❶ 城市生活污水處理有哪些工藝參考文獻
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環境保護是我國的基本國策。世界經濟發展的實踐證明,為實現經濟的持續穩定的發展,必須解決好發展與環境保護的矛盾。隨著我國社會和經濟的高速發展,城市環境污染特別是水污染的問題日趨嚴重。城鎮生活污水的排放量逐年增加,2002年全國工業和城鎮生活廢水排放總量為439.5億噸,比上年增加1.5%。其中工業廢水排放量207.2億噸,比上年增加2.3%;城鎮生活污水排放量232.3億噸,比上年增加0.9%,其中僅有10%得到處理。[1]生活污水中含有較高的氮、磷等營養物質,未經處理直接排入江河湖海,是導致水域富營養化污染的主要原因。2002年監測數據顯示,遼河、海河水系污染嚴重,劣V類水體佔60%以上;淮河幹流水質以III-V類水體為主,支流及省界河段水質仍然較差;黃河水系總體水質較差,幹流水質以III-IV類水體為主,支流污染普通嚴重;松花江水系以III-IV類水體為主;珠江水系水質總體良好,以II類水體為主;長江幹流及主要一級支流水質良好,以II類水體為主。由於「污染性」造成的水資源短缺,已成為嚴重製約我國社會經濟持續發展的突出問題,丞待解決。目前我國水污染控制的重點已從以工業點源為主,逐步轉變為以城市污水污染為主的控制。根據預測 [2],到2010年我國城市污水排放總量為1050億m3,城市污水處理率要達到50%,預計需新建污水處理廠1000餘座,而決定城市污水處理廠投資和運行成本的主要因素是污水處理工藝和技術的選擇,因此開發適合我國國情的、高效、低耗、能滿足排放要求、基建和運行費用低的污水處理新技術和新工藝,具有十分重要的現實意義。
二、生活污水處理工藝研究和應用領域共同關注的問題
長期以來,城市生活污水的二級生物處理多採用活性污泥法,它是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理流程,具有處理能力高,出水水質好等優點。但卻普遍存在著基建費、運行費高,能耗大,管理較復雜,易出現污泥膨脹、污泥上浮等問題,且不能去除氮、磷等無機營養物質。對於我國這樣一個資源不足、人口眾多的發展中國家,從可持續發展的角度來看,並不適合中國國情。由於污水處理是一項側重於環境效益和社會效益的工程,因此在建設和實際運行過程中常受到資金的限制,使得治理技術與資金問題成為我國水污染治理的「瓶頸」。歸納起來,目前在城市生活污水處理研究和應用領域,普遍存在的問題有:
(1)採用傳統的活性污泥法,往往基建費、運行費高,能耗大,管理較復雜,易出現污泥膨脹現象;工藝設備不能滿足高效低耗的要求。
(2)隨著污水排放標準的不斷嚴格,對污水中氮、磷等營養物質的排放要求較高,傳統的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主,往往需要將多個厭氧和好氧反應池串聯,形成多級反應池,通過增加內循環來達到脫氮除磷的目的,這勢必要增加基建投資的費用及能耗,並且使運行管理較為復雜。
(3)目前城市污水的處理多以集中處理為主,龐大的污水收集系統的投資遠遠超過污水處理廠本身的投資,因此建設大型的污水處理廠,集中處理生活污水,從污水再生回用的角度來說不一定是唯一可取的方案。
因此,如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩餘污泥量、最方便的操作管理,以及實現磷回收和處理水回用等可持續的方向發展。已成為目前水處理技術研究和應用領域共同關注的問題,就要求污水處理不應僅僅滿足單一的水質改善,同時也需要一並考慮污水及所含污染物的資源化和能源化問題,且所採用的技術必須以低能耗和少資源損耗為前提。
三、生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應用研究發展
在污水生物處理的發展和應用中,活性污泥和生物膜法一直占據主導地位。隨著新型填料的開發和配套技術的不斷完善,與活性污泥法平行發展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發展。由於生物膜法具有處理效率高,耐沖擊負荷性能好,產泥量低,佔地面積少,便於運行管理等優點,在處理中極具競爭力。
1.生物膜法凈化污水機理
污水中有機污染物質種類繁多,成分復雜。但對於生活污水來說,其有機成分歸納起來主要包括:蛋白質(40%-60%),碳水化合物(25%-50%)和油脂(10%),此外還含有一定量的尿素[3]。生物膜法依靠固定於載體表面上的微生物膜來降解有機物,由於微生物細胞幾乎能在水環境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長和繁殖,由細胞內向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構,因此生物膜通常具有孔狀結構,並具有很強的吸附性能。
生物膜附著在載體的表面,是高度親水的物質,在污水不斷流動的條件下,其外側總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質,在膜的表面上和一這深度的內部生長繁殖著大量的微生物及微型動物,形成由有機污染物 →細菌→原生動物(後生動物)組成的食物鏈。生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、後生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。其中細菌一般有:假單苞菌屬、芽苞菌屬、產鹼桿菌屬和動膠菌屬以及球衣菌屬,原生動物多為鍾蟲、獨縮蟲、等枝蟲、蓋纖蟲等。後生動物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現,且主要為線蟲。污水在流過載體表面時,污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附,並通過氧向生物膜內部擴散,在膜中發生生物氧化等作用,從而完成對有機物的降解。生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物,而在生物膜的內層微生物則往往處於厭氧狀態,當生物膜逐漸增厚,厭氧層的厚度超過好氧層時,會導致生物膜的脫落,而新的生物膜又會在載體表面重新生成,通過生物膜的周期更新,以維持生物膜反應器的正常運行。
生物膜法通過將微生物細胞固定於反應器內的載體上,實現了微生物停留時間和水力停留時間的分離,載體填料的存在,對水流起到強制紊動的作用,同時可促進水中污染物質與微生物細胞的充分接觸,從實質上強化了傳質過程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現的污泥膨脹和污泥上浮等問題,在許多情況下不僅能代替活性污泥法用於城市污水的二級生物處理,而且還具有運行穩定、抗沖擊負荷強、更為經濟節能、具有一定的硝化反硝化功能、可實現封閉運轉防止臭味等優點。
通過人工強化作用將生物膜引入到污水處理反應器中,便形成了生物膜反應器。近年來,物物膜反應器發展迅速,由單一到復合,有好氧也有厭氧,逐步形成了一套較完整的生物處理系統。
填料是生物膜技術的核心之一,它的性能對廢水處理工藝過程的效率、能耗、穩定性以及可靠性均有直接關系。
2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應用研究進展
(1)、復雜物料的厭氧降解階段
