃，到2010年全國設市城市和建制鎮的污水平均處理率不低於50%，設市城市的污水處理率不低於60%，重點城市的污水處理率不低於70%。近年來，國務院相繼制訂瞭淮河、遼河、海河、太湖、滇池、巢湖等流域的水污染控制總體規劃，各省市也制訂瞭相應的水污染治理規劃，其中城市污水處理廠的建設與運行是重要的組成部分。根據目前的規劃，我國用於城市污水處理產業的投資需求在1800億元以上，建成後每年的運行費在70億以上。按照國傢環保局頒佈的《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996），為瞭滿足出水排放標準，絕大多數城鎮污水處理廠都必須采用二級生化處理或深度二級處理工藝技術。
毫無疑問，我國的城市污水處理行業具有很大的市場需求與產業發展前景，但同時存在嚴峻的資金短缺和技術設備國產化開發問題。由於城市污水處理廠建設和運行資金短缺，致使一大批規劃中的城市污水處理廠遲遲不能上馬，已經建設的城市污水處理廠也不能正常運行，預期的水環境目標無法實現。對大部分地區而言，當前首要解決的不僅僅是治理深度的問題，而是治理與否的問題。近年來，我國的城市污水處理廠建設主要通過利用外資，引進國外技術設備，導致工程投資大、債務負擔重，並抑制瞭國內污水處理技術設備制造產業的發展。 1.2水質富營養化與氮磷污染去除成為難題 流域性水污染是我國水環境的重大問題，跨省、跨地區、跨市水污染糾紛頻繁發生。1995年國務院確定淮河、遼河、海河和太湖、巢湖、滇池為“九五”期間水污染防治的重點流域，並編制瞭這些流域的水污染防治規劃和實施計劃。近年來，重點流域水污染防治工作取得較大進展，淮河、太湖兩大流域的重點工業污染源已經基本達標排放，主要污染物的排放量削減瞭大約40％，水質污染得到初步控制，但惡性水污染事故還是常有發生。 在我國，水體富營養化成為突出的環境問題的另一方面是，由於長期污染，造成水體中營養鹽異常高的背景濃度，使水環境變得非常脆弱，外部條件的微小變化就會使水體營養狀態發生急轉，引起藻華頻頻暴發。在這種情況下，氮磷污染物控制與去除技術、水體富營養化發展態勢預測、富營養化控制技術等方面的研究及相關技術的應用成為水環境污染控制日益緊迫的重要課題。
1.3工業廢水治理開始轉向全工藝過程控制
為瞭解決工業廢水污染問題，許多國傢的環境決策者提出瞭排放污染物最小化的概念，即從污染源頭進行減量，變單純的末端治理為以清潔生產為核心的全工藝過程控制。同時發展高效、低耗的處理技術，以保障排放最小化清潔技術的實施。它作為防治工業污染，保護環境，提高工業企業整體素質，實現可持續發展戰略的重大措施，已成為當今世界的歷史潮流。美國的50多年的水污染防治實踐表明：污染最小化技術是一種既經濟又實用的方法。1992年聯合國環境與發展大會將排放最小化清潔生產列入《二十一世紀議程》，並制定計劃在全球推行。
在國際組織的支持、幫助下，我國在1994年建立瞭示范工程，並於1999年在3省市作全面試點。水污染排放最小化清潔集成技術包括先進生產技術、工藝改革、資源綜合利用和污染物末端治理的綜合技術，是綜合預防的環境策略。
我國城市污水處理與回用技術經濟水平，總體來說是效率低、成本高，缺乏水資源化處理的高效、低耗工藝及相應的設備，加上水價過低，污水回用率當然低。這就成瞭制約污水排放最小化清潔集成技術開發應用和低質水利用進程的關鍵因素之一。
國內外實踐證明順利推行污水排放最小化清潔生產以達到節能、降耗、減污和提高生產效率的目的，必須建立排放最小化清潔生產實施機制，對企業施加壓力和給予誘導的激勵政策。 因此，城市市區公共污水收集系統服務范圍內的工商業污水要從城市水污染防治的總體效益出發，打破行業和隸屬關系的制約；要根據污染源的分佈、污染物的種類，以及區域水環境的特點，解決好以污染源源頭治理、輔以局部予處理為主的點源處理與污染集中控制的結合。
遠離城市市政排水管網的獨立工礦區或幾個企業距離較近、污染物性質相近的產業污廢水，在技術可行、經濟合理的條件下，也可集中處理，或與生活污水一並處理、處置或利用，達標就近排放。
在工商業實施節水減污、清潔生產、污水清污分流，市政管網雨污分流，接納的污水濃度合理提高的基礎上，要發展和應用高效、節能、投資省、占地少、運營成本低的污水處理工藝技術和裝備。 1.6由工藝技術開發轉向工藝、設備、工程、政策和經濟的綜合集成 在城市污水處理技術發展方面，一個重大的轉變是，我國已經開始從單純的工藝技術研究開發轉向工藝、設備、工程、政策和經濟的綜合集成與產業化。
