1997年，上海市一座百萬噸級的大型污水廠——白龍港污水處理廠正式開工建設(shè)，此后的二十余年間，經(jīng)過多次提標擴容工程，至今處理規(guī)模達280萬噸/日，是上海市水環(huán)境治理發(fā)展歷程的一個縮影。
近期，白龍港污水處理工藝與紀莊子污水處理工藝、高碑店污泥處理處置工藝、唐家沱污泥處理工藝共同成為國內(nèi)首批以中文命名的四大組合工藝。
發(fā)布會當(dāng)天，創(chuàng)新應(yīng)用白龍港污水處理工藝的關(guān)鍵人物、上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司總院副總工程師張欣接受中國水網(wǎng)專訪，為我們講述白龍港污水處理工藝背后的故事。
來源：中國水網(wǎng) 作者：趙利偉
上海，這座被水滋養(yǎng)的城市，從新中國成立初僅有三座每天千噸處理能力的老舊污水處理廠，到如今擁有超過美國芝加哥、晴天處理量全球領(lǐng)先的白龍港污水處理廠，70多年來，一代代工程設(shè)計、建設(shè)人員的奮斗，給這座繁華大都市披上一件水清水美的外衣。
1997年，上海市一座百萬噸級的大型污水廠——白龍港污水處理廠正式開工建設(shè)，此后的二十余年間，經(jīng)過多次提標擴容工程，至今處理規(guī)模達280萬噸/日，污水處理量約占上海城市污水處理能力的三分之一，白龍港污水處理廠的建設(shè)和發(fā)展，是上海市水環(huán)境治理發(fā)展歷程的一個縮影。
白龍港污水處理廠作為長江大保護的最后一道防線之一，在如此大的污水處理規(guī)模面前，經(jīng)過多年的運行實踐檢驗，經(jīng)受住了水量和水質(zhì)大幅變化的沖擊，展示了成熟可靠、穩(wěn)定達標的處理效果，這背后離不開大批優(yōu)秀的污水處理人和污水處理組合工藝創(chuàng)新的保駕護航。
作為首批中國自主創(chuàng)新的四條污水處理組合工藝之一，近期，白龍港污水處理工藝與紀莊子污水處理工藝、高碑店污泥處理處置工藝、唐家沱污泥處理工藝共同成為國內(nèi)首批以中文命名的四大組合工藝（延伸閱讀：重磅揭曉！首批命名的中國自主創(chuàng)新的四條污水處理組合工藝發(fā)布）。
白龍港污水處理工藝授牌儀式
白龍港污水處理工藝由上海市政工程設(shè)計研究總院設(shè)計，目前，該組合工藝在白龍港污水廠、中西部最大的重慶雞冠石污水廠、中原地區(qū)最大的鄭州新區(qū)污水廠等中應(yīng)用，并且已推廣應(yīng)用于包括全國 20 個直轄市和省會城市的 120 余座污水廠，污水處理總規(guī)模近 3000 萬 m³/d。
白龍港污水處理工藝是一種高效、環(huán)保、可持續(xù)的新技術(shù)，上海城投水務(wù)白龍港污水處理廠是該組合工藝的首個應(yīng)用廠，此項目的改擴建工程獲得國家優(yōu)質(zhì)工程金獎，突顯白龍港工程是一項社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益三者有機結(jié)合的世紀環(huán)保工程。作為首期發(fā)布的四條組合工藝路線之一，白龍港污水處理工藝對行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新起到了積極的推進作用和示范效益。
張欣在工藝的設(shè)計研發(fā)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。大學(xué)畢業(yè)之后，張欣進入到上海市政工程設(shè)計研究院工作，在多個重大建設(shè)項目中擔(dān)任過項目設(shè)計負責(zé)人，并多次獲得優(yōu)秀設(shè)計獎，尤其擔(dān)任了白龍港污水處理廠等重大工程項目的設(shè)計負責(zé)人。
“白龍港污水處理工藝是一個創(chuàng)新，當(dāng)初開發(fā)這個工藝就是針對白龍港污水廠的特點：一是處理規(guī)模特別大；二是當(dāng)時排水系統(tǒng)沒有完善，水量和水質(zhì)的沖擊特別大，要滿足我國環(huán)保要求的24小時連續(xù)和瞬時都要達標排放存在較大挑戰(zhàn)。”張欣表示，該工藝特別適用于處理污水季節(jié)性變化顯著、水質(zhì)水量波動大的情況，尤其是對我國低碳氮比的水質(zhì)條件，具有較好的應(yīng)用場景。