在廢水的厭氧處理過程中,廢水中的有機物經大量微生物的共同作用,被最終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。在此過程中,不同的微生物的代謝過程相互影響,相互制約,形成復雜的生態系統。對復雜物料的厭氧過程的敘述,有助於我們了解這一過程的基本內容。所謂復雜物料,即指那些高分子的有機物,這些有機物在廢水中以懸浮物或膠體形式存在。
復雜物料的厭氧降解過程可以被分為四個階段。
水解階段:高分子有機物因相對分子質量巨大,不能透過細胞膜,因此不可能為細菌直接利用。因此它們在第一階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖,澱粉被澱粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖,蛋白質被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解於水並透過細胞膜為細菌所利用。
發酵(或酸化)階段:在這一階段,上述小分子的化合物在發酵細菌(即酸化菌)的細胞內轉化為更為簡單的化合物並分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸(簡寫作VFA)、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時,酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質,因此未酸化廢水厭氧處理時產生更多的剩餘污泥。
產乙酸階段:在此階段,上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質。
產甲烷階段:這一階段里,乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。
在以上階段里,還包含著以下這些過程:a、水解階段里有蛋白質水解、碳水化合物的水解和脂類水解;b、發酵酸化階段包含氨基酸和糖類的厭氧氧化與較高級的脂肪酸與醇類的厭氧氧化;c、產乙酸階段里有從中間產物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和 氧化碳形成乙酸;d、甲烷化階段包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。除以上這些過程之外,當廢水含有硫酸鹽時還會有硫酸鹽還原過程。復雜化合物的厭氧降解可以利用圖來表述(見圖1)
(2)厭氧生物膜法處理工藝的應用研究進展
a、厭氧濾器(AF)
厭氧濾器是60年代末由美國McCarty 等在Coulter等研究基礎上發展並確立的第一個高速厭氧反應器。傳統的好氧生物系統一般容積負荷在2KgCOD/(m3?d)以下。而在AF發明之前的厭氧反應器一般容積負荷也在4-5kgCOD/(m3?d)以下。但AF在處理溶解性廢水時負荷可高達10-15 kgCOD/(m3?d)。[4]因此AF的發展大大提高了厭氧反應器的處理速率,使反應器容積大大減少。
AF作為高速厭氧反應器地位的確立,還在於它採用了生物固定化的技術,使污泥在反應器內的停留時間(SRT)極大地延長。McCarty發現在保持同樣處理效果時,SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時間(HRT),從而減少反應器容積,或在相同反應器容積時增加處理的水量。這種採用生物固定化延長SRT,並把SRT和HRT分別對待的思想推動了新一代高速厭氧反應器的發展。
SRT的延長實質是維持了反應器內污泥的高濃度,在AF內,厭氧污泥的濃度可以達到10-20gVSS/L。AF內厭氧污泥的保留由兩種方式完成:其一是細菌在AF內固定的填料表面(也包括反應器內壁)形成生物膜;其二是在填料之間細菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應器內的積累是AF具有高速反應性能的生物學基礎,在一定的污泥比產甲烷活性下,厭氧反應器的負荷與污泥濃度成正比。同時,AF內形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉澱性能好,因而其出水中的剩餘污泥不存在分離困難的問題。由於AF內可自行保留高濃度的污泥,也不需要污泥的迴流。
在AF內,由於填料是固定的,廢水進入反應器內,逐漸被細菌水解酸化、轉化為乙酸和甲烷,廢水組成在不同反應器高度逐漸變化。因此微生物種群的分布也呈現規律性。在底部(進水處),發酵菌和產酸菌佔有最大的比重,隨反應器高度上升,產乙酸菌和產甲烷菌逐漸增多並佔主導地位。細菌的種類與廢水的成分有關,在已酸化的廢水中,發酵與產酸菌不會有太大的濃度。
細菌在反應器內分布的另一特徵是反應器進水處(例如上流式AF的內部)細菌由於得到營養最多因而污泥濃度最高,污泥的濃度隨高度迅速減少。
污泥的這種分布特徵賦予AF一些工藝上的特點。首先,AF內廢水中有機物的去除主要在AF底部進行(指上流式AF),據Young和Dahab報道[4], AF反應器在1m以上COD的去除率幾乎不再增加,而大部分COD是在0.3m以內去除的。因此研究者認為在一定的容積負荷下,淺的AF反應器比深的反應器能有更好的處理效率。其次,由於反應器底部污泥濃度特別大,因此容易引起反應器的堵塞。堵塞問題是影響AF應用的最主要問題之一。據報道,上流式AF底部污泥濃度可高達60g/L。厭氧污泥在AF內的有規律分布還使得反應器對有毒物質的適應能力較強,可以生物降解的毒性物質在反應器內的濃度也呈現出規律性的變化,加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生體系,因此在AF內易於培養出適應有毒物質的厭氧污泥。例如在處理三氯甲烷和甲醛廢水中,發現AF反應器內的污泥產生了良好的適應性,這些有毒物質的去除效果和允許的進液濃度逐漸上升。AF同時也具有較大的抗沖擊負荷能力。一般認為在相同的溫度條件下,AF的負荷可高出厭氧接觸工藝2~3倍,同時會有較高的COD去除率。
AF在應用上的問題除了堵塞和由局部堵塞引起的溝流以外,另一個問題是它需要大量的填料,填料的使用使其成本上升。由於以上問題,國外生產規模的AF系統應用也不是很多。據Le-ttinga在1993年估計,國外生產規模的AF系統大約僅有30~40個。[4]
作為升流式厭氧濾池的革新技術——厭氧膜床(S?pecial Anaerobic Film Bed, SAFB),採用較大顆粒及孔隙率的填料代替傳統的小粒徑填料,有效地解決了反應器的堵塞問題。厭氧膜床具有如下特點:
有效克服了厭氧濾池易堵塞和出水水質差的缺點;
生物固體濃度高,因此可獲得較高的有機負荷;
在厭氧膜床內微生物通過附著在填料表面形成生物膜,以及懸浮於填料孔隙間形成細菌聚集體,因此在厭氧膜床內可以保持較高的生物量。因此可縮短水力停留時間,耐沖擊負荷能力較強;
啟動時間短,停止運行後再啟動也較容易;
不需要迴流污泥,運行管理方便;
在水量和負荷有較大變化的情況下,耐沖擊性較好。
b、厭氧流化床反應器(AFBR)
在流化床系統中依靠在惰性的填料微粒表面形成的生物膜來保留厭氧污泥,液體與污泥的混合、物質的傳遞依靠使這些帶有生物膜的微粒形成流態化來實現。
流化床反應器的主要特點可歸納如下:
流態化能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸;
由於顆粒與流體相對運動速度高,液膜擴散阻力小,且由於形成的生物膜較薄,傳質作用強,因此生物化學過程進行較快,允許廢水在反應器內有較短的水力停留時間;
克服了厭氧濾器堵塞和溝流問題;
高的反應器容積負荷可減少反應器體積,同時由於其高度與直徑的比例大於其它厭氧反應器,因此可以減少佔地面積。
