目前，我国的市政污水处理普遍采用以活性污泥法为核心的生物处理工艺。该工艺以生物氧化为核心，在好氧微生物的作用下将废水中的有机物转化为生物质和二氧化碳。在过去的一百年中，活性污泥法在市政污水处理中取得了巨大的成功，然而，在新的形势下，该技术正面临着越来越多的挑战。下面我们一起了解一下市政水处理技术面临的挑战吧。

　　【立足当下，分析挑战】

　　挑战1：高能耗

　　以生物氧化为基础的生物处理工艺需要足够的溶解氧来实现对废水中有机物和营养物质的去除，该工艺所需的曝气相关能耗可占到污水处理总能耗的50-70%，2019年我国生活污水排放总量达到710亿立方米，目前我国市政污水处理的平均用电水平为0.29~0.40千瓦时/立方米。如果按平均能耗0.40千瓦时/立方米计算，则我国市政污水处理的年总电耗可达2.87×1010千瓦时。随着我国总用水量的增加，污水排放总量将进一步上升。此外，我国部分省市和地区将逐步把污水排放提高到“地表IV类水”标准，这就对传统的生物处理工艺提出了升级要求，这无疑会增加系统的复杂性，进一步增加污水处理的能耗。(数据来源于网络)

　　挑战2：大量剩余污泥

　　在传统的活性污泥法中，废水中约50%的有机物通过生物氧化转化为生物质，这不可避免地会产生大量的剩余污泥。据估计，每去除1公斤的有机物可以产生约0.3~0.5公斤的干生物质。根据GEP Research发布的全球及中国污泥处理处置行业发展研究报告，2020年中国的污泥总产量将达到6177万吨。目前，中国只有不到60%的剩余污泥通过填埋、堆肥、自然干化和焚烧得到妥善处置，这意味着大量的剩余污泥会进入环境，造成二次污染。污泥处置仍然存在很多问题。我们现有的垃圾填埋场将满负荷运行，而农业污泥对植物生长的作用远不如肥料。厌氧消化可用于剩余污泥处理和甲烷气体的能源回收，然而，这种技术只能实现35-50%的污泥减量，仍有大量的固体残渣必须加入焚烧过程进行处置。焚烧的投资和运行成本太高，而且容易造成空气污染。

　　挑战3：温室气体

　　传统的生物处理过程往往伴随着大量的温室气体排放，包括废水中有机物氧化产生的二氧化碳，作为生物反硝化作用中间产品的一氧化二氮，以及厌氧消化产生的甲烷。一氧化二氮和甲烷的全球变暖潜力约为二氧化碳的300倍和25倍。此外，生物处理过程中消耗的能源也可以转化为温室气体排放。假设中国污水处理所需的电力全部来自火力发电，那么市政污水处理导致的二氧化碳间接排放总量将高达每年2.57×107吨。为了有效控制温室气体排放和全球气温上升，世界上有40多个国家对碳含量或碳排放征税，即“碳税”。如果以15美元/吨计算，我国污水处理能耗相当于排放二氧化碳(2.57×107吨)，可增加27.5亿元/年的额外费用。这表明，温室气体排放将成为污水处理成本中不可忽视的一部分。

　　挑战4：资源回收效率低

　　在过去的市政污水处理过程中，污水中含有的碳、氮、磷和其他物质被当作废物处理掉。然而，在当前全球资源紧张的严峻形势下，有必要重新审视传统的污水处理概念，将市政污水战略性地视为一种资源总量。据估计，全球每年约有350万吨磷和1320万吨氨氮被排入废水。根据世界粮食和农业组织近期的一份报告，2020年全球对磷肥和氮肥的需求估计分别为200万吨和1.2亿吨。因此，如果能够实现从废水中有效回收磷和氮资源，可以缓解17.5%和11.1%的农业磷和氮生产需求。

　　挑战5：工艺复杂，占地面积大

　　近年来，在日益严格的污水排放标准下，处理工艺的升级已成为必然。我国现有的污水处理工艺升级通常采用在原有生物处理工艺基础上叠加深度处理单元的方式。然而，这样的升级思路不仅延长了整个流程，增加了处理系统的复杂性和操作难度，而且还增加了占地面积。

　　【技术革新，转变理念】

　　近十几年，随着污染加剧，水资源短缺严重，人类对水质提出了更高的要求，污水深度处理与回用技术兴起。污水处理厂的侧重点不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水质。膜技术开始显现其独特优势。

　　MBR一体化设备

　　我国已建立了大量的污水处理厂，污水厂的设置一般都设置在城市的周围或者与城市距离较近的郊区。在对污水进行处理时不会受到季节、枯水期、丰水期等因素的影响，因此其回收和利用的成本也相对较低。根据对现阶段市政污水回收和利用的情况来看，相关的处理技术已经趋于成熟，例如污水的深度处理、超深度处理以及再生利用等技术。

　　MBR一体化设备是一种将膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺，MBR一体化设备具有占地面积小，出水水质稳定，出水水质可达市政污水处理厂污染物排放指标(GB18918-2002)的一级A标准，比其他工艺具有明显优势。

　　通过膜分离技术与污水处理技术相结合的方式，有效实现市政污水高效的固液分离。在排放标准日趋严厉和污水回用需求迅猛增加的今天，随着MBR系统性能的提升和成本的进一步下降，我国污水处理MBR前景更加广阔。

　　MMBR一体化污水处理设备

　　MMBR污水处理技术因其自身的特点，已成为污水处理领域的研究热点之一。MMBR是一种带有充气膜组件的生化反应器。可呼吸膜组件用作生物膜附件，将氧气直接输送至附着的微生物膜。MMBR曝气效率高达14.3kgO2/kwh，能源效率是普通曝气系统的6倍。MMBR一体化污水处理设备中使用的膜元件由三层组成，即基质、透气膜和生物附着层。

　　在每个膜元件的外表面上形成能够去除氨氮和总氮的生物膜，污水通过特定顺序的膜组件。特殊的水力设计增强了生物膜与生活污水中的污染物接触，提高了各膜组件的处理效率。出水氨氮和总氮的数值指标稳定，满足地表水四类水质标准。

　　对于需要深度处理和升级改造的项目，MMBR可以在不增加储罐容量、降低土建投资成本和缩短改造时间的情况下实现改造模式。改造可以在现有基础上以模块化的形式进行。该膜组件可替代传统的曝气生物滤池。膜组件有许多重要的优点。膜组件内置固定式膜单元，采用特殊的结构设计，实现对原水中悬浮固体和胶体的过滤和截留。采用一体化污水处理设备，可以解决生活污水进水中氨氮、总氮含量高造成的非标准工况。

　　【展望未来，低碳先行】

　　随着水处理技术的不断发展，市政污水处理应逐步从“去除污染物，达标排放”的理念转变为“污水闭路循环，市政供水一体化”的新模式。应用新的理念和技术，将现有的开放式市政污水处理模式升级为封闭式处理模式，实现水的可持续循环。未来，随着我国城镇化步伐的不断加快和环境保护与水污染防治行动的不断深入，建立健全全流域污水治理体系的进程将是必然的，城市综合污水处理设备将有更大的发展空间。