——污水處理廠應(yīng)調(diào)整工藝、優(yōu)化運(yùn)行，切實(shí)提高脫氮除磷能力和效率

盡管還未有正式消息出臺，但“十二五”氨氮控制已經(jīng)箭在弦上。為此，現(xiàn)有城市污水處理廠需要大幅提高脫氮除磷能力，進(jìn)行升級改造。其中，北京、江蘇等地已經(jīng)以一級A為目標(biāo)開始對污水處理廠進(jìn)行升級改造。

從各地實(shí)踐和專家研究來看，影響污水處理廠脫氮除磷效果的，不僅包括仍然不甚完美的工藝，工業(yè)廢水、管網(wǎng)、水溫等現(xiàn)實(shí)因素更不可忽視。面對城鎮(zhèn)生活污水處理廠升級改造應(yīng)該選擇什么技術(shù)路線、如何確保成本可控、水質(zhì)達(dá)標(biāo)等問題，各地仍在探索中。不少業(yè)內(nèi)專家指出，升級改造要優(yōu)先考慮現(xiàn)有工藝的優(yōu)化完善調(diào)整，有效提升運(yùn)行管理水平，讓原有設(shè)備充分發(fā)揮潛能，切實(shí)提高脫氮除磷的能力和效率。

為什么氨氮難去除？
先天碳源不足，現(xiàn)有工藝對總氮去除有難度

中國環(huán)境規(guī)劃院副院長吳舜澤曾經(jīng)總結(jié)說:“就運(yùn)行來說，一些工業(yè)企業(yè)缺乏深度治理設(shè)施，且運(yùn)行管理不到位，無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。而早期建設(shè)的城市生活污水處理廠不具備脫氮除磷的功能，迫切需要進(jìn)行提標(biāo)改造。不少污水處理廠污水管網(wǎng)不配套，運(yùn)行負(fù)荷率低，運(yùn)行水平低下、污水處理費(fèi)征收不足、監(jiān)管不力等因素也影響實(shí)際處理效果，這些都使我國目前氨氮去除效率總體較低。”

而在各地進(jìn)行的污水處理廠提標(biāo)改造實(shí)踐也證明，不少“先天不足”的因素增加了脫氮除磷的難度。國家城市給水排水工程技術(shù)研究中心總工程師鄭興燦認(rèn)為，一些客觀的非技術(shù)因素先天決定了氨氮控制特別是脫氮的困難。他在第四屆水業(yè)高級技術(shù)論壇上指出，由于我國城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量變化較大、污水碳氮比普遍偏低、進(jìn)水無機(jī)懸浮固體普遍偏高，再加上低水溫和工業(yè)廢水的影響，要想持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)比較難。

他同時指出，相對于除磷，現(xiàn)有污水處理廠工藝中對氮的去除較為局限，只能通過生物反硝化過程來實(shí)現(xiàn)。而強(qiáng)化生化反應(yīng)、化學(xué)除磷、增加深度處理等傳統(tǒng)方式在去除懸浮物、有機(jī)物及磷方面效果較為顯著，但對于總氮穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)則頗有難度，“尤其是在進(jìn)水存在碳源不足的污水處理廠”。

清華大學(xué)環(huán)境工程系教授施漢昌指出，我們面臨的一個先天難題就是城鎮(zhèn)污水的碳氮比普遍偏低，導(dǎo)致總氮去除效果不理想。“(污水)沒有達(dá)到歐美國家的碳源濃度，這和目前的管網(wǎng)設(shè)施缺陷是有關(guān)系的。比如現(xiàn)有的污水管網(wǎng)一般會受到雨水以及地下水的影響，導(dǎo)致碳氮比較低。”

而在江蘇提標(biāo)改造中，冬季水溫低和工業(yè)排放的問題已經(jīng)顯現(xiàn)。談到升級改造中遇到的困難，無錫市排水總公司副總經(jīng)理李激表示，碳源不足和冬天硝化問題是無錫市乃至全國城市污水處理廠生物脫氮面臨的棘手問題。特別是華東地區(qū)以及長江三角洲地區(qū)冬季地表溫度低，溫度常常只有10℃左右，嚴(yán)重影響污水處理效果。

北京路線和江蘇方法
脫氮還需研發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的高效技術(shù)

