王洪臣:城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的創(chuàng)新方向及探索
- 報告要點:
- 我國污水處理已經(jīng)建立了基礎(chǔ)的框架體系。目前有4500多座污水處理廠,日處理規(guī)模兩億多噸。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計,全世界城鎮(zhèn)污水的總處理規(guī)模為9.8億噸,我國占1/5左右。
我國污水處理規(guī)模最大,卻不是最強。
那什么是強?是可持續(xù)的運營的能力、低投入高產(chǎn)出的水平。
隨機調(diào)查了全國 467 座污水處理廠(約占總數(shù)量的10%,總規(guī)模的25%)的主要運行工況,分析污水處理廠運營困境,提出污水處理廠提質(zhì)增效的技術(shù)路線。
目前我國污水處理廠面臨的主要運營困境包括:
1.生物系統(tǒng)污泥濃度(MLSS)過高;
2.生物系統(tǒng)污泥活性(MLVSS⁄MLSS)較低;
3.生物系統(tǒng)污泥沉降性能(SVI)較差;
4.深度處理系統(tǒng)反沖洗回流量大;
5.實際處理水量超負(fù)荷嚴(yán)重;
6.各種藥劑投加量過大;
7.無備用設(shè)備,長期無法停產(chǎn)檢修。
詳細(xì)內(nèi)容:我國污水處理已經(jīng)建立了基礎(chǔ)的框架體系。4500多座污水處理廠,日處理規(guī)模兩億多噸。全世界總的處理規(guī)模為9.8億噸(據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計),我國占1/5左右。我國處理規(guī)模最大,卻不是最強。“強”是指可持續(xù)的運營的能力、低投入高產(chǎn)出的水平。十五、十一五、十二五、十三五這幾個5年計劃的實施,城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)得到了快速發(fā)展,取得較好成績,如果沒有這4000多座污水處理廠的運行,水環(huán)境的狀況不容樂觀。
下一步,污水處理的進步要面向解決中國幾千個污水處理廠的效率、效能問題,提高可持續(xù)運營水平。調(diào)研了467個污水處理廠,20多個運行的工藝參數(shù),幾乎涵蓋了全國所有省份。兩億噸的處理規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施存在的問題,主要有以下7個方面:
1. 生物系統(tǒng)污泥濃度過高。
從全國來看,污泥濃度超過4000mg/L的污水處理廠占67%,活性污泥系統(tǒng)污泥濃度過高導(dǎo)致的問題非常嚴(yán)峻。
1)我國普遍二沉池容積小,而氨氮的標(biāo)準(zhǔn)又不斷提高,為此提高污泥濃度,污水廠效能提升重點強加在了二沉池泥水分離能力上。
2)為避免污泥沉積,需增加曝氣,這從一定程度上導(dǎo)致了溶解氧上升,高度富氧狀態(tài)難以脫氮除磷。
2. 活性污泥的活性較低。
從運營的宏觀尺度看, VSS/SS反映曝氣池生物系統(tǒng)污泥活性,全國VSS/SS比值低于0.5的污水處理廠占比大于60%,即60%的污水處理廠中曝氣池的活性污泥有50%以上沒有活性,仍不斷在曝氣池與二沉池間循環(huán),導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低;且VSS/SS比值低的污泥更容易沉降,同樣需要更多的曝氣。
3. 生物系統(tǒng)的污泥沉降性能差。
通常認(rèn)為,SVI值為100是最合適的,超過150為微膨脹,超過200為膨脹,400~500時出現(xiàn)絲狀膨脹,然而我國污水處理廠的SVI值總體上非常低,大部分低于80,污泥的沉降速度非常快,并不是沉降性能好,而是生物污泥未能較好地發(fā)揮網(wǎng)捕作用,二沉池中漂浮微絮體、生物絮體較多,澄清性能較差。此外,污水進一步進入深度處理(主要以過濾為核心單元)會產(chǎn)生堵塞,增大反沖洗水量。調(diào)研中,有60%的污水處理廠的反沖洗水量占8%以上,增加了泵房、生物處理段、二沉池等的負(fù)荷。
綜合以上3點,生物系統(tǒng)中,發(fā)揮核心作用的活性污泥性能差。原因有:
1)排水系統(tǒng)輸送了過多的非活性、非有機的無機分到污水處理廠,建設(shè)和管理仍需完善。
2)預(yù)處理系統(tǒng)性能差,導(dǎo)致真正的渣、砂難以去除。
3)據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù),有90%以上的污水處理廠未設(shè)初沉池。
為提高管網(wǎng)效率,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 、生態(tài)環(huán)境部、 發(fā)展改革委三部門聯(lián)合印發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019-2021年)》。針對除砂、除渣方面的迫切需要,也有針對性的工程措施進行開發(fā),例如,SSgo系統(tǒng)。
4. 由于污泥品質(zhì)差,反沖洗水量較大,浪費很嚴(yán)重。
調(diào)研發(fā)現(xiàn),90%以上的污水處理廠建設(shè)了深度處理設(shè)施,90%以上的這些深度處理設(shè)施設(shè)置了砂過濾單元,40%的砂濾池反沖洗水占處理量的比例超過5%,超過10%的污水處理廠反沖洗水比例大于10%,有8座污水處理廠的砂濾池反沖洗水竟然高達處理量的20%。大量反沖洗水回流到工藝前端,占用提升能力、縮短有效停留時間、增大能耗,形成惡性循環(huán)。
5. 水力負(fù)荷率較高。
結(jié)合全行業(yè)的調(diào)研結(jié)果,我國污水處理廠整體上處于嚴(yán)重超負(fù)荷、超水量處理的狀態(tài)。污水廠處理規(guī)模相對較小,除處理污水外,還包括通過收集管網(wǎng)混入的過多的清水、河水等。
6. 各種化學(xué)藥劑的投加量過大。
據(jù)調(diào)研,對于我國的城鎮(zhèn)污水處理廠,化學(xué)藥劑成本已經(jīng)躍升成為大部分污水處理廠的成本要素的第1位。具體原因如下:
1)污水處理廠缺氧段時間短(德國的缺氧段:好氧段為1:1),原污水作為碳源時反硝化速率低,伴隨嚴(yán)苛的脫氮除磷標(biāo)準(zhǔn),需外加碳源提高反硝化速率;加之除磷藥劑的添加,使污泥量增加了40%~50%。
2)反硝化過程中需添加甲醇等藥劑消耗過量的溶解氧。
7. 無備用設(shè)備,在相當(dāng)長的運營期內(nèi)無法停產(chǎn)檢修。
由于我國的污水處理廠普遍負(fù)荷率較高,除少數(shù)超大型污水處理廠以外,一般污水處理廠無法在出水達標(biāo)的前提下倒池停水檢修,而曝氣器和二沉池吸刮泥機等無備用水下設(shè)備只有泄空才能徹底檢修或更換。無法進行計劃性維修的設(shè)備,長期帶病運行,將隨時導(dǎo)致運營風(fēng)險。對于部分水下設(shè)備更是如此。調(diào)研發(fā)現(xiàn),約1/2的污水處理廠曝氣器超過2年沒有泄空檢修,約1/4的污水處理廠曝氣器竟然長達6年沒有泄空檢修。
工程技術(shù)界是解決問題的,呼吁污水處理的創(chuàng)新首先面對解決困擾幾十萬運營人員的困境。