城市污水处理的管理范文

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所谓目标管理，就是以目标为导向，通过系统的评估与决策，确定最佳的实施路线与手段，构建完整的体系以实现设定的量化目标。目前的城市污水处理厂普遍采用二级生物处理工艺，以处理水质“达标”为目标，高效地去除污水中的有机物和无机营养物。然而，实践表明，现有工艺在实现处理水质达标的同时，存在能耗高、剩余污泥量大和排放温室气体等问题。由于水污染、水资源短缺、能源危机和气候变化等一系列问题，可持续发展的理念已被广泛接受，城市污水处理对环境的影响也受到越来越多的关注。从长期发展战略来看，能耗高、对环境影响大的污水处理工艺将失去竞争力。因此，城市污水处理在满足水质目标的前提下，也应将节能、资源回收和低环境影响等设定为目标，实行多目标管理，实现污水处理的可持续发展。

1城市污水处理的水质目标管理

长期以来，城市污水处理厂的作用被认为是降低污水直接排放对受纳水体的污染，因此，处理水质“达标”是最重要的目标。为达到设定的水质标准，各种技术与手段被采用，将污水中所含的污染物质分离去除或将其转化为无害物质，使水得到净化。在此过程中，除了消耗大量的电能和絮凝剂与消毒剂等化学品外，还有大量剩余污泥和温室气体等“废物”产生。据资料统计，不同类型污水处理工艺的平均电耗在0．20～0．35kW•h／m3，其中约70％消耗在污水好氧生物处理单元；剩余污泥量占处理污水的0．3％～0．5％（以含水率97％计），且污水处理程度越高，泥量越多；产生的温室气体包括CO2、CH4和N2O，其产生量与污水特征和处理工艺有关。

目前评价污水处理工艺或方案的常用方法是基于水质保障的技术经济分析法，即以水质达标为前提，按照资源合理配置的原则，从技术和经济角度评价污水处理工艺或方案的效益与费用，分析其技术与经济合理性。常用的评价体系包括费用模型、效益评价指数模型、灰色系统模型等。然而，这类方法未充分考虑不同污水处理工艺或方案的环境影响。例如，从污水处理的角度，微生物将有机物降解为CO2和水被认为是实现了无害化，但在全球气候变化背景下，CO2已是公认的温室气体。此外，污水处理过程中的动力消耗也将折算成CO2排放量，高能耗也意味着增加了CO2的排放量；除CO2外，污水脱氮除磷过程中还产生了CH4和N2O等温室气体。因此，对大气环境而言，城市污水处理厂则是温室气体排放源，而在水质目标管理中对此并未予以考虑。对于污水处理过程中产生的污泥也是如此，只是包含污水处理厂内污泥处理部分，对于出厂污泥最终如何处置及其对环境的影响则不予考虑。尽管“达标”和“提标”是当前城市污水处理主要关注的重点，但从可持续发展来看，以水质目标管理的城市污水处理工艺的发展将面临极大的障碍，主要表现为污水处理过程的高能耗、高剩余污泥产量和温室气体排放与能源紧缺、低碳社会以及温室气体控制之间的矛盾。

