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中國給水排水2022年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十三屆)邀請函暨征稿啟事
 
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鄭興燦:未來城鎮(zhèn)污水處理廠工藝技術(shù)選擇的幾點(diǎn)思考

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-09-01  瀏覽次數(shù):100
核心提示:鄭興燦:未來城鎮(zhèn)污水處理廠工藝技術(shù)選擇的幾點(diǎn)思考
中國給水排水2022年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十三屆)邀請函暨征稿啟事

 中國給水排水2022年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十三屆)邀請函暨征稿啟事
 

鄭興燦:未來城鎮(zhèn)污水處理廠工藝技術(shù)選擇的幾點(diǎn)思考

 編輯整理/魯?shù)?/span> JIEI創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室 2016-01-15
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鄭興燦:
中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司總工程師
這是第二次參加在宜興舉辦的概念廠專題研討。在去年的研討會(huì)上,我做過一個(gè)發(fā)言,今年的發(fā)言會(huì)更側(cè)重于國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理發(fā)展情況,并結(jié)合這些情況思考一下,下一步我們應(yīng)該怎么做。對未來城鎮(zhèn)污水處理廠的探討,除了理念和概念方面,還需要特別注意國內(nèi)特有的一些問題。
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初期雨水何時(shí)全面納入城鎮(zhèn)污水處理廠服務(wù)范圍?
表 1 是我國城鎮(zhèn)污水處理廠工程建設(shè)的大致歷程及發(fā)展預(yù)測:從最早的幾座污水處理廠到現(xiàn)在的3800多座。個(gè)人預(yù)計(jì),到2015年年底會(huì)接近5000座;到2020年應(yīng)該達(dá)到萬座以上;到2030年肯定會(huì)過2萬座。數(shù)量雖然是增加的,但總體處理規(guī)模并不是線性增加的,也就是說當(dāng)前及今后的污水處理廠平均單座規(guī)模會(huì)越 來越小。在2020年到2030年之間, 還會(huì)有一個(gè)重要的變化特征:我們會(huì)把雨水尤其是初期雨水考慮在內(nèi),這就會(huì)帶來很多大型和超大型城市的污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力至少要擴(kuò)增50% 以上。只不過這個(gè)過程可能還需要20年到30年甚至更長的時(shí)間。
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表 1:城鎮(zhèn)污水處理廠工程建設(shè)發(fā)展趨勢

 

我們可以預(yù)計(jì),到 2020 年左右,會(huì)有一部分城市實(shí)施初期雨水的凈化處理,經(jīng)過 10 年左右的時(shí)間,我想有可能達(dá)到 5000 萬 m3/d 以上的規(guī)模。當(dāng) 然也有這種可能:按照我國近年來的發(fā) 展特點(diǎn),如果經(jīng)濟(jì)條件具備,就會(huì)有更 高的發(fā)展速度!這會(huì)帶來怎樣的新問題 呢?未來的污水處理廠不僅需要考慮當(dāng) 前已經(jīng)存在的諸多問題,還要考慮今后 雨水納入后如何進(jìn)一步解決的問題。
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二、新建和已有污水處理廠提標(biāo)建設(shè)的差異在哪?

另一個(gè)要思考的問題是,現(xiàn)有污水處理廠和新建污水處理廠的提標(biāo)建設(shè)有何差異?首先,隨著排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境質(zhì)量要求的普遍提高,已有的城市污水處理廠都面臨著原地提標(biāo)改造或異地搬遷這兩種模式的抉擇。從總體上來講,在超大和大型城市中,異地搬遷新建擴(kuò)建 的較多,也較典型,比如成都、天津、 杭州等地都出現(xiàn)了這種情況,多廠歸并和超大型化。國際上,新加坡也很典型,原先有十幾座污水處理廠,他們的目標(biāo)是將其轉(zhuǎn)變成兩座超大型的污水處理廠(再生水廠)。另外一種類型就是原地提標(biāo)改造,但需要同時(shí)解決標(biāo)準(zhǔn)提升和景觀環(huán)境建設(shè)(鄰避)問題。

 