因為規(guī)模特別大，社會關(guān)注度也很高，這項工程在設(shè)計之初壓力很大。設(shè)計團隊深知，這項工作不僅缺乏先例可循，而且只能成功不能失敗。對于污水處理來說，既要成熟可靠，確保水質(zhì)穩(wěn)定達標，又要兼顧經(jīng)濟性，這對污水處理工藝提出了極高的要求。
為此，設(shè)計團隊不辭辛勞，從北京的高碑店污水處理廠到美國芝加哥的Sticknow（當(dāng)時世界上最大的污水處理廠），他們遍訪名廠參觀求學(xué)，最終卻發(fā)現(xiàn)這些案例與白龍港面臨的水質(zhì)條件存在差異。于是，團隊決定在傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際情況進行自主研發(fā)。
在這個過程中，一線運行工人的經(jīng)驗成為了寶貴的靈感來源。設(shè)計團隊曾深入上海多家老污水處理廠，與廠長、技術(shù)員和操作工等深入交流，在對他們長期運行實踐中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和問題進行分析研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計團隊結(jié)合當(dāng)前需求及汲取國外工藝的技術(shù)要素，最終創(chuàng)新性地開發(fā)出了一套適合白龍港污水處理廠的工藝路線。
白龍港污水處理工藝，是“超短時初沉池+多模式AAO+平流式二沉池+高效沉淀”組合工藝，這個工藝集百家之長，設(shè)計團隊把每個工藝中的優(yōu)點、適用和相匹配的技術(shù)要點提煉出來，最終形成了一套獨特的組合工藝。這一過程不僅僅是簡單的技術(shù)集成，而是基于原有技術(shù)的大幅創(chuàng)造和革新。
以生物選擇為例，傳統(tǒng)生物選擇主要是為了防止污泥膨脹，而該工藝中的生物選擇則是為了微生物更好地適應(yīng)水量水質(zhì)的沖擊，展現(xiàn)出更高的靈活性和適應(yīng)性。此外，該工藝沿用了STEP FEED工藝多段進水的特點，并將其改造成多點進水、多點回流，這也是在原有基礎(chǔ)上的重大改進。還有一種創(chuàng)新是在實際運行中的改良，如生物反應(yīng)池設(shè)計的一大亮點便是水位自適應(yīng)功能，通過自動調(diào)整水位來適應(yīng)水量的變化，從而改變反應(yīng)池容積的使用量。在水量大時，適當(dāng)延長停留時間，確保污水得到充分處理；在水量小時，則減少反應(yīng)池容積的使用量，降低運行成本，特別是能耗。水位降低時，曝氣量和鼓風(fēng)機壓力也隨之減少，實現(xiàn)了雙重節(jié)能效果。這些都是原創(chuàng)性成果。
該組合工藝呈現(xiàn)出三個顯著特點。首先，它實現(xiàn)了集約化，將多個原本分散的工藝段整合在一起，雖然組合難度很大，但有效節(jié)省了用地并降低了造價。其次，該工藝適應(yīng)性強，不僅能應(yīng)對水量水質(zhì)的變化，還能根據(jù)不同運行需求調(diào)節(jié)出水情況，展現(xiàn)出高度的靈活性。最后，它注重低碳節(jié)能，在2000年初的時候，就能做到減污低碳，實屬不易。
在張欣看來，這一組合工藝能夠在白龍港污水廠落地，得益于多方面的支持。
在評審階段，該組合工藝便獲得了專家的認可與支持。同時，項目業(yè)主上海城投水務(wù)敢于在大型污水處理廠中首次采用這一組合工藝，無疑是基于對設(shè)計的充分信任和對自我的挑戰(zhàn)。
此外，該工藝的成功還受益于眾多同行的啟發(fā)，融合了前人的成功經(jīng)驗以及國外污水廠的諸多運行實踐。
