中国的污水处理水平处于世界的什么档次?

看了 @黄莉莉 在知乎日报上推荐的视频,很好奇中国的污水处理技术是个什么样子,我们的屎又去哪了 vice.cn/read/the-vice-r 视频地址
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基本上来说污水处理水平不是由技术决定的,而是钱决定的,我们现在用的生活污水处理的技术,核心还是一百年前发展的活性污泥法,只不过美国做的更精细更规范。

1. 污水中有什么

对于工程师来说,主要关心的是以下成分:

屎的主要成分是可生物降解有机物(包括营养元素),尿的主要贡献是氮、磷营养元素,二者是生活污水处理的主要处理对象。

细胞生长所需的大量元素主要是C、H、O、N、P,其中H和O我们没有办法处理,所以生活污水处理中,主要处理的是C、N、P。C指有机物,一般以COD和BOD的形式表征,在生活污水处理中有机物的去除是比较简单的,通过活性污泥法培养大量细菌吃掉这些有机物,但是工业废水中由于含有大量难降解有机物,譬如含苯环的,通常较难处理。N和P又被称为营养元素,去除C之后,细菌一般难以大量繁殖,但是藻类等自养生物可以利用二氧化碳合成有机物,这时N和P就成为限制它们生长的重要因素,因为是合成蛋白质和DNA、RNA的必需元素。

当水体中富含有机物(C) 时,细菌大量繁殖,消耗水中氧气,造成水体厌氧环境,形成我们说的腐败,即发黑发臭,同时危害人体健康。当水体富含N、P时,藻类大量繁殖,消耗水中氧气,同时覆盖在水体表面,阻止氧气和阳光进入水体,危害鱼类繁殖,破坏水体生态。重金属的问题在工业污水中比较明显。

2. 污水是怎样处理的

生活污水通过管网进入到污水厂之后,典型的处理过程如下:

一级处理主要是物理处理。格栅很好理解,就是一个过滤设备,有粗有细,污水中的碎片、厕纸、塑料袋等等以及很多乱七八糟的东西如鞋子、视频中提到的狗,基本都在这里被截留。沉砂池的作用是去除污水中比较大的无机颗粒(即砂),防止堵塞和磨损后面的泵和管道等,原理很简单,因为砂石比较重,会比有机物先沉下来,有时候为了防止大颗粒有机物沉下来还会曝气。均化(调节)池是为了调节水质和水量,一天中水量变化比较大,一般来说早上和晚上是用水高峰期,工业废水中有些是酸性的,有些是碱性的,混在一起可以节省化学品的投加量。初沉池主要去处比较容易沉下来的有机物,减轻下游负担。

二级处理最常用的是生物处理,工艺主要是上面提到的活性污泥法及其变法(氧化沟、生物膜法等等)。活性污泥法的原理是培养细菌,吃掉污水中的有机物,然后在二沉池让细菌沉淀下来,上清液流出。所以视频中讲到的“屎”其实已经不是屎,主要是细菌和部分不能被细菌吃掉的有机物(unbiodegradable organics)。后来人们发现光去掉有机物还不行,污水中的营养元素氮、磷排到水体中,会造成富营养化,所以后来发展出了具有脱氮除磷功能的AAO(如何理解环境工程污水处理 A2O 工艺的内在含义? - 知乎用户的回答),本质上还是活性污泥法,不过是在一群干体力活的细菌里发展出了一些有特殊手艺的。

上面说的活性污泥法主要用的是好氧菌,需要大量氧气,所以通常叫曝气池,是污水处理的主要耗能单元。活性污泥法的另一个缺点是,好氧菌吃掉的有机物,大概只有40%会通过新陈代谢转化为二氧化碳排出,剩下的用于生长,所以污泥长得很快,除了回流一部分到反应器中继续工作,另一部分叫做剩余污泥需要进行处理(见下文)。后来人们发现厌氧菌(如硫酸盐还原菌)有机物转化为二氧化碳的效率高很多,所以发展出了一些厌氧处理工艺,如我们组的SANI(杀泥)工艺,有兴趣可以百度一下。

三级处理一般在污水回用时才用到,主要是过滤、消毒等等,根据水质要求的不同处理方式差别很大,一般来说如果经过反渗透,出水是可以直接喝的。


3. 污泥处理 (二逼主持人一直叫的“屎”)

活性污泥法会产生大量污泥,污泥浓缩后一般会进行厌氧消化,产甲烷菌将有机物转化为甲烷,视频中那颗很大的蛋应该就是用于消化的,原理跟农村的沼气池、化粪池相同。这一步可以减少很大一部分有机物,接下来进行离心脱水,然后输送以进行进一步处置,即题主关心的“屎”的去向。

首先我国污泥处置率不高,有污泥浓缩的大概80%。接下来会进入到污泥消化的又很少,大概60-65%会直接填埋,而不经过无害化处理。像视频中那样会进行污泥消化并进入到农用的大概是10-15%,挖个坑自然风干然后利用的3-5%,焚烧的2%左右,这部分算是安全处置。另有15%左右是露天堆放和外运,也算是随意处置。


4. 我国污水处理现状

至于处理达标率嘛,不好说

5. 未来发展方向

今年刚好是活性污泥法一百年,我老板主持了一个会议,国内很多大牛参加,大致都提到未来的发展方向是建立新概念“NEW”污水处理厂,即营养盐(Nutrients)回收(主要是磷)、产生能源(Energy,主要是提高污泥消化率,产生甲烷)、污水回用(Water reuse)。