城市污水處理的管理范文

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所謂目標管理，就是以目標為導向，通過系統的評估與決策，確定最佳的實施路線與手段，構建完整的體系以實現設定的量化目標。目前的城市污水處理廠普遍采用二級生物處理工藝，以處理水質“達標”為目標，高效地去除污水中的有機物和無機營養物。然而，實踐表明，現有工藝在實現處理水質達標的同時，存在能耗高、剩余污泥量大和排放溫室氣體等問題。由于水污染、水資源短缺、能源危機和氣候變化等一系列問題，可持續發展的理念已被廣泛接受，城市污水處理對環境的影響也受到越來越多的關注。從長期發展戰略來看，能耗高、對環境影響大的污水處理工藝將失去競爭力。因此，城市污水處理在滿足水質目標的前提下，也應將節能、資源回收和低環境影響等設定為目標，實行多目標管理，實現污水處理的可持續發展。

1城市污水處理的水質目標管理

長期以來，城市污水處理廠的作用被認為是降低污水直接排放對受納水體的污染，因此，處理水質“達標”是最重要的目標。為達到設定的水質標準，各種技術與手段被采用，將污水中所含的污染物質分離去除或將其轉化為無害物質，使水得到凈化。在此過程中，除了消耗大量的電能和絮凝劑與消毒劑等化學品外，還有大量剩余污泥和溫室氣體等“廢物”產生。據資料統計，不同類型污水處理工藝的平均電耗在0．20～0．35kW•h／m3，其中約70％消耗在污水好氧生物處理單元；剩余污泥量占處理污水的0．3％～0．5％（以含水率97％計），且污水處理程度越高，泥量越多；產生的溫室氣體包括CO2、CH4和N2O，其產生量與污水特征和處理工藝有關。

目前評價污水處理工藝或方案的常用方法是基于水質保障的技術經濟分析法，即以水質達標為前提，按照資源合理配置的原則，從技術和經濟角度評價污水處理工藝或方案的效益與費用，分析其技術與經濟合理性。常用的評價體系包括費用模型、效益評價指數模型、灰色系統模型等。然而，這類方法未充分考慮不同污水處理工藝或方案的環境影響。例如，從污水處理的角度，微生物將有機物降解為CO2和水被認為是實現了無害化，但在全球氣候變化背景下，CO2已是公認的溫室氣體。此外，污水處理過程中的動力消耗也將折算成CO2排放量，高能耗也意味著增加了CO2的排放量；除CO2外，污水脫氮除磷過程中還產生了CH4和N2O等溫室氣體。因此，對大氣環境而言，城市污水處理廠則是溫室氣體排放源，而在水質目標管理中對此并未予以考慮。對于污水處理過程中產生的污泥也是如此，只是包含污水處理廠內污泥處理部分，對于出廠污泥最終如何處置及其對環境的影響則不予考慮。盡管“達標”和“提標”是當前城市污水處理主要關注的重點，但從可持續發展來看，以水質目標管理的城市污水處理工藝的發展將面臨極大的障礙，主要表現為污水處理過程的高能耗、高剩余污泥產量和溫室氣體排放與能源緊缺、低碳社會以及溫室氣體控制之間的矛盾。