我國今后新建的污水處理廠大部分都是村鎮(zhèn)級(jí)別的,相對來說,單座設(shè)計(jì)規(guī)模非常小。也正是因?yàn)橐?guī)模小、數(shù)量多,一方面為新技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來了各種各樣的契機(jī),不管是厭氧氨氧化還是其他新技術(shù),都會(huì)有很多不同的實(shí)施模式,這些模式及工藝技術(shù)組合不僅為大型公司,也為創(chuàng)新型的中小公司帶來很多的創(chuàng)新發(fā)展機(jī)會(huì)。另一方面,從長遠(yuǎn)來看,這些污水處理廠如果都是幾百立方米、幾十立方米的話,是不可能長久生存的,遲早要走向歸并,歸并到日處理能力上萬立方米,甚至5萬立方米這樣的水平。我曾經(jīng)提到的奧地利Strass污水處理廠,也就是嘗試做主流工藝厭氧氨氧化生產(chǎn)性試驗(yàn)的那個(gè)廠,就是一個(gè)由十幾個(gè)小城鎮(zhèn)污水歸并起來的污水處理廠,由十幾個(gè)鎮(zhèn)共同分擔(dān)資金、建設(shè)運(yùn)行,正常情況下日處理 規(guī)模大致3萬立方米,存在季節(jié)性的變化。我想,類似這樣的發(fā)展趨勢在國內(nèi)也會(huì)同樣出現(xiàn)。
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三、未來的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng) 該是怎樣的?

表 2 是北京市頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。可以看出,所有新建、改建和擴(kuò)建的污水處理廠,都要達(dá)到所謂的“Ⅳ類水”標(biāo)準(zhǔn)。而所說的“Ⅳ 類水”其實(shí)是假Ⅳ類水,并不是真正意義上的Ⅳ類水,因?yàn)榭偭缀涂偟南拗得黠@沒有達(dá)到Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)要求,而且即便算是Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn),也是河流的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),不是湖庫的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。而對絕大部分城市水體來講,不管這個(gè)河道有多長,都已經(jīng)不是真正意義上的河,而只是一個(gè)河道形狀的湖庫系統(tǒng)。那么河道形的湖庫水體系統(tǒng)執(zhí)行的照理應(yīng)該是 湖庫水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),而這個(gè)河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)就 偏低得多。就北京地區(qū)來講,考慮到現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)在的國標(biāo)是完全一樣的,可以直白地說, 北京的Ⅳ類水并不是真實(shí)的,大部分污水處理廠并沒有實(shí)現(xiàn)“Ⅳ類水”的標(biāo)準(zhǔn), 只有新建和改建之后,才算是少數(shù)指標(biāo) 達(dá)到河流Ⅳ類水要求的準(zhǔn)“Ⅳ類水”。 北京這個(gè)“Ⅳ類水”標(biāo)準(zhǔn)考慮得比較合理的地方是,提高氨氮排放標(biāo)準(zhǔn),把總氮排放標(biāo)準(zhǔn)值控制在比較合理可行的水 平。但把CODcr 排放標(biāo)準(zhǔn)值分別調(diào)整為30 mg/L和20mg/L,就屬于比較荒謬且缺乏足夠科學(xué)依據(jù)的。

 

表 2 北京市城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(摘)
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注:新(改、擴(kuò))建城鎮(zhèn)污水處理廠:排入Ⅱ、Ⅲ類水體,執(zhí)行A標(biāo)準(zhǔn);排入Ⅳ、Ⅴ類水體,執(zhí)行B標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠:基本控制項(xiàng)目限值與國標(biāo)相同,排放水體類別與新改擴(kuò)建相同。

再看看天津(表3),這是2015年最新頒布的地方排放標(biāo)準(zhǔn),與北京標(biāo)準(zhǔn)相比,CODcr最低限值為30 mg/ L不是20 mg/L,其他指標(biāo)與北京標(biāo)準(zhǔn)類似。天津要求所有現(xiàn)有污水處理廠從2018年1月1號(hào)開始執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn),而北京沒有明確的實(shí)施期限。這些地方標(biāo)準(zhǔn)的頒布應(yīng)該說有其必要性和合理之處,但個(gè)人認(rèn)為,這些標(biāo)準(zhǔn)中存在的一些誤導(dǎo)性問題也是非常值得關(guān)注的。

 

