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  • 生活污水处理行业全景图:提标改造与资源化加速 细分领域迎发展良机
  • 发布时间: 2021-1-7 点击次数:1285 
  •  产业现状
    产业现状

    水处理全面普及,提标改造力度加大。随着水处理及环境治理的推进,我国主要水体中IV-劣V类水体占比持续下降,总体水质已达到政策规划要求。

    “十四五”规划编制工作推进会上提出了“有河要有水,有水要有鱼,有鱼要有草,下河能游泳”的要求,将在水环境质量改善的基础上更加注重水生态保护修复,提标改造仍是行业重点工作

    行业机遇
    行业机遇

    政策大力支持,细分领域显著受益。近期,国家出台一系列政策对污水处理率、各类水体水质等级、污泥无害化处置率、污水再生利用水平等提出更高要求,“十四五”提标改造投资空间约800亿元;我国污泥无害化处置比例仅为40%,污泥无害化资源化处置水平有较大提升空间;国家鼓励工业生产、城市绿化、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工以及生态景观等用水优先使用再生水,污水深度处理迎来发展机会。

    提标改造对现有污水处理厂在投资、占地面积、处理效率、运行成本等有较高的要求,低成本高效率的新工艺有望获得市场青睐。国家政策导向将推升污泥无害化处置及资源化利用需求,提供污泥解决方案及前端污泥处理设备的公司将受益。

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    产业现状 
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    我国水资源短缺,污水资源化是重要缓解途径

    根据《中国统计年鉴》,2018 年中国人均水资源量为 1971.8 立方米/人,仅为世界平均水平的 1/4,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。全国有 11 个省(自治区、直辖市)人均低于1000立方米的缺水警戒线。

    水资源短缺将直接导致农业用水和工业用水的短缺,同时带来生态系统恶化和生物多样性破坏,将严重威胁人类生存。水资源短缺已经成为了制约社会、经济发展的重要因素之一。

    解决水资源短缺的方式一般包括以下几种:跨流域调水,地下水超采,提高用水效率,雨水、海水淡化及污水的再生回用。

    污水的再生回用是缓解水资源短缺的重要途径之一。

    产业现状
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    我国污水处理发展历程

    污水处理是指通过专业处理手段去除或降低不同类型污水中的固体污染物及有机污染物,令被净化的水质能够达到再次使用或排放要求的过程,目前污水处理在农业、石化、医疗、餐饮等领域已被广泛普及。污水按来源可分为生产污水、生活污水及被污染的雨水。生产污水可分为工业污水、农业污水及医疗污水,其中以工业污水为主。目前生产污水中的工业污水和生活污水处理为污水处理行业重点处理对象。

    我国从80年代初开始对生活污水进行处理,主要由国有公司统一融资建设;2002年起,开始市场化改革, BOT、TOT等转让特许经营权的模式成为主流;2016年起,政府开始大力推广PPP模式。

    生活用水量持续增加,生活污水是主要来源

    全国用水现状:近年来,我国的总用水量缓慢降低,从2014年6095亿立方米变动为2019年5991亿立方米。同时,工业用水和农业用水作为最主要的用水方式近6年的用水量在缓慢降低。而生活用水量则相反,近年来逐年递增,从2014年的767亿立方米持续增长至2019年的877亿立方米。

    全国污水排放现状:中国城乡建设统计年鉴数据显示,我国城镇污水排放量持续上升,2018年达到620.52亿立方米;2017年我国废水排放总量为699.7亿吨,但仍维持在较高水平,污水处理工作刻不容缓。在2017年的所有废水排放中,工业废水排放量181.6亿吨,占总排放量的26.0%;城镇生活污水排放量517.8亿吨,占总排放量的74.0%,城镇生活污水占比逐年升高,已经成为污水的主要来源。

     水环境虽整体改善,但地下水污染仍比较严重

    地表水、重要河流、重要湖泊水质情况持续改善。根据中国生态环境状况公报,地表水、重要河流、重要湖泊中IV-劣V类水体占比持续下降,并且地表水优良水质占比、长江流域总体水质已达到政策规划要求,反映出水体治理有一定成效。重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制工作推进会上提出了“有河要有水,有水要有鱼,有鱼要有草,下河能游泳”的要求,“十四五”规划将在水环境质量改善的基础上更加注重水生态保护修复。

    地下水污染仍比较严重。根据中国生态环境状况公报,2019年质量极差的地下水比例为18.8%,超过了国务院《“十三五”生态环境保护规划》中控制质量极差的地下水比例为15%左右的规划要求。“十四五”时期,将推动地下水保护工作,重点关注用于生活饮用的地下水,一方面通过地表水的治理防范地下水污染,另一方面要确保地下水型的饮用水源地的安全、依法清理地下水型的水源保护区内违法违规的生产项目