在過去，我國的污水處理技術研究長期以單項優勢為主，且偏重於工藝性能的研究，且缺乏對不同處理系統綜合研究，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，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，國產產品總是無法在市場上占有一席之地，決策失誤相當頻繁。最近幾年，以技術設備的集成性、成套性和高效實用為基礎，與工程建設和運營管理密切結合的技術決策和質量保證體系的建立得到瞭高度重視。 當代污水處理已經形成向高科技和設備集成化發展的趨勢。在發達國傢，水處理工藝的創新往往和配套設備的開發融為一體，一種新工藝的問世通常伴隨著專利設備的產生，工藝的先進性通過集成化的設備來體現，並由設備的市場獲得主要經濟效益。在國際市場上，具有工藝技術優勢和設備開發集成能力的工程公司，已經成為承擔水工業工程項目的主體，並且在我國也有非常成功的業績。
但多年來，我國對設備的開發相對滯後，進口設備占據瞭主要市場。由於我國城市污水處理相關設備制造企業分散且規模小，生產設備的總體質量差，成套能力弱，尤其是工藝技術與專用設備的開發和功能要求相脫節，不能依據各種水質水量變化特性實現處理工藝與相應設備的緊密結合、同步發展和整體化，從而在適用性、穩定性和可靠性等方面不能滿足城市污水處理廠的建設和運行需要。這一狀況已經引起國務院主要領導和業內人士的重視，污水處理設備國產化工作正大力度地向前推進。在今後的科技攻關和技術進步中，工藝研究和設備開發必將密切結合，在推廣應用先進工藝技術的同時推出高質量的成套設備，為污水處理工程建設和技術改造提供全面的技術支持。
隨著國傢城市污水處理產業政策的調整，污水處理收費制度的推行，以及工程建設程序的國際接軌，招投標制度的全面實行，污水處理及成套工藝設備產業發展所需的市場條件和競爭機制正在逐步現成。 1.7城市污水處理水質控制指標不斷增加並越來越嚴
水環境污染和水質富營養化問題的尖銳化以及公眾環境意識的增強，迫使越來越多的國傢和地區制定嚴格的污水處理和排放標準，涉及的水質控制指標、內容和數值不斷改進，越來越嚴，使技術與經濟壓力明顯加大。
1998年1月開始實施的國傢《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)，對城鎮二級污水處理廠的排放水質不僅有更加明確和詳細的規定，而且對其中幾項指標的要求更加嚴格，除瞭原來的二級排放標準外，新增瞭更加嚴格的一級標準，磷酸鹽和氨氮排放標準的適用范圍擴大到所有排污單位，此外，還增加瞭色度、pH值等20多個新項目。這不僅意味著新建污水處理廠所采用的工藝流程不但要具有很高的SS、BOD5、COD去除能力，而且要具有去除營養物、色度和某些特殊有機物的能力，同時意味著許多現有污水處理廠將面臨著處理工藝的改造、運行方式的改變和出水水質的改善問題。因此，迫切需要通過綜合性的研究開發，推廣應用一批能滿足新的排放要求、處理效果好、基建和運行費用低的污水處理新技術、新工藝和更新改造技術，解決城鎮污水處理廠出水COD、SS、色度和氮磷等污染物指標的達標排放問題，為新標準的全面推行以及保護有限的水資源創造先行條件。
2 城市污水處理的科學決策問題
隨著我國的社會和經濟的高速發展，環境問題日益突出，尤其是城市水環境的惡化，加劇瞭水資源的短缺，影響著人民群眾的身心健康，已經成為城市可持續發展的嚴重制約因素。近年來，國傢和地方政府非常重視污水處理事業，正以前所未有的速度推進城市污水處理工程的建設，有數百座污水處理廠正在工程設計和建設中，預計到2010年，我國要新建城市污水處理廠1000餘座，污水廠的投資將達1800億元。 因此，非常有必要開展城市污水處理科學決策支持系統的研究，並逐步解決城市污水處理的通用性、基礎性技術問題，為城市污水處理工程的規劃設計和運行管理提供合理、可靠的依據，盡量避免規劃設計和運行管理中存在的某些不合理性和技術失誤，及時識別假冒偽劣技術和產品。另一方面，目前我國城市污水處理新興工藝層出不窮，並以國外引入的工藝技術為主導潮流，每一種工藝及其實施方式都有一個實用性、適用性、經濟性、可靠性問題。熟悉瞭解國內外這些工藝的基本原理、單元構成及其實施方式，對其利弊進行客觀辨證的分析，因地制宜地合理選擇適用工藝技術及其實施方式，對我國城市污水處理工程的設計、建設和運行都具有重要的意義。