表 3 天津市城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(摘)
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注:新(改、擴(kuò))建城鎮(zhèn)污水處理廠:設(shè)計(jì)規(guī)模≥ 10000 噸 / 日時(shí),執(zhí)行 A 標(biāo)準(zhǔn);10000 噸 / 日 >設(shè)計(jì)規(guī)模≥ 1000 噸 / 日,執(zhí)行 B 標(biāo)準(zhǔn);設(shè)計(jì)規(guī)模 <1000 噸 / 日,執(zhí)行 C 標(biāo)準(zhǔn),F(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠自 2018 年 1 月 1 日起執(zhí)行。

 

站在長遠(yuǎn)的角度上看,我們應(yīng)該采用什么樣的排放標(biāo)準(zhǔn)呢?如果將CODcr、BOD5 和SS 這幾項(xiàng)常規(guī)指標(biāo) 考慮進(jìn)去,CODcr 到底應(yīng)該多少合適呢?15、20 還是50mg/L ? BOD5 是多少?SS是多少?總氮又應(yīng)該是多少……我認(rèn)為,對我們現(xiàn)在的污水處理技術(shù)來講,就達(dá)標(biāo)監(jiān)控來說,對于城鎮(zhèn)污水有機(jī)物的去除,只要控制一個(gè)指標(biāo)就夠了——氨氮指標(biāo)。如果氨氮指標(biāo)能低于 1mg/L 或 2mg/L 的 話,所有的CODcr、BOD5、SS 都可以達(dá)到合理的標(biāo)準(zhǔn)值要求,或者達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、可行的技術(shù)極限值。處理出水中剩余的都是溶解性不可生物降 解的 CODcr,對環(huán)境本身除了產(chǎn)生一定色度之外,如果是天然物質(zhì),基本不會(huì)有什么壞處,更不會(huì)造成水體的黑臭。所以,如果強(qiáng)制要求 CODcr 達(dá)到20mg/L 或者30mg/L 的標(biāo)準(zhǔn),尤其在未來污水濃度越來越高的條件下,除了極為特殊的情況,這樣的標(biāo)準(zhǔn)似乎有些過于勞民傷財(cái)了。當(dāng)然,對一些特殊的工業(yè)園區(qū)則是例外,因?yàn)榭赡芎胁煌愋图拔粗挠卸居泻俺志眯晕⒘课廴疚铩?/p>

 

當(dāng)我們考慮氨氮指標(biāo)時(shí),必然要考慮到總氮去除,生物反硝化屬于節(jié)能過程。總氮和氨氮指標(biāo)對水體環(huán)境 質(zhì)量均有很大的影響。氨氮是直接耗氧污染物,總氮可促進(jìn)水體生物量的形成。從理想目標(biāo)來講,總氮的標(biāo)準(zhǔn)限值應(yīng)該是越低越好,但并不絕對。國際上也有一些研究:城市景觀水體和一般性水體中,如果有足夠的硝酸鹽含量,水體是不會(huì)黑臭的。某種程度來講,水體的硝酸鹽含量較高,對景觀水體的水質(zhì)不見得是一件壞事。當(dāng)然,從飲用水水源或者其他生態(tài)環(huán)境影響的角度,還是越低越好。但任何環(huán)境問題都是和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相關(guān)的,設(shè)計(jì)達(dá)到什么樣的水平,就有什么樣的資金投入需求,不可能沒有投入就有相應(yīng)的預(yù)想結(jié)果。既然考慮到總氮了,那么總氮是不是最重要的呢?我這里提出的觀點(diǎn)可能會(huì)與國內(nèi)一些專家不一樣,但與國際上通行的觀點(diǎn)是 基本一致的,我認(rèn)為氨氮之后就要考慮總磷,總磷和總氮對水體水質(zhì)的主要影響是導(dǎo)致藻類的過度生長。我們都知道,藻類生長所需的氮磷是有比例關(guān)系的,那么這種比例關(guān)系會(huì)是怎樣的呢?