與江蘇省污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)大攻關(guān)的“熱鬧”相比，北京污水處理廠提標(biāo)改造工作低調(diào)但穩(wěn)步推進(jìn)。北京市市政工程設(shè)計研究總院總工程師李藝介紹說，因?yàn)槌鞘袠O度缺水，北京市水務(wù)局早就提出了北京市污水需要全部回用的工作目標(biāo)。這是污水處理廠提標(biāo)改造非常緊迫的現(xiàn)實(shí)需要。

據(jù)李藝介紹，為滿足回用要求，北京污水處理廠升級改造的水質(zhì)目標(biāo)更高，“在各項指標(biāo)上都嚴(yán)格于一級A”。他表示:“我們提標(biāo)改造的基本原則是不新增建設(shè)用地，盡量利用現(xiàn)有設(shè)施；工程投資和運(yùn)行費(fèi)用合理；運(yùn)行方式要相對靈活，保證升級后處理廠要連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。”

為此，北京較早確定了升級改造的兩條技術(shù)路線:一是將現(xiàn)有污水處理廠改造或新建膜生物反應(yīng)器MBR＋臭氧脫色工藝；二是保留(部分改造)污水處理廠設(shè)施＋曝氣生物濾池(BAF)＋過濾＋臭氧脫色工藝。

“加裝脫氮除磷裝置，運(yùn)行效果確實(shí)能達(dá)標(biāo)，可是費(fèi)用太高了，不能被廣泛接受。”不少專家都坦言，無論是江蘇的經(jīng)驗(yàn)還是北京的技術(shù)路線，都并非放之四海而皆準(zhǔn)，有其適用范圍和條件。

施漢昌在比較目前各主流脫氮除磷工藝的特點(diǎn)和運(yùn)行后表示，目前來看，每種脫氮技術(shù)和工藝都有其特點(diǎn)和不足，以及最佳的適用條件，還沒有在經(jīng)濟(jì)性和效果上都特別好的技術(shù)，“我國氨氮污染呈現(xiàn)點(diǎn)多、面廣、量大的特點(diǎn)，需要更加經(jīng)濟(jì)高效的氨氮處理技術(shù)。”

在常規(guī)污水處理廠工藝改造的基礎(chǔ)上，增加反硝化處理反應(yīng)，特別是增加反硝化生物濾池等固定生物膜反應(yīng)器和反硝化膜反應(yīng)器(DNMBR)，這是曾被不少業(yè)內(nèi)人士追捧的脫氮新工藝。但作為一項登陸中國不久的工藝，它還存在著許多需要解決的技術(shù)問題，比如投資的經(jīng)濟(jì)性、外加碳源的選擇、與原有工藝的協(xié)調(diào)運(yùn)營控制、回流減少對原有工藝負(fù)荷的影響、如何有效控制二沉池溶氧濃度等等。

李藝曾反復(fù)強(qiáng)調(diào)，雖然他推薦新建擴(kuò)建項目采用MBR工藝，但這種技術(shù)對中國而言還在摸索。“我不建議在大型(10萬噸以上規(guī)模)污水處理廠全部使用這種工藝。全部使用這種工藝有風(fēng)險，運(yùn)行不安全；能耗高，平均噸能耗達(dá)到0.8度電。”

鄭興燦指出，現(xiàn)在有很多企業(yè)認(rèn)為膜分離技術(shù)可以達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)基于成本、技術(shù)等多方面原因，這是具有一定困難的。“我認(rèn)為，膜分離技術(shù)只是現(xiàn)行污水處理的環(huán)節(jié)之一，生物除磷脫氮技術(shù)還是不可或缺的。”

完善工藝優(yōu)化運(yùn)營
不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放關(guān)鍵是缺少工藝優(yōu)化

施漢昌對大型城市污水處理廠一級A提標(biāo)改造推薦的工藝主要是A2/O工藝與氧化溝工藝。“通過升級改造，提高運(yùn)行人員素質(zhì)，可有效提高工藝處理能力。但升級改造投資大，在資源有限時，對升級改造的標(biāo)準(zhǔn)、范圍需要有所選擇。”

現(xiàn)在不少污水處理廠一說提標(biāo)，就跨越式上MBR等投資大且耗能高的工藝。在人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院副院長王洪臣看來，這是很令人惋惜的。“缺少工藝優(yōu)化是目前很多污水處理廠不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的重要原因，目前優(yōu)化空間還很大。”