但是,厭氧流化床反應器存在著幾個尚未解決的問題。其一,為了實現良好的流態化並使污泥和填料不致從反應器流失,必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度,但這幾乎是難以做到的,因此穩定的流態化也難以保證。[5]其次,一些較新的研究認為流化床反應器需要有單獨的預酸化反應器。同時,為取得高的上流速度以保證流態化,流化床反應器需要大量的迴流水,這樣導致能耗加大,成本上升。由於以上原因,流化床反應器至今沒有生產規模的設施運行。有人認為它在今後應用的前景也不大。[5]
c、厭氧附著膜膨脹床反應器(AAFEB)
厭氧附著膜膨脹床(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)是Jewell等人在1974年研究和開發出來的一種污水處理工藝。與生物流化床相比,區別在於載體的膨脹程度。以填料層高度計,膨脹床的膨脹率約為10%~20%,此時顆粒間仍保持互相接觸,而流化床則為20%~70%。Bruce J.Alderman等[6]通過對比厭氧膨脹床、滴濾池和活性污泥法等工藝的經濟性,發現對於小型污水處理廠而言,厭氧膨脹床後續滴濾池的設計是最為經濟的選擇,能耗量少,污泥產率量低。但目前此工藝仍主要停留在小試和中試研究階段。
綜上所述,採用厭氧生物膜反應器為主體的厭氧處理技術,作為生活污水處理的核心方法,在技術上已經成熟,並且較之其它方法有獨到的一些優勢。但是,厭氧方法在濃縮營養物(氮和磷)方面效果不大,同時它僅能除去部分病源微生物。此外,殘存的BOD、懸浮物或還原性物質可能影響到出水的質量。所以厭氧生物膜反應器要成為完整的環境治理技術,合適的後處理手段必不可少。
3、好氧生物膜法處理技術——生物接觸氧化
生物接觸氧化法是由生物濾池和接觸曝氣氧化池演變而來的。早在20世紀30年代,已在美國出現生產型裝置。當時的生物接觸氧化池,填料的材質是砂石、竹木製品和金屬製品,主要用於處理低濃度、低有機負荷的污水,它克服了活性污泥法在處理此類污水時,因污泥流失而不能維持正常運行的缺點,並取得了較好的效果。進入70年代,隨著大孔徑、高比表面積的蜂窩直管填料和立體波紋塑料填料的出現,使生物接觸氧化法的應用范圍得到拓寬,它不僅可用於處理生活污水,而且可用於處理高濃度有機廢水和有毒有害工業廢水,與其他生物處理方法相比,展現出了優越性,我國在70年代開始對生物接觸氧化法進行了研究,第一座生產性試驗裝置用於處理城市污水,在處理效果、動力消耗、經濟效益和管理維護等方面都明顯優於活性污泥法。與活性污泥法比較,生物接觸氧化具有以下主要優點:①生物接觸化法以填料作為載體,供生物群棲息生長,形成穩定的生態體系,有較高的微生物濃度,一般可達10~20g/l;氧的利用率高,可達10%。具有較高的耐沖擊負荷能力和對環境變化的適應能力,剩餘污泥量少。②生物接觸氧化法可以充分利用絲狀菌的強氧化能力且不產生污泥膨脹。並且不需要象活性污泥法那樣採用污泥迴流以調整污泥量和溶解氧濃度,易於管理和操作。隨著十餘年的大量實踐,對氧化池結構形式、填料的品種和安裝方式、供氣裝置的種類和布置形式等方面進行了不斷創新、不斷優化。目前,生物接觸氧化技術已經廣泛應用處理生活污水、生活雜用水和不同有機物濃度的工業廢水。
填料是微生物棲息的場所、生物膜的載體。填料的表面生長生物膜,生物膜的新陳代謝過程使污水得利凈化。填料的性能直接影響著生物接觸氧化技術的效果和經濟上的合理性,因而填料的選擇是生物接觸氧化技術的關鍵。
填料的特性取決於填料的材質和結構形式。填料的材質應具有分子結構穩定、抗老化、耐腐蝕和生物穩定性好等特性。填料的結構形式應具有比表面積大、空隙率高、硬度高、有布水布氣和切割氣泡的功能。填料之間的空隙在外力作用下可發生變化,有利於剝落的生物膜及時排出填料區,以及填料的體積應具有可壓縮性,並在復原後不發生變形,便於運輸和安裝。
固定化載體的發展
(1)固定式填料
固定式填料以蜂窩狀及波紋狀填料為代表,多用玻璃鋼、各種薄形塑料片構成。新近有陶土直接燒結生產的陶瓷蜂窩填料,孔形為六角形,孔徑在20~100mm之間。由於比表面積小,生物膜量小,表面光滑,生物膜易脫落,填料橫向不流通,造成布氣不均勻,易堵塞以至無法正常運轉,且造價較高,近年來,此類填料已逐漸淘汰。
(2)懸掛式填料
懸掛式填料包括軟性、半軟性及組合填料、軟性填料,理論比表面積大,空隙率>90%,掛膜快,空隙的可變性使之不易堵塞,而且造價低,組裝方便,出水穩定,處理效果較好,COD和BOD5去除率達80%以上。但廢水濃度高或水中懸浮物較大時,填料絲會結團,大大減少了實際利用的比表面積,且易發生斷絲、中心繩斷裂等情況,影響使用壽命,其壽命一般為1~2年。半軟性填料,具有較強的氣泡切割性能和再行布水布氣的能力、掛膜脫膜效果較好、不堵塞;COD和BOD去除率在70-80%。使用壽命較軟性填料長。但其理論比表面積較小(87-93m2/m3)生物膜總量不足影響污水處理效果,且造價偏高。
組合式填料,是鑒於軟性、半軟性存在的上述缺點並吸取軟性填料比表面積大、易掛膜和半軟性填料不結團,氣泡切割性能好而設計的新型填料,在填料中央設計半軟性部件支撐著外圍的軟性纖維束,其平面有如盾形,故又稱盾式填料。其比表面積1000~2500 m2/m3,空隙率98%-99%,具有掛膜快,生物總量大,不結團等優點。污水處理能力優於軟性、半軟性填料,在正常水力負荷條件下COD去除率70%-85%,BOD5去除率達80%~90%,與之類似的還有燈籠式(或龍式)和YDT彈性立體填料。
(3)分散式填料
分散式填料包括堆積式、懸浮式填料,種類繁多。特點是無需固定和懸掛,只需將之放置於處理裝置之中,使用方便,更換簡單。北京曉清環保公司的多孔球形懸浮填料和北京桑德公司的SNP無剩餘污泥懸浮填料等,具有充氧性能好,掛膜快,使用壽命長等優點。江西萍鄉佳能環保工程公司新近開發的堆積式填料—球形輕質陶料,填料粒徑2~4 mm,有巨大的比表面積,使反應器中單位體積內可保持較高的生物量,而且填料上的生物膜較薄,其活性相對較高,具有完全符合曝氣生物濾池填料的國際性能標准,在法國承建的我國大連馬欄河污水處理廠使用,這是我國新型填料開發的一項重大突破。
四、水解酸化—好氧活性污泥工藝在生活污水處理中的應用
城市污水經厭氧處理後,在現有的技術條件下,要達到二級出水標准,需要相當長的停留時間,結果使厭氧處理雖然在運行管理費用上佔有優勢,但在基建投資上卻失去了競爭力。因此從微生物和化學角度講,厭氧處理僅僅提供了一種預處理,它一般需要後處理方能滿足新的污水排放標准。印度和南美國家在積極推廣應用厭氧生活污水處理技術的同時,普遍意識到由於厭氧處理後氮和磷基本上沒有去除,因此對厭氧出水進一步處理很有必要。缺乏合適的後處理技術,是導致厭氧生物處理技術在生活污水處理領域應用緩慢的主要原因之一。雖然已有的小試實驗結果表明,兩級厭氧系統組合可以獲得良好的處理效果。但目前,在實際生產中,應用最為廣泛的仍然是厭氧與好氧組合系統。在印度,氧化塘是最常用的後處理方法。經厭氧、氧化塘兩級處理後的出水BOD5、CODcr和TSS去除率分別為87%、81%和90%。在巴西NovaVista市的7000人生活污水處理工程中,以及哥倫比亞Bucarmanga鎮的160000人生活污水處理工程中,後處理均採用的是兼性氧化塘。在墨西哥的厭氧生活污水處理工程中,後處理方法比較多樣化,二沉池+氯消毒、淹沒濾池+二沉池+氯消毒、氧化溝等,最後直接排入城市污水管網或用於農灌。在日本,城鎮生活污水一般採用厭氧消化+好氧活性污泥法聯合處理、厭氧濾池+好氧濾池以及厭氧濾池+接觸氧化法組合處理。並且最新研製的具有脫氮除磷功能的高級型JOHKASO小型家用生活污水凈化器系統,廣泛應用於分散處理生活污水方面。[7]厭氧和好氧生物處理技術的組合能夠有效的去除大部分有機和無機污染物。厭氧生物專家G·Lettinga教授斷言厭氧處理生物技術如果有合適的後處理方法相配合,可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段,這一模式較之於傳統的集中處理方法更具有可持續性和生命力,尤其適合發展中國家的情況。[8]