 

根據(jù)我們從不同文獻(xiàn)資料中歸納的大致數(shù)據(jù)可知,造成富營養(yǎng)化的藍(lán)綠藻含氮約9%,含磷量約 0.9%,那么其比值大概是10:1?梢源笾抡f明氮磷會(huì)對水體和藻類的生長造成什么樣的影響,不難看出,按照潛在耗氧量指數(shù)來判斷,大致是 140:10:1。也就是說,1mg/L 的總磷可以產(chǎn)生耗氧量(CODcr)為 140mg/L 的 生 物 量;與此類似,1mg/L 的總氮可以產(chǎn)生耗氧量為 10mg/L 的生物量。他們之間大概就是這樣的關(guān)系,如果水中總磷為 0.05mg/L,總氮0.5mg/L,那么形成的藻類耗氧量(CODcr)大致為 5mg/L;總磷是 0.1mg/L 的時(shí)候,形成的耗 氧 量 為 10 mg/L;總磷 0.2 mg/L 時(shí),形成的耗氧量是20 mg/L?偭诐舛冗_(dá)到多少的條件下就可能出現(xiàn)太湖那樣的藻類大暴發(fā)呢?答案是,總磷達(dá)到 0.1 mg/L 以上時(shí)就可能。

 

因此,我們需要水體總磷濃度控制到 0.05mg/L 以及更低的水平。從這個(gè)角度來看,如果總磷沒有得到很好的控制,總氮再低也是解決不了問題的。如果要達(dá)到總磷 0.05mg/L 的同等控藻效果,總氮就需要達(dá)到 0.5mg/L 才行。這樣,我們可以看到,未來對水體的富營養(yǎng)化控制,一個(gè)最重要的指標(biāo)就是總磷?偭资堑谝晃坏,氨氮是第二位的,總氮是第三位的,控制了這三個(gè)指標(biāo),CODcr、BOD5 和 SS 等常規(guī)指標(biāo)就控制住了,也就不需要嚴(yán)格限定了,甚至可以說,在正常城鎮(zhèn)污水的高排放標(biāo)準(zhǔn)中,取消這三個(gè)指標(biāo)或取消其達(dá)標(biāo)監(jiān)管也是合理的。當(dāng)然,總磷中還要區(qū)分可生物利用磷和不可生物利用磷,正磷酸鹽容易被藻類利用,而金屬磷酸鹽就難以被藻類利用。因此,未來的城鎮(zhèn)污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)中,周或月平均總磷 0.1mg/L 應(yīng)成為目標(biāo)限值。

 

另外,今后的城鎮(zhèn)污水處理廠還要考慮非常規(guī)污染物,特別是持久性微量有機(jī)污染物的去除能力,一旦考慮這些指標(biāo)的納入,就會(huì)影響排放標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)項(xiàng)和污水處理工藝技術(shù)路線的選擇。

 

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四、城鎮(zhèn)污水處理工藝技術(shù)選 擇情況如何?

在工藝技術(shù)選擇方面,圖1為幾年前統(tǒng)計(jì)的城鎮(zhèn)污水處理廠工藝技術(shù)類型分布情況,這里按傳統(tǒng)表述方法歸納,在實(shí)際工程中,工藝技術(shù)類型及組合很多,下面舉若干例子。隨著城市建成區(qū)邊界的不斷擴(kuò)展,周邊環(huán)境影響及鄰避問題日益突出,異地搬遷新建的方式使得天津紀(jì)莊子污水處 理廠已經(jīng)不復(fù)存在,而紀(jì)莊子污水處理廠在我國城市污水處理發(fā)展過程中是占據(jù)很重要位置的,歷經(jīng)多次的升級(jí)與擴(kuò)建,從普通活性污泥法到除磷脫氮,再到高等級(jí)再生水,2000 年左右,還跟新加坡同期使用了微濾膜再生水技術(shù)。新加坡站在國家戰(zhàn)略需求的高度,大力發(fā)展再生水利用,之后有很快的規(guī)模化發(fā)展及國際影響力。而天津和北京因?yàn)橹T多原因,再生水發(fā)展規(guī)模有限,失去了形成國際影響力的好機(jī)會(huì)。但無論如何,在從傳統(tǒng)的砂濾到膜濾及反滲透的發(fā)展過程中,我們已經(jīng)積累了十幾年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),膜過濾設(shè)備產(chǎn)品也完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化和規(guī);l(fā)展。

 

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圖 1 我國城鎮(zhèn)污水處理廠工藝技術(shù)選擇情況

 