2生命周期評價城市污水處理

近年來，有關污水處理對環境影響方面的研究越來越多，生命周期評價（LifeCycleAssessment，LCA）是采用的主要研究方法之一。

LCA是一種評價產品整個生命周期（從“搖籃”到“墳墓”）的環境影響和資源消耗的方法，具有系統性和可量化的特點。LCA研究起源于20世紀60年代，世界上的第一個案例是1969年美國中西部研究所對可口可樂飲料瓶從最初的原材料采掘到最終的廢棄瓶處理處置的全過程跟蹤和定量分析，這是公認的LCA研究開始的標志。20世紀90年代，國際環境毒理學和化學學會組織（SETAC）在有關生命周期評價的國際研討會上首次提出了“生命周期評價”的概念，并與國際標準化組織（ISO）共同推動了生命周期評價方法的國際標準化，于1997至2000年相繼推出了ISO14040～ISO14043等國際標準，為生命周期評價方法的應用奠定了基礎。我國于2008年了《環境管理生命周期評價要求與指南》（GB／T24044－2008／ISO14044－2006）。近年來，LCA已在不同的行業得以應用，特別是在生態環境領域有著廣泛的應用。運用LCA評價城市污水處理全過程，打破了傳統方法的局限性，將城市污水處理放在了大環境背景下，與能源消耗、對氣候變化的影響等聯系在一起進行綜合評估，可以較全面地解析污水處理各環節對環境的影響。

LCA的評價過程包括4個階段：目標確定、清單分析、影響評價和解釋，其中影響評價是LCA研究的難點，通常經過分類、特征化和量化三步驟完成，目前大多處于探索階段。近年來，國內外許多學者運用LCA對城市污水處理工藝進行系統的環境效應解析，識別不同工藝組合形式運行過程中所帶來的環境影響的類型及關鍵環節。污水處理廠的生命周期包括了建設期、運行期和拆除期，許多研究對各階段的環境影響進行了定量分析。一些研究認為，污水處理廠運行期的環境影響要大于建設期和拆除期。也有研究指出，在城市污水處理廠，不同污水處理工藝對環境的影響有所不同，污水處理設備的耗能對環境影響最大，特別是好氧處理單元，電耗約占污水處理總電耗的70％，因此建議減少能量消耗、有效利用能源和更多地使用可再生能源；污泥處理過程對環境影響最大的是沼氣不能利用轉而用火炬將其燃燒的厭氧消化單元，為維持厭氧消化消耗了大量的能源或使用化學品；污泥的最終處置方式也對環境具有很大影響。對達到不同排放標準的幾種典型污水處理工藝的對比研究表明，以水質目標管理的污水處理工藝，隨著處理水質標準的提高，需要采用更完善的污水處理工藝，導致能耗、化學品消耗、溫室氣體產生量和污泥產生量等相應增加，對環境影響的負面效應增大。也就是提高污水排放標準，對保障受納水體的環境質量有利，但加重了污水處理工藝設施對環境的綜合影響。也有學者將LCA作為城市污水處理廠優化運行的對策輔助工具，對現有城市污水處理廠處理工藝和優化可選工藝進行分析對比，為污水處理廠的優化運行和升級改造提供建議。

由此可見，在污水處理過程中，能耗、化學品消耗、溫室氣體排放、污泥的最終處置方式等產生的環境影響最大，是重點考慮的環境影響因子。為此，有人提出，如果污水處理廠能夠充分利用污泥厭氧消化產生的生物氣，不僅可以減小厭氧消化單元對環境的影響，而且可以為污水處理設備提供能源，實現城市污水處理過程能源消耗的自給自足。對污泥的最終處理方式，也有研究對污泥堆肥農用和水泥廠焚燒做了對比評價，各有優缺點，主要取決于污泥的性質。

3城市污水處理的多目標管理

3．1多目標管理的基本思路LCA的引入讓我們對污水處理過程的環境影響有了深入的理解，可見污水處理目標的設定是非常重要的。水質目標管理可以使排放的污水對水環境的影響最小化，但從生態環境的可持續性發展考慮，污水處理的目標不僅要保護水環境，也要最大限度地減少資源的損失，加強營養物質的循環利用，減少能源使用，減少廢物的產生，使之對總環境影響最小化，甚至產生環境效益。事實上，污水中的有機物和氮磷營養物，以及生物處理單元產生的剩余污泥都是可回收利用的資源。為此，需要轉變傳統的污水處理觀念，將單一的水質目標管理發展為滿足水質、節能、低碳和資源回收的多目標管理。因此，城市污水處理多目標管理的基本思路是：在保障出水水質滿足一定的排放標準的前提下，減少污水處理過程中所需的能耗和物耗，減少溫室氣體釋放等環境足跡，并借助回收技術對污水及剩余污泥中的有機物和營養物質進行多途徑的回收利用，同步實現污水處理的節能、低碳與資源回收等多項目標。城市污水處理多目標管理具有兩層涵義，一是滿足一定的污水處理要求及標準，保障受納水體的健康可持續，這是城市污水處理最原始的、也是最重要的目標；二是盡可能降低污水處理過程中產生的環境負荷和環境足跡，并實現污水及污泥中可利用物質回收的最大化。城市污水處理多目標管理的目的是：環境負面效應最小化，能源與資源回收利用最大化，實現污水處理與總生態環境效益的和諧統一，以及污水處理的可持續發展。