厭氧-好氧組合處理工藝,充分發揮了厭氧技術節能、好氧技術高效的優勢,成為目前污水處理工藝發展的主要趨勢。在國外,由上流式厭氧污泥床反應器(UASB)和好氧生物膜反應器組成的厭氧—好氧組合處理工藝一直是研究的重點,[9,10,11]並針對組合工藝的硝化/反硝化性能和動力學機理展開了較為深入的研究。[12,13]近年來,Ricardo Franci Goncalves等[14,15]進行的小試和中試的研究結果表明,採用UASB和淹沒式曝氣生物濾池(BF)組合工藝處理生活污水,兩段HRT分別為6h和0.17h時系統對CODcr 、BOD5 和SS去除率均在90%以上,並且該組合系統相對單一的UASB污水處理系統而言,有更好的穩定出水水質的作用。當BF段的污泥迴流至UASB段時,厭氧反應器內有機物甲烷化的能力提高,使產氣量增加、剩餘污泥量減少,可以減少甚至省去污泥濃縮池和消化池。
由於以UASB為主體的厭氧-好氧組合處理工藝,受溫度的影響較大,特別是在低溫條件下,系統的性能不能得到充分的發揮。Igor Bodik等[16]通過中試試驗研究了厭氧折流板生物濾池反應器和淹沒式曝氣生物濾池組合工藝低溫下處理生活污水時的脫氮性能。系統經過一年的運行,在厭氧段和好氧段的水力停留時間分別為15 h和4h的條件下,即使環境溫度低於10℃(平均氣溫5.9℃),對CODcr、BOD5和SS的去除率仍達80%左右。低溫使硝化的活性受到一定的影響,溫度在4.5-23℃范圍內,TKN的去除率在46.4-87.3%間變化,並且該系統也具有一定的反硝化功能,為低溫環境下生活污水的脫氮處理提供了參考。
參考資料:http://..com/question/23545633.html?si=4
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❺ 污水處理的政策和行業動向
一、城市污水污染成為水污染控制的首要問題
1、城市污水污染和處理現狀
自1985年以來,我國廢水年排放總量一直的維持在350~400億m3/a左右。1996年全國666個設市城市中532個城市沒有污水處理廠,134個城市建成的309座污水處理廠,城市污水處理總量僅為44.6億m3,其中經二級生化處理的僅佔6.9%,有77.4%的城市污水未經任何處理直接排入水體。1997年廢水排放量達到最高值416億m3,其中工業廢水排放量227億t,市政污水排放量189億t。1999年城市污水污染負荷首次超過了工業廢水污染負荷,我國水污染的重點已經從工業點源為主的控制,逐步轉變為以以城市污水污染為主的控制。根據建設部估計2000年廢水排放量為480億m3。
2、城市污水排放量的預測
目前,全國有設市城市640多個,建制鎮1.6萬多個,人口約2.7億人。自90年代以來,我國的國民生產總值連續以8~11%的高速率的增長,預計新世紀的頭20年內我國經濟增長將保持在6~9%的高、中速率穩定發展。污水量增加考慮上述因素按5%的速率考慮。到2010年增加污水量300億m3。
建制鎮的污水產生量,按照我國政府有關部門新制定的小城鎮發展規劃,今後新型小城鎮的發展重點為沿路、沿江河、沿海、沿邊境等地理位置和交通條件較好、資源豐富、鄉鎮企業有一定基礎或農村批發和專業市場初具規模的小城鎮;建設目標為布局合理、設施配套、交通方便、環境優美、經濟繁榮、各具特色、具有3 萬左右人口規模的新型小城鎮。到2010年,全國城鎮人口達到5.6億人左右,城市化水平達到40%左右。2010年,全國設市城市達到1200個左右,建制鎮達到2.5-3 萬個,到2010年,全國村鎮自來水普及率達到65%,小城鎮人均日用水量180升、村莊110升,依此計算村鎮年廢水量可能達到270億噸。
3、污水處理率與投資估算
考慮現狀污水量、污水增量和建制鎮污水量,到2010年污水排放總量為1050億m3/a。 綜上所述,考慮現狀污水量、污水增量和建制鎮污水量,到2010年城市污水排放總量為1050億m3。根據《國民經濟和社會發展「九五」計劃和2010年遠景目標綱要》的要求,到2010年城市污水處理率要達到50%,則需增加500億m3/a(1.4億m3/d天)的處理規模。城市污水污水量和投資按增長速率預測見表1。達到50%的污水處理率,按靜態投資(考慮配套管網)處理每立方米污水投資為2000-3000元,則需投資3000-4000億元。根據對於污水處理程度和污水量的增長,對於城市污水處理廠的主要技術設備(特別是二級處理相關設備)的市場份額分析見表2。為擴大內需,帶動經濟發展,1998年以來,國家加大了基礎設施的投入,城市基礎設施成為其中重要的一部分,目前發行的1000億國債中將有300億用於城市基礎設施建設。在地方上報建設部的給水排水建設項目中,供水項目322個、污水項目208個,總投資將達1100億元。1999年國家增發650億其中一部分國債主要用於1998年的在建項目和一些新建項目。如此巨大的投資和市場份額,這對我國水工業的發展既是機遇又是挑戰。
在以上份額中機械加工等傳統產業(機電產品:如水泵、風機等)佔了大約15-30%的份額,建築業佔35-45%的份額。這兩者之和占總投資的60%以上,在今後10年內存在每年200億左右的市場份額。從事以上行業的主體為國家大中型企業。從而可見對於城市污水和城市給水這種大規模的基礎建設項目,國家投資將帶動大批如機電行業、機械製造和加工行業和建築行業等傳統行業的發展。從而可帶動相關產業的發展和消費總量的增加,有利於大中型企業的改革和經濟發展,這也與國家目前的搞活大中型企業的政策是一致的。在水污染治理中自控和儀表和技術服務所佔的比例雖然不高在8-15%左右,但是相對的產值較高。這一部分市場額定大約在40-60億元/年。另外,一般污水處理的運行管理費用約占投資的10%,運營服務業的份額約40億/年。
面對中國環境污染治理的如此巨大的市場,外國公司已經開始進入。目前許多城市污染處理廠利用外資建設,如1996-1998年有數十個外資貸款項目建設城市大型污水處理廠,其中的不少關鍵設備和配套產品從國外進口。由於國外的水處理產品技術成熟、質量較好、服務上乘,對我國水處理產業提出了嚴峻挑戰。
二、城市污水處理技術發展
1、城市污水處理工藝
我國城市污水處理技術從「七五」國家科技攻關開始逐步進行研究。「七五」和「八五」攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態系統等自然處理技術方面的研究較多,以這些成果為設計依據。建立了一些氧化塘、土地處理城市污水示範工程。在人工處理技術方面,「八五」對高負荷活性污泥、高負荷生物膜、一體化氧化溝技術進行了深入研究,引進、開發了A/B、A/A/O、A/O、B/C、SBR等處理工藝,研究成果已被應用於大批污水處理廠;城市污水廠污泥處置問題在「九五」科技攻關中受到重視,並配套開發成套的污泥處理。「九五」期間工藝技術研究重點為中小城鎮簡易高效污水處理實用的成套技術,解決人工處理能耗高、自然處理佔地大等問題。
經過「七五」、「八五」和「九五」期間的努力,我國在城市污水處理技術方面取得了較大的成就,攻關成果豐碩。就工藝技術的廣度而言,與國際上的差距已經縮小。目前在水污染治理技術上,已能提供下列技術的工藝參數。傳統活性污泥法技術包括傳統法、延時法、吸附再生法和各種新型活性污泥工藝,如:SBR、AB法和氧化溝技術等等;A-O法和A2-O技術;酸化(水解)-好氧技術;多種類型的穩定塘技術;土地處理技術等等。這已經可以滿足大多數城市污水污水治理的要求。