讓張欣引以為傲的是，從白龍港污水處理廠這些年的運行實踐來看，這個項目可以說是完全達到了原來的設(shè)計目標。在今年汛期，白龍港的污水處理量從每天280萬噸超量至360萬噸，超出原設(shè)計規(guī)模的1.3倍，而且即使在1.4倍的負荷下，它的出水水質(zhì)依然優(yōu)于國家一級A排放標準。有了這個基礎(chǔ)，余下的超量水經(jīng)過一級強化處理后，與遠低于一級A標準的生物處理出水混合，全部達到一級A標準后排放至長江。正是由于這個工藝本身對水量水質(zhì)大幅變化有良好的適應(yīng)性，才會有這樣超量處理效果的保障。
近年來，伴隨上海各區(qū)域迅速發(fā)展及污水排放需求增加，白龍港污水廠廠區(qū)已處于超負荷運行狀態(tài)，急需擴增產(chǎn)能。目前，白龍港污水廠擴建三期工程和30萬立方米的污水調(diào)蓄池工程正在建設(shè)中，建成后，白龍港污水處理廠設(shè)計日均旱流污水處理規(guī)模將達到350萬噸，污泥處理規(guī)模將達到598噸干基/日，將極大減少長江水環(huán)境污染，改善水域生態(tài)環(huán)境。
在白龍港污水處理廠三期設(shè)計中，團隊已經(jīng)進行了大膽嘗試。“如果將現(xiàn)有工藝稱為1.0版，那么2.0版則在此基礎(chǔ)上加入了更多原創(chuàng)元素，特別是在碳資源的有效開發(fā)和利用上。通過優(yōu)化和改進碳基質(zhì)量調(diào)控和強化功能微生物的代謝，團隊希望進一步改良污水處理工藝，真正實現(xiàn)處理過程源頭的節(jié)能降碳。”張欣稱，2.0版本工藝在行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，目前國外尚未有類似技術(shù)。
此外，團隊繼續(xù)針對水量水質(zhì)大幅波動的情況進行創(chuàng)新，結(jié)合行業(yè)熱點“顆粒污泥”和傳統(tǒng)的兩段法、AB法，進行了深度融合。如果這一工藝研發(fā)成功，將對現(xiàn)有工藝帶來新的提升。
實際上，我國污水處理行業(yè)歷經(jīng)百年歷史和20多年的快速發(fā)展，盡管技術(shù)基礎(chǔ)多源于國外，但中國已學(xué)習(xí)并升級了世界幾乎所有的污水處理工藝，積累了豐富的技術(shù)實力與創(chuàng)新經(jīng)驗。
為了更好地總結(jié)我國污水處理行業(yè)的成績，推進污水處理工藝創(chuàng)新探索與發(fā)展進程，更好地體現(xiàn)我國污水處理行業(yè)自主研發(fā)或改良的工藝技術(shù)特色，進而形成品牌效應(yīng)、提升我國污水處理工藝技術(shù)的國際地位，2022年，E20環(huán)境平臺以及雙百聯(lián)盟提出開展《城鎮(zhèn)污水處理組合工藝命名規(guī)范》標準的研制工作。在標準編制的過程中，編寫組深入調(diào)研了165座污水處理廠的工藝情況，充分展示了中國在污水處理領(lǐng)域豐富的組合工藝應(yīng)用創(chuàng)新經(jīng)驗和技術(shù)儲備，并確定了以人名或地名為主要要素的命名方式。
2024年8月9日，首批以中文命名的四大污水處理組合工藝正式發(fā)布，白龍港污水處理工藝便是其中之一。這不僅是對白龍港污水處理工藝本身的認可，更是對中國污水處理行業(yè)整體技術(shù)進步和創(chuàng)新能力的肯定。
張欣介紹，白龍港污水處理廠在設(shè)計上也借鑒了如高碑店污水處理廠、紀莊子污水處理廠等北方典型的污水處理廠的亮點，并融入了更多國際先進技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用使得項目既節(jié)省空間又不失宏偉氣勢，體現(xiàn)了國際化的先進設(shè)計理念。
他認為，工藝就應(yīng)當(dāng)是開放的，行業(yè)內(nèi)應(yīng)相互交流優(yōu)秀做法。張欣在采訪中表示，《城鎮(zhèn)污水處理組合工藝命名規(guī)范》的落地和推進工作，將四個具有代表性的組合工藝進行中文命名，促進了行業(yè)對這些工藝的廣泛認知，再度激發(fā)出設(shè)計原創(chuàng)人員的責(zé)任感和使命感。此舉不僅促進了行業(yè)內(nèi)設(shè)計單位、水務(wù)集團等不同單位之間的了解和互信，還將設(shè)計、運營和建設(shè)等各方融合，合力推進行業(yè)進步。