3．2多目標管理體系的發展由于多目標管理是將出水達標、營養物回收、能源回收和降低環境影響作為管理目標，回收物質的能源化和資源化所帶來的環境正效益可抵消污水處理過程產生的環境影響。因此，與單一的水質目標管理下污水處理過程對環境影響隨排放標準的提高而增加不同，在多目標管理的情況下，污水處理過程對環境的影響并不一定隨著污水排放標準的提高而增大。為了有效地實施城市污水處理多目標管理，需要一套具有較高科學性、系統性和綜合性的污水處理評價技術體系，該體系應充分考慮污水處理過程中產生的主要環境效應及物質資源化潛能，也需要考慮當前污水處理技術水平和未來的發展。評價體系的構建，很大程度依賴于指標系統的設置，指標系統能夠有針對性且客觀反映研究系統的特性，是構建一個評價體系需要深思熟慮的關鍵問題。另一個需要注意的問題是，污水處理多目標管理涉及多個評價指標，而各指標相對重要性的大?。礄嘀兀┑姆峙涫窃u價技術體系構建的又一難點，因為權重的確定以及賦值是否合理，對評價結論的科學合理性起著非常重要的作用，若某一指標的權重發生變化，將會影響整個評價的結論。因此，避免人為的主觀性，建立客觀地反映各指標間的相互關系及重要性的排序方法是十分重要的。大數據方法學的發展為此提供了有效的手段。有研究表明，評價指標的權重值在不同的國家、不同的地區和不同的歷史時段存在較大的差異，與當時受關注的程度有關。因此，各目標的優先順序在不同的國家和不同時期將不同，特別是發展中國家與發達國家之間有明顯的差異。由于有關污水處理多目標管理的研究起步較晚，目前在理論和方法方面還有很多不成熟之處。缺乏一種被普遍接受且適合不同情況的評價的方法，特別是受可獲取的信息和數據的限制，無法充分體現污水處理對環境影響的時間性和區域性，在評價結果的客觀性方面有一定的局限。這些有待于進一步的研究和發展。

3．3多目標管理對污水處理工藝的影響從單一的水質目標管理到多目標管理，體現了城市污水處理觀念的轉變。傳統的以水質目標管理的污水處理是將有機物和無機營養物看作為污染物，在污水處理工藝設計時考慮盡可能將其高效同步去除，例如A2／O工藝等，污水中的有機物作為脫氮除磷過程的碳源被利用。對于多目標管理，污水中的有機物和氮磷營養物質將作為資源被分類回收利用，需要將有機物與氮磷回收的過程盡量分開。這種觀念的轉變勢必引起污水處理工藝的改變。國內外提出的許多新型的節能低碳污水處理技術與工藝，例如污水處理碳中和、磷回收工藝等，都體現了觀念轉變一定會帶動污水處理技術與工藝的變化。

4結語

在水資源短缺、能源緊張和氣候變化的大環境背景下，實現城市污水處理的可持續發展是必然趨勢，降低能耗、減少溫室氣體排放和回收資源與能源是有效的途徑，而污水處理多目標管理是使各項指標達到最佳效果的有效手段，對于促進污水處理技術與工藝的創新也具有積極作用

作者：劉俊新 王旭 單位：中國科學院生態環境研究中心