從除磷脫氮這塊來講,最早應(yīng)用A2/O工藝的是廣州的一家污水處理廠,但這座污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)缺乏典型城市污水特征。其主要原因在于進(jìn)水 CODcr 濃度不到 200mg/L,而按當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)范確定的進(jìn)水BOD5 為 200 mg/L,相當(dāng)于 CODcr 450 mg/L 左右。后來的泰安污水處理廠則比較典型,進(jìn)水濃度較高,但碳氮比相當(dāng)?shù),要比國際上低得多,所以回流污泥中的硝酸鹽對生物除磷性能有非常大的影響。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)研究之后,泰安污水處理廠第一次使用了多點(diǎn)進(jìn)水、預(yù)反硝化的改良 A2/O 工藝流程。

 

另一個(gè)除磷脫氮工程的成功案例是青島李村河污水處理廠。這個(gè)廠大 家可能不是很了解,它是上世紀(jì) 90 年代初建設(shè)的,此廠的工藝選擇是我們與Glen Daiger(國際水協(xié)前主席)共同合作的產(chǎn)物,當(dāng)時(shí)我們堅(jiān)持要用我們建議的改良 A2/O 工藝流程,他則堅(jiān)持推薦他們的 VIP 工藝流程,經(jīng)過不斷的討論和意見交換,最后決定把兩種不同的工藝過程全部結(jié)合在一 起,為便于論證通過,對外宣稱是 A/O 工藝,但實(shí)際上它是一種集成的工藝 流程,有多種可以靈活調(diào)整的運(yùn)行模式,雖然建設(shè)于上世紀(jì)90年代,但直到現(xiàn)在也不落后。該廠的污水濃度 比較高,前幾年進(jìn)行了一級(jí) A 提標(biāo)改造,在好氧區(qū)融入了 IFAS 工藝單元,取得非常成功的實(shí)效,出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。

 

青島海泊河污水處理廠則是國內(nèi)非常成功的 AB 法污水處理廠,上世紀(jì)90年代初建成投產(chǎn),進(jìn)水濃度高,污泥厭氧消化系統(tǒng)也一直運(yùn)行較好。遺憾的是,這個(gè)廠在升級(jí)改造中做了較大的工藝改變。如果能夠一直保留下來,是可以作為主流工藝厭氧氨氧化生產(chǎn)性試驗(yàn)研究的好場所的。

 

在微信朋友圈中曾有過這樣的討論:我們的污水處理廠除了設(shè)計(jì)好以外,運(yùn)行好也是很重要的。有人問,未來的概念廠是不是都應(yīng)該由博士、碩士來運(yùn)行呢?我們確實(shí)需要一批博士、碩士進(jìn)入污水處理廠。歐美國家, 有些污水處理廠的廠長就是博士,正是因?yàn)樗麄儌(gè)人有興趣,污水處理廠 才能有更多更好的試驗(yàn)研究與生產(chǎn)性驗(yàn)證。青島在上世紀(jì) 90 年代初開始建設(shè)三座大型污水處理廠,當(dāng)時(shí)引進(jìn)的新畢業(yè)生中就有一批碩士及名牌大學(xué)的本科生,促進(jìn)了后來的更好發(fā)展。

 

另外一個(gè)典型案例是,2007 年,我們完成了無錫蘆村污水處理廠的提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)。其實(shí),早在一期工程建設(shè)時(shí)期(上世紀(jì)80年代中期), 就推薦使用A2/O工藝,但業(yè)主沒有采納,專家意見也不一致。到90年代中期,二期工程建設(shè)時(shí),大家已經(jīng)意 識(shí)到除磷脫氮的重要性,采用了A2/O工藝,但采用的實(shí)際泥齡較短,影響了后來的提標(biāo)改造,特別是生物池的 池容明顯不足。在該廠的一級(jí)A提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)中,全面強(qiáng)化預(yù)處理功 能(格柵與初沉池)的同時(shí),將原有生物池改造為改良 A2/O 工藝并在好氧區(qū)部分區(qū)段投加可流化的懸浮填料, 形成活性污泥 - 生物膜復(fù)合的 IFAS 工 藝系統(tǒng),著重解決了冬季低溫時(shí)段硝化能力不足的問題,同時(shí)提高了反硝化區(qū)的容積比例,增強(qiáng)生物脫氮能力, 后續(xù)深度處理部分則采用機(jī)械過濾和膜過濾技術(shù),處理出水達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。