2生命周期评价城市污水处理

近年来，有关污水处理对环境影响方面的研究越来越多，生命周期评价（LifeCycleAssessment，LCA）是采用的主要研究方法之一。

LCA是一种评价产品整个生命周期（从“摇篮”到“坟墓”）的环境影响和资源消耗的方法，具有系统性和可量化的特点。LCA研究起源于20世纪60年代，世界上的第一个案例是1969年美国中西部研究所对可口可乐饮料瓶从最初的原材料采掘到最终的废弃瓶处理处置的全过程跟踪和定量分析，这是公认的LCA研究开始的标志。20世纪90年代，国际环境毒理学和化学学会组织（SETAC）在有关生命周期评价的国际研讨会上首次提出了“生命周期评价”的概念，并与国际标准化组织（ISO）共同推动了生命周期评价方法的国际标准化，于1997至2000年相继推出了ISO14040～ISO14043等国际标准，为生命周期评价方法的应用奠定了基础。我国于2008年了《环境管理生命周期评价要求与指南》（GB／T24044－2008／ISO14044－2006）。近年来，LCA已在不同的行业得以应用，特别是在生态环境领域有着广泛的应用。运用LCA评价城市污水处理全过程，打破了传统方法的局限性，将城市污水处理放在了大环境背景下，与能源消耗、对气候变化的影响等联系在一起进行综合评估，可以较全面地解析污水处理各环节对环境的影响。

LCA的评价过程包括4个阶段：目标确定、清单分析、影响评价和解释，其中影响评价是LCA研究的难点，通常经过分类、特征化和量化三步骤完成，目前大多处于探索阶段。近年来，国内外许多学者运用LCA对城市污水处理工艺进行系统的环境效应解析，识别不同工艺组合形式运行过程中所带来的环境影响的类型及关键环节。污水处理厂的生命周期包括了建设期、运行期和拆除期，许多研究对各阶段的环境影响进行了定量分析。一些研究认为，污水处理厂运行期的环境影响要大于建设期和拆除期。也有研究指出，在城市污水处理厂，不同污水处理工艺对环境的影响有所不同，污水处理设备的耗能对环境影响最大，特别是好氧处理单元，电耗约占污水处理总电耗的70％，因此建议减少能量消耗、有效利用能源和更多地使用可再生能源；污泥处理过程对环境影响最大的是沼气不能利用转而用火炬将其燃烧的厌氧消化单元，为维持厌氧消化消耗了大量的能源或使用化学品；污泥的最终处置方式也对环境具有很大影响。对达到不同排放标准的几种典型污水处理工艺的对比研究表明，以水质目标管理的污水处理工艺，随着处理水质标准的提高，需要采用更完善的污水处理工艺，导致能耗、化学品消耗、温室气体产生量和污泥产生量等相应增加，对环境影响的负面效应增大。也就是提高污水排放标准，对保障受纳水体的环境质量有利，但加重了污水处理工艺设施对环境的综合影响。也有学者将LCA作为城市污水处理厂优化运行的对策辅助工具，对现有城市污水处理厂处理工艺和优化可选工艺进行分析对比，为污水处理厂的优化运行和升级改造提供建议。

由此可见，在污水处理过程中，能耗、化学品消耗、温室气体排放、污泥的最终处置方式等产生的环境影响最大，是重点考虑的环境影响因子。为此，有人提出，如果污水处理厂能够充分利用污泥厌氧消化产生的生物气，不仅可以减小厌氧消化单元对环境的影响，而且可以为污水处理设备提供能源，实现城市污水处理过程能源消耗的自给自足。对污泥的最终处理方式，也有研究对污泥堆肥农用和水泥厂焚烧做了对比评价，各有优缺点，主要取决于污泥的性质。

3城市污水处理的多目标管理

3．1多目标管理的基本思路LCA的引入让我们对污水处理过程的环境影响有了深入的理解，可见污水处理目标的设定是非常重要的。水质目标管理可以使排放的污水对水环境的影响最小化，但从生态环境的可持续性发展考虑，污水处理的目标不仅要保护水环境，也要最大限度地减少资源的损失，加强营养物质的循环利用，减少能源使用，减少废物的产生，使之对总环境影响最小化，甚至产生环境效益。事实上，污水中的有机物和氮磷营养物，以及生物处理单元产生的剩余污泥都是可回收利用的资源。为此，需要转变传统的污水处理观念，将单一的水质目标管理发展为满足水质、节能、低碳和资源回收的多目标管理。因此，城市污水处理多目标管理的基本思路是：在保障出水水质满足一定的排放标准的前提下，减少污水处理过程中所需的能耗和物耗，减少温室气体释放等环境足迹，并借助回收技术对污水及剩余污泥中的有机物和营养物质进行多途径的回收利用，同步实现污水处理的节能、低碳与资源回收等多项目标。城市污水处理多目标管理具有两层涵义，一是满足一定的污水处理要求及标准，保障受纳水体的健康可持续，这是城市污水处理最原始的、也是最重要的目标；二是尽可能降低污水处理过程中产生的环境负荷和环境足迹，并实现污水及污泥中可利用物质回收的最大化。城市污水处理多目标管理的目的是：环境负面效应最小化，能源与资源回收利用最大化，实现污水处理与总生态环境效益的和谐统一，以及污水处理的可持续发展。