二、城市污水處理技術發展
1、城市污水處理工藝
我國城市污水處理技術從「七五」國家科技攻關開始逐步進行研究。「七五」和「八五」攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態系統等自然處理技術方面的研究較多,以這些成果為設計依據。建立了一些氧化塘、土地處理城市污水示範工程。在人工處理技術方面,「八五」對高負荷活性污泥、高負荷生物膜、一體化氧化溝技術進行了深入研究,引進、開發了A/B、A/A/O、A/O、B/C、SBR等處理工藝,研究成果已被應用於大批污水處理廠;城市污水廠污泥處置問題在「九五」科技攻關中受到重視,並配套開發成套的污泥處理。「九五」期間工藝技術研究重點為中小城鎮簡易高效污水處理實用的成套技術,解決人工處理能耗高、自然處理佔地大等問題。
經過「七五」、「八五」和「九五」期間的努力,我國在城市污水處理技術方面取得了較大的成就,攻關成果豐碩。就工藝技術的廣度而言,與國際上的差距已經縮小。目前在水污染治理技術上,已能提供下列技術的工藝參數。傳統活性污泥法技術包括傳統法、延時法、吸附再生法和各種新型活性污泥工藝,如:SBR、AB法和氧化溝技術等等;A-O法和A2-O技術;酸化(水解)-好氧技術;多種類型的穩定塘技術;土地處理技術等等。這已經可以滿足大多數城市污水污水治理的要求。
2、城市污水處理技術問題討論
從20世紀60-70年代,氧化溝和SBR工藝發展迅速,近年來成為我國城市污水處理廠佔主導性的工藝。而曝氣生物濾池和一級強化工藝是國際上20世紀80年代末、90年代初新開發的、具有發展潛力的高效城市污水處理工藝。城市污水處理新工藝---水解-好氧生物處理工藝是我國自主知識產權的工藝。我國在近年引進了很多國外的新工藝,建立了相當多的工程,這些工作是我國在城市污水領域的寶貴財富,應該對此進行系統的總結。但我國的污水處理技術研究以單項研究為主,且偏重於工藝研究,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。這也是近年來,首先流行AB工藝,然後流行三溝氧化溝,以及其他形式的氧化溝,目前又在流行SBR工藝的原因所在。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,國產技術總是無法在市場上佔有一席之地。
從另一方面講,目前我國城市污水處理廠普遍採用的工藝為普通活性污泥法、氧化溝法、SBR(間歇式活性污泥)法、AB法等,這與美國、德國等發達國家所採用的技術與工藝幾乎處在同一水平上,而我國的國民生產總值遠遠低於上述國家。上面各項技術是國外在水污染控制中,被證明是行之有效的技術。但以上的技術並不一定是先進的技術,特別並不一定都完全適合我國的國情。
例如:目前國內大多採用國外引進的氧化溝、延時曝氣的SBR等工藝。延時曝氣是一種低負荷工藝,對於我國這樣一個資源不足、人口眾多的發展中國家,是否適合推廣這種低負荷的活性污泥工藝是值得推敲的問題。首先,低負荷的曝氣池的池容和設備是中、高負荷活性污泥工藝的幾倍,所以相應的投資要高數倍;其次,延時曝氣對污泥是採用好氧穩定的方法,其能耗比中、高負荷活性污泥要高40~50%左右;能耗增加固然帶來了直接運行費的增加,同時還要增加間接投資。據資料報道目前每kW發電能力脫硫需要投資1000美元,則每萬噸污水增加的脫硫投資需要70萬元。如果按脫硫投資為電站投資10%計,則增加的電廠投資為700萬元,這接近污水處理單位投資的50%。從可持續發展角度講,採用延時曝氣的低負荷工藝,如氧化溝工藝等等是不適合中國國情的。
從城市污水污泥處理和處置方面,在我國還剛剛起步與國外先進國家相比尚有較大差距。隨著大量污水處理廠的投產,污泥產量將會有大幅度的增加。污泥厭氧消化的投資高,污泥處理費用約占污水處理廠投資和運行費用的20-45%。並且污泥厭氧消化處理技術較復雜。在我國僅有的十幾座污泥消化池中,能夠正常運行的為數不多,有些池子根本就沒有運行。這也是導致我國近年大量採用帶有延時曝氣功能的氧化溝等技術的原因。所以採用高效(高負荷)、低耗污水處理工藝的關鍵之一是解決城市污水廠污泥處理技術,可以講今後我國城市污水工藝的進步在很大程度上取決於污泥處理和利用技術的進步。能否解決好污泥問題是污水凈化成功與否的決定性因素之一。為了解決這一問題有必要加強污泥處理與利用的研究。從污泥最終處置的出路來看,污泥農用從我國具體情況來說是最為可行和現實的處置方案。結合污泥的最終處置考慮污泥堆肥和利用,是適合我國國情的污泥處理工藝另外一條技術上可行,經濟是有利的技術途徑。
由於我國經濟發展水平還較低,資金匱乏,投資力度不足等諸多因素,導致目前發達國家大批水處理環保企業採取貸款方式,大舉進軍我國水處理環保市場。1988年以來,我國開放了城市基礎設施的建設,給水排水利用外資建設項目共約200個,總金額達78億美元。由於外資的利用,特別是利用了歐洲發達國家的政府貸款(只能用於購買貸款國的設備),雖然推動了一批現代化污水處理廠的建設,但是增加了工程投資(國外設備的價格一般是國內設備的4-6倍)和今後的日常維護費用(需要外匯更新配件)。同時也嚴重抑制了國內污水處理設備製造業的發展。由於技術和資金投入不足使國內污水處理設備無法達到國際水平。但總體上我國機電設備製造業經過適當重組、調整和改造是能夠製造所需的污水處理成套設備的。目前,我國城市污水處理約90%來自於國際各種貸款,基本被國際各大公司所佔領。
三、我國城市污水處理發展趨勢
水污染控制技術涉及到有關水處理技術研究開發、工程設計、工程實施、設備加工和運營管理等各個方面。但是,從水處理技術市場化和產業化的觀點,特別是從投資結構的劃分,水處理技術產業可以分為:1) 工藝技術;2) 工程和設備產業化;3) 設施運營產業化等三個部分。我國下一步主要任務是在以上三個方面進行重點發展。
1、大力發展先進的水處理工藝技術
對於我國這樣一個污染嚴重、資源短缺,並且社會主義初級階段的國家,先進的水處理工藝的標准應該是適合我國國情、高效、低耗和低成本的污水處理技術。各類效率高、投入低、可達到一定治理深度的城市污水處理新技術,對經濟尚不夠發達而污染亟待治理的我國,尤其是絕大多數沒有污水處理設施的17000多個建制鎮,在一段時期內都將具有重要意義。因此,迫切需要一批能滿足排放要求、處理效果好、基建和運行費用低的污水處理新技術和新工藝。因此,國家環保總局提出需要建立與我國現階段國情相適應的、經濟實用的先進工藝技術的示範工程,示範工程應該滿足:1) 噸水投資低,噸水造價應該控制在800元;2) 運行費用低,噸水運行費應該控制在0.3元以下;3) 在工程中採用國產化的設備,並且採用總承包和實施運營的機制。
達到上述目標,需要在新工藝、新材料和高新技術的應用和示範上加大力度。眾所周知高效工藝可以大幅度降低污水處理的基建投資,比如目前國內延時曝氣的氧化溝和SBR工藝一般在0.05-0.07kgBOD/m3.d,與中、高曝氣池負荷(0.3-0.5kgBOD/m3.d)相差幾倍甚至到十倍,這樣曝氣池的投資也相應增加幾倍甚至到十倍。從新工藝角度講現有的物化-生化工藝、水解-好氧工藝、曝氣生物濾池和高、中負荷的好氧工藝以及厭氧-好氧處理技術等工藝都是有希望的新工藝,但需進一步完善。要在短期內提高污水處理率,除了制定合理可行的產業技術經濟政策、加大建設城市污水處理廠的投資力度外,必須依賴技術進步,盡快開展一些先進的污水處理工藝示範推廣工作。
同樣,新材料和新施工方法的利用可以降低工程造價。比如德國國外百樂卡(Biolack)技術,採用高密度聚乙烯作水處理的構築物的防滲材料,降低了水處理構築物的造價。在污水處理構築物方面可以推廣國外先進的制罐技術,如拼裝式反應器。將處理構築物設備化,以快速低耗的設備型式,成套提供城市污水處理的單元反應器設備;提高水處理設備的成套化和設備化,將完整工藝技術、成熟自控技術、以及嚴格的製造技術結合為一體,設計生產具有高科技含量的的廢水處理成套設備;