3 我國城市污水處理的技術決策要素
3.1城市污水處理系統的規劃 城市排水及其污水處理設施已經成為社會經濟可持續發展必不可缺的基礎設施，城市排水及其污水處理設施的規劃建設應納入國民經濟和社會發展規劃。城市污水處理系統的規劃建設具有明確的目標，主要包括水源保護目標、水環境質量控制目標和污水綜合利用目標3個方面。因此，首先必須根據城市水文、地理、社會、經濟和污水匯集狀況及發展趨勢，在流域（子流域或區域）總體發展規劃的指導下，制定出以城市為中心的區域水質水量管理計劃，統一考慮水在工業、農業、城鎮、地表地下的輸送和分配以及污水的綜合利用；並劃定水質分區范圍（區段和功能），全面規劃分區內的水資源開發利用、水系保護和污水的綜合治理，合理確定各項水資源和水污染治理設施的位置、規劃、數量和功能要求，為城市污水處理設施的建設提供規劃設計依據。隨後在水質水量管理計劃的基礎上根據《城市建設總體規劃》、《城市社會經濟發展總體規劃》、《城市環境保護總體規劃》和《城市供水專項規劃》等，制定出《城市排水專項規劃》（污水處理設施建設規劃）。
城市排水及其污水處理的統一規劃，應根據城市水域及接納水體功能區的要求和水環境容量，體現排漬、減污、分流、凈化、再用功能的協調發展，綜合考慮經濟發展、水質目標、污水治理目標、污水產生量、需水用水排水平衡等因素，控制水質和區域水污染防治建設規劃，合理確定雨污水收集輸送、污水凈化和綜合利用設施的設置。並根據分匯水區、按系統分期配套建設。
城市污水處理設施的設計建設，應依據城市總體規劃和水環境規劃、水資源綜合利用規劃以及城市排水專業規劃的要求，做到規劃先行，合理確定污水處理設施的佈局和設計規模，並優先安排城市污水收集系統的建設。 3.2城市污水的收集與輸送系統 （3）小型城市因匯水面積小、污染物總量不太大，加上經濟實力普遍較弱，許多城市未建有效的排水管網，為瞭盡快改善水污染狀況，在雨水量不是很大的地區可采用合流制排水系統，在建設材料上不一定非得全部采用鋼筋混凝土之類較昂貴的管材，在考慮較高性能管材的同時，也可考慮采用價格較低的材料和施工手段，如石砌、磚砌暗溝、缸瓦管、明溝、明渠等作為過渡性的補充措施。 （4）目前大多數縣城和鄉鎮幾乎沒有按規劃設計程序建造的排水管網，多數為明溝暗渠排水或地表漫流；有必要規劃建設規范的排水管網系統。作為近期改善環境的補充（應急）手段，目前可采取兩種手段收集污水，其一是采取簡易建造技術建設包括管道、暗溝、明溝在內的較完善的簡易排水系統；其二是建設截流暗渠或明渠將地表污水和徑流匯集起來。匯集的旱流污水可送簡易污水處理設施處理後外排，匯集的雨季混合水以水塘等方式儲存凈化。
城市排水管網的總體佈置應與污水處理設施、最終排放利用設施的設置相結合，使總體費用降低，得到總體優化的方案。為瞭節省建造費用和發揮在城區以外選點的優勢，城市排水規劃宜考慮將所有污水集中到一個污水廠，但對於大城市或呈分散佈設的城區，則常常需要設置多個排水系統和相應的污水處理廠。 城市生活污水與工業廢水合並處理，從技術上、經濟上、管理上都是合理可行的。但隨著現代工業，尤其是污染密集型工業的發展，工業廢水不僅量大而且濃度高、成分復雜，這些廢水可能含有大量難降解有毒有害有機物和重金屬，對城市污水處理廠的正常運行有很不利的影響，可造成污水廠運行困難、甚至完全失效。 為瞭避免工業廢水對污水廠正常運行的破壞，根據國內外的實踐經驗，有必要通過實行城市排水許可制度，嚴格按照有關標準（參見表1）監督檢測排入城市污水收集系統的污水水質和水量，對排入城市污水收集系統的工業廢水的重金屬、有毒有害物質含量進行嚴格的控制，確保城市污水處理設施安全有效運行。必要時，要求排污企業對排入城市污水收集系統的工業廢水進行合理的廠內頂處理，使其達到國傢和行業規定的排放標準。預處理的目的是去除廢水中對生物處理具有毒害作用的物質或生物處理難去除的物質，而不是完全處理。實踐經驗表明，一般情況下隻要對能引起問題的為數不多的水污染源進行適當的預處理，就能解決上述問題。
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