 

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圖 2 無錫蘆村污水處理廠一期和二期工程提標(biāo)改造生物池平面布局及實(shí)景

 

青島團(tuán)島污水處理廠也是一個(gè)比較典型的案例(圖 3),最初采用改良 A2/O 工藝,德國污水處理設(shè)備,設(shè)計(jì) 規(guī)模 10萬 m3/d,后來做一級(jí) A 提標(biāo) 改造設(shè)計(jì)時(shí),在改良 A2/O 工藝中融入 IFAS 工藝單元,出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一 級(jí) A 要求?傮w來說,青島的三個(gè)污水處理廠(海泊河、團(tuán)島、李村河)都運(yùn)行得不錯(cuò)。而團(tuán)島污水處理廠的最大特征是進(jìn)水總氮濃度非常高。實(shí)際上,這個(gè)廠對預(yù)測未來的污水處理廠具有一定的代表性意義;旧弦陨钗鬯疄橹,進(jìn)水濃度比較高,總氮也比較高,前端污水管網(wǎng)系統(tǒng)比較完善,基本沒有設(shè)置化糞池。目前他們正在做側(cè)流厭氧 氨氧化工藝的應(yīng)用試驗(yàn),采用生物膜方式,年內(nèi)大概會(huì)啟動(dòng),未來兩年內(nèi)應(yīng)該 會(huì)建成運(yùn)行。如果建成并穩(wěn)定運(yùn)行,就可以為該廠開展主流工藝厭氧氨氧化的生產(chǎn)性試驗(yàn)提供很好的條件和場地。

 

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圖 3 青島團(tuán)島污水處理廠的提標(biāo)改造

 

二十多年來,國際上典型的城市污水處理工藝技術(shù)都在國內(nèi)進(jìn)行了本土化的開發(fā)和創(chuàng)新發(fā)展,形成了比較成熟和穩(wěn)定可靠的適用技術(shù)。在這些成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上,天津津南的污水處理廠又采用了什么樣的技術(shù)方案呢?在這個(gè)工藝技術(shù)方案中,采用了更復(fù)雜更穩(wěn)定可靠的除磷脫氮工藝系統(tǒng),可達(dá)到的穩(wěn)定出水水質(zhì),正常是一級(jí)A,運(yùn)行優(yōu)化之后 要優(yōu)于一級(jí) A,同時(shí)繼續(xù)沿用雙膜法進(jìn)行高等級(jí)再生水的生產(chǎn)。另一方面,如圖 4 所示,污泥采用高濃度厭氧消化,污泥不僅來自本廠,也來自外部污水處理廠,在這個(gè)廠進(jìn)行了較多的新嘗試, 例如沼液的磷酸鹽回收,沼液的厭氧氨氧化脫氮,產(chǎn)生的沼氣用于污泥熱干化和生產(chǎn)液化石油氣,如果全部建成并成功運(yùn)行的話,會(huì)是一個(gè)綜合性的新技術(shù)綜合應(yīng)用示范項(xiàng)目。
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圖 4 天津市津沽(津南)污水與污泥處理工藝示意圖

 

結(jié)合以上案例分析,以及近年來國際上新出現(xiàn)的發(fā)展變化,我們可以簡單地總結(jié),污水處理工藝技術(shù)有這么幾個(gè)基本的變化趨勢:

 

第一, 考慮能源化利用,由全部好氧處理轉(zhuǎn)向部分厭氧處理。
第二, 從污泥的低濃度厭氧消化轉(zhuǎn)向高濃度污泥厭氧消化,并對污泥進(jìn)行破解預(yù)處理。
第三是資源利用,主要是磷酸鹽的回收利用,氮的回收也在考慮。磷的回收有不同的方式,到底是采用化學(xué)除磷還是生物除磷,對磷酸鹽的回收過程有不同的影響。德國傾向于從污泥焚 燒灰渣中回收,其他一些國家傾向于沼液磷酸鹽回收。污水再生利用是我們熟悉的,國內(nèi)技術(shù)已經(jīng)成熟,規(guī)模也是世界一流的,技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量也挺高。
第四,除磷脫氮工藝方面,如何由傳統(tǒng)除磷脫氮工藝開始轉(zhuǎn)向厭氧氨氧化的應(yīng)用。側(cè)流這塊目前比較成熟了,主流工藝這塊,據(jù)我所知,目前國內(nèi)有五六個(gè)團(tuán)隊(duì)開始做這方面的研究開發(fā)。