另外,高新技術的使用特別是高度自動控制系統,使電氣控制、儀表、計算機一體化,即監、控、管一體化是環保廠生產過程自動化的必然要求和發展趨勢。污水處理廠自控程度的提高,給運行管理機制改變、基建費用的降低和運行成本減少帶來一系列好處,根據國際上發展的趨勢,大力發展我國的環保自控技術和設備,是提高我國的環保工程管理水平和處理設施穩定運行的根本保障。
2、大力推進水處理技術和設備的產業化
水污染控制的實施是通過工程設施和技術裝備來實現。當前水處理工程有以下特點:首先,工程中設備和施工技術含量及投資比例不斷提高,從而反映了水處理工程技術的設備化、產業化和市場化的趨勢。我國需要建立污水處理成套設備產業基地,建立污水處理成套設備產業基地,水污染控制的實施是通過工程設施和技術裝備來實現,我國需要建立污水處理成套設備產業基地;其次,工程市場已由傳統的承發包方式引入了國際通用的「Turnkey」總承包的運作方式。參與這種工程和設備總承包的「工程公司」在國際已是一個跨行業的產業。工程公司一般是具有系統設計、工程管理、設備集成、安裝調試和運行培訓的綜合能力的大型公司,我國目前還缺乏這樣具有綜合能力的大型專業工程公司。
水污染控制的實施是通過工程設施和技術裝備來實現。我國需要建立污水處理成套設備產業基地。對於不同規模和類型城市污水處理廠,產業化發展目標是不一樣的。
1) 超大型城市污水處理廠建設
污水量≥20萬m3/d這一類的城市污水處理廠在全國總共不超過100個,但是占污水排放總量的30%~50%。雖然在90年代初期和目前正在建設的超大型項目已有一部分,由於項目的重要性和資金來源有保障,近期建設的重點仍然是這一類的污水處理廠。根據國內外的經驗對於超大型城市污水處理廠採用的工藝大多是比較成熟的傳統活性污泥工藝,因此相關設備發展重點是大型污水處理廠的單項技術設備(特別是二級處理相關設備)。其中包括:
① 大型自動格柵除污設備;
② 各種成套除砂、洗砂設備;
③ 大型沉澱池刮吸泥設備;
④ 高效曝氣設備;
⑤ 大型污水通用機械設備,如離心風機、污水泵等;
⑥ 大型濃縮、脫水一體化設備;
⑦ 污泥消化成套設備;
⑧ 沼氣利用成套設備;
⑨ 配套的自控系統和儀器儀表等;
⑩ 污泥處理和處置成套設備,如堆肥、造粒裝置等等。
2) 大、中型城市污水處理廠建設
由於城市污水廠污泥採用厭氧消化處理技術,污泥厭氧消化的投資占污水處理廠投資的30%~40%,並且污泥厭氧消化處理技術較復雜。這一問題一直沒有達到很好的解決,我國的污泥處理處置與利用起步晚,不論是科研開發,還是工程實踐,均遠遠落後於發達國家和國內需求。因此根據大、中型城市污水處理廠的特點,近期眾多城市採用低負荷氧化溝和SBR工藝採用好氧穩定污泥的方法。對於中型污水處理廠的發展重點是對已基本掌握的氧化溝法和SBR等處理工藝技術加速推廣,同時要加快這幾種工藝的專用設備的國產化、規模化生產,形成從設計、設備製造、項目建設到運行管理的總體能力。形成如下設備的生產能力:
① 氧化溝的曝氣設備:如轉刷、轉盤和表曝機;
② 污泥濃縮、脫水一體化設備;
③ SBR工藝中的潷水器;
④ SBR專用曝氣設備;
⑤ SBR自控設備。
3) 中、小城鎮污水處理廠建設
對於我國大量的中、小城鎮產生的污水量≤5萬m3/d的小型城市污水處理廠,是我國水污染控制的重點和難點。由於我國目前還處於社會主義發展的初級階段。大多數中小城鎮處於不太發達的農村地區,但是其造成污染的是量大面廣,是我國下一階段三湖三河治理的重點。根據這一特點必須開發中小城鎮適用的簡易高效污水處理成套技術,重點要解決城市污水處理廠的三高問題,即投資高、電耗高和運行費用高。以水解-好氧生物處理工藝、曝氣生物濾池等為代表的低耗、高效工藝可以滿足這一需求。因此對於小型城市污水處理廠需要作如下工作:
① 適用的簡易、高效城市污水處理裝置成套化;
② 簡易高效城市污水處理裝置的全自動化;
③ 污泥堆肥、造粒制肥技術成套化。3、大力鼓勵水處理設施運營產業化根據污水處理廠建設投資估算,今後城市污水處理廠的運營費用逐年增加到2010年可以達到40億元/a。污水處理設施的運營產業化涉及兩個層次的問題,其一是傳統的技術服務的范圍不斷擴展。由於環境法規健全和執法力度的加強,對於水處理設備運行的達標率和完好率要求更高,因此技術要求的時效性不斷加強;同時隨著社會主義市場經濟的發展,BOT方式的引入在水處理領域也會逐步打破傳統甲、乙方概念,產生甲、乙方角色互換,導致了類似於物業管理型的技術服務需求。這對技術服務提出了更高層次的要求。因此,技術服務范圍的擴展、要求的加強和形式的更新等一系列變化,導致技術服務市場內涵的擴大。其二是隨著甲、乙方角色互換,資金籌措方式的發生了改變。計劃經濟導致目前絕大多數污水處理廠的現狀是:由政府投入巨額資金或利用外國政府貸款建設,建成後多為事業單位編制,運行經費由政府有關部門核定撥給,相當一部分污水處理廠運行費用嚴重不足。這使污水處理廠的良好運行、投資回收、資金還貸等沒有保證,甚至出現了即使「有錢建」也「無錢養」的局面。採用BOT投資方式有利於降低工程投資,提高污水處理廠的運行管理水平,同時還能大大減輕地方政府的經濟壓力,並加快基礎設施建設步伐,滿足全社會對公共工程和基礎設施的需求。金融業也進入了水污染控制市場,今後各種基金、上市公司、投資公司和銀行將加速投入這一市場,在將加劇這一市場的競爭,但是同時無疑會促進水污染控制市場的成熟和發展。因此,水污染控制市場具有設備化、專業化、資本化和開放性的特點,從事水污染控制的研究、設計和生產部門要適應這種產業化形式。
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主要書籍
《城市可持續發展與水污染防治對策》、
《現代廢水處理新技術》、
《工業性環境污染的防治》、
《環境工程手冊:水污染防治卷等》、
《環境保護與可持續發展》。
主要論文
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SBR在難降解有機物處理中的研究與應用
表面流與潛流式生態床處理農村污水
摻加草炭的地下滲濾系統處理生活污水
低壓汞燈光催化降解對氯苯甲酸鈉的機理研究
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滇池流域農村污水生態處理系統設計
短程硝化反硝化工藝處理焦化高氨廢水
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酚化合物抑制底泥氨氧化活性的作用
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❿ 關於環境污染的論文
關於水環境污染的論文
1. 我國水環境問題及其影響因素