王洪臣說，任何一套脫氮除磷系統(tǒng)實(shí)際上都具有較大的優(yōu)化運(yùn)營空間，因此面對目前普遍的一級B升一級A的調(diào)整(總氮指標(biāo)從20mg/L調(diào)整到15mg/L)，應(yīng)該首先優(yōu)化現(xiàn)有的運(yùn)行工藝，而不是一味的增加曝氣生物池或者生化池等單元處理，增大投資、增加運(yùn)行費(fèi)用。

污水處理廠的工藝從來不是一成不變的，而運(yùn)營管理的重點(diǎn)就是根據(jù)不同水質(zhì)的變化調(diào)整完善工藝。王洪臣認(rèn)為，在運(yùn)營優(yōu)化或提標(biāo)改造中，應(yīng)優(yōu)先考慮采用 A2/O的各種變型工藝，降低改造幅度和難度。然后根據(jù)要求，進(jìn)一步可采用MBBR或IFAS等填料活性污泥工藝。當(dāng)要求超深度脫氮除磷時，再考慮采用硝化濾池和反硝化濾池工藝。

定性到定量粗放到精細(xì)
污水處理廠運(yùn)行要求更高

“目前國內(nèi)污水處理廠普遍存在的問題是，相對于高標(biāo)準(zhǔn)的脫氮除磷要求，缺氧段時間短了。”王洪臣指出，要做到高效脫氮除磷，需要核算控制的指標(biāo)是較為復(fù)雜的。

比如為保證足夠的碳源且實(shí)現(xiàn)成本控制，任何脫氮系統(tǒng)都要動態(tài)核算脫氮的需求是否充分，在此基礎(chǔ)上決定是否需要增加外部碳源。而厭氧和缺氧階段，溶解氧和氧化還原電位兩個指標(biāo)，硝化速率、反硝化速率、吸磷速率、釋磷速率要符合一定的要求，必須認(rèn)真定時檢測。同時，厭氧、缺氧、好氧階段都要確保足夠的停留時間和優(yōu)化分配。“截至目前，沒有污水處理廠將上述4個速率作為日常工作。我國現(xiàn)有的高度定性運(yùn)行管理水準(zhǔn)距離上述高效脫氮除磷還很遙遠(yuǎn)。”

事實(shí)上，我國2000多座污水處理廠基本上都在進(jìn)行脫氮除磷，但普遍效率不高。正如吳舜澤所言，我國絕大部分污水處理廠缺乏控制氨氮的有效手段，硝化效果的有無很大程度上是依賴于自然界春夏秋冬的自然更替，部分污水處理廠提高硝化的效果僅僅是簡單地減少排泥或者增加曝氣量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的效果。

不少業(yè)內(nèi)專家指出，隨著污水處理廠提標(biāo)改造范圍的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)相關(guān)各環(huán)節(jié)也將面臨新的挑戰(zhàn)。對于環(huán)境工程企業(yè)來說，提標(biāo)改造要求企業(yè)掌握建設(shè)、安裝和調(diào)試更高更復(fù)雜設(shè)備設(shè)施的能力；對于污水處理運(yùn)營企業(yè)來說，提標(biāo)改造要求污水處理廠投運(yùn)后，企業(yè)改變以往“高定性”式的運(yùn)行，而采取“高定量”管理和監(jiān)控，使得投入和運(yùn)營都更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。

對此，施漢昌強(qiáng)調(diào)，要做到一級A的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需要大幅度提高污水處理廠管理運(yùn)行的技術(shù)水平和智能控制水平，同時，應(yīng)大力加強(qiáng)對污水處理廠運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)。

而江蘇省的實(shí)踐證明，當(dāng)城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)備能力和運(yùn)行參數(shù)存在一定可供調(diào)節(jié)的空間時，可通過提高溶解氧濃度、延長污泥齡、降低污泥負(fù)荷等方法強(qiáng)化生物硝化能力；同時還可通過控制溶解氧、投加碳源、加大回流比和延長反硝化時間方法強(qiáng)化反硝化，從而減弱低溫對生物脫氮的影響，使NH3－N和TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

目前常用技術(shù)對出水水質(zhì)的貢獻(xiàn)

主要技術(shù)路線及適用情況

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