“十二五”氨氮減排關(guān)鍵點(diǎn)及對(duì)策
“十二五”國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要中，明確提出氨氮減排10%的目標(biāo)。作為新增約束性指標(biāo)，氨氮減排的制度和措施急需在實(shí)踐中探索。眾所周知，生活污染是氨氮的主要排放源，因此城鎮(zhèn)污水處理作為氨氮削減的主要手段，將成為氨氮減排的最主要領(lǐng)域。我們想知道，城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域氨氮減排面臨哪些問題，如何提高這一領(lǐng)域氨氮的減排效率，怎樣推進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域氨氮減排工作？對(duì)此，本版特邀中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)、教授王洪臣撰文，針對(duì)城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域怎樣推進(jìn)氨氮減排，分析形勢(shì)，擺出問題，提出建議，以饗讀者。
城鎮(zhèn)污水處理是氨氮減排最主要領(lǐng)域
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生活污染是氨氮的主要排放源，城鎮(zhèn)污水處理是氨氮削減的主要手段，將成為氨氮減排的最主要領(lǐng)域。按照規(guī)劃，“十二五”新建污水處理廠的總處理能力將超過3000萬立方米/日。這些污水處理廠的陸續(xù)投入運(yùn)營(yíng)，將為氨氮減排發(fā)揮關(guān)鍵作用。
目前，我國水環(huán)境污染狀況依然較重，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量和氨氮仍為主要污染指標(biāo)。根據(jù)全國水環(huán)境污染物主要特征，“十二五”規(guī)劃明確了主要水污染物的減排目標(biāo)，提出2015年化學(xué)需氧量排放要在“十一五”基礎(chǔ)上減少8%，氨氮排放減少10%。“十一五”期間，化學(xué)需氧量減排績(jī)效明顯，已形成了較為成熟的系列減排制度及相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策。氨氮是新增加的約束性指標(biāo)，減排的制度和措施尚需在實(shí)踐中探索。
根據(jù)第一次全國污染源普查結(jié)果，2007年全國氨氮總排放量172.91萬噸。其中，工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生氨氮201.67萬噸，實(shí)際排放出廠30.4萬噸，經(jīng)城鎮(zhèn)污水處理廠及工業(yè)廢水集中處理設(shè)施削減后，實(shí)際排入環(huán)境水體20.76萬噸；農(nóng)業(yè)源氨氮排放量約31.4萬噸，93%來自于種植業(yè)和規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)；各類生活污染源排放量達(dá)到148.93萬噸，占全部總排放量的86%，是氨氮的主要排放源。2007年，全國總污水處理量210.31億噸，削減氨氮37.62萬噸，通過城鎮(zhèn)污水處理廠出水排放氨氮18萬噸。綜合以上數(shù)據(jù)，生活污染是氨氮的主要排放源，城鎮(zhèn)污水處理是氨氮削減的主要手段，將成為氨氮減排的最主要領(lǐng)域。
截至2010年底，設(shè)市城市、縣累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠2832座，污水處理能力達(dá)到1.25億立方米/日，與“十五”末相比分別增長(zhǎng)了2.1倍和1.2倍，這也是到目前為止世界上所有國家污水處理能力增長(zhǎng)的最快速度。全國已有1034個(gè)縣城建成了污水處理廠，約占縣城總數(shù)的63.2%，較2009年底翻了一番，有16個(gè)省、自治區(qū)、直轄市實(shí)現(xiàn)了“每個(gè)縣(市)建有污水處理廠”的目標(biāo)。2010年全國城鎮(zhèn)污水處理廠全年累計(jì)處理污水343.33億立方米，平均運(yùn)行負(fù)荷率達(dá)到78.95%，全年累計(jì)削減化學(xué)需氧量總量920萬噸，削減氨氮70萬噸。