第五,好氧顆粒化污泥和其他更多的組合,將會(huì)有通過更多不同的工藝組合或融合方式來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)看上去非常理想,實(shí)際的情況是我們將面臨著很多需要解決的難題,而這些問題會(huì)影響我們在污水處理發(fā)展 過程中對工藝技術(shù)的應(yīng)用和選擇。

 

都有哪些主要問題呢?首先我們來看一下,從目前總體發(fā)展趨勢來講,國內(nèi)的工藝需求和國外的工藝需求存在一定的區(qū)別。就拿主流工藝厭氧氨氧化來說,歐美國家是追求能源化和碳中和這樣的理想目標(biāo)的,同時(shí)適當(dāng)考慮磷酸鹽之類的資源化利用,沒有太多考慮污水再生利用。在中國,城鎮(zhèn)污水處理廠能 不能做到真正的能源平衡呢?個(gè)人觀點(diǎn) 是不太可能。原因如下:在國內(nèi),能做到低碳低耗就很不錯(cuò)了,任何時(shí)候我們的首要目標(biāo)都是出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo),而且排放標(biāo)準(zhǔn)會(huì)越來越高,這跟歐美國家 較低的排放標(biāo)準(zhǔn)及彈性的監(jiān)管政策是明顯不一樣的。而且,這樣的觀念和監(jiān)管實(shí)踐在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生根本性的變化。從技術(shù)上來講,厭氧技術(shù)是回歸了,而我們也面臨一些難題要解決。AB 法將 要回歸了,但僅僅有 AB 法也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。任何時(shí)候,達(dá)標(biāo)都是第一位的,能源化和資源化利用,尤其能量平衡,必須建立在穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上,因此,任重而道遠(yuǎn)。
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五、污水處理廠運(yùn)行性能主要受制于哪些因素?

有幾個(gè)問題我們逃避不了,比如城市污水水質(zhì)水量在時(shí)空上的明顯變化,城市污水的碳氮比普遍偏低,進(jìn)水無機(jī)懸浮固體組分普遍較高,以及低水溫與工業(yè)廢水,都是很重要的影響因素。在這些影響因素里面,我們來看看,進(jìn)水SS/BOD5 比值是很高的,正常應(yīng)該是1.0到1.1,很多污水處理廠進(jìn)水SS/BOD5比值是1.5到2.0,甚至更高。圖5是一個(gè)有初沉池的污水 處理廠在清理生物曝氣池的時(shí)候,底下 沉積的泥沙。這個(gè)廠的情況是平均比值 基本在 1.5 到2.0之間,造成活性污泥 的 MLVSS/MLSS 比值平均在 0.4 左右(范圍 0.3~0.5),初沉池改進(jìn)運(yùn)行之后,MLVSS/MLSS 能達(dá)到0.5的水平。如果初沉池不運(yùn)行,有時(shí)會(huì)低到0.3 左右。這是我們的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)跟國際上明顯的不同的地方,國際上歐美國家污水處理廠活性污泥 MLVSS/MLSS 比值大部分可以達(dá)到0.7以上,而我們就算達(dá)到0.4,也不到他們 60% 的水平。

 

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圖 5 影響城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行性能的主要因素(SS/BOD 5 比值為例)