我國水環境面臨著水體污染、水資源短缺和洪澇災害等多方面壓力。水體污染加劇了水資源短缺,水生態環境破壞促使洪澇災害頻發。據1999年《中國環境狀況公報》顯示,目前我國七大水系、主要湖泊、近岸海域及部分地區的地下水受到不同程度的污染。河流以有機污染為主,主要污染物是氨氮、生化需氧量、高錳酸鹽指數和揮發酚等;湖泊以富營養化為特徵,主要污染指標為總磷、總氮、化學需氧量和高猛酸鹽指數等;近岸海域主要污染指標為無機氮、活性磷酸鹽和重金屬。這些因素構成了水環境問題影響范圍廣,危害嚴重,治理難度大等特徵。我國水環境問題產生的原因是多方面的,但主要是人類主觀因素的影響。長期以來,我國經濟增長方式粗放,企業單純追求經濟效益,忽視環境效益和生態效益。工業發展中,水消耗量大、利用率低。不僅單位產值污水排放量大,而且萬元產值用水量各省區間差距懸殊。1998年全國平均萬元GDP用水683m3以上。其中,北京161m3,天津201m3,上海300m3。但是,黑龍江、內蒙古、江西、廣西、貴州、青海、甘肅等省區大多在1000m3以上。寧夏、新疆為4000m3左右。北京1m3灌溉用水可以生產2kg糧食,而寧夏才生產不到1kg。同時,在傳統的計劃經濟體制下,粗放型的經濟增長方式,使企業生產經營缺乏節能降耗的動力。企業技術改造往往以擴大再生產為目的,生產工藝落後,更新換代速度慢。隨著經濟體制改革的不斷深入,經濟增長方式的日趨轉變,以及科技水平的快速提高,水資源的合理開發和利用將逐步走上科學化管理軌道。但是,這種轉變需要一個較長的歷史過程。水環境問題嚴重的另一個重要原因,是國家政策導向的偏差。長期以來,國民經濟和社會發展注重經濟增長速度、主要產品產量、城鎮居民收入增長等指標,沒有把資源消耗和環境代價納入經濟核算體系。迄今為止,城市環境基礎設施建設仍作為「非生產性福利事業」。城市污水處理、垃圾處理由政府包攬,使政府不堪重負,以至於拿不出錢搞環境基礎設施建設,甚至建成污染處理設施也因經費來源問題沒解決而難以正常運轉。在計劃經濟體制下,一些經濟發展政策有悖於環境保護。我國一度「遍地開花」的「十五」小企業,布局分散,規模不經濟,生產工藝落後,造成了嚴重的環境污染和生態破壞。
區域經濟發展和區域環境容量不相適應,也是造成水環境污染的重要原因。以往在確定地區產業發展方向、地區生產力布局時,往往忽視區域環境容量。我國主要江河出現的嚴重流域性水污染,在很大程度上與流域產業結構和布局不合理有直接關系。淮河流域四省自80.年代初開始,利用當地資源,大力發展高耗水的化工、造紙、製革、火電、食品等小型工業,污染物排放量超過了淮河的承載能力,使淮河流域水質急劇惡化;由於缺乏科學認證和科學管理,一些缺水地區盲目發展高耗水型工業,造成地下水位下降;一些資源豐富的地區發展單一的資源型產業,不發展與之相配套的加工業,產業結構雷同,形成嚴重的結構型污染。
自然因素的影響在一定程度上加重了水環境問題的惡化,增加了水污染防治的難度。近年來,由於氣候變化引起全球溫度、濕度、降水量的分布變化,使一些國家和地區的災害頻發。我國北方地區氣候也明顯變暖,華北地區冬季平均氣溫90年代比50年代上升2.1℃。氣溫上升,地表徑流減少,蒸發量增大,發生旱災的機會增多。1997年我國北方地區受厄爾尼諾現象的影響,降水量異常偏少,溫度偏高,海河水資源量只有多年平均量的40%;黃河水資源量為多年平均量的61%。由於河道徑流減少,水體自凈能力下降,加劇了水環境惡化。1998年受厄爾尼諾現象影響,長江中下游、嫩江、松花江流域降水量偏多,導致特大洪水災害的發生。
我國水資源地區分布不均,南多北少,相差懸殊,水資源分布與人口、經濟和社會發展布局極不協調。北方黃河、淮河、海河、松遼河,以及內陸河5個流域,總人口佔全國的47%左右,耕地面積佔65%以上,GDP佔全國的45%以上,而水資源卻只佔全國水資源總量的19%,人均佔有量僅為南方地區的1/3。這些因素也是導致水環境問題突出的重要方面。
2. 重點流域水污染防治面臨的主要問題
「九五」以來,我國重點流域水污染防治以淮河治理為先導,太湖、巢湖、滇池,以及海河、遼河相繼開始。通過採取工業污染源的末端治理,以及在產業結構調整和壓縮過剩生產力中,取締、關閉、和淘汰生產工藝落後、設備陳舊、污染嚴重的企業等一系列措施,治理工作取得一定成效。部分水域已經接近實現第一階段的污染防治目標。「九五」水污染防治作為我國歷史上第一次大規模的流域水污染防治,積累了大量寶貴經驗,對於開拓我國的環境與發展道路具有長遠的戰略意義。但是,從總體上看,重點流域的水污染防治工作進展還比較緩慢,取得的成果十分脆弱。在實踐中暴露出來的一些問題充分說明,我國當前和今後一個時期流域水污染防治仍面臨嚴重挑戰。
2.1 黃河、長江流域水環境問題亟待解決
「九五」期間「三河三湖」的治理僅僅是拉開了我國水污染防治的序幕。在大規模治理「三河三湖」的同時,必須看到,黃河、長江的污染問題也到了非治理不可的程度了。黃河這個中華民族的搖籃,他養育了人類,也無數次地給人類帶來災難。如今,由於人類活動的作用力,使黃河的環境問題日趨嚴重。1999年,在黃河流域的114個重點監測斷面上,V類和劣V類水體分別為70%和56.2%,黃河主要支流的污染更為嚴重,而且黃河的污染主要來自支流。目前,黃河水量少,自凈能力弱,水環境處於危機之中。在西部大開發中,黃河流域的經濟發展將進入較快增長時期。黃河的水污染必然使沿岸的水資源短缺「雪上加霜」。
長江上游沿岸地區經濟社會的快速發展和城市化進程的加快,使這一地區的污染物排放量迅速增加,污染問題隨之加重,特別是三峽庫區及其上游的水質不斷惡化。如果不採取有效措施,預計到2010年,長江上游重點地區廢水排放量將以年均4.1%的速度增長;沿江城鎮生活垃圾入江量,將由1995年的約200萬t增加到2010年的467萬t;三峽庫區的水體自凈能力將大幅度下降。2009年三峽庫區建成蓄水後,庫區將由一個流速快、流量大的河流變成一個流速緩、滯留時間長,回水面積大的人工湖。水體稀釋自凈能力下降,水污染必然加重。根據預測,三峽工程建成後,湖區上游岸邊污染帶主要污染物濃度將比建壩前增加2-10倍,將成為重污染區。
2.2 城市生活污水逐年增加,污水處理設施建設嚴重滯後
城市基礎設施是工業建設的載體,制約著工業建設規模和發展速度。長期以來,我國城市建設不恰當地把基礎設施建設的載體地位降低為工業的一般附屬物地位,基礎設施的發展與人口、資源、環境和工業建設不協調,導致基礎設施長期超負荷承載。特別是城市環境保護基礎設施,僅僅在近幾年才開始興建。全國絕大多數城市的污水處理能力遠遠滿足不了實際需要。
隨著人口迅速增加和人民生活水平的日益提高,生活污水產生量大幅度增長。近年來,城市生活污水和工業廢水排放量的比例已接近持平。但是,城市污水處理廠的建設遠遠不能適應經濟社會發展的需要。一般情況下,城市污水處理廠的建設周期為3年。從目前的建設進度看,實現「九五」期間國家提出的全國50萬人口的城市都要建設集中式污水處理裝置的要求,還需要相當長的時間。以淮河為例,按規劃,到2000年,淮河流域四省需要建設城市污水處理廠52座,總投資60.8億元,形成污水處理能力352萬l/d。到1999年6月建成的污水處理廠只有3座,污水處理能力僅為44萬l/d。集中式污水處理設施建設緩慢的原因,除了資金短缺外,現行管理和運行機制的掣肘也使城市污水處理廠的建設和運營陷於困境。由於沒有真正落實「污染者負擔」的政策,地方財政因無力支付污水處理費用,常常使建成後的污水處理廠不能正常運行,環境保護投資不能有效發揮環境效益。
2.3 大量的面源污染問題尚未找到解決途徑
目前,全國的工業污染已經開始得到有效控制。到2000年底,全國所有工業污染源都將實現達標排放。城市污水處理正在逐步加快步伐。但是,農村經濟發展帶來的農葯、化肥、畜禽養殖污染量大面廣,有一定治理難度。從50年代到90年代,我國農葯施用量增加近100倍,成為世界上農葯用量最大的國家。我國每年因農葯中毒的人數佔世界同類事故中毒人數的50%。而且由於農葯的大量流失,造成嚴重的水體污染。全國化肥使用量也在成倍增加。1995年是1978年的4倍。目前,偏施化學氮肥,使氮、磷、鉀比例失調現象比較嚴重。而且化肥的利用率只有30%左右,大量化肥流失,進入河流、海洋、湖泊,成為水體面源污染的主要來源。同時,由於大量化肥的使用,農村畜禽糞便的農業利用減少,畜禽業的集約化程度提高,加重了養殖業與種植業的脫節。畜禽糞便的還田率只有30%多,大部分未被利用。1998年全國畜禽糞便產生量是當年全國工業固體廢物產生量的3.4倍。這些畜禽糞便大部分未經處理直接排入江河湖海。同時,作為農村經濟的重要組成部分,鄉鎮企業的發展也一直是困擾農村環境的一大難題。據1991年和1997年兩次全國鄉鎮工業污染源調查,鄉鎮工業二氧化硫、煙塵、化學耗氧量和固體廢物排放量分別增長了22.6%、56.5%、246.6%和552%;在全國主要工業污染物排放總量有所控制的情況下,鄉鎮企業排污量卻在增長,這將對水環境構成嚴重威脅。