    城镇污水处理全面普及,“十四五”加大提标改造力度

    自2002年实施特许经营以来,我国污水处理率大幅上升。根据《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》,到2020年底,城市污水处理率应达到95%,县城污水处理率应不低于85%,京津冀、长三角、珠三角等区域提前一年完成目标。污水处理设施规模应由2015年底的21744万立方米/日提升至2020年底的26766万立方米/日,增量为5022万立方米/日,复合增速达4.24%,提标改造污水处理设施规模 4220 万立方米/日,预计“十四五” 进一步推进提标改造。

    截止2018年,我国城市和县城污水处理率分别为95.49%、91.16%,均已完成“十三五”目标;而建制镇污水处理率为53.18%,与2020年70%的目标仍有较大差距。

    常规技术成熟,改良工艺不断涌现

    目前水环境治理技术,除物理化学方法外,其他基本属于生物法的范畴。生物法在专业上分为活性污泥法和生物膜法两大类。

    • 从污水生物法处理的发展历史看,生物膜法先于活性污泥法诞生,早期的生物膜法虽然和活性污泥法相比,具有生物量高、净化效果好和能耗低的特点,但由于其水力负荷和有机负荷较低,在大型污水处理项目的应用受到限制。因此,目前国内污水处理厂多采用活性污泥法及其衍生工艺,如:A2O 工艺、SBR 工艺、氧化沟工艺、AO 工艺等。

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    技术发展 
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    传统技术与改良技术

    活性污泥法工艺:活性污泥法中通过厌氧、缺氧和好氧条件的切换,能够实现一定程度的有机物、氮和磷元素的去除,实现污水的净化。然而,活性污泥法有单位体积的池体处理能力无法进一步提升、池体占地面积大、无法满足冬季的污水处理要求以及无法兼顾氮和磷去除等不足。

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    技术发展
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    改良技术适应性强,应用广泛

    总体而言,水处理技术不断创新,一些技术在出水水质、投资成本、运行管理、适用性等方面相较传统的活性污泥法更有优势,未来在提标改造、污水再生回用方面具有更多的应用空间。

    (1)改进活性污泥工艺。一个典型的例子是好氧颗粒污泥。由于废水质量好,节能,占地面积小等优点,在过去的十年中对该过程进行了深入研究,永续环境HJDL工艺好氧颗粒污泥现已在全国多地的污水处理厂中得到成功证明。

    永续环境HJDL工艺好氧颗粒污泥

    变革百年活性污泥技术的HJDL(短流程脱氮除磷)工艺好氧颗粒污泥:以强化生化反应为核心,通过投加复合微生物菌剂和生物增效载体,在高效厌氧,兼氧,好氧反应器的独特造粒功能作用下,全天候、无死角、全时段的在反应池产生具有外部好氧,中部兼氧,内部厌氧特殊结构的颗粒化污泥。


    通过微生物EPS和微生物Sour等功能协同下,可以使微生物大量富集,形成一种相对规则,结构紧密且具有多层结构(外部好氧,中部兼氧,内部厌氧)给微生物构造一个优良的生存环境。


    HJDL工艺发展历程

    颗粒污泥起源于上世纪80年代,1991年日本学者Mishima & Nakamura在《Water Science and Technology》上介绍了利用连续流好氧升流式污泥床反应器培养出好氧颗粒,是该项研究的起始之作。

    实践中,将这项技术落地应用较成功的是荷兰人。2004年,荷兰 DELFT大学van Loosdrecht教授等人申报了Nereda技术工艺的专利,并在城市污水中试处理中应用成功。随后,荷兰公司DHV(Royal Haskoning DHV)以Nereda作为技术品牌,对好氧颗粒污泥技术进行商业化推广,并在多个市政污水处理工程中应用。

    2009年,永续环境基于已有的好氧颗粒污泥科研基础上就好氧颗粒污泥成粒机制、基础特性、污染物去除效果、沉降性、颗粒污泥影响因素等方向进行研发,经过多年研发形成HJDL(短流程脱氮除磷)工艺。


    HJDL工艺优势

    HJDL颗粒污泥由外至内形成了好氧区、缺氧区以及厌氧区。微生物有氧代谢,降解有机污染物,同时将氨氮等氧化为硝态氮(NO3-)和亚硝态氮(NO2-)。随着扩散进入缺氧和厌氧区后,微生物便以NO3-和NO2-等为电子受体进行代谢,将NO3-和NO2-反硝化为如N2O和N2等低价态氮素而降低污水中氮素污染,同时完成吸磷准备。