上述數(shù)據(jù)表明，目前我國在建的和“十一五”期間已經(jīng)投入運(yùn)行的污水處理廠的處理能力已經(jīng)與美國相當(dāng)，但美國已經(jīng)完成了城鎮(zhèn)化進(jìn)程，而我國人口基數(shù)是美國的5倍，還處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過程中。“十二五”的城鎮(zhèn)化率目標(biāo)要達(dá)到51.5%，意味著我國的城鎮(zhèn)化將迎來一個(gè)拐點(diǎn)，城鎮(zhèn)人口數(shù)將首次超過農(nóng)村人口數(shù)，城鎮(zhèn)污水量會(huì)持續(xù)增加，污水處理廠的建設(shè)也將持續(xù)高速發(fā)展。按照規(guī)劃，“十二五”新建污水處理廠的總處理能力將超過3000萬立方米/日。這些污水處理廠的陸續(xù)投入運(yùn)營(yíng)，將為氨氮減排發(fā)揮關(guān)鍵作用。
減排面臨制約因素 管網(wǎng)、能耗、設(shè)計(jì)和氣候
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城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域氨氮減排面臨著污水收集系統(tǒng)建設(shè)滯后、高能耗問題突出、部分污水處理設(shè)施不能滿足氨氮減排要求、進(jìn)水水質(zhì)及氣候條件影響氨氮減排等問題。
1.污水收集系統(tǒng)建設(shè)滯后
由于污水管網(wǎng)建設(shè)長(zhǎng)期滯后于污水處理廠建設(shè)，污水收集效率總體較低，這一狀況已經(jīng)成為進(jìn)一步提高城鎮(zhèn)污水處理減排效率的瓶頸。西方發(fā)達(dá)國家污水處理廠的進(jìn)水化學(xué)需氧量在400毫克/升以上，最高的超過600毫克/升，而我國污水處理廠進(jìn)水化學(xué)需氧量平均僅約300毫克/升，很多城市不足200毫克/升，進(jìn)水氨氮也相應(yīng)較低。2010年，雖然全國城鎮(zhèn)污水處理廠平均負(fù)荷率已接近80%，但污染物負(fù)荷率仍低于60%，污水處理廠“吃不飽”現(xiàn)象突出，嚴(yán)重影響了污染物減排的效率。
管網(wǎng)建設(shè)滯后的原因很多。首先，觀念落后是最重要的原因，很多地方“重廠輕網(wǎng)”，尤其是在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速推進(jìn)的地區(qū)，城市規(guī)劃建設(shè)之初并沒有對(duì)污水管網(wǎng)予以足夠的關(guān)注，現(xiàn)在著手建設(shè)難度較大。其次，管網(wǎng)的投資較大，建設(shè)資金缺乏是重要的客觀原因。管網(wǎng)投資一般為污水處理廠投資的2~4倍，需要有足夠的資金投入。另外，一些城市征地難、拆遷難，嚴(yán)重影響了管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程。對(duì)于已建成的管網(wǎng)，雨污混接也是突出的問題。雨污分流系統(tǒng)改造不到位，雨污混流、地下水滲入以及河水倒灌等問題導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水污染物濃度降低，影響了減排效果。
2.高能耗問題突出
污水處理是高能耗行業(yè)，2010年全國污水處理能耗超過80億千瓦時(shí)。污水處理高能耗增加了運(yùn)營(yíng)成本，更重要的是由于化石燃料的消耗間接增加了碳排放。氨氮作為減排指標(biāo)后，能耗將進(jìn)一步提高，減排與高能耗的矛盾將日益突出。目前，全國污水處理廠出水化學(xué)需氧量已經(jīng)普遍低于50mg/L，氨氮平均低于6毫克/升，接近處理極限，如進(jìn)一步降低，去除單位污染物的能耗將以幾何級(jí)數(shù)增加。如何以較小的能耗取得既定的氨氮減排效果是“十二五”減排面臨的重要問題。
3.部分污水處理設(shè)施不能滿足氨氮減排的要求
部分早期建設(shè)的污水處理廠，包括一些新建的縣級(jí)污水處理廠，在建設(shè)之初只考慮化學(xué)需氧量的去除，沒有硝化功能，出水氨氮較高。這些污水處理廠的曝氣池容積較小，達(dá)不到硝化需要的泥齡要求；沉淀池容積偏小，無法適應(yīng)硝化需要的高污泥濃度；曝氣設(shè)備的能力及效率較低，達(dá)不到硝化所需的供氧量。如何對(duì)這些污水處理廠進(jìn)行升級(jí)改造，使之去除氨氮，發(fā)揮氨氮減排效能，也是“十二五”減排面臨的重要問題。