3．2多目标管理体系的发展由于多目标管理是将出水达标、营养物回收、能源回收和降低环境影响作为管理目标，回收物质的能源化和资源化所带来的环境正效益可抵消污水处理过程产生的环境影响。因此，与单一的水质目标管理下污水处理过程对环境影响随排放标准的提高而增加不同，在多目标管理的情况下，污水处理过程对环境的影响并不一定随着污水排放标准的提高而增大。为了有效地实施城市污水处理多目标管理，需要一套具有较高科学性、系统性和综合性的污水处理评价技术体系，该体系应充分考虑污水处理过程中产生的主要环境效应及物质资源化潜能，也需要考虑当前污水处理技术水平和未来的发展。评价体系的构建，很大程度依赖于指标系统的设置，指标系统能够有针对性且客观反映研究系统的特性，是构建一个评价体系需要深思熟虑的关键问题。另一个需要注意的问题是，污水处理多目标管理涉及多个评价指标，而各指标相对重要性的大小（即权重）的分配是评价技术体系构建的又一难点，因为权重的确定以及赋值是否合理，对评价结论的科学合理性起着非常重要的作用，若某一指标的权重发生变化，将会影响整个评价的结论。因此，避免人为的主观性，建立客观地反映各指标间的相互关系及重要性的排序方法是十分重要的。大数据方法学的发展为此提供了有效的手段。有研究表明，评价指标的权重值在不同的国家、不同的地区和不同的历史时段存在较大的差异，与当时受关注的程度有关。因此，各目标的优先顺序在不同的国家和不同时期将不同，特别是发展中国家与发达国家之间有明显的差异。由于有关污水处理多目标管理的研究起步较晚，目前在理论和方法方面还有很多不成熟之处。缺乏一种被普遍接受且适合不同情况的评价的方法，特别是受可获取的信息和数据的限制，无法充分体现污水处理对环境影响的时间性和区域性，在评价结果的客观性方面有一定的局限。这些有待于进一步的研究和发展。

3．3多目标管理对污水处理工艺的影响从单一的水质目标管理到多目标管理，体现了城市污水处理观念的转变。传统的以水质目标管理的污水处理是将有机物和无机营养物看作为污染物，在污水处理工艺设计时考虑尽可能将其高效同步去除，例如A2／O工艺等，污水中的有机物作为脱氮除磷过程的碳源被利用。对于多目标管理，污水中的有机物和氮磷营养物质将作为资源被分类回收利用，需要将有机物与氮磷回收的过程尽量分开。这种观念的转变势必引起污水处理工艺的改变。国内外提出的许多新型的节能低碳污水处理技术与工艺，例如污水处理碳中和、磷回收工艺等，都体现了观念转变一定会带动污水处理技术与工艺的变化。

4结语

在水资源短缺、能源紧张和气候变化的大环境背景下，实现城市污水处理的可持续发展是必然趋势，降低能耗、减少温室气体排放和回收资源与能源是有效的途径，而污水处理多目标管理是使各项指标达到最佳效果的有效手段，对于促进污水处理技术与工艺的创新也具有积极作用

作者：刘俊新 王旭 单位：中国科学院生态环境研究中心