    丰富的微生物使得颗粒污泥具备良好的COD、BOD和TN去除效率,并且因其在反应池中MLSS和MLVSS较大,从而有利于增加反应池的污染负荷和容积负荷,提高了系统抗外界冲击负荷的能力,进而减少市政污水处理厂占地面积。

    HJDL工艺的颗粒化污泥具有优秀的絮凝性、快速的沉降性一般在35-80m/h之间,上百个工业和市政案例验证SV30一般以3-5分钟计算,泥水界面十分清晰,远大于絮状活性污泥的沉降速度(8-10m/h)。出色的沉降性能有利于截留大量微生物,同时提升沉淀池效率,节省土地建造成本。

    (2)创新技术的实施。代表性的新技术是厌氧氨氧化, 它有效地规避了传统的硝化/反硝化路线,从而大大降低了能耗,并有效地实现了产生能量的碳生物转化工艺,例如厌氧膜生物反应器。


    (3)发展高效的设施和材料以及更好的工艺控制技术可优化水厂运行。在这方面的进展包括开发用于生物膜生长的有效载体材料,更好的曝气设备高效的氧气供应,先进的膜技术可提高废水质量, 以及用于提高过程稳定性的在线监视/智能控制技术。特别是,低污染超滤和反渗透技术的最新发展正在使规模化稳定的废水回收成为可能。

     

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    行业机会
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    环保重视程度提高,一系列政策出台带来广阔市场空间

    污水处理是近年来我国生态环境保护的重点领域,“十三五”时期,国家出台一系列政策对污水处理率、各类水体水质等级、污泥无害化处置率、污水再生利用水平、污水收集管网建设等提出更高要求,旨在提升城市、县城以及村镇的水环境生态水平、推动建设清洁美丽高效的国家。

     污水处理厂提标改造带来广阔市场空间

    污水处理厂提标改造需求带来广阔市场空间。虽然我国污水处理率已处于较高水平,但出水水质还有待提升。随着我国对环境保护的要求不断提高,越来越多的污水厂排放标准由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的二级、一级 B 标准提升为一级 A 或者更高标准,污水处理厂提标改造迫在眉睫。截止2019年底,我们统计主要上市公司一级A标准执行率约60%,提标改造空间较大。

    截至2015年6月底,全国设市城市、县累计建成污水处理厂3802座,污水处理能力达1.61亿立方米/日。其中,一级A项目约860个,日处理能力2925万立方米,约3000多座污水处理厂达不到一级A排放标准,约有77.38%(按照水厂平均规模计算,约1.25亿立方米/日规模)的污水处理厂需要提标改造。假设“十三五”期间新建污水处理设施都是一级A水平,且规划的4220万立方米/日提标改造规模完成改造,则尚有8000万立方米/日规模的污水处理设施需要提标改造,占污水处理整体规模比例约50%。根据执行一级A标准的平均比例60.7%,提标改造单位投资约1000万元/万立方米/日,据此估计,未来污水处理提标改造投资空间约800亿元。

    提标改造涉及的MBR、MBBR、BAF等新工艺及相关膜材料、水处理剂企业会受益。污水处理厂提标改造带来广阔市场空间。

    污水资源化利用,污水深度处理迎来发展机会

    污水资源化利用是缓解水资源短缺的重要途径之一,我国污水资源化水平需要提升。污水资源化利用是将污水引到预定的净化系统中,采用物理的、化学的或生物的方法进行处理,使其达到可以重新利用标准的整个过程。我国除京津冀以外的地区平均再生水利用率较低,污水资源化水平较低。

    近年来国家对污水资源化关注度提高。《水十条》、《国家节水行动方案》等政策文件强调了再生水利用的重要性、规划了再生水利用及节水目标。《水十条》将促进再生水利用提上日程,提出以缺水及水污染严重地区城市为重点完善再生水利用设施,工业生产、城市绿化、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工以及生态景观等用水优先使用再生水等。

    2019年4月,国家发改委和水利部联合发布《国家节水行动方案》对万元国内生产总值用水量、万元工业增加值用水量、规模以上工业用水重复利用率、农田灌溉水有效利用系数等设定规划目标。《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》提出了到2023年缺水地区和水环境敏感区域污水资源化利用水平明显提升的实施目标。

    我国污水再生利用的途径主要有农田灌溉、城市杂用、景观环境、地下水回灌及工业。不同的回用途径的水质要求不同,补充水源水及工业用水标准较高,农田灌溉用水标准较低。提高再生水利用率需要提升污水深度处理效果以满足更多回用途径。

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