另外，部分污水處理廠雖有硝化功能，由于自動(dòng)控制水平較差，加之運(yùn)行技術(shù)人員缺乏，硝化效果的有無很大程度上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(jiǎn)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。這樣的運(yùn)行現(xiàn)狀不僅使硝化效果無法得到穩(wěn)定的保證，而且會(huì)造成極大的能源浪費(fèi)。
4.進(jìn)水水質(zhì)及氣候條件影響氨氮減排
進(jìn)水水質(zhì)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠硝化效果有較大的影響。工業(yè)廢水中的一些有毒物質(zhì)能夠抑制硝化細(xì)菌的增殖，降低氨氮去除率。在南方部分地區(qū)，污水堿度不足可能嚴(yán)重影響氨氮去除。南方地區(qū)污水處理廠的進(jìn)水堿度偏低，而硝化是一個(gè)消耗堿度的過程，當(dāng)污水的堿度較低時(shí)，則會(huì)因其pH值下降而對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，同時(shí)對(duì)活性污泥的絮凝性能產(chǎn)生不良影響。南方某市污水處理廠進(jìn)水氨氮只有15毫克/升，出水卻高達(dá)10毫克/升。在北方寒冷地區(qū)，溫度是影響硝化的重要原因，低溫情況下硝化菌增殖速率會(huì)大大降低，導(dǎo)致出水氨氮升高。如何克服低溫對(duì)硝化的影響是北方地區(qū)污水處理領(lǐng)域氨氮減排面臨的重要問題。
只有抓好三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié) 才能提高減排效率
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通過加大管網(wǎng)建設(shè)力度，加快老舊污水處理廠的升級(jí)改造步伐，提高運(yùn)營(yíng)調(diào)控水平等措施，提高城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域氨氮減排效率。
1.加大管網(wǎng)建設(shè)力度
應(yīng)按照“廠網(wǎng)并舉、管網(wǎng)適度超前”的原則，采取一切必要措施，加快污水收集系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度，及時(shí)、足量地將污染物收集到污水處理廠予以處理，充分發(fā)揮污水處理設(shè)施的污染物減排效益。首先，各級(jí)政府應(yīng)安排專項(xiàng)補(bǔ)助資金，確保污水管網(wǎng)建設(shè)資金的足額到位。其次，應(yīng)加大對(duì)現(xiàn)有雨污合流系統(tǒng)的改造力度，有條件的區(qū)域應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)雨污分流，由于客觀困難無法實(shí)現(xiàn)分流的區(qū)域應(yīng)加大截留倍數(shù)，盡量提高污染物收集率，減少直接向水體溢流。另外，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)管網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)管理，及時(shí)進(jìn)行大修維護(hù)，防止污水大量外滲或地下水大量滲入。在河網(wǎng)地區(qū)，應(yīng)在污水管網(wǎng)的安全溢流口設(shè)置逆止裝置，防止河水大量倒灌進(jìn)污水管網(wǎng)，降低污水處理效率。
2.加快老舊污水處理廠的升級(jí)改造步伐
應(yīng)認(rèn)真分析沒有氨氮去除功能的老舊污水處理廠的具體情況，因地制宜地采取相應(yīng)的改造措施，加快改造進(jìn)度，提高氨氮減排效果。
對(duì)于池容較為寬裕的老舊污水處理廠，簡(jiǎn)單的技術(shù)改造就可以實(shí)現(xiàn)硝化，達(dá)到氨氮減排目的。另外，污水處理廠曝氣系統(tǒng)的升級(jí)對(duì)于污染物減排和節(jié)能降耗具有顯著意義，老舊污水處理廠往往采用的是曝氣效率低下的設(shè)備，供氧量不足，難以實(shí)現(xiàn)硝化的效果，更換新型曝氣設(shè)備即可解決問題。
對(duì)于池容不足的老舊污水處理廠，提高硝化能力的一個(gè)重要技術(shù)手段是在曝氣池中增設(shè)生物填料。這種技術(shù)手段無論在國內(nèi)、國外都有不少成功的案例，典型的應(yīng)用工藝包括IFAS、MBBR以及BAF等。對(duì)于出水水質(zhì)要求較高、污水要求回用的地區(qū)，如果老舊污水處理廠的占地非常有限，還可考慮MBR工藝。