簡單來講,國內(nèi)城鎮(zhèn)污水的平均碳氮比是國際上的 50%左右,因此,要達(dá)到同樣的總氮去除要求,就會(huì)遇到很多的困難。在這種困難條件下,國內(nèi)已經(jīng)開始采用例如初沉發(fā)酵池或初沉污泥發(fā)酵的工藝技術(shù),盡量把無機(jī)懸浮固體排除掉,盡量使初沉污泥中的有機(jī)物進(jìn)入到后續(xù)的生物處理工藝單元中;在后續(xù)的改良 A2/O 工藝的基礎(chǔ)上,新的一些工藝流程在后頭又增加了較短水力停 留時(shí)間的缺氧 / 好氧單元,來考慮外部 碳源的投加和深度脫氮,當(dāng)然這個(gè)投加及脫氮時(shí)間可以很短,是非常有效的一個(gè)途徑(方法)。不過,這就需要投加外部碳源,增加運(yùn)行成本。我們也有一些新的研究結(jié)果,更傾向于將外部碳源投加在厭氧段。因?yàn)榇蟛糠执姿猁}類的碳源,投加在厭氧池時(shí)非常有利于生物除磷,這對出水總磷的降低是非常有好處的,同時(shí)又不影響總體碳氮比和脫氮效果,這就可以達(dá)到一碳兩用、一碳多用的效果。此外,有越來越多的污水處理廠采用以下兩種工藝技術(shù):一種是活性污泥和填料相結(jié)合的 IFAS 工藝,另外一種是 MBR,兩者都能達(dá)到省地的效果。MBR 能耗相對比較高,從目前情況來看,有時(shí)候,屬于不得不采用的工藝流程。

 

那么在當(dāng)前的條件下,我們開始考慮的未來污水處理廠工藝流程應(yīng)該是什么樣的呢?如剛才專家委員會(huì)的發(fā)言中提到的那樣,把厭氧氨氧化作為最主要的工藝單元融合進(jìn)來?如何融合進(jìn)來呢?這里面必不可少的就是我們正在探 討的一些工藝過程。其中有一點(diǎn)自然是必不可少的,首先是碳氮磷的分離,然后是主流工藝厭氧氨氧化脫氮,同時(shí)我們還要繼續(xù)有效解決泥沙分離的問題、低溫影響的問題……這時(shí),我們還必須考慮碳源的合理配置問題。如果總氮要達(dá)到 5mg/L 左右的水平,那么還會(huì)有大量的碳源可供污泥厭氧消化和能源化利用嗎?估計(jì)很多地方是沒有的,但北京、天津這樣的特大城市則有可能。所以我個(gè)人認(rèn)為,一定程度上,對中國未來的污水處理廠發(fā)展,即使采取主流厭氧氨氧化工藝進(jìn)行有效脫氮,在一定程度上也仍然要犧牲諸如能源化和碳中和這樣的理想目標(biāo),以切實(shí)保證處理出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?傊还茉趺凑f,任何 一個(gè)新的工藝技術(shù),你都要想辦法怎么 有效地把新型的工藝單元融入到已有的 工藝系統(tǒng)中去。這里給出其中的一種模式,這種模式中的碳分離很重要,碳分離目前有幾種類型:第一種就是AB 法的A段,當(dāng)然也可以采用化學(xué)法,但我們更傾向于在一定條件下采取化學(xué)與生物相結(jié)合的一種模式。這種模式能高效地實(shí)現(xiàn)碳氮磷的分離,這對處理出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和能源的回收都是非常有利的。

 

另外一個(gè)例子是,我們在主流工藝流程中,充分考慮磷回收可能的話,可以把生物除磷與生物脫氮分離,然后與主流工藝厭氧氨氧化相結(jié)合。實(shí)際上, 在未來的可能實(shí)施模式中,會(huì)有各種各樣的組合,這都會(huì)有利于我們未來污水處理技術(shù)的新發(fā)展。在座的各位可以充 分發(fā)揮下自己的想象力和才智,利用自己的資源,做不同的嘗試。這里所舉的例子,也正是我們正在進(jìn)行探討和研究的,并準(zhǔn)備在今后盡快實(shí)現(xiàn)工程化的一個(gè)目標(biāo)和可能的工藝流程。當(dāng)然,這個(gè)工藝流程還會(huì)結(jié)合諸如污泥厭氧消化之 類的技術(shù),并最終成為重要的組成部分。

 

有這樣一句話:你可以跨越歷史,但不能切斷聯(lián)系。我們一定要在已有技術(shù)和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,不斷創(chuàng)新,不斷擴(kuò)展和完善,未來才能有更好的解決 方案,才能有更好更快的發(fā)展。

(本文來自:鄭興燦在“2015 ( 第三屆)中國環(huán)保技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)會(huì)”概念廠分論壇上的發(fā)言整理)

 
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