2.4 經濟政策不配套,污染治理資金嚴重短缺
在計劃經濟體制下,我國污染防治資金以國家預算內資金為主。隨著市場經濟體制的建立,完全依靠行政手段管理環境已經不能奏效。但是,由於市場經濟條件下的環境經濟政策體系尚未建立,多元化的環境保護投資體制難以形成。作為促進污染防治的重要經濟手段排污收費制度,目前還很不完善。主要問題是,排污收費標准過低,不能發揮刺激污染防治的作用。超標排放污水收費作為排污收費的主體,其收費額不足污染處理設施運行成本的一半;污水排放收費最高不超過0.5元/l;排污收費項目不全,主要對象是大中型企業和部分事業單位,城市污水處理費僅在少數城市開征,而且收費標准較低,「污染者付費」的原則沒有充分體現;排污費的轉移支付機制尚未建立,流域內上下游之間缺乏利益補償政策,水資源的開發利用與保護不協調,造成水資源的浪費。
「九五」期間我國環境保護投資有了大幅度提高,特別是國家採取積極的財政政策,在擴大內需中把環境保護作為重點投資領域,一些水污染防治重點項目得到國債資金的支持。但是,由於環境保護資金渠道狹窄,投資量小,污染治理資金短缺的問題仍然非常突出。按計劃,「三河三湖」水污染防治約需資金1260億元,但是目前已經落實的資金與需求相差甚遠。1998年國家增發財政債券和銀行貸款資金用於基礎設施建設,分配給淮河流域10億元財政債券資金用於城市污水處理廠建設。但是,這些資金僅為淮河城市污水處理廠總投資的16.5%,而且投資項目達34個之多。由於地方配套資金不足,開工的項目不少,卻因缺乏資金施工建設進度緩慢,很多工程至今投資尚無著落。
3. 關於水污染防治的政策建議
我國是在經濟技術相對落後的情況下實現經濟快速發展的。人口基數大,人均資源少,環境污染和生態破壞的防治將是一項長期的戰略任務。特別是水環境污染問題的解決不可能一蹴而就,需要經過一個艱苦的治理過程。因此,我們必須在認真總結「九五」期間水污染防治經驗教訓的基礎上,借鑒世界一切成功的經驗,結合我國的具體情況,不斷加強政策創新、制度創新和技術創新,逐步走出一條具有中國特色的水污染防治道路。
3.1 在決策中控制新的水環境問題產生
國家和地方各級政府,在確定經濟發展速度、制定國民經濟和社會發展計劃、資源開發計劃、區域開發計劃,以及制定經濟技術政策,進行重大經濟決策時,應當對實施這些決策可能產生的環境影響做出科學評價,評價的結論作為各級決策的依據。在決策中綜合考慮環境、經濟和社會因素,統籌兼顧,使發展對環境的影響降低到最小。建立科學的評價指標體系,設置專門的評價審議機構,並使這一制度法制化,逐步建立起依法決策的運行機制。
區域經濟的發展要充分考慮水資源保護。限制缺水地區發展耗水型產業,調整缺水地區的產業結構,嚴格控制高耗水、高耗能和重污染的建設項目。近期應重點調整北方缺水地區的產業結構,防止水資源短缺問題進一步加劇。生態環境脆弱地區的經濟發展應考慮為生態用水留有餘地,防止因過度開發導致下游地區河湖萎縮、土地沙化、生態退化。在水源地區,引導和組織水源地生態經濟體系建設,避免水源地區經濟發展導致下游城市水源污染。
3.2 資源的開發和利用要堅持開源節流並舉的方針
大力開展節水活動,採取有效措施,減少水消耗。有組織地推行節水、高效的農灌技術;完善科學的農業用水管理措施,盡快改變農業生產大量耗水的局面。制定單位產品用水定額和水重復利用率考核指標,建立工業用水考核制度;明確規定冷卻水及工藝用水等工業廢水必須循環利用和再生利用;大力發展水的閉路循環使用,最大限度地減少廢水排放量。
在開展節約用水,解決我國水資源短缺的同時,全面加強水污染防治,特別是重點流域的水污染防治。流域治理的重點在城市,城市工業廢水和生活污水的治理,要走集中與分散治理相結合和廢水資源化路子。因地制宜地建設污水處理設施,處理後的污水要用於工業冷卻水、城市景觀和園林綠地用水等。
3.3 建立和完善資源有償使用制度和價格體系
國家有關部門應抓緊組織開展資源定價研究,有計劃地對關系國計民生的重要資源和國家稀缺資源制定分類指導的價格政策,盡快改變「資源無價」,資源產品低價的不合理狀況,使水資源價格體現資源價值、資源利用和污染防治費用。同時,積極推進水資源資產化管理進程,加強資源核算體系的研究,為逐步將水資源核算納入國民經濟核算體系創造條件。
3.4 完善環境經濟政策
抓緊制定有利於環境保護的環境經濟政策,進一步強化市場經濟體制下的環境經濟手段。盡快提高排污費標准,使之高於污染治理成本;制定水污染防治相關政策,建立資源更新的補償機制;全面實現「污染者付費」的原則,在用水收費中,普遍增加污水處理費,作為城市污水處理廠運行費用;環境保護作為「市場失效」的領域,特別是環境科技研究與開發、環境保護基礎設施建設等,國家應加強產業政策支持。同時,鼓勵和推動環境保護基礎設施建設和管理的企業化。
積極建立環境稅收制度。擴大資源稅的徵收范圍,對地下水等稀缺資源徵收資源稅;對新建污染項目徵收固定資產投資方向調節稅,控制結構型污染;對現行排污費與費改稅進行利弊分析,探索徵收污染附加稅;對從事城市污水處理的企業實行零稅率;對生產再生資源和利用再生資源生產的產品,應給予稅收減免的優惠。
3.5 大力推行清潔生產
工業部門要加快產業結構調整,合理調整工業布局,推動資源消耗小、效益高的高新技術產業發展。結合技術改造推行以清潔原料、清潔生產過程和清潔產品為主要內容的清潔生產。要把清潔生產當作在可持續發展戰略指導下的一次工業企業的全面改造,在全國所有工業企業推行清潔生產。通過加強環境管理審計,建立科學的管理體制,促進我國工業向新的技術基礎轉移,以集約方式提高質量,降低消耗,增加經濟效益。並在此基礎上逐步建立我國資源節約型生態工業生產體系。
3.6 加強農村面源污染的防治
農村要推行以改善農業生態環境,加快農村經濟發展為主要內容的生態農業生產體系。全面推廣種植業、養殖業、加工業合理配置的「大農業」生產模式,注重農、林、牧、副、漁各業全面發展,農、工、商綜合經營。把現代化科學技術和傳統農業精華有機結合起來,逐步增加有機肥料的使用,減少化肥、農葯的使用。開發生物農葯技術,推廣以菌治蟲、以蟲治蟲的生物技術替代農葯。目前,我國已有2000多個生態農業試點,應當在總結經驗的基礎上,把推行生態農業作為農村經濟發展中的一場革命,在全國廣大農村普遍展開。逐步把農村富餘勞動力從污染型鄉鎮工業轉移到生態農業建設上來。縣、鄉兩級政府要制定生態農業建設規劃,國家有關部門要加強技術推廣,有計劃地在全國鄉、村培養一批技術骨幹,指導農民發展生態農業。
3.7 加快城鎮污水處理廠建設,大力發展環保產業
改革現行城市污水處理體制,實現污水處理廠建設和運營的社會化、市場化、企業化。污水處理廠的建設要引入競爭機制,按照「誰投資誰所有,誰管理誰受益」的原則,建立多元化投資建設、企業化運營管理、社會共同負擔費用、政府給予必要的政策扶持的模式。積極探索城鎮給排水建設和運營一體化的管理體制。逐步使政府從直接管理污水處理設施的建設和運行中解脫出來,讓污水處理真正走向市場。
環保產業的發展應當成為國民經濟新的增長點。國家應制定扶持環保產業發展的經濟政策,在投資、信貸、稅收等方面給予優惠;鼓勵一部分產品過剩的企業轉向環保產品生產和服務;組建環保產業集團,盡快形成產業規模;抓緊培育環保市場,把原來政府管理的環保服務事業推向市場。同時,要加強環境科學研究,組織開展高濃度有機廢水處理等急需的重點水處理技術攻關;加速污染防治和生態工程成套設備的國產化,改變我國環保產業落後的現狀,以適應我國污染防治的需要。
參考文獻:
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