3.提高運(yùn)營(yíng)調(diào)控水平
“十二五”期間，氨氮的控制應(yīng)與節(jié)能掛鉤，即削減單位氨氮的電能應(yīng)成為一個(gè)控制指標(biāo)，否則將會(huì)出現(xiàn)以高能耗換取氨氮減排的尷尬局面。將氨氮控制與節(jié)能指標(biāo)并舉，可以鼓勵(lì)企業(yè)采取技術(shù)措施降低污水處理過程中的能耗，淘汰落后技術(shù)，提高綜合運(yùn)營(yíng)水平。
通過運(yùn)營(yíng)優(yōu)化調(diào)控，提高控制水平，可在滿足氨氮減排要求的前提下盡量降低能耗。首先，應(yīng)按照氨氮減排的要求，合理控制污泥濃度和污泥齡，既防止由于污泥齡太短導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)，又避免運(yùn)行不必要的超大污泥齡工況，增大能耗。其次，應(yīng)設(shè)置精確曝氣系統(tǒng)，提高曝氣水平，使供氧既滿足氨氮去除要求又不過度曝氣增加能耗。事實(shí)上，曝氣控制技術(shù)不僅能在很大程度上降低污水處理廠的能耗，而且有利于出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
重視挖掘處理設(shè)施潛力 協(xié)同減排事半功倍
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為做好城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域氨氮減排工作，建議氨氮減排宜盡量與脫氮除磷相結(jié)合；通過技術(shù)進(jìn)步提高氨氮減排效率。
1.氨氮減排宜盡量與脫氮除磷相結(jié)合
氨氮減排不應(yīng)孤立地圍繞著氨氮一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行，氨氮減排與總氮、總磷的控制相結(jié)合可以達(dá)到事半功倍的效果。事實(shí)上，即使沒有對(duì)總氮有要求，在硝化工藝中增設(shè)一段缺氧區(qū)(20％左右的容積)也是有益的。這樣的做法只是略微地提高了泥齡，增加了少量的投資，但會(huì)降低供氧需求、回收堿度，降低出水總氮，減少沉淀池反硝化引起的出水水質(zhì)變差的風(fēng)險(xiǎn)，從而進(jìn)一步確保氨氮的減排效果。
對(duì)于進(jìn)水碳源豐富的污水，在工藝中采用生物除磷，無論現(xiàn)在還是未來都是必要的選擇，生物除磷實(shí)際上對(duì)工藝的要求更為簡(jiǎn)單，只需要在進(jìn)水端設(shè)置厭氧區(qū)，其所需的投資比脫氮的投資要節(jié)省得多。只要進(jìn)水水質(zhì)滿足生物除磷所需要的碳源，生物除磷的效率往往非常好，而投資增加卻很少。
2.通過技術(shù)進(jìn)步提高氨氮減排效率
減少污染物排放重在技術(shù)創(chuàng)新。污水處理領(lǐng)域氨氮控制的有效技術(shù)根據(jù)實(shí)際需要一般分為以下兩類:新建污水處理廠的氨氮控制技術(shù)、老的污水處理廠的氨氮控制技術(shù)。新建污水處理廠的氨氮控制技術(shù)研究主要圍繞低能耗與低占地方面，傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)具有能耗高、占地大的特點(diǎn)，開發(fā)能耗低、占地小的技術(shù)是氨氮控制技術(shù)的重點(diǎn)。
老的污水處理廠氨氮控制技術(shù)一般包括在反應(yīng)池中增設(shè)生物填料，提高反應(yīng)池內(nèi)的生物量或者在沉淀池之后增設(shè)曝氣生物濾池，無論采用何種技術(shù)，填料是技術(shù)的核心。因此，生物填料的研究將是氨氮控制研究的一個(gè)重要課題。
此外，曝氣生物濾池(BAF)、流動(dòng)床生物膜工藝(MBBR)等附著生物工藝的核心技術(shù)仍然由國外少數(shù)幾個(gè)國家掌握，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物膜工藝對(duì)于我國污水處理廠氨氮控制無疑是有益的。曝氣生物濾池(BAF)、流動(dòng)床生物膜工藝(MBBR)等技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要集中在曝氣方式、填料的比例、硝化及反硝化的效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面。
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